风积砂地基承载力的确定_游富洋

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2012 年第 8 期
煤炭工程
施工技术
风积砂地基承载力的确定
游富洋
( 中国煤炭科工集团 北京华宇工程有限公司,北京 100120)
摘 要: 工程实践中,根据标准贯入试验统计结果,查规范推荐的承载力表所确定的砂土地 基承载力与载荷试验结果相差较大。指出风积砂有其独特的物理力学特性,风积砂的承载力要远 高于同样密实度的冲、洪积成因砂土,在按原位测试结果对其承载力进行评价时,不能简单套用 规范的承载力表,规范承载力表在风积砂地区不适用。提出风积砂地区勘察建议,以指导岩土工 程勘察实践。
综合分析上述浅层平板载荷试验成果,结合现场测定 的大量标准贯入试验资料,并考虑场地内②层细砂地基在 空间上的不均匀性,报告建议②层细砂的承载力特征值采 用 150kPa。
3. 4 载荷试验和标贯试验成果的对比分析
针对本工程,②层细砂按查表法确定的地基承载力特 征值为 105kPa,而按载荷试验确定的地基承载力特征值为 150kPa,远高于查表所得值,超过查表值的 1. 4 倍。若不
地基承载力是进行建构筑物地基基础设计时,确定基 础底面积和埋深的必要条件。因此,如何确定风积砂的地 基承 载 力,并 使 所 确 定 承 载 力 安 全、可 靠、经 济、 合 理, 就成为工程勘察时必须完成的一项重要任务。本文根据梅 林庙矿井工业场地岩土工程勘察的工程实践,分析按标准 贯入试验确定松散风积砂地基承载力的方法。
1. 2 勘察手段
查明表层风积砂的承载力是本次勘察的首要任务。在
2. 1 标准贯入试验
现场进行的标准贯入试验按 76cm 的固定落距,以自动 脱钩方式,使质量为 63. 5kg 的重锤自由下落,将标准规格 的贯入器打入试验砂层中。试验时,先预打 15cm 不计击 数,再贯入 30cm,并记录锤击数,作为标准贯入试验锤击 数 N。
确定地基土的承载力方面,载荷试验能够较准确地反映压 板下应力主要影响范围内岩土的承载力和变形模量,是直 接确定地基土承载力和变形模量等参数的最可靠方法,但 试验时间长、成本高。对大型的勘察场地,由于地基土在 空间上的不均匀性,要想单纯靠载荷试验来准确评价整个 场地的地基土承载力,载荷试验的数量将会很大、工期很 长、费用很高。相对于载荷试验,标准贯入试验等其它原 位测试则具有易操作、成本低、速度快、适用范围广等优 点。因此,该工程采用以标准贯入试验、动力触探试验为 主,以浅层平板载荷试验为辅的综合勘察手段,查明各土 层的密实度和均匀性,并确定风积砂等地基土的的地基承 载力特征值。
3. 3 地基承载力的确定
如表 1 所示,根据标贯击数平均值,按各规范确定的 粉细砂的承载力介于 100 ~ 120kPa 之间,考虑场地内砂土 地基的不均匀性,变异系数 0. 30 较大,②层细砂的承载力 特征值确定为 105kPa 较为合适。
表 2 中,由 15 个载荷试验确定的②层细砂的承载力特 征值的平 均 值 为 160kPa。按 《建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 》 ( GB 5007 - 2002) 的规定,实测值的极差 = 200 - 132 = 68, 为平均值的 43% ,超过 30% ,不能取平均值 159. 9kPa 作为 ②层细砂的地基承载力特征值。但当对载荷点 ZH6 和 ZHБайду номын сангаас 的承载力均降低为 170kPa 使用时,平均值为 156kPa,极差 = 177 - 132 = 45,为平均值的 29% ,不超过 30% ,可取平 均值 156kPa 作为②层细砂的地基承载力特征值。
北京市 《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》 ( GBJ 11 - 501 - 2009) : 对于新近沉积粉、细砂,N = 6 时,地基 承载力标准值 fka = 110kPa; N = 9 时,fka = 140kPa。
公路和铁路规范: 对稍湿 ( 潮湿) 松散( N≤10) 细砂, 《铁路工程地质勘察规范》 ( TB10012 - 2001) 和 《铁路桥涵 地基和基础设计规范》 ( TB10002. 5 - 2005) : 建议的地基基 本承载力 σ0 = 100kPa; 《公路桥涵地基与基础设计规范》 ( JTG D63 - 2007 ) 建 议 的 地 基 承 载 力 基 本 容 许 值 fa0 = 100kPa。
