長春地區(qū)老黏土地基承載力確定方法的探討

楊豐年，李向群，王海鵬

1.吉林建筑大學(xué)測繪與勘查工程學(xué)院，吉林長春130118；2.大連恒基巖土工程有限公司，遼寧大連116000

長春地區(qū)老黏土地基承載力確定方法的探討

楊豐年1，李向群1，王海鵬2

1.吉林建筑大學(xué)測繪與勘查工程學(xué)院，吉林長春130118；2.大連恒基巖土工程有限公司，遼寧大連116000

老黏性土工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)較多，根據(jù)其他省市地區(qū)的成熟經(jīng)驗(yàn)，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)法確定老黏性土地基承載力可根據(jù)土的室內(nèi)土工試驗(yàn)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)孔隙比、液性指數(shù)查表求得，還可根據(jù)原位測試靜力觸探指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)指標(biāo)確定.本次試驗(yàn)利用這些成熟經(jīng)驗(yàn)，通過分析土工試驗(yàn)、原位測試指標(biāo)與靜載試驗(yàn)測得的地基承載力的對應(yīng)關(guān)系，總結(jié)出用土工試驗(yàn)物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)、原位測試靜探指標(biāo)計(jì)算老黏性土地基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式和經(jīng)驗(yàn)表.

地基承載力；數(shù)理統(tǒng)計(jì)；原位測試；長春市

文章編號(hào)：1671-1947（2015）02-0157-03中圖分類號(hào)：TU43文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

長春沖積洪積地區(qū)地貌上的老黏性土，前人曾對其進(jìn)行過較為詳細(xì)的研究，李向群［1］在大量的資料統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，研究了長春地區(qū)老黏土的各種力學(xué)指標(biāo)參數(shù)之間的關(guān)系；王翠英［2］對老黏土地區(qū)復(fù)合土釘墻結(jié)構(gòu)支護(hù)邊坡滑移的現(xiàn)象做了分析；謝義華［3］發(fā)現(xiàn)麗水地區(qū)由于氣候和環(huán)境等一些因素的影響，老黏土的承載力變化較大，并分別做了分析總結(jié)；周鑫強(qiáng)［4］根據(jù)老黏土對沉樁的影響，設(shè)計(jì)對方樁錐形樁尖優(yōu)化為H型樁尖，并在實(shí)際工程中得到了肯定.大量學(xué)者的研究包括地質(zhì)成因、地質(zhì)年代、分布情況、粒度成分、礦物成分及化學(xué)成分、土的微觀結(jié)構(gòu)、物理力學(xué)性質(zhì)及隨深度的變化等.遺憾的是無載荷試驗(yàn)研究.本項(xiàng)目針對埋深10 m以下的處于硬塑狀態(tài)的老黏性土進(jìn)行了載荷試驗(yàn)研究.通過此次實(shí)驗(yàn)，為老黏性土的地基承載力研究的提供了參考.

1 老黏性土的基本特征

中更新統(tǒng)老黏性土，黃褐、黃色、褐色，含鐵錳質(zhì)氧化物結(jié)核，黏粒含量高，以黏土為主，切面較光滑，韌性好，干強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)致密，含水量較小，孔隙比小，以硬塑狀態(tài)為主，局部為可塑偏硬狀態(tài)，下部多為堅(jiān)硬狀態(tài)，中等偏低壓縮性.上部粉粒含量較高，局部為粉質(zhì)黏土.

2 老黏性土地基承載力的確定方法

2.1 載荷試驗(yàn)

載荷試驗(yàn)是確定老黏性土地基承載力的可靠方法，沒有當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)的情況下應(yīng)由載荷試驗(yàn)確定老黏性土地基承載力.進(jìn)行平載荷試驗(yàn)時(shí)，場地均已進(jìn)行降水施工，考慮降水因素，試驗(yàn)土層的強(qiáng)度比天然飽和狀態(tài)的強(qiáng)度提高.因此，進(jìn)行承載力與土工試驗(yàn)成果及原位測試成果關(guān)系分析時(shí)，將平板荷載試驗(yàn)所獲得的承載力進(jìn)行折減，經(jīng)室內(nèi)土工試驗(yàn)對比分析，折減系數(shù)取0.85.原位測試成果、土工試驗(yàn)成果及承載特征值數(shù)據(jù)見表1.

