超重型动力触探和静载荷试验对强夯地基的检测

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  摘要:强夯是回填地基加固处理的一种基础处理方法,为验证强夯设计参数对场地的适应性,给施工提供合理的强夯参数,需对强夯地基的加固处理效果进行检测。本文就贵广直流兴仁换流站场平工程为例,对超重型动力触探和静载荷试验检测强夯地基作简要总结。
  关健词:兴仁换流站;强夯;检测;超重型动力触探;静载荷试验
  1概况
  贵广直流输电兴仁换流站是西电东送的重点工程,地基挖填整平后,根据业主、设计要求,拟采用强夯施工方法对填方区进行加固处理。填方区分A、B、C及综合楼四个区域,其中A区回填深度10~20m;B区回填深度5~10m;C区回填深度3~5m;A、B、C三区整个回填土加固后,压缩模量Es1-2≥15MPa,压实系数≥0.96,场地承载力标准值≥250KPa。
  强夯设计要求,在深回填A区,采用300t.m级的设备进行强夯,对浅回填区B、C区,采用100t.m级设备进行强夯。
  在上部设备基础施工前,为验证强夯设计参数对场地的适应性,为施工提供合理强夯系数,需对试验区进行静载荷试验和超重型动力触探试验检测工作。
  2 检测目的、要求及工作量
  2.1检测目的、要求
  2.1.1检测目的
  通过对试验区进行一定量的静载荷试验、超重型动力触探试验检测工作,取得相应的场地承载力标准值、压缩模量值,以评价强夯设计参数的适应性、合理性、为施工提供量化依据。
  2.1.2要求
  试验检测按国家有关现行行业规范进行,试验检测具体要求按设计提出《强夯法地基处理技术说明书》(国家电力公司西南电力设计院2001.12)进行。各区强夯后选择两种以上的方法进行检测,按每加固1000㎡面积布置4~5个检测点,所有数据中有90%达到设计要求,即为合格。按试验大纲提出的试验方案、质量保证及试验工期进行现场工作、资料整理及试验成果评价。
  2.2检测工作量
  静载荷试验:7点,其中A区2点、B区2点、C区3点。
  超重型动力触探试验:按A、B、C区域,不同的强夯设备分快分层进行布点检测。
  3 检测标准
  ① 《建筑地基处理技术规范JG79-91》
  ② 《建筑地基处理技术规范GBJG74-89》
  ③ 《建筑桩基技术规范JGJ94-94》
  ④ 《岩土工程勘察规范GB50021-94》
  4 静载荷试验方法
  现场静载荷试验是获得基础承载力最直接、直观、最可靠的试验方法。现场试验时根据设计布置要求抽取试验点,试验承压板为4㎡刚性板。通过静载荷试验获得地基承载力、压缩模量;为克服试验点代表范围的有限性,为正确评价整个场地的处理效果,设计考虑布置一定数量的超重型动力触探测试,由实测锤击数换算承载力。
  4.1试验点制备
  根据承压板宽度要求,开挖试坑,坑底高程与建基面高程相接近,清除工人扰动影响层后,用细砂(厚2~3cm)找平。
  4.2试验设备及安装
  试验采用压重法,加载为砂袋,人工一次加载到位,试验专用千斤顶按要求分级匀速加载。用位移传感器测度位移量,设备安装见安装图。
  设备安装时必须保证加载、传力设备将力沿承压板中心向地基传递。承压板为刚性承压板,应保证刚度要求。
  4.3试验加荷方法、稳定要求
  4.3.1试验加荷方法
  ① 加荷等级不应少于8级。最大加载量不应少于荷载设计值的两倍。
  ② 每级加载后,按间隔10、10、10、15、15min,以后每隔30min读一次沉降量。
  4.3.2稳定要求
  当连续两小时内,每小时的沉降量小于0.1mm时,则认为已稳定,可加下一级荷载。
  4.4试验终止条件
  ① 承压板周围的土有明显的侧向挤出;
  ② 沉降量s急剧增大,p~s曲线出现陡降段;
  ③ 在某一荷载下,24h内沉降速率不能达到稳定标准;
  ④ s/b(或d)≥0.06(b、d为承压板宽度、直径)。
  ⑤ 总加载量已为设计要求值的两倍以上。
  5 超重型动力触探检测方法及资料整理
