卵石地基的勘测方法及承载力分析

乔 飞

(山西省勘察设计研究院，山西太原 030013)

1 砂卵石地基的成因与基本特征分析

1.1 砂卵石地基的成因

根据地理历史资料显示，水动力搬运沉积是砂卵石土形成的主要原因。第四纪是冰川活动的重要地质时期，在长期的冰川、冰水搬运堆积作用下，陆源碎屑物开始沉积，直到形成以江湖、湖滨为主的冲积物。根据水动力作用条件和地形地势的不同，砂卵石土的成因类型也有所不同，具体如表1所示。

表1 砂卵石地层的成因类型

1.2 砂卵石地层特征

砂卵石土通常分布在水动力条件强烈的区域，不同砂卵石土的成因类型，其特征也不同，具体表现为:

1)洪积成因的砂卵石地层。

该砂卵石地层具有斜层理和交错层理的特点，沿水流方向，粗颗粒一次一次地覆盖在细颗粒上，在侵蚀堆积作用下逐步降低水力坡度，所以使得砂卵石层的粒径呈现出从上到下逐渐变细的特征。

2)冲积成因的砂卵石地层。

对于山区河谷而言，该砂卵石地层具备颗粒粗大、承载力高、级配好、分布变化大、边缘厚度薄等特征;对于平原河谷而言，该砂卵石地层具备厚度稳定、分布广泛、承载力高、力学强度好等特征。

3)滨海沉积的砂卵石地层。

该砂卵石地层分布受海岸平缓程度的影响较大，对于陡峻的海岸而言，砂卵石层的颗粒较大、密实度较差;对于平缓的海岸而言，砂卵石层的厚度大、分布广、磨圆度好、层位稳定，可以作为工程的地基持力层。

4)冰川沉积的砂卵石地层。

该砂卵石地层杂乱无序、厚度偏小、颗粒分布零星、分选性较差，不宜作为工程地基的持力层。

5)三角洲沉积的砂卵石地层。

该砂卵石地层是砂卵石与淤砂交互沉积的地层，具备成分复杂、承载力低的特点，不宜作为工程地基的持力层。

2 砂卵石地基常用的勘测方法分析

2.1 钻孔勘探方法

该方法是指利用各种钻探工具对砂卵石地基进行分层取样，并对取样进行鉴别、测试的方法。由于砂卵石层具备结构松散、岩性不均、孔隙比较大、部分级配规律性较差等特点，所以在使用钻孔勘探方法时，要避免因钻探工具的钻入破坏砂卵石层原本的稳定性，进而影响勘测结果。为此，应当选用先进的钻进技术，在钻进时避免发生孔壁坍塌、冲洗液漏失等问题。

2.2 掘探法

该方法是指通过人工开挖探井、探槽，进而对槽壁土层性质进行直接观察和鉴别的勘探方法。掘探法适用于含有大块漂石无法采取钻孔勘探方法的砂卵石地基勘测，在人工开挖的探槽内可以准确了解土层的分层埋深和厚度，通过取样分析砂卵石土层的密实度和粒度成分。

2.3 物探法

该方法主要根据砂卵石地基岩土的不同物理性质，利用仪器设备测试物理场变化，并根据物理场变化判断地下地质情况的方法。物探法具备勘测效率高的优势，但是对于具有相同物理性质的不同岩体，或具备不同物理性质的同一岩体进行勘测时，物探法难以得出单一的结论。为了提高物探法的勘测效果，应当根据砂卵石地基的实际情况，采用综合物探法。

2.4 动力触探试验

该方法是利用落锤能量，将探头打入土中，并以打入的难易程度为依据，是判断土层性质的一种勘测方法。探头打入的难易程度可用贯入度、探头单位面积贯入阻力以及锤击数进行描述，根据落锤质量大小，可将动力触探分为轻型、重型和超重型三种。

