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摘要 

原位測試和實(shí)驗(yàn)室測試的結(jié)果與設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)，本文對巖土參數(shù)的現(xiàn)場及實(shí)驗(yàn)室確定方法、土壤參數(shù)、巖石參數(shù)進(jìn)行了初步介紹。讓你3分鐘了解巖土參數(shù)。

根據(jù)質(zhì)地情況的不同，有些條件比較惡劣的土壤或者區(qū)域可能需要更多考量。黏性土，非黏性土，軟巖以及硬巖等的參數(shù)都會(huì)影響工程的設(shè)計(jì)及施工。

在地質(zhì)勘查的過程中，我們會(huì)進(jìn)行原位測試，取樣，并在土工實(shí)驗(yàn)室對土樣進(jìn)行測試分析。原位測試和實(shí)驗(yàn)室測試的結(jié)果往往都與設(shè)計(jì)參數(shù)相關(guān)，這些參數(shù)可能不能直接測得。初步設(shè)計(jì)涉及的參數(shù)有抗剪強(qiáng)度和變形。表1總結(jié)了現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室確定地質(zhì)參數(shù)的方法。

表1 現(xiàn)場及實(shí)驗(yàn)室確定巖土參數(shù)的方法

表格中的關(guān)鍵詞 

CD—固結(jié)排水三軸試驗(yàn)

CIU—含孔隙水壓力測試的固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)

CPT—靜力觸探測試

CPTu—含孔隙水壓力測試的靜力觸探測試

CU—固結(jié)不排水三軸試驗(yàn)

DMT—扁鏟側(cè)脹測試

GSI—巖土強(qiáng)度參數(shù)

PMT—旁壓測試

RQD—巖石質(zhì)量指標(biāo)測試

SPT—標(biāo)準(zhǔn)貫入測試

UU—不固結(jié)，不排水三軸試驗(yàn)

UC—無側(cè)限抗壓測試

USS—未擾動(dòng)土樣

USCS—統(tǒng)一的土壤分類系統(tǒng)

VST—十字板剪切實(shí)驗(yàn)

Part 1、 原位土工測試 

當(dāng)我們無法進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)鉆孔，取樣，或者沒法取到高質(zhì)量未擾動(dòng)的土樣的時(shí)候，我們可以進(jìn)行原位測試以獲取土壤參數(shù)，供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)使用。在上述這些特殊情況下很難在實(shí)驗(yàn)室中獲取土壤的強(qiáng)度參數(shù)，因此可以采用原位測試的方法來獲取一些土參數(shù)，尤其是強(qiáng)度與壓縮性參數(shù)。

原位測試作為傳統(tǒng)勘查方法的補(bǔ)充非常有效。此外，原位測試還可以幫助我們找到一些關(guān)鍵的土層，以便用傳統(tǒng)方法進(jìn)行取樣和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測試。如果測試手段不足，無法獲取足夠的設(shè)計(jì)參數(shù)，那么工程在設(shè)計(jì)過程中就會(huì)存在更多的不確定性和風(fēng)險(xiǎn)。

為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供參數(shù)的原位測試方法主要有：標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)(SPT)、靜力觸探測試(CPT)、含孔隙水壓力測試的靜力觸探測試(CPTu)、含孔隙水壓力測試的地震波靜力觸探測試(SCPTu)，以及十字板剪切實(shí)驗(yàn)(VST)。其他用的較少的原位測試方法有：旁壓測試(PMT)以及扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)(DMT)。

標(biāo)準(zhǔn)貫入分析儀(SPT)

靜力觸探設(shè)備

每一種方法的應(yīng)用都應(yīng)荷載情況不同而異(應(yīng)變的方向和速度)，通過這些測試，我們可以得到強(qiáng)度和/或硬度等信息，比如，通過十字板剪切試驗(yàn)我們可以得到扭矩，通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，我們可以得到軸向荷載。原位測試的最終數(shù)據(jù)需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)公式，或者依據(jù)實(shí)驗(yàn)室測試來進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

