基坑設(shè)計(jì)中抗剪強(qiáng)度指標(biāo)選取的分析

劉秀秀　孫廣利　孫　超

(吉林建筑大學(xué)測繪與勘查工程學(xué)院,長春　130118)

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基坑設(shè)計(jì)中抗剪強(qiáng)度指標(biāo)選取的分析

劉秀秀孫廣利孫超

(吉林建筑大學(xué)測繪與勘查工程學(xué)院,長春130118)

摘要：本文以具體基坑工程為依托,取現(xiàn)場粉質(zhì)黏土原狀土樣,針對(duì)水、試驗(yàn)方法兩種抗剪強(qiáng)度指標(biāo)影響因素進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn),利用不同試驗(yàn)組所得強(qiáng)度參數(shù)值計(jì)算土壓力,分析不同影響因素下試驗(yàn)所得抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的差異,并指出在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中土壓力計(jì)算應(yīng)選取何種強(qiáng)度指標(biāo)更為合理.

關(guān)鍵詞：粉質(zhì)黏土；抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；室內(nèi)試驗(yàn)；土壓力計(jì)算

0引言

我國國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定方法存在不同的說法.我國《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[1]JGJ120-2012第3.1.14條規(guī)定，對(duì)于地下水位以上和以下正常固結(jié)和超固結(jié)土土壓力和穩(wěn)定性計(jì)算中均可以采用三軸固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Ccu，φcu,或者直剪固結(jié)快剪強(qiáng)度指標(biāo)Ccq，φcq,對(duì)于地下水位以下欠固結(jié)土宜選用在有效自重應(yīng)力預(yù)固結(jié)下的三軸不固結(jié)不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Cuu，φuu,且當(dāng)?shù)赜锌煽拷?jīng)驗(yàn)時(shí)允許采用直剪試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)．而我國《巖土工程勘察規(guī)范》[2]GB50021-2001(2009修訂)第11.4.1條規(guī)定，對(duì)飽和黏性土,當(dāng)加荷速率較快時(shí),宜采用不固結(jié)不排水試驗(yàn)確定土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)．《高層建筑巖土工程勘察規(guī)程》[3](JGJ 72-2004)第6.0.2條規(guī)定；抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)的方法應(yīng)根據(jù)施工速度、地層條件和計(jì)算公式等選用,盡可能符合建筑和地基土實(shí)際受力狀態(tài),對(duì)飽和黏性土或者施工速度快、排水條件差的土，可選用三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)來確定抗剪強(qiáng)度指標(biāo)．規(guī)范的不一致使得在具體工程中抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定也各式各樣,直接影響到基坑工程的安全．針對(duì)上述問題,本文以長春市偉峰新宇新城第12#辦公樓基坑工程為依托,利用取土器現(xiàn)場采取位于粉質(zhì)黏土層的原狀土樣,測定原狀土樣在不同的影響因素下土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo),比較不同試驗(yàn)方案下得出的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的差異,從而分析不同室內(nèi)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)方法對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響,為具體工程中抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定提供參考.

1抗剪強(qiáng)度指標(biāo)影響因素的試驗(yàn)結(jié)果及分析

1.1　基坑降水對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響試驗(yàn)

在規(guī)范中有關(guān)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的測定,都有對(duì)地下水位以上和以下給出單獨(dú)的試驗(yàn)說法,可見，水對(duì)土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值的大小有著直接的影響．工程中往往在基坑開挖與支護(hù)之前進(jìn)行地下降水，為了研究基坑降水對(duì)土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)值的影響,在基坑開挖前分別取降水前和降水后土樣,分別進(jìn)行三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)[4],每組制備四組試件試驗(yàn),取平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果．具體試驗(yàn)的條件和統(tǒng)計(jì)后試驗(yàn)所得值見表1.

表1 基坑降水實(shí)驗(yàn)組

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,地下水對(duì)粉質(zhì)黏土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)具有明顯的影響,降水后粘聚力比降水前增大31.2%,摩擦角增大20.6%,可見，水對(duì)粘聚力的影響相對(duì)比內(nèi)摩擦角大.

1.2　室內(nèi)不同試驗(yàn)方法對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的影響試驗(yàn)

根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[1]規(guī)定，對(duì)于正常固結(jié)土或超固結(jié)土可采用三軸固結(jié)不排水試驗(yàn),長春地區(qū)土為正常固結(jié)或超固結(jié).高廣運(yùn)[5]在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中土的試驗(yàn)方法確定中指出：無論基坑是否降水,對(duì)于粉質(zhì)黏土均宜采用三軸固結(jié)不排水來測定抗剪強(qiáng)度指標(biāo).本文選定三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)作為參照組,對(duì)原狀土樣再進(jìn)行直接剪切試驗(yàn)中的固結(jié)快剪和三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn),對(duì)比不同試驗(yàn)方法對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的差異.

1.2.1直接剪切試驗(yàn)

《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》[1]JGJ120-2012第3.1.14條規(guī)定，當(dāng)?shù)赜锌煽拷?jīng)驗(yàn)時(shí)允許采用直剪試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo).但采用直剪試驗(yàn)和三軸剪切試驗(yàn)盡管是對(duì)同一土樣試驗(yàn)所得值也不可能完全一致,為了分析兩者之間的差異,取該基坑降水前原狀土樣和1.1中的土樣是同一土層,相近位置且位于地下水位以下的粉質(zhì)黏土,在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行直接剪切試驗(yàn),制備四組試件試驗(yàn),取平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果.具體試驗(yàn)的條件和統(tǒng)計(jì)后試驗(yàn)所得值見表2.

