【正文】 巖土勘察、深基坑支護(hù)及樁基工 程新技術(shù)研討會(huì) 研討內(nèi)容 ? 一、地基勘察方法及瑞利波檢測(cè) ? 二、地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論與荷載 ? 三、地基承載力 ? 四、軟弱土地基處理 ? 五、 工程地質(zhì)勘察 ? 六、 地基基礎(chǔ)工程的現(xiàn)狀 及發(fā)展綜述 一、 地基勘察方法及瑞利波檢測(cè) 工業(yè)與民用建筑工程的設(shè)計(jì)分為 可行性研究 、 初步設(shè)計(jì) 和 施工圖 三個(gè)階段。 為了提供各設(shè)計(jì)階段所需的工程地質(zhì)資料，勘察工作也相應(yīng)分為 可行性研究勘察 、 初步勘察 和 詳細(xì)勘察 三個(gè)階段。 勘探工作 勘探是地基勘察過(guò)程中 查明地質(zhì)情況的一種必要手段，它是在地面的工程地質(zhì)測(cè)繪和調(diào)查所取得的各項(xiàng)定性資料的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件進(jìn)行定量的評(píng)價(jià)。 勘探工作包括 坑探 、 鉆探 、 觸探 和 地球物理勘探 等。 觸探是通過(guò)探桿用靜力或動(dòng)力將金屬探頭貫入土層，并測(cè)得能表征土對(duì)觸探頭貫入的阻抗能力的指標(biāo)，從而 間接 地判斷土層及其性質(zhì)的一類勘探方法和原位測(cè)試技術(shù)。 作為勘探手段，觸探可用 于劃分土層；作為測(cè)試技術(shù)， 則可估計(jì)地基承載力和土的變形指標(biāo)等。 用靜力將一個(gè)內(nèi)部裝有阻力傳感器的圓錐形探頭均勻壓入土中，測(cè)定土層對(duì)探頭的貫入阻力，以此來(lái)間接判斷分析地基土的物理力學(xué)性質(zhì)。 與常規(guī)的勘探手段比較，靜力觸探有其獨(dú)特的優(yōu)越性。它能快速、連續(xù)地探測(cè)土層及其性質(zhì)的變化。 單橋探頭可以測(cè)得包括錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力在內(nèi)的總貫入阻力 P（ kN），通常用 比貫入阻力 ps（ kPa）表示。 雙橋探頭可以分別測(cè)得錐尖總阻力 Qc（ kN）和側(cè)壁總摩阻力 Pt（ kN），通常以錐尖阻力 qc（ kPa）和 側(cè)壁摩阻力 fs（ kPa）表示。根據(jù)錐尖阻力 qc （ kPa）和側(cè)壁摩阻力 fs （ kPa），可以計(jì)算同一深度處的 摩阻比 Rs。 ?????壓力孔壓探頭：可測(cè)孔隙水錐尖阻力和側(cè)壁摩阻力雙橋探頭：可分別測(cè)出阻力單橋探頭：可測(cè)總貫入可分為靜力觸探成果的應(yīng)用 劃分土層 估算土的物理力學(xué)指標(biāo) 確定淺基礎(chǔ)的承載力 預(yù)估單樁承載力 判定飽和砂土和粉土的液化勢(shì) 靜力觸探具有測(cè)試連續(xù)、快速、效率 高、功能多的特點(diǎn)，兼勘探與測(cè)試雙 重作用。適用于粘性土、粉土、砂土 ，但對(duì)碎石類土難以貫入。 地基的承載力取決于地基土本身的力學(xué)性質(zhì)，而靜力觸探所測(cè)得的比貫入阻力等指標(biāo)在一定程度上也反映了土的某些力學(xué)性質(zhì)。根據(jù)靜力觸探資料可間接地 按地區(qū)性的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系 估算 地基的承載力 、 土的壓縮性指標(biāo) 和 單樁承載力 等。 動(dòng)力觸探一般是將一定 質(zhì)量的穿心錘，以一定的落距自由下落，將探頭貫入土中，然后記錄貫入一定深度所需的錘擊次數(shù)，并以此判斷土的性質(zhì)。 動(dòng)力觸探包括 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) 和 輕便觸探 兩種方法。 動(dòng)力觸探試驗(yàn) (dynamic sounding) （ DPT） （ SPT） 其共同點(diǎn)是利用一定的錘擊動(dòng)能 ， 將一定規(guī)格的探頭打入土中 ， 根據(jù)每打入土中一定深度所需的能量來(lái)判定土的性質(zhì) ， 并對(duì)土進(jìn)行分層 。 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn) 設(shè)備主要是由貫入器、 貫入探桿和穿心錘三部分組成的 , 錘重 ， 在 76cm的自由落距下 ， 通過(guò)圓筒型的貫入器， 貫入土層 15cm，再打入 30cm深度 ，以后 30cm的錘擊數(shù)稱為標(biāo)貫擊數(shù) ， 用 來(lái)表示 ， 一般寫(xiě)作 N。 