旁壓儀 

十字板剪切試驗(yàn)儀&標(biāo)準(zhǔn)扁鏟式側(cè)脹儀

關(guān)于每種原位測試方法的適用性，優(yōu)缺點(diǎn)及方法介紹，我們已經(jīng)在往期文章《全面！10種地基承載力檢測方法一次講透》中進(jìn)行了介紹，在此不在過多贅述。

Part 2、土壤參數(shù)

巖土材料的指標(biāo)參數(shù)和工程參數(shù)等一般是通過現(xiàn)場測試和實(shí)驗(yàn)室測試來獲取的。通過這些指標(biāo)的測試，我們可以將巖石和土壤加以區(qū)分，這可以幫助我們在設(shè)計(jì)過程中對土層參數(shù)加以區(qū)分。這些參數(shù)通過常規(guī)的取樣和測試就可以得到，而這些參數(shù)對施工可行性限制或者以巖土類型為基礎(chǔ)的選樁工作可以起到輔助作用。巖土材料的工程參數(shù)包括抗剪強(qiáng)度，壓縮系數(shù)和滲透系數(shù)。

抗剪強(qiáng)度值可以用來確定打樁過程中可能遇到的阻力，而壓縮系數(shù)可以用來對耐久性極限狀態(tài)進(jìn)行復(fù)核。在設(shè)計(jì)工作中，滲透性參數(shù)一般都不進(jìn)行量化處理，不過滲透性較低的土壤可能會(huì)影響到樁的可打性，所以，對這些區(qū)域有一定的了解，可以幫助我們進(jìn)行施工可行性分析。

土壤分類及指標(biāo)參數(shù)

交通工程中常用的土壤分類系統(tǒng)有兩個(gè)。人行道工程一般采用AASHTO的土壤分類系統(tǒng)，而其他幾乎所有項(xiàng)目都使用統(tǒng)一土壤分類系統(tǒng)（USCS），本文主要介紹USCS這個(gè)體系。

土壤分類需要的常規(guī)指標(biāo)包括：土顆粒尺寸分布，界限含水量，以及含水量。此外還包括比重計(jì)土單元重量。表2中總結(jié)了這些常用指標(biāo)。

表2 用于打入樁設(shè)計(jì)的土壤指標(biāo)測試

通過實(shí)驗(yàn)室測試確定無粘性土的細(xì)顆粒含量以及級(jí)配，確定粘性土的修正后抗剪強(qiáng)度，這些對于可打性分析，以及土壤恢復(fù)效應(yīng)的分析都很有幫助。

無粘性土的相對密實(shí)度，級(jí)配以及細(xì)顆粒含量這些參數(shù)對于評(píng)估樁的可打性非常有用。在密實(shí)度接近的情況下，細(xì)顆粒含量高的土，其內(nèi)摩擦角比細(xì)顆粒含量低的土要小。細(xì)顆粒含量高還會(huì)影響土壤在剪切時(shí)的排水性以及孔隙水壓力，進(jìn)而就會(huì)影響在打樁過程中作用于樁身上的有效應(yīng)力。當(dāng)無粘性土中的細(xì)顆粒含量比較高時(shí)，出現(xiàn)土壤恢復(fù)的可能性相比細(xì)顆粒含量較低的土壤也更大，當(dāng)然這還跟土壤密度有關(guān)。土顆粒的級(jí)配和棱角也會(huì)對內(nèi)摩擦角產(chǎn)生影響。另外，級(jí)配信息對于評(píng)價(jià)無粘性土的密實(shí)度和液化趨勢也很有用。

