海南环岛高速铁路设计关键技术成果与分析

2.2.3.1　平板载荷试验

平板静力载荷测试是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法。其方法是在保持地基土的天然状态，在一定面积的承压板上向地基土逐渐施加荷载。通过观测每级荷载下地基土的变形特性，以评定地基承载力，计算地基土的变形模量并预估建筑基础的沉降量。平板载荷试验的测试深度约为承压板宽度（直径）的1.5～2倍，试验过程如图2.2-1所示。

海南环岛高铁的原位测试工点分别为：DK67＋650、DK108＋927、DK108＋955。图2.2-2、图 2.2-3和图2.2-4 为海南环岛高铁饱和花岗岩全风化层地基P-S曲线。平板载荷试验结果表明，花岗岩全风化层地基基本承载力分别为 150 kPa、125 kPa、150 kPa，压缩模量为 12.8 MPa、10.1 MPa、8.1 MPa。

图2.2-1　平板载荷试验

图2.2-2　DK67＋650断面地基P-S曲线

图2.2-3　DK108＋927断面地基P-S曲线

图2.2-4　DK108＋955断面地基P-S曲线

2.2.3.2　旁压试验

旁压试验是利用旁压仪测压力和径向变形的关系以推求地基土力学参数的一种原位测试技术。试验可得到应力-应变或体积-压力之间的关系曲线，据此可用来对试验土体进行分类，评估其物理力学性状，确定土体的强度参数、变形参数、地基的承载能力、建筑物基础沉降、单桩承载力以及侧向的地基反力系数等。与其他原位测试相比，旁压试验的物理模型为轴对称圆柱形孔，其扩张属轴对称平面应变问题，其结论能很好地解决地基弹塑性变形。

旁压试验可在不同深度，即任何指定的位置进行试验，且不受地下水的限制，试验深度大，能够弥补平板载荷试验量测范围小和螺旋板载荷试验成本昂贵的缺点。旁压试验得到的P-Vm 曲线如图 2.2-5 所示。表 2.2-1 是海南环岛高铁旁压试验得到的地基变形参数，试验数据表明，地基压缩模量随着深度的增加逐渐增大，地基压缩模量最大可达到 237.4 MPa，最小仅为 18.2 MPa。旁压试验得到地基压缩模量的变化范围较大，进一步说明海南环岛高铁的花岗岩全风化层均一性差，力学特性差异大，物理状态以黏性土和砂土为主，分别呈硬塑和中密状态，结构分布属于典型的“两头大，中间小”，平均压缩模量约为83.3 MPa。

图2.2-5　旁压试验P-Vm曲线

表2.2-1　海南环岛高铁旁压试验地基变形参数

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2.2.3.3　标准贯入试验

标准贯入试验是常用的轻便型动力触探类型。试验操作简单，地层适应性广，对不易钻探取样的砂土和砂质粉土尤为适用。试验通过在一定锤重与落距的锤击下，规定探头贯入土中30 cm深度所需的击数来确定砂土的密实度或黏性土的稠度状态，以确定地基土的容许承载力，推断各类土的抗剪强度，估算黏性土的变形模量以及评价砂土的振动液化性质等。同时，根据贯入的难易程度，又可定性地划分不同性质的土层和评定土体的均匀性，检查填土质量，探查滑动带和土洞的位置，确定基岩面或碎石类土层的埋藏深度等。

由标准贯入试验得到的锤击数-深度曲线和承载力-深度曲线如图 2.2-6 至图2.2-8所示。

图2.2-6　DK67＋650断面锤击数-深度曲线

图2.2-7　DK108＋927断面锤击数-深度曲线

图2.2-8　DK108＋955断面锤击数-深度曲线

对于海南环岛高速铁路，由于全风化花岗岩地基的风化差异，其工程力学性质有很大差别，尤其在大气降水和地下水作用下，发生结构崩解，地基强度降低。平板载荷试验受量测深度限制，不能全面反映全风化花岗岩地基的承载特性。对于浅层花岗岩地基，风化程度较高，可采用静力触探试验获取岩土变形参数。深度较大的花岗岩地基未风化完全，探头无法压入，因此静力触探试验不宜作为确定深层花岗岩地基变形参数和地基承载力的方法。颗粒分析结果表明，海南环岛高铁全风化花岗岩含有大量粗粒土，粗砂以上粒组的含量可达到40%，适用于标准贯入试验，测试过程简易快速，样本数量多，分布广泛，可粗略评价该类型地基工程力学性质。鉴于目前标准贯入试验确定全风化花岗岩层地基变形参数缺乏相关经验公式，课题组采用日本地区花岗岩风化土的经验公式分析海南环岛高铁全风化花岗岩变形参数，与现场试验数据对比后发现，由标贯试验得出的试验结果与日本经验公式的相关性较好，并据此推出土的压缩模量经验公式：

式中：Es为地基土压缩模量；N为标准贯入试验锤击数，N大于50取50，见表2.2-2。

表2.2-2　标准贯入试验变形参数

续表