原位测试作业.docx

原位测试技术在王家墩中央商务区详勘中的应用摘要: 土工原位测试方法是在工程现场，不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试，以获得所测土层的物理力学指标及划分土层的一种土工勘测技术。原位测试与钻探取样的室内试验相辅相成，为理论研究与实际工程服务。室内试验历史悠久，边界条件与排水条件较易控制，应力路径可事先选定。本文结合王家墩中央商务区详勘，介绍几种原位测试方法应用，分析了相关测试指标和岩土设计指标的相关性, 可为同类工程提供实际参考。关键字: 原位测试；工程地质勘察；地基承载力 .武汉市王家墩中央商务区位于武汉汉口淮海路以南、珠江路以北、商务东路以东及云霞路以西合围范围内。该项目主要包括1栋29层酒店式公寓(高98.0米)、1栋23层酒店(高94.5米)、1栋46层办公楼(高196米)及3F商业群房及1个整体3层地下室；地面设计0.000米暂定为22.00米，基础埋深约为0.000以下16.0米，基坑开挖深度约为地面以下15.0米，即绝对标高约为6.00米，总建筑面积约为24.2万m2，其中地上建筑面积约为17.4万m2，地下建筑面积约为6.8万m2。该项目勘察目的是为施工图设计提供详细勘察阶段的岩土工程勘察资料，要求查明场地地基土的分布埋藏特征及其物理力学性质，查明场地水文地质条件，进行岩土工程评价，为基础与基坑工程的设计与施工提供有关参数。为保证勘察最后提供的岩土参数准确可靠, 详勘工作中采用了静力触探、标准贯入试验、重型动力触探、波速及地脉动测试等多种现场测试手段。本文介绍在详勘中采用的静力触探、标准贯入试验、重型动力触探、波速及地脉动测试等多种现场测试手段，通过对比分析, 为建筑物设计提供了完整、准确的岩土参数，并为今后大型的工程提供宝贵的经验。1 原位测试技术应用背景条件1.1 自然条件武汉市地处我国中原腹地，属亚热带大陆性季风气候，具有四季分明、气候温和、雨量充沛的气候特征。该地区降水充沛，河流纵横，湖泊密布，为场区流水地貌、湖泊地貌的发育创造了有利条件。场区浅部土层渗透性弱，大气降水部分流出场区，少量渗入地下，补给地下水。1.2 区域地质概况该场地位于“汉口东湖背斜”的北冀，靠近其核部地段，场地北面约1.5公里为北西西向小断裂F15，场地南面约2.0公里为北西西向较大规模F5断裂，场地以西约7.5公里为北北东向较大规模F3断裂，场地以东约4.0公里为大规模F11断裂（长江断裂），上述断裂均非全新世活动断裂，且无断裂通过本场地，故本场地区域地质构造是稳定的。场地东侧有一条南北走向的碎石路，西南侧有一施工用房。地貌上属长江I级阶地。1.3 岩土层特征根据勘察的野外钻探、原位测试及室内试验资料，该场地在勘探深度61.5m范围内所分布的地层除表层分布有杂填土（Qml）外，其下为第四系全新统冲积成因的粘性土和砂土（Q4al）和冲洪积成因的含圆砾中砂（Q4al+pl），下伏基岩为志留系中统坟头组(S2f)泥岩、泥质页岩，各岩土层的分布埋藏情况及特征如下:杂填土：主要由碎石、砖块等建筑垃圾混粘性土组成，土质不均匀，结构松散。厚度为0.32.6m粘性土和砂土：上部为粘土，褐黄色，含氧化铁、云母片及少量铁锰质，干强度较高，韧性较好，厚度为0.75.7m。中部为粉质粘土，灰色，含少量有机质，局部夹少量薄层粉土，强度一般，韧性一般，厚度为0.811.6m。其下为灰色细砂层，局部夹粉质粘土，厚度为4.322.6m。含圆砾中砂：灰色，该层以中砂为主，含有圆砾，成分为石英砂岩，粒径一般为25mm，含量约为2040%，局部地段富集中粗砂及少量卵石，卵石成分主要为石英砂岩，粒径一般为2050mm，含量约5%，呈亚圆状，底部圆砾、卵石含量增大，厚度为0.95.8m。强风化泥岩：灰绿色，岩性为泥岩、泥质页岩，岩芯风化成土状，手可捏碎，局部为鳞片块、小块状，夹未完全风化岩块，手可折断，该层取芯率低，属极软岩，较破碎岩体，岩体基本质量等级V级，厚度为0.27.1m。中风化泥岩：灰绿色，岩性为泥岩、泥质页岩，岩芯主要为短柱状、碎块状，泥质胶结，裂隙较发育，间距一般为515cm，倾角陡，一般为4080，裂隙面平直光滑，无充填，为闭合状；该层取芯率约为7080%，RQD约为2040%，属极软软岩，较完整，岩体基本质量等级为V级，最大进入深度为13m。2 原位测试的方法及测试点的布置2.1 原位测试方法的确定原位测试是在现场直接对岩土体进行测试取得有关物理、力学等岩土体的数据或指标。本文具体介绍静力触探实验、标准贯入试验、钻孔波速及地脉动测试等原位测试技术。1） 静力触探：静力触探测试简称静探（CPT）。