張彥平， 張全升

(1.長春市民建工程勘察有限責(zé)任公司，長春 130000；2.吉林省建苑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，長春 130011)

長春伊通河砂土地基承載力研究

張彥平1， 張全升2

(1.長春市民建工程勘察有限責(zé)任公司，長春 130000；2.吉林省建苑設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，長春 130011)

為了獲取長春伊通河砂土可靠的地基承載力數(shù)據(jù)，探討確定地基承載力適宜的測試手段和方法，采用載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)原位測試方法對長春伊通河砂土的地基承載力進(jìn)行了測試研究，獲取了13組地基承載力特征值、靜力觸探試驗(yàn)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)等試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，得到了地基承載力特征值的范圍，得出地基承載力特征值與靜力觸探試驗(yàn)指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)線性相關(guān)的結(jié)論。據(jù)此，提出了適合當(dāng)?shù)毓こ痰刭|(zhì)條件的根據(jù)靜力觸探試驗(yàn)指標(biāo)和準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)計(jì)算長春伊通河砂土地基承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)公式。

伊通河砂土；地基承載力特征值；載荷試驗(yàn)；靜力觸探試驗(yàn)；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)；經(jīng)驗(yàn)公式

0 引言

隨著長春市經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，城市建設(shè)已廣泛利用伊通河兩岸的河漫灘和階地，高層建筑常利用下部的中粗砂地層。中粗砂地層以河流相沉積為主，一般呈中密、密實(shí)狀態(tài)。工程實(shí)踐中采用靜力觸探試驗(yàn)(下文中簡稱CPT)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(下文中簡稱SPT)原位測試對伊通河砂土地層進(jìn)行測試并評價(jià)其密實(shí)度，地基承載力取值一直沿用經(jīng)驗(yàn)方法，根據(jù)砂土的密實(shí)度確定。所提出的地基承載力偏低，不能充分發(fā)揮砂土層較好的承載能力，而由于缺乏依據(jù)，不能將地基承載力任意提高，影響和制約了地基基礎(chǔ)方案的選擇。因此，有必要對長春伊通河砂土地基承載力進(jìn)行研究。

為了獲取伊通河砂土可靠的地基承載力數(shù)據(jù)，探討確定地基承載力適宜的測試手段和方法，本文采用載荷試驗(yàn)方法，并采用CPT和SPT原位測試方法對砂土地基承載力進(jìn)行測試研究，以獲取砂土地基承載力特征值等試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過分析地基承載力特征值與CPT指標(biāo)和SPT錘擊數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系，探討根據(jù)CPT指標(biāo)和SPT錘擊數(shù)確定伊通河砂土地基承載力特征值的可靠性和可行性，總結(jié)出適合于長春伊通河流域工程地質(zhì)條件的經(jīng)驗(yàn)公式和適宜的確定地基承載力的技術(shù)手段，為今后巖土工程勘察工作能夠準(zhǔn)確可靠、便捷、經(jīng)濟(jì)地確定伊通河砂土地基承載力特征值提供依據(jù)和方法。同時(shí)，也為吉林省其他地區(qū)砂土地基承載力的研究提供借鑒和參考。

1 地質(zhì)背景

伊通河自南向北流經(jīng)長春市東部，切割了長春以中更新統(tǒng)為主要地層的臺地，全新統(tǒng)沖積物構(gòu)成了河流兩側(cè)的漫灘相和階地。伊通河谷一級階地東寬西窄，東側(cè)階地開闊，寬度可達(dá)數(shù)千米，多牛軛湖和積水洼地。地面標(biāo)高185～195 m，微向河床傾斜，前沿陡坎高出河水位2～4 m。沉積物具二元結(jié)構(gòu)，上部為全新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、粉土及淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，厚度1.5～7.0 m；下部為中粗砂及砂礫石，厚度1～6 m，局部大于10 m。市區(qū)段河谷西側(cè)寬度僅數(shù)十米至數(shù)百米，人工填土厚1～4 m，下部砂土以灰白、黃褐色中粗砂及含礫中粗砂為主，厚度0.8～6.1 m。本文研究對象伊通河階地中粗砂的巖性描述如下：黃褐、黃色、灰白色，呈中密至密實(shí)狀態(tài)，飽和，主要礦物成分為長石、石英，分選較好，磨圓度一般，局部夾有灰黑色粉質(zhì)黏土透鏡體，下部含礫石①。

