軟土區(qū)地基承載力的確定

劉 廷 施發(fā)劍 陳海軍

(中國煤炭科工集團南京設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

1 概述

地基承載力是指表征地基土承擔上部載荷的能力，工程設(shè)計與施工過程中經(jīng)常遇到，它的確定決定了工程的投資及正常運營情況[1,2]。軟土工程地質(zhì)特性復雜，且現(xiàn)場取樣易擾動、失水，以致室內(nèi)試驗數(shù)據(jù)失真，因此準確確定軟土區(qū)地基承載力，為工程建設(shè)提供準確設(shè)計參數(shù)具有重要意義。郝慶芬[3]通過對軟土層開展現(xiàn)場螺旋板載荷試驗，采用Sa/d=0.014作為變形的控制標準，大量工程實例表明，地基承載力和變形均滿足規(guī)范要求；詹雅根[2]將軟土破壞模式、宏觀承載性狀分別納入規(guī)范計算公式及載荷試驗，計算軟土地基承載力，結(jié)果表明，漢森公式與斯肯普頓公式更加符合工程實際；賀錦美、曾素娟[4]通過開展室內(nèi)試驗與現(xiàn)場原位測試，確定軟土區(qū)地基承載力，結(jié)果表明，原位測試指標更能準確反映工程實際。本文以南京地鐵七號線東青石站為例，通過開展現(xiàn)場原位測試(單橋靜力觸探、標準貫入試驗、十字板剪切試驗、扁鏟側(cè)脹試驗)及室內(nèi)固結(jié)快剪試驗，確定了軟土層地基承載力特征值。

2 工程概況

南京地鐵七號線東青石站位于南京市建鄴區(qū)，東青石站位于夢都大街與泰山路路口以北，沿泰山路南北向布置，東西兩側(cè)均為南京卷煙廠地塊，擬建車站為地下2層島式站，站臺中心里程CK9+105.000 m，車站外包尺寸長車站外包尺寸長199.6 m，標準段寬19.7 m。擬建車站設(shè)計軌頂標高-8.160 m，設(shè)計基底埋深16.2 m左右，設(shè)計采用明挖法施工，地下連續(xù)墻支護。

擬建車站位于長江漫灘區(qū)，根據(jù)車站詳勘資料，擬建場區(qū)普遍分布②-2b4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，地層厚度4.10 m～19.40 m，層底埋深7.00 m～22.80 m。由于軟土具有觸變性、流變性、高壓縮性、低強度、低透水性等工程性質(zhì)[2]。工程施工時，會使土體應力失衡，易產(chǎn)生地基變形、基坑邊坡失穩(wěn)、坍塌等問題，對工程建設(shè)產(chǎn)生不利影響。因此準確確定軟土層地基承載力及相關(guān)參數(shù)，對于采取有效的加固措施，提高地層整體穩(wěn)定性，確保工程建設(shè)的順利推進具有重要意義[3]。

3 物理力學特性

根據(jù)室內(nèi)土工試驗結(jié)果，②-2b4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土物理力學指標如表1，表2所示。

表1 物理指標平均值表

表2 抗剪強度指標統(tǒng)計表

4 原位測試

4.1 標準貫入試驗

使用自動落錘裝置，錘重63.5 kg，落距76 cm，貫入器至預定深度后，先預打15 cm， 再記錄30 cm 中每打入10 cm 的錘擊數(shù)。②-2b4層標準貫入試驗統(tǒng)計表見表3。

表3 標貫統(tǒng)計表

4.2 單橋靜力觸探

在擬建場地范圍選取2個已成鉆孔附近進行單橋靜力觸探測試，試驗采用NKC50系列靜力觸探車，探頭型號為Ⅰ-2型，錐底截面面積為15 cm2，試驗過程中探頭應勻速垂直壓入土中，貫入速率為1.2 m/min，利用探頭測力傳感器及儀器進行數(shù)據(jù)采集，試驗過程嚴格按照GB 50021—2001巖土工程勘察規(guī)范(2009年版)[5]執(zhí)行。

根據(jù)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)，繪制2鉆孔比貫入阻力(ps)—深度(z)曲線，如圖1，圖2所示。

根據(jù)兩鉆孔ps—z曲線，得到②-2b4層ps厚度加權(quán)平均值為0.596 MPa。

4.3 十字板剪切試驗

十字板剪切試驗采用浙江建元生產(chǎn)的型號為A1204的探頭，探頭尺寸100 mm×50 mm，利用CLD-3型靜探機進行探頭貫入，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為CMT3000型數(shù)字多功能靜探儀。