表2 直剪實(shí)驗(yàn)組

直剪試驗(yàn)(固結(jié)快剪)所得粘聚力比上述降水后的三軸固結(jié)不排水粘聚力值還要偏大,內(nèi)摩擦角基本吻合.原因是直剪試驗(yàn)剪切面是人為固定面,此外，直剪試驗(yàn)中的固結(jié)和排水條件均為人為控制,用剪切的快慢來體現(xiàn)土樣的排水狀態(tài),這存在很大的人為因素,故在當(dāng)?shù)赜凶銐虻墓こ探?jīng)驗(yàn)時(shí),可以采取直剪試驗(yàn)來測定抗剪強(qiáng)度指標(biāo),但一定要參考工程經(jīng)驗(yàn)值.

1.2.2三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)

在基坑工程中涉及粘土三軸試驗(yàn)基本采用的為固結(jié)不排水試驗(yàn),為了分析對(duì)于土體固結(jié)不排水和不固結(jié)不排水試驗(yàn)得出的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的差異,本文對(duì)粉質(zhì)黏土土樣制備試件進(jìn)行不固結(jié)不排水試驗(yàn),每組進(jìn)行三組試件試驗(yàn)取平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果,根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)條件和統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)所得值見表3.

表3 基坑開挖實(shí)驗(yàn)組

對(duì)基坑開挖后的粉質(zhì)黏土進(jìn)行了常規(guī)的固結(jié)不排水試驗(yàn)和不固結(jié)不排水試驗(yàn),由于開挖過程中徑向卸荷,開挖后的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)明顯降低,開挖后的固結(jié)不排水試驗(yàn)所得參數(shù)比開挖前粘聚力減少12.9%,內(nèi)摩擦角減少42.3%．基坑開挖后的不固結(jié)不排水試驗(yàn)所得值內(nèi)摩擦角比固結(jié)不排水試驗(yàn)的內(nèi)摩擦角降低81.3%.

2不同試驗(yàn)結(jié)果在基坑工程中土壓力值的計(jì)算

本文假定在厚為10m的粉質(zhì)黏土地層開挖深為5m的基坑,其中地面堆載為q=40kPa,γ=11kN/m3.分別計(jì)算主動(dòng)土壓力值和被動(dòng)土壓力值如圖1、圖2所示.

圖1 基坑的主動(dòng)土壓力比較

圖2 基坑的被動(dòng)土壓力比較

由圖1和圖2可得:

(1) 基坑降水后土樣三軸試驗(yàn)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算主動(dòng)土壓力比降水前計(jì)算值大2.26倍,被動(dòng)土壓力降水后比降水前計(jì)算值大1.35倍；

(2) 降水后和直剪固結(jié)快剪兩組實(shí)驗(yàn)值在土壓力計(jì)算上比較接近，均表現(xiàn)為主動(dòng)土壓力比其他組小，被動(dòng)土壓力大；

(3) 不固結(jié)不排水計(jì)算主動(dòng)土壓力隨深度增大的速率比其他組快，而被動(dòng)土壓力隨深度增大的速率卻比其他組慢.

3結(jié)論

(1) 對(duì)于軟土基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用三軸不固結(jié)不排水試驗(yàn)指標(biāo)比較安全，但隨著深度的增大則偏于保守造成不必要的浪費(fèi)，因此，宜用于驗(yàn)算地基整體穩(wěn)定性;

(2) 本文的分析表明,對(duì)于土壓力的計(jì)算，降水前和降水后強(qiáng)度指標(biāo)計(jì)算值相差很遠(yuǎn),在軟土基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,采用不進(jìn)行飽和直接試驗(yàn)的強(qiáng)度指標(biāo)太過冒險(xiǎn),宜采用飽和土樣的固結(jié)不排水試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)較符合工程實(shí)際;

(3) 本文中直剪固結(jié)快剪與三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)所得的強(qiáng)度參數(shù)具有差異性,且直剪所得的強(qiáng)度參數(shù)用于基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏于危險(xiǎn),故在有工程經(jīng)驗(yàn)的前提下可以采用直剪實(shí)驗(yàn).

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程(JGJ120-2012)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).巖土工程勘察規(guī)范(GB50021-2001)2009修訂[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

[3] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).高層建筑巖土工程勘察規(guī)程(JGJ72-2004)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[4] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(JGB/T50123-1999)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.

[5] 高廣運(yùn).軟土基坑土壓力計(jì)算抗剪強(qiáng)度參數(shù)的分析[J].巖土力學(xué),2005(26):183-186.

Analysis of Selecting Shear Strength Indicators in Pit Engineering

LIU Xiu-xiu，SUN Guang-li，SUN Chao

(SchoolofGeometricsandProspectingEngineering,JilinJianzhuUniversity,Changchun,China130118)

Abstract：In this paper, relying on a specific excavation, by taking the scene undisturbed silty clay soil samples, laboratory tests carried out three factors of shear strength index of water, testing methods, stress state, the resulting intensity using different parameter values calculated soil test group pressure,analyze the differences under different experimental factors resulting shear strength index,,point out that the structural design in excavation earth pressure calculation should select what strength index is more reasonable.

Keywords:silty clay soil；shear strength index；laboratory test；pressure calculation

中圖分類號(hào)：TU 47

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-8919(2015)02-0036-03

作者簡介：劉秀秀(1989～),女,河南省鶴壁市人,在讀碩士研究生.

收稿日期：2014-07-14.