原位測試技術(shù)在碳質(zhì)頁巖中的應用

1、<p>　　原位測試技術(shù)在碳質(zhì)頁巖中的應用</p><p>　　摘要：標準貫入試驗是一種國際通用的原位測試方法，通過在碳質(zhì)頁巖中進行標準貫入試驗，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計得出的試驗成果，說明在碳質(zhì)頁巖中進行標準貫入試驗研究是可行的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：標準貫入試驗 數(shù)理統(tǒng)計 碳質(zhì)頁巖 </p><p>　　中圖分類號：S611文獻標識碼： A </p&

2、gt;<p><b>　　1.前言 </b></p><p>　　原位測試技術(shù)包括載荷試驗、十字板剪切試驗、靜力觸探試驗、圓錐動力觸探試驗、標準貫入試驗、旁壓試驗等。本文中主要研究的是標準貫入試驗在碳質(zhì)頁巖中的應用。 </p><p>　　標準貫入試驗英文名稱是Standard penetration test ，國際上通稱SPT；于上世紀二十年代起源于

3、歐洲；到四十年代末，Terzaghi和Peck對二十多年的應用進行總結(jié)，提出了一系列與巖土參數(shù)相關(guān)的經(jīng)驗公式，并制定出相應的設備標準。我國從上世紀七十年代初開始大規(guī)模普遍使用SPT，目前在國內(nèi)幾乎所有的工程勘察系統(tǒng)，SPT都已成為一種不可缺少的原位測試手段，其設備規(guī)格與試驗方法與國際上通用的標準基本一致，在多年的理論研究和實踐基礎上,根據(jù)我國地質(zhì)條件特點，建立了不少SPT應用經(jīng)驗公式。 </p><p>　　該技

4、術(shù)在國內(nèi)多用于砂類土和粘性土范圍，在碳質(zhì)頁巖中的應用則很少。在深圳市寶荷高速公路跨龍崗河橋勘察工程，把SPT應用到碳質(zhì)頁巖的研究中，并取得了很好的效果。 </p><p>　　2.在碳質(zhì)頁巖中進行SPT的由來 </p><p>　　龍崗橋的地質(zhì)環(huán)境為湘中測水組的砂、頁巖互層地層，是早石炭世晚期海退時形成濱海沼澤而發(fā)育形成的一套海陸交互相煤系地層。砂巖、碳質(zhì)頁巖互層在遭受長期風化營力作用下，

5、形成了夾層風化及由上而下風化不均的殘積土和風化巖。因為在外觀形態(tài)上風化巖和殘積土很相近，而且野外地質(zhì)人員往往根據(jù)肉眼判別碳質(zhì)頁巖及其殘積土，出于安全考慮，所以地質(zhì)人員會把碳質(zhì)頁巖定得很厚，這樣與實際情況會有一定出入。在SPT同時，可以采取到樣品，這是SPT的獨到之處，是其他測試方法所不具備的功能。對貫入器內(nèi)取出的樣本，除觀察描述其性狀外，亦可進行含水量、塑液限或顆（篩）分試驗，為綜合劃分地層提供依據(jù)。由于基巖埋深較深，設計單位提出是否能

6、把樁基置于碳質(zhì)頁巖中。鑒于上述原因，為了準確的劃分碳質(zhì)頁巖及其殘積土，故而把SPT引入到碳質(zhì)頁巖的研究中。 </p><p>　　3.試驗原則及操作 </p><p>　　為了能真實、準確研究巖石的性質(zhì)，制定以下試驗原則： </p><p>　?。?）受設備性能和操作熟練程度的控制，保持貫入速度控制在5~10秒/擊。 </p><p>　　（

7、2）按試驗標準要求，一次貫入的深度為15cm預打和30cm貫入，共計45cm。但 當試驗孔出現(xiàn)坍塌或縮孔，貫入深度就要加大，造成試驗器械的摩擦力和阻力加大，使擊數(shù)增高。所以，要保持孔底干凈不擾動。 </p><p>　?。?）遇到碳質(zhì)頁巖及其殘積土必須進行試驗，這樣可減少實驗數(shù)據(jù)的離散性和增大實驗樣本容量。 </p><p>　?。?）先取樣然后進行SPT（簡稱一對一取樣），減少巖土參數(shù)隨

8、深度的變異性和與土工試驗結(jié)果對比。 </p><p>　?。?）嚴格按照SPT規(guī)范和上述試驗原則要求，結(jié)合巖芯鉆探，由野外地質(zhì)人員對SPT取樣進行野外現(xiàn)場鑒定。在龍崗橋工程勘察中，對碳質(zhì)頁巖及其殘積土共計進行了130次標貫，土工試驗取樣100組，其中一對一取樣82組。下面就對這82組具有關(guān)聯(lián)的土樣的土工試驗結(jié)果與SPT數(shù)據(jù)進行分析。 </p><p>　　4.測試資料的整理、分析 <

