旁压试验在天津地区确定地基土承载力的修正研究

刘 浩，张建根

（天津市政工程设计研究总院有限公司，天津市 300051）

地基土承受荷载的能力称为地基的承载力。在日常勘察设计工作中，是不可缺少的岩土计算、验算内容。地基土承载力数值的准确性决定着工程结构是否安全，工程造价是否经济。

在研究地基土承载力的过程中，把地基土当成理想弹塑性体，即当应力小于破坏应力时，或者是应力状态达到极限平衡条件之前，土为线弹性体；
在达到破坏应力之后，或达到极限平衡条件后，则为理想塑性体。

旁压试验曲线与载荷试验曲线相似，反映出了土体随着荷载的增大，逐渐被压密，由弹性变形逐渐变为塑性变形，进而直至破坏。根据试验中极限压力pL、临塑压力pf与初始压力p0的差值乘以修正系数λ 或除以安全系数K 来确定承载力特征值。若采用《地基旁压试验技术标准》（JGJ/T 69—2019）中推荐λ、K 值，会导致承载力特征值明显偏离区域地基土经验数值范围。

现通过工程实例中旁压试验成果与静力触探试验、物理性指标查表法确定出的地基土承载力特征值对比分析，对修正系数λ、安全系数K 进行修正，使旁压试验确定的承载力特征值客观、可靠。

根据天津地方标准《天津市岩土工程技术规范》（DB/T 29-20—2017），地基土承载力已统一表述为承载力特征值。地基承载力特征值可由以下两大类方式确定。

（1）载荷试验或其它原位测试（标准贯入试验、动力触探试验、旁压试验、静力触探等）、公式计算等方法结合工程实践经验综合确定。

（2）采用物理指标确定地基土承载力，按统计修正后的物理指标标准值，查表得到地基承载力特征值。查表法是以载荷试验为基础，经过大量的工程实践而建立起的经验关系。

1.1 旁压试验

1.1.1 基本原理

旁压试验是一种原位测试手段，通过旁压器对孔壁施加径向压力，使土体产生径向变形，通过径向压力与变形的关系，测求地基土的原位力学状态和力学参数。土体经历与测试探头初始接触，进入弹性阶段，进而发展为塑性阶段直至破坏。基本反映出地基土在原始应力状态下的工程力学特性。

典型的旁压曲线（压力P～体积V）曲线如图1 所示。

图1 典型旁压试验曲线图

试验过程可分为3 个阶段：

Ⅰ段（曲线AB），初步阶段，反映孔壁扰动土体的压缩与恢复；

Ⅱ段（直线BC），似弹性阶段，压力与体积变化大致呈直线关系；

Ⅲ段（曲线CD），塑性阶段，随着压力的增大，体积变化量逐渐增加，直至土体破坏。

1.1.2 承载力特征值的确定方法

（1）利用极限压力pL确定：

当极限压力pL小于等于临塑压力pf的2 倍时，取极限压力的二分之一，由式（1）确定承载力特征值。

式中：p0为初始压力。

当极限压力pL大于等于临塑压力pf的2 倍时，由式（2）确定。

式中：K 为安全系数，根据地区经验确定。

（2）利用临塑压力pf确定：计算公式见式（3）。

式中：λ 为修正系数，根据地区经验确定；
无经验时，取0.7～1.0。

1.2 查表法

1.2.1 静力触探试验

静力触探试验是用静力将探头以1.2 m/min 的速率均匀压入土中，以双桥探头为例，利用探头内锥头、侧壁的力传感器，通过电子量测器将探头所受贯入阻力记录并传输至存储设备中。试验可得到锥尖阻力qc、侧壁摩阻力fs，进一步可得到摩阻比Rf=fs/qc（%）。根据qc、Rf数值查阅经验表格得到承载力特征值。

1.2.2 物理性指标

根据室内土工试验得到的土体物理力学指标孔隙比e、液性指数IL、天然含水率w、压缩模量Es1-2可得到对应土体的承载力特征值。

2.1 工程概况

位于天津市北辰区某深基坑工程，在建设场地内布置钻探孔采取原状土样进行土工试验、现场静力触探试验孔，同时在钻探取样钻孔旁进行旁压试验，共计完成6 个旁压试验孔，试验深度20 m。

旁压试验设备为APAGEO 梅纳GA 型预钻式旁压仪，探头为三腔式，探头直径为74 mm，测量腔长度为210 mm，容积为786 cm3。试验压力由高压氮气瓶提供。各级压力下的相对稳定时间标准取1 min，加荷后15 s、30 s、60 s 测读变形量。

静力触探试验采用双桥探头，贯入速率为0.8～1.2 m/min，每贯入0.1 m 记录一次锥头、侧壁阻力数据。qc、fs数值由微电脑数据采集仪自动采集存储。

拟建场地试验测试深度范围地基土的地质单元划分与分布情况见表1 所列。

表1 主要地基土分布情况简表

依据不同工程地质单元对室内试验和原位试验得到的岩土参数进行统计，考虑到地基土层实际分布的变异性、试验结果的离散性，剔除异常数据。

各层地基土参与统计的旁压试验测试点数量为：⑤黏土9 个；
⑥粉质黏土15 个；
⑧1粉质黏土6个；
⑧2粉砂3 个；
⑨1粉质黏土2 个。

2.2 查表法确定承载力特征值

根据建设场地勘察报告成果，将各土层物理力学指标、原位测试指标统计平均值汇总于表2。

表2 地基土试验指标统计平均值表

2.3 旁压试验确定承载力特征值

在该项目旁压试验确定地基土承载力特征值fak过程中，分别采用了利用极限压力pL确定及利用临塑压力pf确定的方法。依据《地基旁压试验技术标准》（JGJ/T 69—2019）安全系数K 值取大值，黏性土取2.4；
粉砂取3.6，经验修正系数λ 取小值0.7。旁压试验代表性成果曲线图见图2、图3 所示。