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)成果的應(yīng)用 1．劃分土的類別或土層剖面； 2．判斷砂土的密實(shí)度及地震液化問(wèn)題； 3．判斷粘性土的稠度狀態(tài)及 C、 ?值； 4．評(píng)定土的變形模量 E0和壓縮模量 ES； 5．確定地基承載力； 由標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)測(cè)得的 錘擊數(shù) N，可用于確定地基 的承載力、估計(jì)土的抗剪強(qiáng)度和粘性土的變形指標(biāo)、判別粘性土的稠度和砂土的密實(shí)度以及估計(jì)地震時(shí)砂土液化的可能性。 應(yīng)用輕便觸探試驗(yàn)測(cè)得的錘擊數(shù) N10，可確定粘性土地基和素填土地基的承載力，并可按不同位置的值的變化情況判定地基土層的均勻程度。 載荷試驗(yàn) (Loading test) 在一定面積的承壓板上向地基逐級(jí)施加荷載，并觀測(cè)每級(jí)荷載下地基變形特性，從而評(píng)定地基的承載力，計(jì)算地基的變形模量并預(yù)測(cè)基礎(chǔ)的沉降量。 十字板剪切試驗(yàn)（ VST） 十字板剪切試驗(yàn)是用插入軟粘土中的十字板頭，以一定的速率旋轉(zhuǎn)，測(cè)出土的抵抗力矩，然后換算成土的抗剪強(qiáng)度。 地球物理勘探（物探） 是一種兼有 勘探 和 測(cè)試 雙重功能的技術(shù)。物探之所以能夠被用來(lái)研究和解決各種地質(zhì)問(wèn)題，主要是因?yàn)椴煌膸r石、土層和地質(zhì)構(gòu)造往往具有不同的物理性質(zhì)，通過(guò)專門(mén)的物探儀器的量測(cè)，就可區(qū)別和推斷有關(guān)地質(zhì)問(wèn)題。 對(duì)地基勘探的下列方面 宜應(yīng)用物探： ，了解隱蔽的地質(zhì)界限、界面或異常地帶，為經(jīng)濟(jì)合理確定鉆探方案提供依據(jù)； ，在鉆孔之間增加地球物理勘探點(diǎn)，為鉆探成果的內(nèi)插、外推提供依據(jù)； 參數(shù)，如波速、動(dòng)彈性模量等。 常用的物探方法主要有電阻率法、聲波法、波速測(cè)試等。 瑞利波勘探技術(shù)及應(yīng)用 ? 巖土工程勘察規(guī)范第 、的重要手段。 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀及簡(jiǎn)要說(shuō)明 鐵道部研究院于 1992年在首次運(yùn)用瑞利波于京滬線路路基床質(zhì)量評(píng)估，取得良好的效果，中國(guó)鐵路工程總公司對(duì)京秦、京九等四條干線總長(zhǎng) 20km左右進(jìn)行了實(shí)測(cè)，另外，河北地球物理勘察院研制了 SM98瑞雷波探測(cè)儀，該探測(cè)儀自動(dòng)化程度高、輕便，已用于京滬高速公路等工程，每天最多可測(cè)六百點(diǎn)，提高了公路路面強(qiáng)度和路基壓實(shí)度的檢測(cè)效率； 主要技術(shù)原理及關(guān)鍵技術(shù) 瑞利波勘探技術(shù)是建立在測(cè)試地層內(nèi)應(yīng)力波傳播特性基礎(chǔ)上的 。 理論和實(shí)踐均表明 ， 土體的密實(shí)程度 （ 密實(shí)度 ） 、 承載能力 （ K30及地基承載力等指標(biāo) ） 以及土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) （ E、 G、 μ 、 λ 等 ） 的大小均與土中應(yīng)力波的傳播特性存在極大的相關(guān)性 。 因此 ， 如果已知地層彈性波的波速 VP、 VS或 VR， 即可直接計(jì)算土的其它力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) （ 諸如 E、 G、μ 等 ） 。 瑞利波檢測(cè)是通過(guò)測(cè)試不同土層或填土的瑞利波速 ， 并依據(jù)瑞利波速值大小與填土的物理 、 力學(xué)參數(shù) （ 諸如密度 、 剪切模量 、 壓縮模量 、 泊松比等 ） 、 填土的承載能力等指標(biāo)有著密切相關(guān)關(guān)系的基本原理 ，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)建立起 VR與土體有關(guān)強(qiáng)度指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系 ， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)路基填土施工質(zhì)量的快速評(píng)價(jià) 。 