该试验是把一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压人土中，并测定探头阻力等的一种测试方法，静探实验适用于软土、一般粘性土、粉土、砂土和含少量碎石的土。本次勘察所采用的是单桥探头进行静探原位实验，然后根据贯入曲线的特征，结合相邻钻孔资料和地区经验来划分土层和判定土类。为查明地基土层分布情况及性质，综合评价地基土的承载力等，本次勘察共布置并完成静力触探孔21个(均为对比孔)，孔深29.235.2米，总进尺659.4米。2） 标准贯入实验与圆锥型动力触探实验：标准贯入试验习惯上简称为标贯。它和动力触探在仪器上的差别仅在于探头形式不同，标贯的探头是一个空心贯入器，试验过程中还可以取土。标贯实验试用于砂土、粉土及粘性土，也可用于残积粘性土、极软岩强风化层，对软粘土不宜采用。标准贯入试验是评价土体性质(尤其是砂土)的重要常规原位测试手段。标准贯入试验采用63.5 kg落锤, 自由落距76cm,先击15cm不计击数, 再记录后30 cm的锤击数。若未到达30cm，标贯击数大于50击，停止锤击，记录实际贯入度与实际锤击数，业内整理换算成30cm锤击数。为减小对土体的扰动, 保证试验数据的可靠性, 一般在采取原状土样后进行标贯试验, 标贯间距视取样间距确定。圆锥型动力触探实验分为轻型、重型和超重型三种。本次勘察采用的是重型动力触探实验，其适用于砂土、种密以下的碎石土、极软岩。为采用多种方法查明各地层的密实度及强度等，本次勘察在钻孔中共进行标准贯入试验367次，进行重型动力触探试验29次，共12米。3） 波速及地脉动测试：岩土波速测试主要为评价场地土类别和提供分层剪切波速以及动弹性模量、动剪切模量、动泊松比等参数。波速测试采用单孔波速法检层法。对于土来讲，当它所受的应力很小及相对变形很小时，可以认为它是弹性体，振动能量以弹性波的形式向四周扩散。孔中拾震器采用南京高旺电子仪器厂生产的CJ-84型充气贴壁式三分量井下地震检波器。该仪器外径为60mm，自振频率为27Hz，频率范围0-200Hz。主机采用武汉岩海工程开发有限公司生产的RS-K1616P检测仪，触发传感器为CDJ-Z83振子。测试方法是在孔口中心一定距离平铺一木板，木板两端到孔口中心距离相等，利用钻机做木板配重，在木板中间位置插一触发检波器做为采样器的时间开关，分别锤击木板两端以产生正反两方向的SH弹性波，将三分量检波器放置井中不同位置，由采样器记录来自井中检波器接收到的信息，可以确定从震源到井中检波器的走时，井中三分量检波器由下往上提，20m以下2m一个点次，20m以内1m一个点次，木板到孔口垂直距离为1.5m。将敲击木板两端产生的相位相反之SH波，经检波器、采样器输入计算机，由计算机自动产生SH波相位对比波形，根据波形特征可判读SH波初至时间。地脉动测试采用891型拾震器实测地面振动卓越周期。测试时人员不要在近处走动并尽量避开汽车通过的干扰。测点用南北水平、东西水平两个方向时程记录。为查明场地地层的剪切波速及划分场地类别，本次勘探在3个波速孔（20#、29#、37#）中进行了单孔检层法波速测试，在29孔附近做了地脉动测试。2.2 测试点的布置本次勘察主要是沿拟建建筑物周边线、中部及角点布设勘探点65个。各勘探点的测放工作根据设计单位提供的1:1000建筑物总平面图实施完成，以建设单位提供的淮海路上WJD04控制点为基准点，采用全站仪进行测放，平面座标属1954北京座标系统，高程属1985国家高程系，控制点座标分别为WJDE04（X=386923.489，Y=523377.389，H=21.221）。3 原位测试成果分析3.1 静力触探成果分析各土层的静力触探试验比贯入阻力Ps值分层统计结果详见表1。通过表中的数据可以得到各土层承载力特征值fak及压缩模量Es。表1 静力触探比贯入阻力Ps值（Mpa）统计表层号地层名称试验次数n基 本 值标准差变异系数统计修正系数标准值Ps(击)maxmin(2-1)粘土192.00.71.090.360.330.870.95(2-2)粘土221.00.70.750.080.110.960.72(3-1)淤泥质粉质粘土170.70.40.580.090.150.930.54(3-2)粉质粘土夹粉土、粉砂粉质粘土221.00.60.800.110.140.950.75粉土202.71.62.090.300.140.941.97粉砂215.53.14.010.600.150.943.78(4-1)粉砂夹粉质粘土粉砂226.54.05.230.920.180.934.88粉质粘土151.60.80.960.210.220.900.86(4-2)细砂228.55.57.010.860.120.956.69(4-2a)粉质粘土21.41.11.251.17(4-3)细砂22147.59.831.350.140.959.333.2 标贯试验及重型动力触探试验成果分析本次勘探在各地层中分别进行了标贯试验，其中在含圆砾中砂中进行了重型动力触探试验，其分层统计结果详见表2与表3。