土體應(yīng)力歷史對(duì)工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)的影響

高光亮，蓋懷濤

（北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100038）

土體應(yīng)力歷史對(duì)工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)的影響

高光亮*，蓋懷濤

（北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京100038）

結(jié)合某既有工程實(shí)例，綜合運(yùn)用原位測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn)等數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了大面積挖填方場(chǎng)區(qū)是否考慮土體應(yīng)力歷史造成的同類(lèi)土層的試驗(yàn)成果的差別，為正確評(píng)價(jià)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件提供參考。

大面積挖填方；土體應(yīng)力歷史；工程地質(zhì)條件

1　概述

近些年，隨著城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)張，適宜建設(shè)的平整場(chǎng)區(qū)越來(lái)越少，越來(lái)越多的不平整場(chǎng)區(qū)經(jīng)挖填方處理后成為了建設(shè)場(chǎng)區(qū)。從而對(duì)巖土工程勘察與評(píng)價(jià)提出了更高的要求。

建筑場(chǎng)區(qū)內(nèi)的大面積挖填方改變了土體的應(yīng)力狀態(tài)，因此土工試驗(yàn)布設(shè)前應(yīng)充分考慮土體應(yīng)力歷史對(duì)試驗(yàn)初始加壓數(shù)據(jù)的影響。本文結(jié)合工程實(shí)踐，通過(guò)對(duì)比分析考慮土體應(yīng)力歷史前后對(duì)工程地質(zhì)評(píng)價(jià)參數(shù)的影響，以期為類(lèi)似工程勘察設(shè)計(jì)提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

2　工程實(shí)例

2.1某會(huì)展中心項(xiàng)目

2.1.1場(chǎng)地地形、地貌

某會(huì)展中心項(xiàng)目位于北京市懷柔區(qū)，擬建場(chǎng)地屬于山前洪沖積扇，原狀地形較平緩，后因人工取土形成多個(gè)高3～5m的陡坎，場(chǎng)區(qū)現(xiàn)狀地形見(jiàn)圖1，工勘察期間測(cè)量的鉆孔孔口處地面標(biāo)高為86.31～94.67m。場(chǎng)地內(nèi)現(xiàn)狀主要為空地、荒草及樹(shù)木。

2.1.2場(chǎng)地地層條件

場(chǎng)區(qū)覆蓋層平均厚度大于20.0m，以粉質(zhì)粘土、粘質(zhì)粉土為主，局部夾薄層卵石。詳見(jiàn)表1。

2.1.3對(duì)比分析

如圖1所示，場(chǎng)區(qū)內(nèi)由于人工采土形成多個(gè)較大的陡坎，本次分別在陡坎上、下進(jìn)行了鉆探取樣，并按照不考慮土的應(yīng)力歷史（工況1）、考慮土的應(yīng)力歷史（工況2）及陡坎上土體應(yīng)力狀態(tài)未變化（工況3）3種工況布設(shè)土工試驗(yàn)，詳述如下：

工況1：土體應(yīng)力狀態(tài)隨人工取土發(fā)生了變化，但布置土工試驗(yàn)時(shí)不考慮土的應(yīng)力歷史。即計(jì)算自重壓力P0時(shí)，土樣深度為按照現(xiàn)狀挖方后地面標(biāo)高。

圖1　場(chǎng)區(qū)現(xiàn)狀地形圖

工況2：土體應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，考慮土的應(yīng)力歷史。即計(jì)算自重壓力P0時(shí)，土樣深度為按照挖方前地形圖反映的原地面標(biāo)高情況，反算當(dāng)前土樣在原地面下的埋深。

工況3：位于現(xiàn)狀陡坎部位的土體，應(yīng)力狀態(tài)未發(fā)生變化，計(jì)算自重壓力P0時(shí)，按照現(xiàn)狀地面標(biāo)高計(jì)算。工況3反映的是土體的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)。

土工試驗(yàn)成果參數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知：

（1）在土體物理性質(zhì)參數(shù)相差不大的情況，工況1所得的Es試驗(yàn)數(shù)據(jù)要比工況2、工況3所測(cè)得的Es數(shù)據(jù)明顯偏小；

