高速公路路基基底承載力檢測(cè)技術(shù)

楊航

（中鐵十一局集團(tuán)第二工程有限公司，湖北十堰442000）

1 承載力檢測(cè)方法

承載力檢測(cè)方法一般有直觀試驗(yàn)、探測(cè)試驗(yàn)和土工試驗(yàn)3類。其中，土工試驗(yàn)雖然可以較準(zhǔn)確地檢測(cè)出承載力，但檢測(cè)工作量大、時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)影響施工進(jìn)度；直觀試驗(yàn)盡管快速、簡(jiǎn)單，但受到經(jīng)驗(yàn)的影響較大，從而導(dǎo)致判斷不準(zhǔn)確，留下工程安全隱患，因此，沒有實(shí)際的可操作性。由此可見，土工試驗(yàn)和直觀試驗(yàn)在實(shí)際的應(yīng)用中仍存很大的問(wèn)題和局限，一般僅適用于特殊情況。

而探測(cè)試驗(yàn)具有速度快、數(shù)據(jù)直觀、可操作性強(qiáng)、適用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，是一種快速、簡(jiǎn)便、適用的基礎(chǔ)檢測(cè)方法。探測(cè)試驗(yàn)分為動(dòng)力探測(cè)和靜力探測(cè)。通過(guò)查閱相關(guān)項(xiàng)目實(shí)施測(cè)試結(jié)果可知，動(dòng)力探測(cè)可操作性強(qiáng)、過(guò)程簡(jiǎn)便、數(shù)據(jù)簡(jiǎn)潔明了，所以，現(xiàn)階段施工多采用動(dòng)力探測(cè)。通常情況下，動(dòng)力探測(cè)的總貫入深度為4 m，采用國(guó)產(chǎn)輕型貫入儀對(duì)路基基底承載力進(jìn)行試驗(yàn)即可。需注意的是，如果總深度超過(guò)4 m，則需選擇荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀。

2 荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀

由于國(guó)內(nèi)尚未細(xì)致地分析荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀的使用注意事項(xiàng)，因此，部分建設(shè)單位即使打算采用該設(shè)備，但因不能了解設(shè)備型號(hào)、使用特性、結(jié)果集成以及整套技術(shù)對(duì)結(jié)果的應(yīng)用情況，所以，荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀在我國(guó)的普及率并不高。為了促進(jìn)該設(shè)備的推廣與應(yīng)用，需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析。

2.1 荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀規(guī)格

荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀由錐體、探測(cè)桿和穿心錘構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀結(jié)構(gòu)

2.2 注意事項(xiàng)

荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀用10.35 kg 的錘子將截面積5 cm2的探頭推入土層，落差高度為50 cm。在探頭穿透的情況下，需調(diào)整長(zhǎng)桿，即加長(zhǎng)1 m，并統(tǒng)計(jì)每次穿透土層要維持在20 cm的錘擊數(shù)。其具體施工工藝如下：

1）嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定設(shè)備參數(shù)，不符合參數(shù)允許誤差的設(shè)備禁止使用，以避免因設(shè)備系統(tǒng)誤差而造成工程故障。

2）采用土層連續(xù)貫入的方法，使貫入桿垂直插入自由錘下的土層中，統(tǒng)計(jì)每貫入20 cm 厚土層的錘擊數(shù)N10。

3）施工過(guò)程中，錘擊高度和錘擊方式應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，以保證探孔垂直，一般探桿最大偏差需控制在2%之內(nèi)。

4）探測(cè)施工階段要連續(xù)不斷進(jìn)行，錘擊率按照15～30擊/min 的要求完成。

5）在錘擊過(guò)程中，應(yīng)避免偏離錘擊點(diǎn)、探桿偏轉(zhuǎn)和探桿橫向晃動(dòng)。此外，探桿每伸入1 m 應(yīng)旋轉(zhuǎn)約1.5 圈，以保證探桿垂直伸入，減小其橫向阻力。

6）當(dāng)錘子擊中率達(dá)到20 cm/100 擊或錘子在限制器上彈動(dòng)時(shí)，應(yīng)終止試驗(yàn)。

2.3 成果整理

荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀的計(jì)算結(jié)果不僅可以用N10/20 cm 來(lái)表示，相應(yīng)的剪切強(qiáng)度Cu也可以通過(guò)N10/20 cm 計(jì)算，且二者是相互應(yīng)對(duì)的。

2.4 制定工程表格備查

在具體項(xiàng)目中，采用荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀檢測(cè)路基基底軟土強(qiáng)度、確定淤泥軟土深度時(shí)，計(jì)算難度大。表1 列出了限位器下拉桿件數(shù)和錘頭數(shù)N 對(duì)應(yīng)的剪切強(qiáng)度Cu的線性系數(shù)。

表1 限位器下桿件數(shù)對(duì)應(yīng)的C u 與N 的線性系數(shù)

2.5 C u 值與土層密實(shí)的關(guān)系

土層不排水抗剪強(qiáng)度和土體強(qiáng)度指數(shù)利用Cu來(lái)表現(xiàn)。根據(jù)剪切強(qiáng)度Cu，可以確定土壤壓實(shí)的概況。根據(jù)荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，相應(yīng)的Cu值和土層壓實(shí)情況見表2。