2 地基承載力測試

采用淺層平板載荷試驗(yàn)原位測試方法確定伊通河砂土的地基承載力特征值，同時(shí)采用CPT和SPT原位測試對砂土地層進(jìn)行測試和評價(jià)，研究地基承載力特征值與CPT指標(biāo)和SPT錘擊數(shù)的相關(guān)性，探討根據(jù)CPT指標(biāo)和SPT錘擊數(shù)計(jì)算地基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式。

2.1 淺層平板載荷試驗(yàn)

采用淺層平板載荷試驗(yàn)方法確定長春伊通河砂土地基承載力時(shí)，按照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007)附錄C的規(guī)定進(jìn)行。現(xiàn)場淺層平板載荷試驗(yàn)符合以下條件：試驗(yàn)點(diǎn)無邊載，為基坑大開挖的條件；承壓板為剛性板，面積為0.5 m2；試驗(yàn)點(diǎn)采用明溝排水，地層濕度接近天然濕度；滿足施加荷載能達(dá)到極限荷載的條件[1-2]。

2.2 雙橋靜力觸探試驗(yàn)(CPT)

進(jìn)行載荷試驗(yàn)的同時(shí)，在試驗(yàn)點(diǎn)附近采用CPT進(jìn)行原位測試，獲取砂土的CPT指標(biāo)。采用的觸探設(shè)備：探頭為JMS-15A-3型，錐底直徑43.7 mm，錐尖面積15 cm2，摩擦筒表面積300 cm2，錐角60°的雙橋探頭；數(shù)據(jù)采集采用LMC-D310型靜探微機(jī)數(shù)據(jù)采集儀，用20 T靜力觸探車進(jìn)行觸探[2-3]。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)

進(jìn)行載荷試驗(yàn)的同時(shí)，在試驗(yàn)點(diǎn)附近采用SPT進(jìn)行原位測試，獲取砂土的SPT錘擊數(shù)。采用SPT進(jìn)行砂土測試時(shí)，按照《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021)的規(guī)定執(zhí)行。采用自動脫鉤的自由落錘，錘重63.5 kg，落距76 cm，探桿直徑42 mm，貫入器為國家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的貫入器。參加統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)必須符合以下條件：鉆孔采用泥漿護(hù)壁或套管護(hù)壁，孔內(nèi)干凈；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)設(shè)備符合規(guī)范要求；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊速率符合規(guī)范要求；先預(yù)打3～5擊，確保貫入器進(jìn)入未擾動的砂土層后開始計(jì)數(shù)；SPT數(shù)據(jù)進(jìn)行桿長修正[2-3]。

2.4 試驗(yàn)工作及成果

結(jié)合實(shí)際工程，共積累了13組試驗(yàn)數(shù)據(jù)。將每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值及其對應(yīng)的沉降值、CPT錐尖阻力、SPT錘擊數(shù)列于表1。

2.4.1 地基承載力特征值與CPT錐尖阻力的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系

依據(jù)表1數(shù)據(jù)，采用一元線性回歸分析，砂土的地基承載力特征值與CPT錐尖阻力線性相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.918，關(guān)系曲線見圖1。

依據(jù)上述關(guān)系得出利用CPT錐尖阻力計(jì)算中粗砂地基承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)公式如下：

表1 試驗(yàn)、測試成果數(shù)據(jù)表

圖1 中粗砂地基承載力特征值與CPT錐尖阻力關(guān)系圖

2.4.2 地基承載力特征值與SPT錘擊數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系

依據(jù)表1數(shù)據(jù)，采用一元線性回歸分析，砂土地基承載力特征值與SPT錘擊數(shù)線性相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.888，關(guān)系曲線見圖2。

依據(jù)上述關(guān)系得出利用SPT錘擊數(shù)計(jì)算中粗砂地基承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)公式如下：

圖2 中粗砂地基承載力特征值與SPT錘擊數(shù)關(guān)系圖

3 討論

為建筑物基礎(chǔ)選擇合適的持力層并確定持力層的地基承載力特征值是巖土工程勘察工作的重點(diǎn)內(nèi)容。地基承載力特征值的正確與否關(guān)系到工程的安全、正常使用和工程造價(jià)。確定地基承載力應(yīng)本著具體問題具體分析的原則，將滿足工程需要與建設(shè)場地的工程地質(zhì)條件這兩者結(jié)合起來考慮。由于地質(zhì)演化和人類活動對環(huán)境的影響，同一巖土層在不同地區(qū)，其工程性質(zhì)就會有差異，因而不能生搬硬套，還應(yīng)考慮地域性特點(diǎn)。