图2 11# 孔9 m 深度旁压试验曲线图

图3 83# 孔15 m 深度旁压试验曲线图

2.4 承载力特征值对比

各土层根据相关物理性指标孔隙比e、液性指数IL、天然含水率w；
静力触探锥头阻力qc、摩阻比Rf查表；
旁压试验极限压力pL、临塑压力pf方式得到的承载力特征值，以及勘察报告中提供的承载力建议数值列于表3 中。

表3 地基土承载力特征值fak 一览表 单位：kPa

以地基土分布层底深度高程大值为纵坐标，以承载力特征值fak为横坐标，建立关系曲线，详见图4所示。

图4 地基土承载力特征值曲线图

2.5 成果分析

通过地基土承载力特征值曲线线型，旁压试验、土工试验、静力触探等试验手段得到的承载力数值总体分布规律一致，承载力特征值随地基土埋置深度的增加而增大。同时验证出了浅层地基土浅海相沉积⑥层粉质黏土含水率w 较高、重度γ 较小、孔隙比e 较大、压缩性较高，为相对软弱地层，承载力数值较其上、下地层偏低。

拟建场地内地基土黏性土孔隙比介于0.679～0.862，呈可塑、软塑状态，尤其⑧2粉砂、⑨1粉质黏土埋置深度较深，沉积固结时间较长。旁压曲线体积变形缓慢，通过作图法确定极限压力pL，极限压力pL大于2 倍临塑压力pf，选用fak=（pL-p0）/K 计算承载力特征值。通过三种勘察手段的承载力曲线对比分析，依据《地基旁压试验技术标准》（JGJ/T 69—2019），⑤黏土推荐K 值偏大，⑧2粉砂、⑨1粉质黏土推荐K 值偏小。参考土工试验、静力触探手段承载力数值，⑤黏土安全系数K 值乘以0.78 折减，旁压试验极限压力pL方式确定的承载力特征值修正后的数值为135 kPa；
⑧2粉砂可提高安全系数K 值1.7倍；
⑨1粉质黏土的安全系数K 值提高2 倍，⑧2粉砂、⑨1粉质黏土承载力特征值修正后的数值为232 kPa（⑧2粉砂）、190 kPa（⑨1粉质黏土）。

（4）⑧1粉质黏土由旁压试验临塑压力pf方式确定的结果偏小，⑨1粉质黏土的结果明显偏大。根据勘察报告建议值及各手段曲线对⑧1粉质黏土修正系数λ 调整为0.8，得到fak为140 kPa；
⑨1粉质黏土修正系数λ 原取值0.7 乘以0.65 进行折减，得到fak为170 kPa。

修正后的承载力关系曲线见图5 所示。

图5 地基土修正后承载力特征值曲线图

修正后的λ、K 值见表4 所列。

表4 λ、K 值修正表

旁压试验确定地基土承载力特征值数值分布规律基本与查表法相吻合，明显反映出不同深度地基土的工程性质。勘察报告中经综合研判提供的承载力数值在满足建设需要的前提下较为安全、可靠。

通过多种勘察手段的综合对比分析，旁压试验极限压力pL法中，⑤黏土安全系数K 值乘以0.78 折减；
⑧2粉砂可提高安全系数K 值1.6～1.8 倍；
⑨1粉质黏土的安全系数K 值提高1.7～2.5 倍。

在临塑压力pf法中，⑧1粉质黏土修正系数λ 在规范推荐数值的基础上提高为0.8；
⑨1粉质黏土修正系数λ 取值需要进一步折减。修正后的旁压试验承载力曲线线型与静力触探、土工试验规律性更加一致。

（3）在工程实践中，应采用多种勘察手段，综合计算、评价、分析，相互印证，保证提供的计算参数具有客观性、安全性及经济性。

猜你喜欢粉质静力特征值水泥土换填法在粉质砂土路基施工中的应用研究西部交通科技(2022年2期)2022-04-27基于有限元仿真电机轴的静力及疲劳分析防爆电机(2022年1期)2022-02-16一类带强制位势的p-Laplace特征值问题数学物理学报(2021年5期)2021-11-19粉质黏土大面积深基坑降水施工方案探讨建材发展导向(2021年11期)2021-07-28单圈图关联矩阵的特征值烟台大学学报（自然科学与工程版）(2021年1期)2021-03-19带孔悬臂梁静力结构的有限元分析昆钢科技(2021年6期)2021-03-09基于ABAQUS的叉车转向桥静力分析装备制造技术(2020年4期)2020-12-25哈拉军水电站动力渠强湿陷性粉质黏土段处理设计水利科技与经济(2016年8期)2016-04-22基于商奇异值分解的一类二次特征值反问题东北电力大学学报(2015年1期)2015-11-13静力性拉伸对少儿短距离自由泳打腿急效研究体育科学研究(2015年5期)2015-02-28

推荐访问:承载力 天津 地基