根據(jù)鉆孔揭露情況，選擇代表性場地進行十字板剪切試驗。試驗過程中剪切速率取2°/10 s，試驗點間距1 m。根據(jù)地層情況共進行了38個點位的十字板剪切試驗，統(tǒng)計結(jié)果見表4。

表4 十字板剪切試驗結(jié)果統(tǒng)計表

根據(jù)表4，判斷②-2b4層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土靈敏度為中等靈敏。

4.4 扁鏟側(cè)脹試驗

扁鏟側(cè)脹試驗采用浙江建元生產(chǎn)的DMT-T1型扁鏟側(cè)脹儀，儀器測力范圍0 MPa～6 MPa，膜片直徑60 mm，鏟頭尺寸230 mm×95 mm×15 mm，試驗間隔取0.5 m。試驗采用靜壓機把扁鏟形探頭壓入土中，利用氣壓使扁鏟側(cè)面的圓形鋼膜向外擴張進行試驗，分別測定膜片中心外移0.05 mm和1.10 mm時膜片內(nèi)側(cè)的氣壓P0和P1，由P0和P1通過理論計算可得到地基土的有關(guān)參數(shù)。采用的估算公式如下：

水平應力指數(shù)：KD=(P0-U0)/σv0;

對于粉性土、砂土n=0.47；對于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土n=0.44；對于淤泥質(zhì)粘土n=0.60。

水平向基床系數(shù)：KH=ζ(P1-P0)/ΔS(ΔS=0.001 05 m)。

其中，U0為靜水壓力，kPa；σv0為上覆土層的有效壓力，kPa。

根據(jù)扁鏟側(cè)脹試驗結(jié)果，對14組數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，統(tǒng)計結(jié)果見表5。

表5 扁鏟側(cè)脹試驗結(jié)果

5 承載力計算及分析

5.1 規(guī)范法

取直剪固快標準值Ck=13.067 kPa，φk=10.79°。根據(jù)GB 50007—2011建筑地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范第5.2.5條[6]，承載力計算公式：

fa=Mbγb+Mdγmd+McCk

(1)

其中，b=3.0 m，d=0.5 m，根據(jù)規(guī)范[6]，Mb=0.2，Md=1.81，Mc=4.27，結(jié)合式(1)，計算得到fa=67.4 kPa。

5.2 標準貫入試驗查表法

根據(jù)手冊[7]及表3，查表得，地基承載力基本值為60 kPa。

5.3 單橋靜力觸探經(jīng)驗公式

根據(jù)DGJ 08—37—2012上海巖土工程勘察規(guī)范[8],對于淤泥質(zhì)土，天然地基承載力標準值fk=58+0.125ps，得到fk=132.5 kPa，承載力特征值取fk/2，即66.25 kPa。

5.4 十字板剪切試驗經(jīng)驗公式

根據(jù)手冊[7]，地基土承載力計算公式：

q=2Cu+γh

(2)

其中，q為地基承載力；Cu為修正后的十字板抗剪強度；γ為土的重度；h為基礎(chǔ)埋置深度。

根據(jù)式(4)，計算得到q=66.5 kPa。

5.5 扁鏟側(cè)脹試驗經(jīng)驗公式

根據(jù)手冊[7]，地基土承載力計算公式：

f0=nΔp

(3)

其中，f0為地基土承載力；n為經(jīng)驗修正系數(shù)，粘土取1.14，粉質(zhì)粘土取0.86。

因此式(3)，n取0.86，ΔP取66 kPa，計算得到f0=56.8 kPa。

從上述計算結(jié)果可以看出，無論是通過室內(nèi)試驗還是現(xiàn)場原位測試得到的地基承載力都較為接近，從而說明，保證現(xiàn)場取土質(zhì)量及原位測試的真實性，是確保設(shè)計參數(shù)的根本。根據(jù)以上計算結(jié)果，并結(jié)合當?shù)亟?jīng)驗，綜合確定②-2b4層承載力特征值為60 kPa。

6 結(jié)語

1)規(guī)范法與十字板剪切試驗經(jīng)驗公式計算的結(jié)果偏大，需折減后使用；扁鏟側(cè)脹試驗經(jīng)驗公式計算結(jié)果略偏保守；而標貫試驗通過查表法獲得的承載力最為準確。

2)軟土區(qū)地基承載力的確定在缺乏載荷試驗的情況下，需結(jié)合室內(nèi)試驗結(jié)果及現(xiàn)場原位測試綜合確定。