載荷試驗(yàn)方法是公認(rèn)的確定地基承載力的可靠方法，其測試成果被認(rèn)為是最可靠的依據(jù)。困難之處在于該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且費(fèi)用高，從而影響其使用。其他方法均為間接方法，需要有載荷試驗(yàn)驗(yàn)證其可行性和適用性。可見載荷試驗(yàn)也是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，積累的數(shù)據(jù)資料越多越好。本次研究針對長春伊通河砂土地基采用了載荷試驗(yàn)，獲取了地基承載力特征值數(shù)據(jù)，為今后勘察工作中采用SPT方法和CPT方法提供了可靠的參考依據(jù)，將勘察工作提高到了一個(gè)新水平。

SPT和CPT方法確定地基承載力由來已久，是一種成熟的原位測試技術(shù)，國內(nèi)開展了大量的研究工作，但不能形成一個(gè)統(tǒng)一的公式用來確定各地區(qū)的地基承載力[4]。因此，各地區(qū)應(yīng)總結(jié)出適于本地區(qū)工程地質(zhì)條件的經(jīng)驗(yàn)公式，以利于勘察和設(shè)計(jì)工作。過去在長春等地區(qū)，由于沒有載荷試驗(yàn)依據(jù)，只能根據(jù)SPT或和CPT成果按經(jīng)驗(yàn)確定地基承載力，本次研究驗(yàn)證了以前提出的地基承載力數(shù)據(jù)普遍偏低，說明不存在適于各地區(qū)的承載力表。所以，SPT和CPT方法的應(yīng)用應(yīng)有當(dāng)?shù)氐妮d荷試驗(yàn)作為依據(jù)。多年來的實(shí)踐證明，對于砂土SPT和CPT方法是可行而簡便的適宜方法。此次研究中通過對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，建立了根據(jù)CPT指標(biāo)和修正后的SPT錘擊數(shù)計(jì)算地基承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)公式，為SPT和CPT方法的應(yīng)用提供了技術(shù)支撐。同時(shí)，也為吉林省其他地區(qū)砂土地基承載力的研究提供了借鑒和參考。

今后，除了繼續(xù)積累載荷試驗(yàn)、SPT和CPT測試數(shù)據(jù)外，還應(yīng)從砂土的地質(zhì)成因、形成條件、礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造及其影響因素等方面開展研究，探討砂土工程性質(zhì)的機(jī)理。

4 結(jié)語

通過采用載荷試驗(yàn)、SPT和CPT原位測試方法對長春伊通河砂土地基承載力的研究，得出結(jié)論如下：以往勘察工作提供的地基承載力數(shù)據(jù)雖然可靠，但偏于保守，應(yīng)予以提高；載荷試驗(yàn)是確定地基承載力的可靠方法，缺乏當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)的情況下應(yīng)由載荷試驗(yàn)確定砂土的地基承載力；SPT和CPT原位測試方法是確定砂土地基承載力可靠而簡便的間接方法；長春伊通河砂土地基承載力特征值與SPT錘擊數(shù)和CPT指標(biāo)線性相關(guān)，可根據(jù)SPT錘擊數(shù)和CPT指標(biāo)按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算地基承載力特征值。

本文的研究成果為今后巖土工程勘察工作能夠準(zhǔn)確可靠、便捷、經(jīng)濟(jì)地提供長春伊通河流域砂土的地基承載力特征值提供了依據(jù)，也為吉林省其他地區(qū)砂土地基承載力的研究提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50007,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2]工程地質(zhì)手冊編寫委員會.工程地質(zhì)手冊[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1992.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50021,巖土工程勘察規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[4]孫家齊,陳新民.工程地質(zhì)[M].武漢:武漢理工大學(xué)出版社, 2011:131-132.

TU4

A

1673-1093(2014)04-0088-03

張彥平(1963)，女，吉林長春人，工程師，化學(xué)分析專業(yè)，主要研究方向：巖土工程。

10.3969/j.issn.1673-1093.2014.04.022

2013-12-03；

2013-12-31

注：①吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局，第二水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì).長春工程地質(zhì)調(diào)查報(bào)告.1990