9、/p><p>　　巖石隨風化程度的加劇，其孔隙比勢必增大，強度和彈性模量將明顯降低。 </p><p>　?。?）對所有實測標貫擊數(shù)N’按公式N= αN’進行修正。本文后面提到的標貫擊數(shù)皆為經(jīng)桿長修正后的標貫擊數(shù)。桿長修正系數(shù)按表1進行取值，區(qū)間值按內(nèi)插法進行取值。 </p><p>　　表1 SPT桿長修正系數(shù)表 </p><p>　　圖1 N

10、~e散點圖 </p><p>　　（3）對三個散點密集區(qū)進行標準貫入擊數(shù)與土工試驗成果進行數(shù)理統(tǒng)計。因為是按一對一取樣的方法取樣，所以試樣的巖土參數(shù)的變異特征應為均一型，即δ＜0.3。在統(tǒng)計過程中剔除了部分異常值，并結(jié)合野外現(xiàn)場對標貫取樣的地質(zhì)鑒定進行綜合對比分析。統(tǒng)計分析成果見表2。從表2中空隙比e和野外鑒定，可以確定A區(qū)、B區(qū)分別為碳質(zhì)頁巖風化形成的殘積土、強風化巖。那么劃分碳質(zhì)頁巖風化形成的殘積土和強風化巖

11、的定性指標基本可以確定為N=30。因此，在龍崗橋工程勘察中，按N<30為殘積土；30≤N≤50為強風化巖。以此標準劃分整個工區(qū)后，區(qū)內(nèi)強風化碳質(zhì)頁巖的頂板均有不同程度的提高，平均每樁2.1～5m。通過劃分碳質(zhì)頁巖風化形成的殘積土和強風化巖以N=30作為標準，然后直接利用表2的標貫擊數(shù)估算樁基的樁周極限側(cè)摩阻力和樁端極限端阻力。利用表2中的液性指數(shù)IL查《建筑樁基礎規(guī)范》（JGJ94-94）予估樁基的樁周極限側(cè)摩阻力和樁端極限端阻力

12、和利用施默特曼提出的予估樁基的樁周極限側(cè)摩阻力和樁端極限端阻力的經(jīng)驗表（表3）進行估算和。 </p><p>　　表3利用標貫擊數(shù)N估算樁基的樁周極限側(cè)摩阻力（qs）和樁端極限端阻力（qp） </p><p>　　利用上述兩種方法進行予估后的估算值見表4，發(fā)現(xiàn)利用施默特曼的予估表估算的極限側(cè)摩阻力值（qs）比查規(guī)范的估算值小,且予估表估算的樁端極限端阻力（qp）比查規(guī)范的估算值大。但考慮把

13、強風化碳質(zhì)頁巖類比為液性指數(shù)0.25<IL<0.5的粘土具有較多的安全儲備，就采用了查規(guī)范所得的予估值。由于樁長皆大于15m，且全部為端承摩檫樁，樁端承力應多作安全儲備，故樁端極限端阻力取小值。于是向設計單位提供查規(guī)范所得的巖土參數(shù)。并說明樁端可置于強風化碳質(zhì)頁巖中，同時提高了強風化碳質(zhì)頁巖的頂板界限。 </p><p>　　表4 利用兩種方法確定的樁周極限側(cè)摩阻力（qs）和樁端極限端阻力（qp）對比

14、表 </p><p><b>　　5.設計與施工 </b></p><p>　　根據(jù)勘察單位提供的巖土參數(shù)進行設計驗算，對比設計單位提出的承載力要求，驗算結(jié)果完全滿足設計要求。因為砂巖埋深較深，所以在業(yè)主、監(jiān)理、設計、勘察、施工五方共同參加的驗樁會議上有22根樁的樁端持力層選擇置于強風化碳質(zhì)頁巖中，這樣既縮短了原設計樁長，也為工程節(jié)省了資金。 </p>

15、<p><b>　　6.工程回訪 </b></p><p>　　龍崗橋建成后，經(jīng)過多年的運行，樁基沉降已達穩(wěn)定，運行狀況良好。沉降觀測資料表明：橋基的沉降值在設計范圍內(nèi)，橋基是可靠的、安全的。龍崗橋的正常運行說明勘察成果滿足設計要求，把SPT應用到碳質(zhì)頁巖中的研究是可行的、成功的。 </p><p><b>　　7.結(jié)束語 </b>&l

16、t;/p><p>　　（1）龍崗橋的正常運行，證明利用SPT來劃分碳質(zhì)頁巖風化帶可行的。對于確定地基持力層，充分利用風化巖具有現(xiàn)實意義。 </p><p>　?。?）SPT方法本身的粗糙性，使其不能準確的確定樁周極限側(cè)摩阻力和樁端極限端阻力，且這方面的經(jīng)驗很少。望各位同仁在軟巖的研究中多嘗試使用該試驗方法，以積累利用SPT確定軟巖的樁周極限側(cè)摩阻力和樁端極限端阻力的經(jīng)驗。 </p>

17、<p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]中華人民共和國標準：《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021－2001） </p><p>　　[2]中華人民共和國水利部：《工程巖體分級標準》（JGJ72-2004） </p><p>　　[3]中華人民共和國水利部：《土工試驗方法標準》（GB/T50123-199