常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室土顆粒尺寸分析可以幫助量化級(jí)配和細(xì)顆粒含量。有了這個(gè)信息，我們可以對無粘性土中的可打性和土壤恢復(fù)趨勢進(jìn)行進(jìn)一步分析。粘性土在受到擾動(dòng)或者重塑后，會(huì)損失很大一部分的抗剪強(qiáng)度，這跟打樁過程很相似。粘性土中的樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，在考慮其經(jīng)濟(jì)性時(shí)，評(píng)估打樁時(shí)的土阻力，土阻力隨時(shí)間的恢復(fù)是非常重要的因素。土壤的靈敏度參數(shù)可以為土壤恢復(fù)評(píng)價(jià)提供一個(gè)定性的，而非定量的指標(biāo)。原位的十字板剪切測試得到的靈敏度參數(shù)是黏性土評(píng)價(jià)靈敏最好的參數(shù)。當(dāng)然，還可以通過實(shí)驗(yàn)室測試，分別獲取未擾動(dòng)的或者重塑土樣的抗剪強(qiáng)度值。

黏性土的靈敏度計(jì)算公式如下：

下表中包含了Sowers（1979）提供的典型的靈敏度值，我們可以用這些值來初步估算重塑抗剪強(qiáng)度。對于靈敏度低于16的黏性土，會(huì)隨著時(shí)間重新獲得其最初的部分，乃至全部抗剪強(qiáng)度（Terzaghi和Peck（1967））。根據(jù)Terzaghi等人（1996）以及Sowers（1979）提供的典型值，我們一般認(rèn)為，打樁過程中的多數(shù)黏性土的重塑抗剪強(qiáng)度值為其為擾動(dòng)抗剪強(qiáng)度的1/3到1/2。

Part 3、巖石參數(shù) 

為了確定樁底承載力以及樁底長期變形，我們有必要對樁底的巖石參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。如果巖層較淺，那么可能就需要進(jìn)行預(yù)鉆孔，這樣才能保證施工時(shí)樁能夠達(dá)到要求的最小深度。因此，設(shè)計(jì)人員能夠正確理解巖石分類以及相關(guān)的巖石參數(shù)就很重要。為了對給定的巖體進(jìn)行正確分類及分級(jí)，我們有必要對完整巖石和巖體進(jìn)行區(qū)分（Brown等人 2010）。

完整巖體是利用水泥漿等材料將固結(jié)的巖體進(jìn)行加固，形成一個(gè)完整的巖體，我們會(huì)對巖土進(jìn)行取芯，來確定指標(biāo)以及強(qiáng)度參數(shù)。接頭，損壞以及其他一些因素都是導(dǎo)致完整巖土破壞的原因，所以要通過加固來形成一個(gè)完整巖體。

巖石指標(biāo)參數(shù)和分類

如果所設(shè)計(jì)的樁基礎(chǔ)位于巖層上，那么對巖石進(jìn)行分類就非常重要。在進(jìn)行地質(zhì)勘查的時(shí)候，應(yīng)該特別注意巖石的物理及化學(xué)參數(shù)，因?yàn)閹r體質(zhì)量對設(shè)計(jì)和施工都有很大影響。巖石分類應(yīng)該包括：顏色，紋理，成巖方式（如火成巖，固結(jié)巖或者沉積巖），現(xiàn)場硬度，風(fēng)化，以及地質(zhì)間斷。

抗崩解耐久性測試（ASTM D4644）對于評(píng)估巖石是否會(huì)風(fēng)化或者退化很有用，該實(shí)驗(yàn)常用來測試頁巖，泥巖和粉砂巖。這些巖層在打樁的過程中特別容易出現(xiàn)風(fēng)化或者破壞。耐久性指標(biāo)低的巖層，打入其中的樁可能會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象。

進(jìn)行抗崩解耐久性測試時(shí)，要求將具有代表性的巖塊放到鐵絲網(wǎng)中烘干至恒重。將裝有巖塊的鐵絲網(wǎng)放入到水中并旋轉(zhuǎn)10分鐘，然后再次將其烘干至恒重。重復(fù)該過程兩次，最終的干重與最初的干重的比值就是抗崩裂耐久性指標(biāo)，ID。如果ID指標(biāo)低于60%，則說明該巖體容易出現(xiàn)破壞。