各试验点地基承载力特征值的确定遵循以下原则: 1) 根据 p - s 曲线拐点,并结合 s - lgt 曲线特征,确 定比例界限压力和极限压力。 2) 确定极限压力时,以总沉降量与承压板宽度之比超 过 0. 06 的前一级荷载作为极限压力。当荷载未加至地基土 发生破坏时,取极限压力为最大试验荷载。 3) 为控制建构筑物的沉降,取比例界限压力、极限压 力的一半和 s / b = 0. 01 对应压力的小值作为各测点的地基承 载力特征值。 4) 针对本工程,s / b = 0. 06 时,沉降量 s = 0. 06 × b = 30. 0mm; s / b = 0. 01 时,s = 0. 01 × b = 5. 0mm。 将根据以上原则确定的各试验点的比例界限压力、极 限压力、s / b = 0. 01 对 应 压 力 及 地 基 承 载 力 特 征 值 汇 总 见表 2。
在②层细砂中,共进行标准贯入试验 212 次。剔除异 常数据后,获得 190 个有效样本,经数据统计得到该层的 标贯统计平均值 N = 6. 8,范围值 4 ~ 9,变异系数 0. 30。
2. 2 浅层平板载荷试验
浅层 平 板 载 荷 试 验 采 用 《岩 土 工 程 勘 察 规 范 》 ( GB50021 - 2001) ( 2009 年版) 规定的慢速维持荷载法,加 重平台装 置 提 供 反 力,油 压 千 斤 顶 在 承 压 板 上 逐 级 加 压, 用位移传感器测读每级荷载的沉降量。加载、补压、控载、
关键词: 风积砂; 承载力; 载荷试验; 标准贯入试验 中图分类号: TU472 文献标识码: B 文章编号: 1671 - 0959(2012)08-0043-03
随着陕北、内蒙等地区煤炭资源的大力开发,煤矿地 面建设工程已进入毛乌素沙漠的边缘地带。在煤矿地面建 构筑物的 岩 土 工 程 勘 察 过 程 中,接 触 的 风 积 砂 越 来 越 多。 风积砂不同于一般冲洪积成因的砂土,具有其独特的物理 力学特性,如颜色多呈淡黄色,矿物成份以石英为主,级 配差,迎风面与背风面的密实度差别较大等。
1 工程概况
2 现场原位测试
1. 1 场地概述
梅林庙矿井位于鄂尔多斯市乌审旗图克镇,矿井工业 场地位于鄂尔多斯高原的南部、毛乌素沙漠的东部边缘地 带,属高原沙漠地貌。工业场地南北长约 720m,东西宽为 510m。
场地表层普遍分布的②层细砂( Q24 ) 为风积砂,呈松散 状态,浅黄 ~ 褐黄色,稍湿,矿物成份以石英、长石为主, 含少量云母及暗色矿物。根据该层采取的 28 个砂样的筛分 试验结果,其统计粒径组成为: 0. 25 ~ 0. 50mm 占 31. 4% , 0. 25 ~ 0. 075mm 占 65. 2% ,小于 0. 075mm 占 3. 4% 。结果 表明该层以细砂为主,局部为粉砂、夹少量中砂,总体粘 粒含量低,颗粒均一、级配差。
规范
辽宁 广东 湖北、福 成都 北京 铁路公 港口
名称 地基 地基 建地基 地基 地基 路规范 勘察
承载力 / kPa 108 < 120 < 140 116 118 100 108
3. 2 按浅层平板载荷试验
根据各试验点的 p - s、s - lgt 曲线特征,除 ZH1—ZH3 的 p - s 曲线为缓变型外,其余各点的 p - s 曲线均有明显的 拐点,比例界限明显。
收稿日期: 2011 - 12 - 12 作者简介: 游富洋( 1970 - ) ,男,山东东明人,高级工程师,1992 年毕业于成都地质学院,现在中国煤炭科工集团北
京华宇工程有限公司从事岩土工作。
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施工技术
煤炭工程
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判稳及测读记录沉降量的全部工作均由武汉岩海 RS—JYB 静载荷测试分析仪自动控制完成。试验方形压板( 500mm × 500mm) 面 积 0. 25m2 ,每 级 加 载 后,每 第 5、5、10、10、 15、15min 时各测读一次承压板的沉降量,以后每隔 30min 测读一次。承压板的沉降量在 1h 内小于 0. 1mm 并连续出 现两次时,即可加下一级荷载。