理論基礎(chǔ) ? 瑞利波特性及波速與土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)間的關(guān)系 ? K30指標(biāo) (類同地基反應(yīng)模量） 及與土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)間的關(guān)系 ? 半無(wú)限均質(zhì)材料 K30指標(biāo)與波速的相關(guān)關(guān)系 瑞利波速與土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)間的關(guān)系 uVt u P 2222 ???? uVt u S 2222 .?????? )2(2 GVP???GVS ?2 縱波和橫波的波速與介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)密切相關(guān) 。 在半無(wú)限空間的表面 ， 由于自由邊界的作用 ， P波和 S波的干涉將形成被稱為瑞利波 R的表面波 。 瑞利波速與剪切波速具有以下關(guān)系 SR VV ?????1填土內(nèi)瑞利波波速 VR的變化直接反映出被測(cè)土層物理性質(zhì)指標(biāo)的大小及力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)的強(qiáng)弱，兩者之間有著密切的相關(guān)關(guān)系 。 K30 指標(biāo)與土的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)間的關(guān)系 在半無(wú)限均勻介質(zhì)表面作用有局部的均布荷載、且荷載 P與載荷板的沉降量 s之間近似呈直線關(guān)系時(shí)，按照彈性力學(xué)的基本理論，可以得到如下計(jì)算土體變形模量關(guān)系式 ： K30指標(biāo)同 VR值一樣，與土的物理力學(xué)參數(shù)之間亦有著密切的相關(guān)關(guān)系。進(jìn)而可得出 VR與 K30之間亦有密切相關(guān)關(guān)系的結(jié)論。 30220 )1( KbspbE ?? ????2030 ????EspK半無(wú)限均質(zhì)材料 K30 指標(biāo)與波速的相關(guān)關(guān)系 土體的動(dòng)彈性模量要大于變形模量 ,令其比值為 α(≤1), 即 : dEE0??230 SVK ????? K30指標(biāo)與剪切波速、土體密度間的關(guān)系式為 ： 半無(wú)限均質(zhì)材料 K30 指標(biāo)與波速的相關(guān)關(guān)系 K30與瑞利波速 VR的理論關(guān)系為： ? ?? ?22230 1 RVK ????????? ）（bRaVK ?30 理想半無(wú)限彈性體材料的 K30與瑞利波速 VR平方的理論比值與 α 值（介質(zhì)的動(dòng)彈性模量與變形模量之比）的大小呈線形相關(guān)關(guān)系，這進(jìn)一步從理論上證明 K30與瑞利波速 VR乃至 α 值間的相關(guān)性十分密切。 瑞利波測(cè)試技術(shù)與方法 測(cè)試原理 工作過(guò)程 應(yīng)用原理 基本配置 主要性能及特點(diǎn) 與國(guó)內(nèi)外同類型產(chǎn)品的比較 1 測(cè)試原理 2 工作過(guò)程 該儀器的工作過(guò)程如下：由錘擊產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)同步啟動(dòng)儀器，使儀器進(jìn)入工作狀態(tài)，同時(shí)振動(dòng)信號(hào)通過(guò)被檢測(cè)的土層傳遞到檢波器，檢波器將接收到的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電模擬信號(hào)后，傳遞到儀器的前置放大部分進(jìn)行固定增益放大，再傳輸?shù)街鞣糯笃鬟M(jìn)行可變?cè)鲆娣糯?，并由電子轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將兩道并行的已放大的模擬信號(hào)進(jìn)行逐次采樣，變?yōu)橐宦反械碾x散脈沖信號(hào)，此脈沖信號(hào)被放大到 A/D轉(zhuǎn)換器要求的幅度范圍內(nèi)，經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，這些信號(hào)由儀器內(nèi)的單片機(jī)統(tǒng)一控制，經(jīng)邏輯控制電路實(shí)現(xiàn)各種功能的選擇與控制，并將數(shù)字化的數(shù)據(jù)按規(guī)定格式存入硬盤(pán)內(nèi)，同時(shí)在顯示屏進(jìn)行顯示并進(jìn)行相應(yīng)的處理和分析。