从标贯实验数据在各层的统计结果表明，各层标准贯入试验数据是真实、可靠的, 可以用来判断土体的性质, 其中的桩基相关设计参数可据此提出。各土层承载力特征值fak及压缩模量Es见表4。表2 标准贯入试验击数统计表层号地层名称试验次数n基 本 值标准差变异系数统计修正系数标准值N(击)maxmin(2-1)粘土6845.51.520.280.774.3(2-2)粘土24734.31.090.250.913.9(3-1)淤泥质粉质粘土9522.91.050.360.772.2(3-2)粉质粘土夹粉土、粉砂401338.62.540.30.927.9(4-1)粉砂夹粉质粘土61174112.80.250.9410.4(4-2)细砂64221517.71.910.110.9817.3(4-3)细砂146371929.14.240.150.9828.5(6-1)泥岩强风化17503441.45.080.120.9539.2表3 动力触探试验击数（修正）统计表层号地层名称试验次数n基 本 值标准差变异系数统计修正系数标准值N63.5(击)maxmin(5)含圆砾中砂2918.511.113.812.290.170.9513.08表4 各土层承载力特征值fak及压缩模量Es(1-2) 试 指 验 标 方 法地层编号及名称 土岩试验标贯试验静力触探动力触探综合建议值fak(kPa)Es(1-2)(MPa)fak(kPa)Es(1-2)(MPa)fak(kPa)Es(1-2)(MPa)fak(kPa)fak(kPa)Es(1-2)(MPa)(2-1)粘土1285.81066.61035.11055.2(2-2)粘土1044.9985.8824.1854.2(3-1)淤泥质粉质粘土593.9632.4643.2603.0(3-2)粉质粘土夹粉土、粉砂粉质粘土614.0178854.2904.8粉土1098.0粉砂12511.5(4-1)粉砂夹粉质粘土粉砂24214712.81209.0粉质粘土944.7964.8(4-2)细砂18918416.418016.0(4-2a)粉质粘土644.11085.41055.2(4-3)细砂25123621.623021.0(4-3a)粉质粘土1938.31306.5(5)含圆砾中砂32029.0(6-1)强风化泥岩450E0=45.0400450E0=45.0(6-2)中风化泥岩fa=2500fa=25003.3 波速及地脉动测试分析根据波速及地脉动测试成果,对其作了统计,结果见表5与表6。表5 剪切波速测试成果表孔号地表下20m内土层等效剪切波速Vse(m/s)场地类别20158.929173.437159.9表6 地脉动测试成果表东西方向南北方向水平向平均频率(Hz)周期（S）频率(Hz)周期（S）频率(Hz)周期（S）3.60.283.80.263.70.27根据表5与表6的统计结果可以看出，本场地地表下20m深度范围内各土层等效剪切波速值为158.9173.4m/s，按建筑抗震设计规范并结合本次勘察结果，本场地覆盖层厚度在43.747.3米左右，故建筑场地类别为II类。根据波速及地脉动测试报告，本场地卓越周期为0.27秒，结构设计的自振周期应避开此范围值。4 结语（1）本工程根据场区特点，在钻探的基础上结合一定数量的标准贯入试验、重型动力触探、静力触探测试等原位测试，并将原位测试与室内土工试验相结合，能充分认识岩土性能, 掌握岩土特性, 为设计和施工提供准确岩土设计参数, 节省了工程投资, 并达到预期的勘察目的。（2）原位测试方法的综合应用, 可多方面了解岩土层的物理力学特性, 为大型或复杂工程的设计和建造提供充分的岩土参数, 是解决复杂岩土问题的较好途径。参 考 文 献1 吴兴序.岩土工程原位测试技术M.成都:西南交大学出版社, 2005.2 尹康华.土体原位测试法在岩土工程中的应用J.云南地质, 2006, (1):9699.3 孟高头.土体工程勘察原位测试及其工程应用M.北京:地质出版社, 1998.4 孟高头.土体原位测试机理、方法及其工程应用.北京:地质出版社,1997.5965.5 刘登新,许田柱.原位测试方法在地铁地裂缝勘察中的应用J.山西建筑, 2008,34(7):138