交通行业 《港口工程地质勘察规范》 ( JT J240 - 97) : 对于粉、细砂,N = 6 时,容许承载力 qk = 100kPa; N = 10 时,qk = 140kPa。
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3. 1. 2 按标贯击数确定承载力 对于本工程,②层细砂按现场实测的标贯试验结果统
计平均值 N = 6. 8,查上述各规范,所得地基承载力见表 1。 表 1 按标贯击数确定砂土承载力列表
湖北 省 《建 筑 地 基 基 础 技 术 规 范 》 ( DB 42 /242 - 2003) 和福建省 《建筑地基基础技术规范》 ( DBJ 13 - 07 - 2006) : N = 10 时,fak = 140kPa,对 N < 10 时的承载力未提 供。
四川省 《成都地区 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范》 ( DB51 / T5026 - 2001 ) : N = 6 时,砂 土 极 限 承 载 力 标 准 值 fuk = 220kPa; N = 8 时,fuk = 250kPa。
综合分析上述浅层平板载荷试验成果结合现场测定的大量标准贯人试验资料并考虑场地内层细砂地基在空间上的不均匀性报告建议层细砂的承载力特征值采用150kpa34载荷试验和标贯试验成果的对比分析针对本工程层细砂按查表法确定的地基承载力特征值为105kpa而按载荷试验确定的地基承载力特征值为150kpa远高于查表所得值超过查表值的14倍
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施工技术
在现场进行载荷试验,仅根据承载力表评价②层细砂的承 载力,报告中建议的②层细砂的承载力特征值将是 105kPa。 如此一来,矿井工业场地中的大量丙、丁类建构筑物,如 矿井维修 车 间、综 采 设 备 中 转 库、 露 天 堆 场 龙 门 吊 基 础、
坑木加工 房、110kV 变 电 所、器 材 库、器 材 棚、汽 车 库、 油脂库、消防材料库、岩粉库及水泥库等在地基基础设计 时,将因地基承载力不足须进行地基处理或加大基础尺寸, 使建筑成本增加、工期延长,造成极大浪费。
采用标准贯入试验锤击数确定松散粉、细砂地基承载 力时,部分现行地方规范和行业规范的建议如下:
辽宁 省 《建 筑 地 基 基 础 技 术 规 范 》 ( DB 21 /907 - 2005) : N = 5 时,fak = 90kPa; N = 10 时,fak = 140kPa。
广东省 《建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 》 ( GBJ 15 - 31 - 2003) : 对于稍密( N≤15) 、稍 湿 的 粉、细 砂,fak = 120 ~ 160kPa; 对松散( N≤10) 粉、细砂的承载力未提供,但可推 定 fak ≤120kPa。
试验点 编号 ZH1 ZH2 ZH3 ZH4 ZH5 ZH6 ZH7 ZH8 ZH9 A1 A2 A3 A4 A5 A6
终止荷 载 / kPa
400 400 400 400 440 400 440 320 400 340 400 340 340 410 410
总沉降 量 / mm 30. 86 27. 99 24. 41 13. 40 14. 31 5. 39 40. 00 19. 82 9. 41 28. 21 25. 60 22. 90 21. 60 15. 12 15. 32
本次勘察,在②层细砂中,共进行 5 组共 15 个浅层平 板载荷试验。
3 地基承载力的确定
3. 1 按标准贯入试验
3. 1. 1 部分现行规范对砂土地基承载力的取值建议 由于地基土的区域性差异,很难用 1 个或几个表格,
准确评价各种地基土的承载力,现行国家标准 《建筑地基 基础设计规范》 ( GB 5007 - 2002) 取消了查表法确定地基承 载力的方法,也取消了相关的地基承载力表。规范同时规 定,地基承载力特征值可由载荷试验或其它原位测试、公 式计算、并结合工程实践等方法综合确定。但部分现行地 方规范和行业规范仍保留了适用于本地区的地基承载力表, 可采用查表法评价地基土的承载力。
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