3 砂卵石地基的承载力研究

通过查阅大量的资料后发现，相关规范标准中列出的砂卵石地基承载力的下限值多采用300 kPa。为了对砂卵石层的力学性能进行合理利用，下面采用定量分析的方法，对砂卵石地基承载力与超重型动力触探之间的关系进行分析，并借助修正后的N120值给定砂卵石地基承载力的标准值，具体分析过程如下。

3.1 数据处理方法的选择

在实际测试的过程中，很多因素都会对试验结果造成影响，并且因为仪器设备的原因也容易引起试验数据偏差，为了确保数据的准确性，需要对一些异常数据进行鉴别，并舍弃部分数据，比较常用的方法有两种:一种为树端值判别法，该方法对异常数据的判别准则为:最大或是最小测试数据的残差满足|ej|＞G(n，a)·S，则可判定测试数据异常，应当对其进行舍弃;另一种方法是t检验准则法，该方法的判定依据为:先将可疑值排除在外，然后进行平均值与标准差计算，最后再利用t分布进行检验，由此便可确定出异常数据，并进行舍弃。大量的实践证明了后一种方法的可靠性更高。

3.2 砂卵石地基承载力研究

1)N120与卵石中砂粒含量的关系分析。相关试验结果表明，砂卵石的超重型动力触探击数与下列因素有关:卵石土的组成、测试深度、密实度以及充填物类型等等。通过对比分析后发现，当N120的值出现变化时，砂卵石当中的颗粒含量会出现带有规律性的变化，即N120值大于4时，卵石颗粒会随着N120值的增大而增大，N120值小于4时，卵石颗粒会随着N120值的降低而减少，此时砂粒含量则会增多。由此可知，砂卵石中砂粒含量的多少与N120值具有直接影响，这也充分反映出了砂卵石的密实度与承载力。

2)N120与界限值之间的关系分析。相关研究结果表明，砂卵石地基的N120修正值与静荷载试验的界限值存在线性关系。鉴于此，可采用线性回归方程对两者之间的关系进行分析。本次研究选取某砂卵石地区的10个点进行了超重型动力触探和静力荷载试验，然后采用t检验准则对勘测数据进行了处理，共舍弃了一个异常数据，剩余数据的界限值与N120之间的关系如图1所示。

图1 N120与P1的关系示意图

从图1中能够清楚的看出，N120与P1之间的离散性相对较大，但却并未影响其线性关系，依据线性回归原理，可用式(1)表示两者的线性关系:

在对数据进行回归处理时，可以借助最小二乘法，由此可获得如下关系式:

线性关系建立完毕后，对回归平方和、残差平方和以及统计量值进行计算，同时令Pi=a+bN120，其中，a值为35.93;b值为90.58。经计算得出如下结果:回归平方和为94 191.87;残差平方为 9 733.68;统计量值为 67.74。

3)建立承载力表。按照本文的研究，可获得砂卵石地基承载力与N120的关系，如式(3)所示:

依据式(3)可建立起该地区的卵石地基承载力标准值表，如表2所示。

表2 依据N120确定出的砂卵石地基承载力标准值

4 结语

本文首先阐述了砂卵石地基的成因及其特征，同时，对目前常用的勘测方法进行分析，最后对砂卵石地基的承载力进行了研究，结果表明，砂卵石地基的承载力主要与砂粒含量有关。

［1］余智强.贵州都匀地区砂卵石地基承载力研究［J］.工程建设，2010(6):25-26.

［2］李一之.卵石地基高层建筑基础设计及地基处理研究［A］.2007年湖南水电科普论坛论文集［C］.2007.

［3］王汝恒.巨型框架结构—筏基—砂卵石地基的静动力共同作用研究［D］.重庆:重庆大学，2009.

［4］张宗兴.水下砂桩复合地基承载力分析的有限元强度折减法研究［J］.重庆建筑，2013(2):13-15.

［5］李 艺.砂卵石地基挖孔桩单桩竖向承载力可靠性分析［J］.辽宁工程技术大学学报(自然科学版)，2010(12):19.