十字板剪切試驗(yàn)確定軟土地基承載力的研究

韓 鵬

(天津市北洋水運(yùn)水利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300000)

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十字板剪切試驗(yàn)確定軟土地基承載力的研究

韓 鵬

(天津市北洋水運(yùn)水利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300000)

采用查表法和經(jīng)驗(yàn)公式法，估算了天津?yàn)I海軟土地基的承載力，從適用性、便捷性以及計(jì)算結(jié)果等方面，對(duì)兩種方法進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果表明《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程》推薦的經(jīng)驗(yàn)公式物理概念清楚、計(jì)算方便，適用性最好。

地基承載力，十字板剪切強(qiáng)度，經(jīng)驗(yàn)公式法，查表法

十字板剪切試驗(yàn)經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于沿海軟土地區(qū)的實(shí)際工程中。目前，十字板剪切試驗(yàn)成果的應(yīng)用范圍主要包括確定地基承載力、計(jì)算單樁承載力、計(jì)算邊坡穩(wěn)定、判定軟粘性土的固結(jié)歷史和檢測(cè)軟土地基的加固效果等方面。在天津?yàn)I海地區(qū)，十字板剪切強(qiáng)度在計(jì)算邊坡穩(wěn)定和檢測(cè)軟土地基的加固效果方面應(yīng)用較為廣泛，積累的工程經(jīng)驗(yàn)較為豐富。相比之下，在確定軟土地基承載力方面十字板剪切強(qiáng)度的應(yīng)用相對(duì)較少，工程經(jīng)驗(yàn)相對(duì)欠缺。如何更好的將十字板剪切試驗(yàn)應(yīng)用于軟土地基承載力的估算，成為制約十字板剪切試驗(yàn)發(fā)展的重要因素之一。本文將以天津?yàn)I海地區(qū)的實(shí)際工程為基礎(chǔ)，采用查表法和經(jīng)驗(yàn)公式法對(duì)天津?yàn)I海軟土地基承載力進(jìn)行估算，結(jié)合地方實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)兩種方法的適用性及便捷性進(jìn)行分析。

1 地基承載力計(jì)算方法

計(jì)算地基承載力的方法有載荷試驗(yàn)或其他原位試驗(yàn)、理論公式法和查表法。查表法確定地基承載力在天津積累較多的工程經(jīng)驗(yàn)，天津市地方規(guī)范《巖土工程技術(shù)規(guī)范》中第2.2.1～5.2.9條對(duì)采用物理指標(biāo)確定地基土的承載力進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。在天津地區(qū)工程勘察設(shè)計(jì)人員主要采用載荷試驗(yàn)、理論公式法和查表法來(lái)估算地基承載力，很少采用十字板剪切強(qiáng)度估算軟土地基承載力。目前，根據(jù)十字板剪切試驗(yàn)計(jì)算軟土地基承載力經(jīng)驗(yàn)公式法主要有兩種:第一種是《巖土工程勘察規(guī)范》介紹的中國(guó)建筑科學(xué)研究院、華東電力設(shè)計(jì)院公式；第二種是《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程》推薦公式。

1.1 查表法

本文中查表法的依據(jù)為DB 29—20—2000巖土工程技術(shù)規(guī)范，該規(guī)范對(duì)根據(jù)物理指標(biāo)確定地基承載力進(jìn)行了詳細(xì)的規(guī)定。對(duì)于淤泥和淤泥質(zhì)粘土該方法的基本思路如下：首先獲得目標(biāo)土層的含水率統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，其次查詢(xún)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)表格確定地基承載力特征值。淤泥和淤泥質(zhì)粘土地基承載力特征值的查詢(xún)表見(jiàn)表1。