2.2 靜力觸探

利用靜探成果計(jì)算地基承載力的方法簡便、可靠.根據(jù)原位測試雙橋靜探錐尖阻力計(jì)算老黏性土地基承載力特征值的經(jīng)驗(yàn)公式.老黏性土地基承載力特征值與靜力觸探錐尖阻力的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系如圖1.

圖1 老黏性土地基承載力特征值與雙橋靜力觸探錐尖阻力關(guān)系曲線圖Fig.1 Correlation curve between the eigenvalue of foundation bearing capacity of old clay and cone penetration tip resistance

圖1表明：老黏性土地基承載力特征值與雙橋靜力觸探錐尖阻力線性相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)為0.892.經(jīng)過相關(guān)性分析總結(jié)出利用錐尖阻力計(jì)算老黏性土地基承載力特征的經(jīng)驗(yàn)公式如下.

式中：fak—地基承載力特征值，單位為kPa；

qc—雙橋靜探錐尖阻力，單位為MPa（當(dāng)使用單橋探頭進(jìn)行靜探試驗(yàn)時(shí)，比貫入阻力Ps＝1.3qc）.

本次研究所收集的資料主要集中在硬塑狀態(tài)的老黏土，其雙橋靜探成果范圍值如下側(cè)阻力：

fas＞150 kPa，錐尖阻力：1.8 MPa＜qc＜3.5 MPa.

2.3 土工試驗(yàn)

室內(nèi)土工試驗(yàn)測得的天然孔隙比和液性指數(shù)采用查表法確定老黏性土地基承載力是一種簡便可靠的方法.本文研究得出了地基承載力特征值與天然孔隙比和液性指數(shù)的對應(yīng)關(guān)系如圖2、3.

圖2 老黏性土地基承載力特征值與孔隙比關(guān)系曲線圖Fig.2 Correlation curve between the eigenvalue of foundation bearing capacity of old clay and void ratio

圖3 老黏性土地基承載力特征值與液性指數(shù)關(guān)系曲線圖Fig.3 Correlation curve between the eigenvalue of foundation bearing capacity of old clay and liquidity index

表1 原位測試成果、土工試驗(yàn)成果及承載力特征值數(shù)據(jù)表Table 1 In situ test,soil test results and the eigenvalue of bearing capacity

圖2、3表明：老黏性土的地基承載力特征值與土的天然孔隙比和液性指數(shù)線性相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)均大于0.9，證明用土工試驗(yàn)指標(biāo)來確定老黏性土地基承載力的方法是可靠的.

3 研究成果

本次研究以《工程地質(zhì)手冊》（第四版）［5］所推薦的地基承載力表為基礎(chǔ)，將靜載試驗(yàn)實(shí)測地基承載力與上述規(guī)范地基承載力表所求得的地基承載力進(jìn)行對比，實(shí)測的地基承載力比查表值平均增加42 kPa，說明在本地區(qū)以往的方法低估了老黏性土的地基承載力，偏于保守.本次研究得出的地基承載力實(shí)測值與查表值的對應(yīng)關(guān)系見表2.

表2 承載力實(shí)測值與查表值對比表Table 2 Contrast between surveyed value and tabular value of foundation bearing capacity

取平均值46 kPa對《工程地質(zhì)手冊》（第四版）規(guī)范地基承載力表進(jìn)行修正，得出根據(jù)土工試驗(yàn)物理性質(zhì)指標(biāo)天然孔隙比和液性指數(shù)確定老黏土地基承載力特征值的對應(yīng)關(guān)系表3.

表3 天然孔隙比與承載力特征值對比表Table 3 Correlation between void ratio and eigenvalue of foundation bearing capacity

由于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，本表只適用于孔隙比0.6＜e＜0.75，液性指數(shù)0＜IL＜0.3的老黏土.