  超重型动力触探是利用一定的落锤动能,将一定尺寸、一定形状的探头打入土中,根据打入的难易程度(可用贯入度锤击数或探头单位面积动贯入阻力来表示)判定土层性质的一种原位测试方法。根据设计要求先选用N63.5重型动力触探仪进行检测,检测中发现触探最大深度小于1米,后与设计、监理、施工共同协商,选用N120超重型动力触探仪进行检测,根据锤击数和经验公式换算地基承载力。
  5.1检测设备
  超重型动力触探的设备主要由触探仪、提锤架偏心轮、锤体、导向杆、触探杆等组成。超重型动力触探仪,落锤质量120±1.0kg,落锤距离100±2cm,探头规格为园锤头,锤角60°锤底直径7.4cm,锤底面积43C㎡,触探杆外径50~60mm。触探指标为贯入10cm的锤击数。
  5.2适用范围
  一般用于密实的碎石或埋深较大、厚度较大的碎石土。
  5.3检测要点
  ① 贯入时应使穿心锤自由下落,地面上的触探杆的应变不应过高,以免倾斜或摆动过大。
  ② 贯入过程应尽量连续,锤击速率宜为15~25击/min。
  ③ 贯入深度一般不宜超过20m。
  5.4动力触探的影响因素
  动力触探的影响因素主要有:
  (1)人为因素
  ① 落锤的高度控制和锤击方法;
  ② 读数量测方法和精度;   ③ 椎探孔的垂直程度;
  ④在钻孔中进行触探时钻孔方法和护壁、清孔情况。
  (2)设备因素
  ① 穿心锤的形状和质量;
  ② 探头的形状和大小;
  ③ 触探杆的截面面积尺寸、长度和质量;
  ④ 导向锤座的构造及尺寸;
  ⑤ 所用材料的材型及性能。
  超重型动力触探探头
  (3)其他主要影响因素
  ① 土的性质:如土的密度、含水量、状态、颗粒组成、结构强度、抗剪强度、压缩比和固结比等;
  ② 触探深度:主要包括触探杆侧壁摩擦和触探杆长度的影响两部分。一般认为,触探贯入时由于土对触探杆侧壁的摩擦作用消耗了部分能量而使触探击数增大。侧壁摩擦的影响有随土的密度和触探深度的增大而增大的趋势;
  ③ 地下水:地下水的影响与土层的粒径和密度有关。
  5.5 影响因素的校正
  (1)触探长度影响的校正:触探杆长度大于1m时,锤击数可按下式进行校正:
  N120=α·N
  式中:N120───超重型触探试验锤击数
  α───触探杆长度校正系数,按表1
  (2)触探杆侧壁摩擦系数影响的校正
  N120=Fn·N
  式中:Fn───触探杆侧壁摩擦系数影响校正系数,按表2确定。
  N120=α·Fn·N
  式中:α·Fn───综合影响因素校正系数,按表3确定。
  6静载荷试验资料整理
  6.1基本曲线的绘制
  根据实测资料,绘制p—s关系曲线、s—㏒t关系曲线,从关系曲线上判断强度临界点(比例、极限、破坏点),并由此根据相应的承载力取值条件,判断、确定对临界强度点的承载力和沉降量。
  6.2承载力基本值的确定
  承载力基本值的确定方法归结为两种,即强度控制法和相对变形控制法,目前国内外较常用相对变形控制法确定承载力基本值。本次试验情况用强度控制法确定基本值的方法与《建筑地基处理规范》相同,即:
  ① 当p—s曲线上有明显的比例极限时,可取该比例极限所对应的荷载;
  ② 当极限荷载能确定,并且Pu(极限荷载)<1.5P。(比例极限)时,取Pu/2为承载力基本值。
  根据工程地基特性、承载板尺寸,用相对变形控制法确定承载力基本值:
  ① 低压缩性土和砂土,取s/b=0.01~0.015所对应的荷载值为承载力基本值。
  ② 桩间土:对粘性土、砂土分别取s/d=0.02和s/d=0.01~0.015所对应的荷载为基本值。
  6.3回填地基承载力基本值成果表
  6.4承载力标准值的确定
  规范推荐的方法:同种试验体的试验点数量不少于3,基本值的极差不大于平均值的30%时,取同一试验体的平均值为标准值。
  根据以上原则、方法,将试验成果按不同试验区域、整个场地进行统计分析,根据标准值的取舍计算原则,分别提出标准值(表5),以供使用。
  6.5 回填地基变形模量的计算
  假设各种试验体为各向同性的半无限体,根据弹性理论,对于圆形刚性承压板,可按公式(1)计算变形模量:
  E0=(π-(1-μ2)PD)/4s (1)
  式中:E0—变形模量(MPa);
  μ—泊桑比(0.33);
  P—作用在承板上荷载(MPa);
  D—承压板直径(m)
  S—沉降量(m)
  7 试验检测成果浅析