表2 C u 值與土層密實(shí)情況對(duì)照

3 路基基底承載力標(biāo)準(zhǔn)的推薦值

路基基底承載力的確定原則為：根據(jù)高速公路等級(jí)，應(yīng)綜合考慮路基基底的填土高度、土質(zhì)類型、質(zhì)量保證安全系數(shù)和經(jīng)濟(jì)性。這是因?yàn)椋绻麡?biāo)準(zhǔn)過(guò)高則不經(jīng)濟(jì)；如果標(biāo)準(zhǔn)過(guò)低則會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量隱患。要正確界定路基基底承載力標(biāo)準(zhǔn)，則需考慮的內(nèi)容有：（1）前期施工的工程實(shí)踐價(jià)值范圍；（2）做一些實(shí)驗(yàn)研究；（3）堅(jiān)持合理保守的原則，通常0.125＜Cu≤0.25 為軟土，0.25＜Cu≤0.5 為中等密實(shí)土，0.5＜Cu≤0.75 為密實(shí)土。

4 實(shí)例研究

某高速公路路基基底強(qiáng)度采用15 錘動(dòng)力貫入試驗(yàn)控制（錘擊數(shù)N=15），相當(dāng)于100 kPa 承載力標(biāo)準(zhǔn)。該高速公路在交界處采用軟土指標(biāo)Cu=0.28 作為基底承載力準(zhǔn)則，但最終清土?xí)r，由于深度較原深度有所增加，因此，部分地方因清淤不徹底存在一定的隱患，這預(yù)示著采用Cu=0.28 作為軟土指標(biāo)是偏低的。在實(shí)際操作中，軟土指標(biāo)的判斷標(biāo)準(zhǔn)并不能作為路基基底承載力的確定標(biāo)準(zhǔn)。這是因?yàn)槁坊壮休d力的要求一般都遠(yuǎn)高于軟土的承載力，通常至少按中密度土層判斷是更可靠的。

經(jīng)綜合實(shí)例和對(duì)比試驗(yàn)后，該高速公路的路基基底采用了軟土指標(biāo)Cu=0.39、承載力84 kPa 的基底承載力準(zhǔn)則。但考慮到偏安全原則，采用軟土指標(biāo)Cu=0.45、承載力100 kPa 的基底承載力準(zhǔn)則更可靠。因?yàn)榇藭r(shí)該高速公路路基基底處于中密度土層中，可參考鄂京珠高速公路進(jìn)行研究。通常情況下，對(duì)于高路堤基底，由于累積沉降量已增加，所以，應(yīng)適當(dāng)提高路基基底的承載力。某高速公路路基基底承載力標(biāo)準(zhǔn)推薦值見表3。

表3 某高速公路路基基底承載力標(biāo)準(zhǔn)推薦值

5 路基基底的強(qiáng)度測(cè)試和處治原則

5.1 荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀檢測(cè)路基基底承載力的條件

路基基底承載力標(biāo)準(zhǔn)的推薦值為基礎(chǔ)清淤或基礎(chǔ)管理提供了科學(xué)根據(jù)，填補(bǔ)了基礎(chǔ)施工要求中的不足[1]。但是，由于路基基底承載力數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)土壤含水量的多少而有所變化，因此，只有在相同的試驗(yàn)條件下，路基基底承載力才具有可比性和指導(dǎo)價(jià)值。所以，一定要遵守設(shè)計(jì)規(guī)范的要求：

1）試驗(yàn)前必須對(duì)試驗(yàn)路段進(jìn)行溝渠排水，并按照縱、橫間距分別＜15 m、上口寬0.6 m、下口寬0.3 m、深0.6 m 的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)開掘格柵式排水溝。

2）紅線兩側(cè)縱向排水溝，應(yīng)比格柵排水溝深。

3）試驗(yàn)應(yīng)在排水后第3 天且為晴天時(shí)進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)果可成為確定基底承載力的可用參數(shù)。

4）使用標(biāo)準(zhǔn)的荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀，并遵守其操作流程和結(jié)果總結(jié)方案。

5.2 對(duì)于路基基底不適宜土層的處治原則

確定不適宜土層深度的主要目的是幫助合理選擇適宜的土層處理方案。當(dāng)不適宜土層深度＜3 m 時(shí)，因其布局狹小，所以，使用清淤回填施工法最有效、最能降低成本。另外，當(dāng)不適宜土層深度＞3 m 且布局廣闊時(shí)，應(yīng)當(dāng)作特殊不適宜土層處理，一般采用振動(dòng)管碎石樁、粉噴樁和砂樁等措施。

6 應(yīng)用效果

采用Cu值測(cè)量路基基底承載力時(shí)，可采用荷蘭輕型動(dòng)力觸探儀進(jìn)行檢測(cè)。由于Cu值與探測(cè)儀錘數(shù)N10/20 cm 相互對(duì)應(yīng)，故可以采取N10/20 cm 參數(shù)決定和確定路基基底不適宜土層的強(qiáng)度和深度。

本文高速公路在竣工1a 后經(jīng)過(guò)了雨季的考驗(yàn)，沒有出現(xiàn)沉降、垂直裂縫、坡腳拱起等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)病害。為了檢驗(yàn)其適用性，設(shè)置286 個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，連續(xù)觀察12 個(gè)月，共獲得10 000 多個(gè)觀測(cè)數(shù)據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，該高速公路的基礎(chǔ)沉降速率已降至2 mm/月，遠(yuǎn)低于基礎(chǔ)沉降速率控制在5mm/月以下的標(biāo)準(zhǔn)。這表明，本文提供的路基基底承載力的檢測(cè)方法是合理的。

7 結(jié)語(yǔ)

高速公路的沉降情況與路基基底的承載力大小有直接關(guān)系，因此，必須以實(shí)際工程項(xiàng)目為依據(jù)，在詳細(xì)了解相關(guān)路基地基承載力數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出對(duì)應(yīng)的解決方案。其中，使用有效的路基基底承載力檢測(cè)方法，可以有效提高施工效率。