表1 淤泥和淤泥質(zhì)粘土承載力特征值查詢(xún)表

表1中含水率指標(biāo)是某土層含水率指標(biāo)的平均值，地基承載力特征值通過(guò)直接查表或經(jīng)過(guò)內(nèi)插后查獲得。

1.2 經(jīng)驗(yàn)公式法

目前根據(jù)十字板剪切強(qiáng)度確定地基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式有兩種，第一種經(jīng)驗(yàn)公式為“中國(guó)建筑科學(xué)研究院、華東電力設(shè)計(jì)院公式”，第二種經(jīng)驗(yàn)公式為《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程》推薦公式，這兩種經(jīng)驗(yàn)公式的含義以及使用說(shuō)明詳見(jiàn)下文：

1)中國(guó)建筑科學(xué)研究院、華東電力設(shè)計(jì)院公式(下文中稱(chēng)式(1)，式(2))：

(1)

隨著我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的不斷增加，交通事故數(shù)量呈冪級(jí)數(shù)上漲，不僅增加了交通管理的難度，還降低了道路的通行能力。因此，如何有效地降低交通事故成為現(xiàn)代市政主管部門(mén)和公路主管部門(mén)的一大難點(diǎn)。交通標(biāo)志標(biāo)線的設(shè)置是道路設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中一個(gè)重要的組成，能否合理的設(shè)置，直接決定公路信息傳遞的有效性。其他安全設(shè)施的設(shè)置直接關(guān)系交通行駛的安全性，并可以在一定程度上減少交通事故的發(fā)生。

十字板剪切強(qiáng)度的修正方法：

(2)

目前國(guó)內(nèi)主要采用的十字板剪切強(qiáng)度的修正方法有兩種，一種是由Daccal等提出的修正方法，另一種是我國(guó)TB 10041—2003鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程中對(duì)規(guī)定的方法。本文中十字板強(qiáng)度修正系數(shù)執(zhí)行TB 10041—2003鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程的規(guī)定，即：當(dāng)Ip≤20時(shí)，取μ=1；當(dāng)20

2)《軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程》推薦公式(下文中稱(chēng)式(3))：

fa=10+2.5Cu

(3)

其中，fa為地基承載力特征值，kPa；Cu為十字板抗剪強(qiáng)度，kPa。對(duì)于飽和粘性土Cu>100取100；淤泥質(zhì)粘土Cu>50取50。

2 實(shí)例應(yīng)用

2.1 試驗(yàn)土層對(duì)象的物理指標(biāo)及十字板剪切強(qiáng)度指標(biāo)

根據(jù)勘察室外勘察記錄和室內(nèi)土工試驗(yàn)記錄，該土層呈灰色，流塑狀態(tài)，無(wú)層理，含有機(jī)質(zhì)，屬高壓縮性土。該土層在天津?yàn)I海新區(qū)均有分布，本文中該土層的物理力學(xué)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)均以天津?yàn)I海地區(qū)的實(shí)際工程項(xiàng)目為基礎(chǔ)，經(jīng)過(guò)對(duì)該地區(qū)5個(gè)工程實(shí)例的統(tǒng)計(jì)分析，該土層的物理指標(biāo)和十字板剪切強(qiáng)度指標(biāo)見(jiàn)表2，表3。

表2 土體的物理指標(biāo)

表3 土體的十字板剪切強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表

2.2 地基承載力計(jì)算結(jié)果分析

結(jié)合上文淤泥及淤泥質(zhì)粘土層的物理指標(biāo)和十字板剪切強(qiáng)度指標(biāo)，分別采用查表法和經(jīng)驗(yàn)公式法確定淤泥和淤泥質(zhì)粘土的地基承載力特征值。計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 地基承載力特征值計(jì)算結(jié)果表

從表4可以看出，無(wú)論是淤泥還是淤泥質(zhì)粘土，查表法獲得的地基承載力特征值最大，式(3)法次之，式(1)，式(2)法獲得的地基承載力特征值最小。其中式(1)，式(2)法獲得的地基承載力較天津?yàn)I海地區(qū)的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)相對(duì)偏小；查表法確定的地基承載力特征值較天津?yàn)I海地區(qū)的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)相對(duì)偏大；式(3)法確定的計(jì)算結(jié)果與天津?yàn)I海地區(qū)的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)匹配相對(duì)較好。