  7.1静载荷试验
  试验采用4㎡的承压板,包含夯击点和盲点,试验点具有模拟建筑地基实际受力的特点,试验成果具有很好的代表性。
  回弹地基静载荷试验承载力基本值251.21 KPa ~319.66 KPa,均大于设计值,能满足设计要求,试验检测测点高程在1391.596m至1402.729m之间;地基变形摸量14.74~51.62 MPa,平均值30.56 MPa,同一测区最大与最小值相差2.5倍,存在的不均性问题,主要是因填方材料不均、施工因素引起的。
  A、B、C三区域试验承载力基本值反映;B区承载力基本值最低(251.21~256.05 KPa),与设计值接近,则富余度小,但如果充分考虑时间因素,则地基沉载力富余度可能会有所提高:A、C区承载力最高,但C区沉降量最大,其中影响因素可能是强夯施工参数在不同的区域,因填料的变化(块径、颗粒级配、材料性质)引起施工参数不适应的结果。
  7.2超重型动力触探试验检测
  超重型动力触探试验检测是根据分A、B、C、综合楼四大区,在A、B、C、综合楼四大区中又分为不同的小区,在小区中按不同的回填强夯高程进行检测,强夯分别采用300t.m或100t.m设备进行,具体分区见表7,完成工作量见表8。
  根据设计技术要求,对A、B、C、综合楼进行成果统计分析,分析见表9
  A区、B区、C区强夯地基承载力>250 KPa(合格)的百分比例(按总深度比例统计)为75%~84%,综合楼合格比例为17%(不合格),显然该区处理效果差。
  A区1#、18#、56#、测孔不合格,1#~18#测点区域采用100t.m强夯夯击能,平均影响深度范围0.3~3.3m,3.3m下部可能为土层;19#~26#测点区域采用300t.m强夯夯击能,是对1#~18#测点区域的补强检测,平均影响深度范围0.2~5.2m,6.5m未见土层;27#~56#测点区域采用100t.m强夯夯击能,平均影响深度范围0.3~3.2m,1.3~2.6m为不规则厚土层,可能是局部回填料不均匀,强夯影响深度不够。
  B区1#、3#、23#、89#、63#侧孔不合格,13#~34#测点区域采用100t.m或300t.m强夯夯击能,平均影响深度范围0.6~3.6m;35#~68#测点区域采用100t.m强夯夯击能,平均影响深度范围0.3~2.1m,2.1m下部未见土层;69#~89#测点区域平均影响深度范围0.5~2.1m,2.1m下部未见土层。
  C区无不合格孔,1#~7#测点区域采用100t.m强夯夯击能,平均影响深度范围0.2~3.8m;14#~21#测点区域采用100t.m强夯夯击能,平均影响深度范围0.9~3.4m。
  综合楼区域采用100t.m强夯夯击能,若按250 KPa设计值衡量,1#、2#、3#、4#、5#、测孔均不合格。合格率仅为29.79%。分析原因为该区域下层有地下水渗漏,使回填土石料处于饱和状态,强夯效果不明显;回填聊中级配不合理也是影响强夯效果的原因。
  8 结论及建议
  1、试验检测严格按有关国家、行业规程规范进行,试验成果客观反映工程地基承载力及变形特性,试验成果可靠,可供上部结构设计使用;
  2、A、B、C三区域复合地基承载力均能满足要求;强夯处理地基承载力最大取值仅319.66KPa,平均值276.01 KPa,与其他工程经验相比,富余度略小,可能与该取填筑材料的筛选、施工机械选择有一定关系;
  3、超重型动力触探试验检测A、B、C、综合楼四大区,要求地基承载力>250 KPa,A、B、C区实际检测结果合格百分比为75%~84%,综合楼合格百分比为17%;今后施工中对综合楼基础应做重点处理。
  4、建筑基础的埋深建议充分参考影响的有效深度、范围,随着填料的不同,不同区域强夯影响的有效深度、范围有所不同;
  5、本次静载荷试验检测仅对回填地基试验区进行检测,主要为施工期回填地基基础强夯提供设计、施工参数。建议根据试验区的参数在施工期进行适当调整,施工期应进行必要的静载荷试验检测。
  作者简介:
  毕桂兰(女、1964--工程师)本科;;从事专业:主要从事水利水电工程投标工作。
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