淺談室內(nèi)固結(jié)法計算地基基床系數(shù)

劉蓋　沈亞蘭　湯娜娜

摘要：基床系數(shù)是地質(zhì)勘查的重要參數(shù)。本文引用已有的基床系數(shù)的研究成果的取值現(xiàn)狀的計算值與規(guī)范給出的經(jīng)驗值做對比， 經(jīng)過試驗分析研究，對室內(nèi)固結(jié)試驗方法基床系數(shù)的取值相關(guān)問題進行對比，以供同仁參考。

Abstract： The bed coefficient is an important parameter for geological exploration. In this paper， the calculated value of the existing research results of the bed coefficient is compared with the empirical value given by the specification. After the experimental analysis， the problems related to the value of the bed coefficient of the indoor consolidation test method are compared，for the reference of colleagues.

關(guān)鍵詞：室內(nèi)固結(jié)法;地基;基床;計算;系數(shù)

Key words： indoor consolidation method;foundation;bed;calculation;coefficient

中圖分類號：TU470 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0171-02

0 ?引言

基床系數(shù)一般是城市地下工程設(shè)計作為重要的一個參數(shù)之一，基床系數(shù)數(shù)值的準確性直接關(guān)系著工程的質(zhì)量和安全性;南京地區(qū)基床系數(shù)的綜合確定是參照原位測試、室內(nèi)試驗結(jié)合《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》（GB50307-2012）附錄H以及江蘇省《巖土工程勘察規(guī)范》（DGJ32/TJ208-2016）附錄J綜合確定。筆者歷經(jīng)南京地鐵十號線、十二號線、九號線以及寧句線地鐵勘察，針對本地區(qū)地鐵勘察確定基床系數(shù)的研究現(xiàn)狀和地鐵設(shè)計的特點，對室內(nèi)固結(jié)法計算基床系數(shù)進行了研究，結(jié)合大量工程經(jīng)驗，充分研究前輩們對基床系數(shù)的研究基礎(chǔ)上，給出室內(nèi)固結(jié)試驗確定黏性土和砂性土的基床系數(shù)邊界條件。

1 ?基床系數(shù)K的定義

基床系數(shù)一般是指地基土在外力的情況下產(chǎn)生單位變形時所需的應力，可以稱呼彈性抗力系數(shù)或地基反力系數(shù)，其相關(guān)系數(shù)可表示為：K=P/S ;K—基床系數(shù)（MPa/m）;P—地基土所受的應力（MPa）;S—地基的變形（m）。

基床系數(shù)與地基土的類別（粘性土、礫狀土）、土的狀況包含密度與含水量，物理力學特性、基礎(chǔ)的形狀及作用面積有關(guān)。基床系數(shù)用于模擬地基土與結(jié)構(gòu)物的相互作用，計算結(jié)構(gòu)物內(nèi)力及變形。

2 ?規(guī)范規(guī)定的基床測試方法與分析

2.1 規(guī)定系數(shù)的測試法

地基土的基床系數(shù)K可由原位載荷板試驗（或K30試驗）結(jié)果計算確定。再想到荷載板尺寸的相關(guān)因素，K值會跟基床寬度B的增加而會有所降低。

一般在建工程項目所使用的K30荷載板試驗是用直徑為30cm的承受板，所測定土的K30值。而K30值一般是在p-s曲線上對應地基土的變形為0.125cm時的p值與p0.125變形的比值：K30=P0.125/0.125。

2.2 基床系數(shù)的室內(nèi)試驗

由于原位荷載板試驗受試驗方法的局限性，一般情況是在施工階段對地表土層和基坑開挖深度范圍內(nèi)的地基基床系數(shù)進行測量。在進行勘察工作中，不開挖的情況下，很難直接測量土壤表層以下的土壤。在具體的巖土工程勘察過程中，通常采用原位試驗、室內(nèi)試驗、結(jié)合經(jīng)驗值等方法進行綜合性分析。

規(guī)范規(guī)定三軸試驗法：三軸試驗是將土樣經(jīng)飽和處理后，在K0狀態(tài)下固結(jié)，對一組土樣分別做試驗：σ3=K0rh， σ1=rh;n=Δσ3/Δσ1=0.0，0.1，0.2，0.3

固結(jié)試驗法：根據(jù)固結(jié)試驗中測得應力與變形關(guān)系來確定基床系數(shù)K：

K=（σ2-σ1）*（1+em）/（（e1-e2）*h0）;（σ2-σ1）—應力增量（MPa）;（e1-e2）—相應的孔隙比減量;em—em=（e1+e2）/2;h0—樣品高度（m）。

2.3 固結(jié)試驗方法現(xiàn)狀分析

①多年來，對于基床系數(shù)試驗以及取值，前輩們做出了大量辛苦努力，譬如仲鎖慶等在《地基土基床系數(shù)研究》一文中給出采用E1-2近似給出估算基床系數(shù)的公式。

