原位測試技術(shù)在碳質(zhì)頁巖中的應(yīng)用

1、<p>　　原位測試技術(shù)在碳質(zhì)頁巖中的應(yīng)用</p><p>　　摘要：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種國際通用的原位測試方法，通過在碳質(zhì)頁巖中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)得出的試驗(yàn)成果，說明在碳質(zhì)頁巖中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)研究是可行的。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) 數(shù)理統(tǒng)計(jì) 碳質(zhì)頁巖 </p><p>　　中圖分類號：S611文獻(xiàn)標(biāo)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(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、圓錐動力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等。本文中主要研究的是標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在碳質(zhì)頁巖中的應(yīng)用。 </p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)英文名稱是Standard penetration test ，國際上通稱SPT；于上世紀(jì)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(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，提出了一系列與巖土參數(shù)相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，并制定出相應(yīng)的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。我國從上世紀(jì)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(shè)備規(guī)格與試驗(yàn)方法與國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)基本一致，在多年的理論研究和實(shí)踐基礎(chǔ)上,根據(jù)我國地質(zhì)條件特點(diǎn)，建立了不少SPT應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)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(yīng)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(yīng)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(jìn)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(fēng)化營力作用下，

5、形成了夾層風(fēng)化及由上而下風(fēng)化不均的殘積土和風(fēng)化巖。因?yàn)樵谕庥^形態(tài)上風(fēng)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(shí)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(dú)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(jìn)行含水量、塑液限或顆（篩）分試驗(yàn)，為綜合劃分地層提供依據(jù)。由于基巖埋深較深，設(shè)計(jì)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(zhǔn)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(yàn)原則及操作 </p><p>　　為了能真實(shí)、準(zhǔn)確研究巖石的性質(zhì)，制定以下試驗(yàn)原則： </p><p>　　（1）受設(shè)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>　?。?/p>

7、2）按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，一次貫入的深度為15cm預(yù)打和30cm貫入，共計(jì)45cm。但 當(dāng)試驗(yàn)孔出現(xiàn)坍塌或縮孔，貫入深度就要加大，造成試驗(yàn)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(jìn)行試驗(yàn)，這樣可減少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的離散性和增大實(shí)驗(yàn)樣本容量。 </p><p>　　（4）先取樣然后進(jìn)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(yàn)結(jié)果對比。 </p><p>　?。?）嚴(yán)格按照SPT規(guī)范和上述試驗(yàn)原則要求，結(jié)合巖芯鉆探，由野外地質(zhì)人員對SPT取樣進(jìn)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(jì)進(jìn)行了130次標(biāo)貫，土工試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果與SPT數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。 </p><p>　　4.測試資料的整理、分析 <

9、/p><p>　　巖石隨風(fēng)化程度的加劇，其孔隙比勢必增大，強(qiáng)度和彈性模量將明顯降低。 </p><p>　?。?）對所有實(shí)測標(biāo)貫擊數(shù)N’按公式N= αN’進(jìn)行修正。本文后面提到的標(biāo)貫擊數(shù)皆為經(jīng)桿長修正后的標(biāo)貫擊數(shù)。桿長修正系數(shù)按表1進(jìn)行取值，區(qū)間值按內(nèi)插法進(jìn)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(diǎn)圖 </p><p>　?。?）對三個散點(diǎn)密集區(qū)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)與土工試驗(yàn)成果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)。因?yàn)槭前匆粚σ蝗拥姆椒ㄈ樱栽嚇拥膸r土參數(shù)的變異特征應(yīng)為均一型，即δ＜0.3。在統(tǒng)計(jì)過程中剔除了部分異常值，并結(jié)合野外現(xiàn)場對標(biāo)貫取樣的地質(zhì)鑒定進(jìn)行綜合對比分析。統(tǒng)計(jì)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(fēng)化形成的殘積土、強(qiáng)風(fēng)化巖。那么劃分碳質(zhì)頁巖風(fēng)化形成的殘積土和強(qiáng)風(fēng)化巖

11、的定性指標(biāo)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(qiáng)風(fēng)化巖。以此標(biāo)準(zhǔn)劃分整個工區(qū)后，區(qū)內(nèi)強(qiáng)風(fēng)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(fēng)化形成的殘積土和強(qiáng)風(fēng)化巖以N=30作為標(biāo)準(zhǔn)，然后直接利用表2的標(biāo)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(chǔ)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(yàn)表（表3）進(jìn)行估算和。 </p><p>　　表3利用標(biāo)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(jìn)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(qiáng)風(fēng)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(yīng)多作安全儲備，故樁端極限端阻力取小值。于是向設(shè)計(jì)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(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)頁巖中，同時提高了強(qiáng)風(fēng)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(shè)計(jì)與施工 </b></p><p>　　根據(jù)勘察單位提供的巖土參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，對比設(shè)計(jì)單位提出的承載力要求，驗(yàn)算結(jié)果完全滿足設(shè)計(jì)要求。因?yàn)樯皫r埋深較深，所以在業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、勘察、施工五方共同參加的驗(yàn)樁會議上有22根樁的樁端持力層選擇置于強(qiáng)風(fēng)化碳質(zhì)頁巖中，這樣既縮短了原設(shè)計(jì)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(yùn)行，樁基沉降已達(dá)穩(wěn)定，運(yùn)行狀況良好。沉降觀測資料表明：橋基的沉降值在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，橋基是可靠的、安全的。龍崗橋的正常運(yùn)行說明勘察成果滿足設(shè)計(jì)要求，把SPT應(yīng)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>　?。?）龍崗橋的正常運(yùn)行，證明利用SPT來劃分碳質(zhì)頁巖風(fēng)化帶可行的。對于確定地基持力層，充分利用風(fēng)化巖具有現(xiàn)實(shí)意義。 </p><p>　　（2）SPT方法本身的粗糙性，使其不能準(zhǔn)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(yàn)很少。望各位同仁在軟巖的研究中多嘗試使用該試驗(yàn)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(yàn)。 </p>

17、<p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]中華人民共和國標(biāo)準(zhǔn)：《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(biāo)準(zhǔn)》（JGJ72-2004） </p><p>　　[3]中華人民共和國水利部：《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50123-199