2.3 查表法及兩種經(jīng)驗(yàn)公式方法的差異性分析

查表法、式(1)，式(2)法及式(3)法之間存在較大的差異，從估算地基承載力時(shí)考慮的物理力學(xué)指標(biāo)、基礎(chǔ)埋深、基礎(chǔ)寬度和掌

握的難易程度四個(gè)方面，分別對(duì)上述計(jì)算地基承載力的方法進(jìn)行對(duì)比分析，分析結(jié)果詳見(jiàn)表5。

表5 查表法及經(jīng)驗(yàn)公式法的對(duì)比表

3 淤泥質(zhì)粘土地基承載力特征值的修正問(wèn)題

根據(jù)巖土工程技術(shù)規(guī)范第4.0.2條和5.2.6條可以看出，當(dāng)基礎(chǔ)埋置深度不小于0.6 m時(shí)，查表法確定的地基承載力特征值需要進(jìn)行深度修正。修正公式如下：

fak=fa+γd(d-1.0)

(4)

其中，fak為修正后的地基承載力特征值，kPa；fa為地基承載力特征值，kPa；γd為土的重度，kN/m3；d為基礎(chǔ)埋深，m。

根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范第5.2.4條，當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3.0 m或埋置深度大于0.5 m時(shí)，由原位測(cè)試和經(jīng)驗(yàn)值方法確定的地基承載力特征值需要進(jìn)行修正。修正公式如下：

fak=fa+γd(d-0.5)

(5)

其中，fak為修正后的地基承載力特征值，kPa；fa為地基承載力特征值，kPa；γd為土的重度，kN/m3；d為基礎(chǔ)埋深，m。

4 結(jié)語(yǔ)

1)在基礎(chǔ)埋深h≤0.5 m時(shí)，查表法、式(3)法及式(1),式(2)法確定的地基承載力特征值具有依次減小的規(guī)律。2)查表法和式(3)法易于理解和掌握，這兩種方法均為考慮基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)寬度對(duì)地基承載力的影響。3)式(1)，式(2)法相對(duì)復(fù)雜，需要確定十字板剪切強(qiáng)度的修正系數(shù)和基礎(chǔ)的埋置深度，才能確定地基承載力特征值；該方法僅考慮了地基埋深對(duì)地基承載力的影響，未考慮地基寬度對(duì)地基承載力的影響。4)三種方法在確定天津?yàn)I海軟土的地基承載力時(shí)，式(3)法的適用性最佳。5)根據(jù)十字板剪切強(qiáng)度進(jìn)行軟土地基承載力設(shè)計(jì)時(shí)，尚缺乏有關(guān)基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)寬度兩方面的經(jīng)驗(yàn)積累。

[1] DB 29—20—2000，巖土工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB 50021—2009，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3] JGJ 83—2011，軟土地區(qū)巖土工程勘察規(guī)程[S].

[4] 常士驃，張?zhí)K民.工程地質(zhì)手冊(cè)[M].第4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[5] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

On identification of soft-soil foundation loading capacity with vane shear test

Han Peng

(TianjinBeiyangWaterTransportandConservancySurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,Tianjin300000,China)

The paper adopts the look-up table method and experience formula method, estimates the loading capacity of the coastal soft-soil foundation of Tianjin, undertakes the comparative analysis of the two methods from the adoptability, convenience, and calculation results, and proves by the result that the experience formula recommended bySurveyRegulationforGeotechnicalProjectofSoft-SoilAreasare clear in concepts and convenient for calculation with the best adoptability.

basement loading capacity, vane shear stiffness, experience formula method, look-up table method

1009-6825(2016)11-0092-02

2016-01-30

韓 鵬(1987- )，男，助理工程師

TU447

A