對于砂土、粉土，計算公式為：K1△≈1.85 Es1-2

對于粘性土，計算公式為：K1△≈3.30 Es1-2

②彭友君在《地鐵設(shè)計中基床系數(shù)的解決方案》一文中建立基床系數(shù)k與壓縮模量Es的關(guān)系?；驹O(shè)定為：1）地鐵荷載具有線性荷載的特點，當基礎(chǔ)的長度與寬度之比大于3時，地鐵荷載按條形基礎(chǔ)荷載來考慮;2）基床系數(shù)的取值基于 K30圓形板載荷試驗的結(jié)果。

對于粘性土基床系數(shù)：K=7.60×（1-μ-μ2）Es/（1-μ）（1-μ2）

砂性土基床系數(shù)： K=2.55×（1-μ-μ2）Es/（1-μ）（1-μ2）

式中： K—基床系數(shù)（MPa/m）;

μ—土的μ為土的泊松比;

Es—土的壓縮模量。

結(jié)合K30定義，指地基土的變形為0.125cm時的p值與p0.125變形的比值，即對于直徑為30cm的承載板，變形為0.125cm視為彈性變形范圍。而對于常用固結(jié)法試驗，Es1-2指固結(jié)壓力為100～200kPa對應的孔隙比變量，該壓力段是否為彈性變形范圍內(nèi)值得商榷，應結(jié)合土性、狀態(tài)綜合確定壓縮模量。

3 ?經(jīng)驗系數(shù)關(guān)系公式

①基床系數(shù)與K與標準貫入擊數(shù)N的經(jīng)驗關(guān)系

參考謝旭升等（1996）及其他有關(guān)資料，基床系數(shù)K與標準貫入擊數(shù)N的經(jīng)驗關(guān)系式為：K=（1.5～3.0）N

也可由標準貫入擊數(shù)N推算水平基床系數(shù)和垂直基床系數(shù)的公式為：

水平基床系數(shù) ?Ks=4N

垂直基床系數(shù) ?Kc=2N

②基床系數(shù)K與無側(cè)限抗壓強度qu經(jīng)驗關(guān)系

黏土可根據(jù)無側(cè)限抗壓強度qu推算水平基床系數(shù)和垂直基床系數(shù)的公式為：

水平基床系數(shù) ?Ks=（8～12）qu

垂直基床系數(shù) ?Kc=（4～6）qu

③經(jīng)驗值

經(jīng)驗值根據(jù)江蘇省《巖土工程勘察規(guī)范》（DGJ32/TJ208-2016）附錄所取值。

4 ?實際工作經(jīng)驗總結(jié)與對比

4.1 工程經(jīng)驗總結(jié)

結(jié)合我司在南京地鐵南京地鐵十號線、十二號線、九號線以及寧句線地鐵勘察經(jīng)驗，在彭友君在《地鐵設(shè)計中基床系數(shù)的解決方案》一文中建立基床系數(shù) k 與壓縮模量Es 的關(guān)系基礎(chǔ)上，結(jié)合地區(qū)土質(zhì)特性，給出壓縮試驗成果與垂直基床系數(shù)的經(jīng)驗計算方法見表1。

4.2 案例佐證

以南京過江隧道采集土樣用固結(jié)法計算基床系數(shù)與經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行驗證對比見表2。

5 ?結(jié)論

①結(jié)合前輩對基床系數(shù)研究理論以及基床系數(shù)原理，提出固結(jié)試驗法根據(jù)不同試驗壓力段計算基床系數(shù)。②根據(jù)南京區(qū)域地質(zhì)條件，提出不同土的狀態(tài)、類別選取不同壓力段計算垂直基床系數(shù)與經(jīng)驗值相吻合。

參考文獻：

[1]GB 50307-2012，城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

[2]DGJ32/TJ 208-2016，江蘇省工程建設(shè)標準《巖土工程勘察規(guī)范》[S].江蘇鳳凰科學技術(shù)出版社，2016.

[3]張俊杰，郭楨，張麗紅.基床系數(shù)室內(nèi)測試方法研究[J].巖土工程技術(shù)，2017（06）.

[4]彭友君.地鐵設(shè)計中基床系數(shù)的解決方案[J].都市快軌交通，2007，4.

[5]孫常青.地基基床系數(shù)試驗方法研究進展[J].工程質(zhì)量，2013（02）.

[6]潘永堅，李高山，等.水平基準基床系數(shù)試驗方法與取值研究[J].地下空間與工程學報，2018（03）.

[7]劉益平，孫焯.基床系數(shù)試驗測試與取值方法比選[J].電力勘測設(shè)計，2018（S1）.

[8]代云霞，林荃.基床系數(shù)室內(nèi)試驗方法探討與分析[J].港工技術(shù)，2018（04）.

[9]嚴耿升，胡向陽，何小亮，于前偉.砂卵石層基床系數(shù)取值試驗對比分析[J].西北水電，2018（04）.

[10]韓丹.軌道交通基床系數(shù)測定方法應用研究[J].山西建筑，2018（30）.

[11]涂啟柱.旁壓試驗確定水平基床系數(shù)方法研究[J].山西建筑，2018（10）.

[12]周云榮，祁鎮(zhèn)廷.基床系數(shù)取值探討[J].工程技術(shù)研究，2018（10）.

[13]張望喜，陳寶，等.基于承載板試驗的雙參數(shù)地基基床系數(shù)的獲取方法和試驗研究[J].湖南大學學報（自然科學版），2018（10）.