表1　場(chǎng)區(qū)地層一覽表

表2　土工試驗(yàn)成果參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

表3　場(chǎng)區(qū)地層一覽表

（2）在土體物理性質(zhì)參數(shù)相差不大的情況，工況2所得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)更接近于工況3；

（3）將工況1與工況3（實(shí)際工況）進(jìn)行對(duì)比分析可知，本次試驗(yàn)中不考慮土體應(yīng)力造成的力學(xué)參數(shù)的偏差最大超過(guò)40%，且淺部土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)受影響較大，隨著取樣深度增大，影響逐漸減小。

結(jié)論：考慮土體應(yīng)力歷史在更大程度上揭示了土體的實(shí)際物理力學(xué)性質(zhì)。而按照工況1布設(shè)的土工試驗(yàn)未考慮土體應(yīng)力歷史，造成試驗(yàn)所得的土體力學(xué)性質(zhì)參數(shù)偏小，若按照偏小的參數(shù)進(jìn)行后期地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)將會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，導(dǎo)致工程投資增大。

2.2某住宅小區(qū)項(xiàng)目

2.2.1場(chǎng)地地形地貌

圖2　場(chǎng)區(qū)現(xiàn)狀地形圖

某住宅小區(qū)項(xiàng)目工程場(chǎng)地位于北京市門(mén)頭溝區(qū)，屬于山前洪沖積扇地帶，自然地形基本平坦，略呈西高東低之勢(shì)?？碧狡陂g擬建場(chǎng)地內(nèi)有一大型渣土堆，高約6.0m，導(dǎo)致局部地形起伏較大，詳見(jiàn)圖2?？辈炱陂g測(cè)量的勘探鉆孔孔口處地面標(biāo)高為90.73～97.85m。

2.2.2場(chǎng)地地層條件

根據(jù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勘探、原位測(cè)試與室內(nèi)土工試驗(yàn)成果的綜合分析，在巖土工程勘察勘探深度范圍內(nèi)（最深45.00m）的地層，按巖性及工程特性可劃分為8個(gè)大層及亞層，詳見(jiàn)表3。

2.2.3對(duì)比分析

本次試驗(yàn)分別在土堆上（工況3）、土堆旁（工況4）2處進(jìn)行鉆探并按照不考慮土體應(yīng)力歷史布設(shè)土工試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知，不考慮土體應(yīng)力歷史的情況下，試驗(yàn)所得的土體物理力學(xué)指標(biāo)偏大。而場(chǎng)區(qū)土層在上覆堆土的堆載下，時(shí)間較短，土體在較短的時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)未完成現(xiàn)狀條件下的固結(jié)，若按照現(xiàn)狀地面標(biāo)高布設(shè)土工試驗(yàn)將會(huì)造成相關(guān)土工試驗(yàn)成果參數(shù)（如Es）大于實(shí)際參數(shù)（本工程Es最大偏差達(dá)60%以上），將嚴(yán)重影響工程分析結(jié)果，直接影響工程安全。

表4　土工試驗(yàn)成果參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3　總結(jié)

挖填方改變了土體的應(yīng)力狀態(tài)，而土體在現(xiàn)狀應(yīng)力條件下的固結(jié)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。這就要求我們?cè)趯?duì)存在挖填方的場(chǎng)區(qū)進(jìn)行勘察施工前，應(yīng)充分搜集場(chǎng)區(qū)原有地形地貌資料，充分考慮土體應(yīng)力歷史對(duì)土體物理力學(xué)性質(zhì)的影響，正確評(píng)價(jià)場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)條件。否則將造成工程投資偏大或直接影響工程的安全。

［1］陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)［M］.清華大學(xué)出版社，1998.

［2］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范［S］.2009年版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

［3］《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.4版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

TU47

A

1004-5716（2016）06-0008-03

2016-03-01

2016-03-02

高光亮（1984-），男（漢族），河北邯鄲人，工程師，現(xiàn)從事巖土工程勘察、設(shè)計(jì)施工工作。