4 結(jié)語

老黏性土一般為超固結(jié)土，含水量低、孔隙比小、壓縮性中等偏低，硬塑狀態(tài)時(shí)老黏性土的地基承載力高.根據(jù)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)用傳統(tǒng)的查表法確定地基承載力，明顯低于載荷試驗(yàn)的結(jié)果.而吉林省現(xiàn)有的用靜探指標(biāo)計(jì)算地基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式也適用于查表法求得的地基承載力的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，其所確定的地基承載力也偏低.由于城市建設(shè)的高速發(fā)展，對地下空間的利用已成為現(xiàn)代建筑的總體趨勢，而老黏性土一般位于地表下10 m左右，是大部分帶有地下室的建筑的主要持力層.按傳統(tǒng)表格確定的地基承載力值偏低，雖然對建筑安全無影響，但并不能充分發(fā)揮老黏性土優(yōu)良的承載能力.

本次研究得出的結(jié)論及建議如下：

（1）長春臺(tái)地的老黏土，可直接使用本文的成果表格和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算地基承載力特征值，設(shè)計(jì)工作中應(yīng)進(jìn)行深度、寬度修正，其他區(qū)域可參考使用.

（2）其他地區(qū)尚應(yīng)開展相關(guān)的研究工作，積累更多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對本次研究得出的經(jīng)驗(yàn)公式、地基承載力表進(jìn)行驗(yàn)證、補(bǔ)充和完善.

（3）開展三軸剪切試驗(yàn)工作，總結(jié)和探討根據(jù)三軸試驗(yàn)的C、φ按理論公式計(jì)算地基承載力.

（4）今后應(yīng)更多地開展此方面的工作，積累數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，使之更加完善.

［1］李向群，于光源.關(guān)于長春市區(qū)地基土的成因及承載力的探討［J］.巖土工程技術(shù),2007,21（1）:51—54.

［2］王翠英，王家陽.武漢老黏土地區(qū)土釘墻破壞形式及其防治措施［J］.湖北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,22（2）:50—53.

［3］謝義華，季志平，陳偉祥.麗水地區(qū)老黏土承載力特征的初步研究［J］.西部探礦工程,2009,33（2）:68—70.

［4］周鑫強(qiáng)，張永強(qiáng)，陳木燦，等.方樁H型樁尖在湛江地區(qū)老黏土中的應(yīng)用［J］.海岸工程,2014,33（2）:20—26.

［5］《工程地質(zhì)手冊》編寫委員會(huì).工程地質(zhì)手冊［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2007:384—416.

DISCUSSION ON THE DETERMINATION METHOD OF OLD CLAY FOUNDATION BEARING CAPACITY IN CHANGCHUN REGION

YANG Feng-nian1,LI Xiang-qun1,WANG Hai-peng2

1.College of Mapping and Exploration Engineering,Jilin Jianzhu University,Changchun 130118,China; 2.Dalian Henderson Geotechnical Engineering Co.Ltd.,Dalian 116000,Liaoning Province,China

According to the practical experiences about old clay engineering in other regions,the foundation bearing capacity of old clay can be determined by mathematical statistics method in two ways:One is laboratory soil tests to get some data for table lookup to gain some physical and mechanical properties such as void ratio and liquid indexes;The other is insitu test to gain static sounding index and standard penetration test index.With such mature experiences and analysis on the correspondence between soil tests,in-situ test index and static load test of foundation bearing capacity,the authors summarize the empirical formula and experience table for the calculation of old clay foundation bearing capacity with soil physical and mechanical properties and in-situ test static sounding indexes.

foundation bearing capacity;mathematical statistics;in-situ test;Changchun region

2014－09－12；

2014-12-01.編輯：李蘭英．

住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部項(xiàng)目“空心樁應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)問題研究”（編號(hào)555）.

楊豐年（1988—），男，吉林建筑大學(xué)在讀碩士研究生，巖土專業(yè)，通信地址吉林省長春市新城大街5088號(hào)，E-mail//603236354@qq.com