存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)亦可通過(guò)儀器的通訊接口實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸。 3 應(yīng)用原理 x x2兩點(diǎn)處瑞利波的垂直位移方程可分別簡(jiǎn)寫(xiě)為： atRn eVxtAu ??? )(c o s 111 ?atRn eVxtAu ??? )(c o s 222 ?由于 x x2處的振動(dòng)是由同一振源引起的，所以后者是前者遲某一段時(shí)間后的重復(fù)，延遲時(shí)間為： Δt=（ x2x1） / VR 把 u2n加以延遲時(shí)間 τ 后考察兩信號(hào)的相似性 ， 即計(jì)算兩信號(hào)的相關(guān)系數(shù)： ?????Nnnnuu nunuN121 )()(1)(21 ????如果在 τ 0達(dá)到最大值則： VR=（ x2x1） /τ 0 4 基本配置 5 主要性能及特點(diǎn) 帶 寬： 10HZ— 3KHZ； 輸入阻抗： ≥ 4KΩ ； 增 益： 0— 60db； 采樣間隔： 10μs ； 掃描時(shí)延： 0— 9999ms； 存儲(chǔ)容量： 510組測(cè)試曲線； 數(shù)據(jù)傳輸： RS— 232C口； 液晶顯示： 240 128 ； 充電電池：連續(xù)工作 10小時(shí)以上； 相對(duì)濕度： 95%； 環(huán)境溫度： 10— 40℃ 。 重量輕，體積小，操作方便； 6 與國(guó)內(nèi)外同類型產(chǎn)品的比較 儀器全重僅 5Kg左右 ， 便于攜帶 ， 無(wú)須任何運(yùn)輸及配重設(shè)備； 檢測(cè)速度快 ， 每點(diǎn)檢測(cè)時(shí)間僅需 3分鐘左右； 可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的自動(dòng)接收與存儲(chǔ) ， 從而可減少人工操作 、記錄與計(jì)算帶來(lái)的誤差； 整個(gè)試驗(yàn)僅需兩人即可進(jìn)行； 儀器具有較好的檢測(cè)精度 ， 因此對(duì)大面積填土區(qū) （ 例如：鐵路站場(chǎng) 、 水利堤壩 、 機(jī)場(chǎng)等 ） ， 通過(guò)多點(diǎn)快速測(cè)試 ， 評(píng)價(jià)整個(gè)場(chǎng)地壓實(shí)的均勻程度； 儀器具有良好的實(shí)用性和對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性 ， 直觀 、 簡(jiǎn)便的中文菜單使得操作人員只要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的訓(xùn)練即可熟練操作 ， 良好的性能價(jià)格比有利于該儀器的普及與推廣； 六、 使用及測(cè)試結(jié)果 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案 操作流程 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 西南交通大學(xué)室內(nèi)測(cè)試結(jié)果 K30與 VR間的相關(guān)統(tǒng)計(jì)關(guān)系 1 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方案 2 操作流程 3 對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 檢波器與地表不同耦合方式的對(duì)比測(cè)試試驗(yàn)分為三組進(jìn)行：A組檢波器 （ 下設(shè)金屬墊 ） 置于路基表面； B組檢波器 （ 下設(shè)金屬錐 ） 插入路基 4厘米左右； C組檢波器 （ 下設(shè)金屬錐 ） 插入路基 8厘米左右 。 通過(guò)對(duì)細(xì)粒土 、 粗粒土 、 碎石土 、 級(jí)配碎石進(jìn)行 3組波形分析計(jì)算 ， 測(cè)試結(jié)果完全相同 。 這表明 不同耦合方式對(duì)測(cè)試結(jié)果沒(méi)有影響 ， 實(shí)際應(yīng)用時(shí)可對(duì)于不同土類 、 不同壓實(shí)效果選用簡(jiǎn)單 、 方便的方式 。 不同含水量