■周 林，邵振偉 ■黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，河南 鄭州 450003

1 概述

在地鐵、輕軌的勘察設(shè)計(jì)中，各土層的靜止側(cè)壓力系數(shù)K0(K0是土體無側(cè)向變形條件下，側(cè)向有效應(yīng)力和軸向有效應(yīng)力之比，K0=σ3/σ1)能夠反映出地基中水平向應(yīng)力的變化，由此可直接推算出作用在擋土結(jié)構(gòu)物上的壓力分布及工程安全性。所以地鐵、輕軌、基坑工程勘察中一般都要求測試靜止側(cè)壓力系數(shù)K0值。

常規(guī)的確定土層側(cè)壓力系數(shù)的方法主要有:經(jīng)驗(yàn)公式法(用有效內(nèi)摩察角φ、超固結(jié)比OCR、塑性指數(shù)Ip有關(guān)的方程)、原位測定法(扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)DMT、旁壓試驗(yàn)PMT)和室內(nèi)試驗(yàn)等。

1．1 影響土體側(cè)壓力系數(shù)的主要因素

1．1.1 土的物理力學(xué)性質(zhì)的影響

(1)塑性指數(shù)IP的影響。塑性指數(shù)反映了黏性土的礦物組成、粒徑大小、顆粒形狀、水溶液組成對黏性土性質(zhì)的綜合影響Ip越大，表明土的顆粒愈細(xì)小，粘粒含量越多;反之，則說明土的顆粒愈粗。粗粒土的K0往往低于細(xì)粒土的;黏性土一般顆粒較細(xì)，黏性土的K0值常常大于無黏性土的K0值。

(3)土的有效內(nèi)摩擦角φ。土體孔隙水壓力有固定的變化規(guī)律，土體受力與孔隙水壓力的變化通過三軸固結(jié)不排水試驗(yàn)?zāi)荏w現(xiàn)，通過該試驗(yàn)可以得出土的有效內(nèi)摩擦角φ，有效內(nèi)摩擦角愈大，土體愈密實(shí)，K0值一般偏小;反之有效內(nèi)摩擦角愈小，K0值愈大。

(4)含水量及固結(jié)度的影響。一般來講，土的靜止側(cè)壓力系數(shù)除主要是和土的結(jié)構(gòu)、密實(shí)度有關(guān)外，還與土的孔隙比、含水量等有關(guān)系;對黏性土而言，還和土的固結(jié)度有關(guān);黏性土的K0值隨含水量的降低而降低，隨固結(jié)度的增加而減小。

(5)泊松比μ的影響。泊松比μ是土體承受荷載時其橫向應(yīng)變與豎向應(yīng)變的比值。對于正常固結(jié)土，K0與μ之間存在一一對應(yīng)關(guān)系，通常μ愈大，K0值愈大;泊松比μ并非常量，K0值也不是常量。

1．1.2 孔隙水壓力的影響

地表下某一深度具有天然結(jié)構(gòu)的原狀土樣，經(jīng)過漫長的地質(zhì)年代，已經(jīng)形成穩(wěn)定的應(yīng)力平衡關(guān)系，當(dāng)試樣從地層某一深度取出后，原狀土樣經(jīng)取土、制樣等過程，原有的應(yīng)力，包括垂直壓力及側(cè)向壓力大部分釋放，甚至由于應(yīng)力狀態(tài)改變使飽和土產(chǎn)生負(fù)的孔隙水壓力，在K0試驗(yàn)的低荷載段，側(cè)壓力呈現(xiàn)負(fù)值，由于原始側(cè)壓力的喪失及負(fù)孔隙水壓力的出現(xiàn)，最終K0值偏小。反之，若地基受到附加荷重，會在黏土層內(nèi)引起逐漸消散的超靜孔隙水壓力，這時的孔隙水壓力是正的。

1．1.3 土的擾動程度的影響

原狀土樣，靜止側(cè)壓力系數(shù)隨塑性指數(shù)IP的增加而增大;重塑土，靜止側(cè)壓力系數(shù)隨塑性指數(shù)IP的增加而減小。

1．2 靜止土壓力的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)

根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》(第四版)P．161各種土層的側(cè)壓力系數(shù)(經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù))的如下:

根據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2016年全國一共有超過四千家生鮮相關(guān)企業(yè)，其中有超過九成的企業(yè)財政處于虧損狀態(tài)，不到一成勉強(qiáng)可以收支打平，能夠盈利的只有約40家，這樣的現(xiàn)象是怎么導(dǎo)致的呢，主要是因?yàn)橄嚓P(guān)物流的成本太高，所以據(jù)此，怎么更好的控制物流的成本顯得十分重要。

(1)碎石土:0．18 ～ 0．33;(2)砂土:0．33 ～ 0．43;(3)粉土:0．43;(4)粉質(zhì)粘土。堅(jiān)硬狀態(tài):0．33，可塑狀態(tài):0．43，軟塑和(或)流動狀態(tài):0．53;(5)粘土。堅(jiān)硬狀態(tài):0．33;可塑狀態(tài):0．53;軟塑和(或)流動狀態(tài):0．72。

2 荷載計(jì)算

地鐵基坑常規(guī)兩層站的基坑深度為16．5m左右，3層站的基坑深度為24．5m左右，地層主要為第四季地層，地層的靜止土壓力系數(shù)一般在0．3～0．6 之間。

本文將以鄭州軌道交通2號線某10m站臺的單柱雙層車站為基礎(chǔ)，頂板覆土3．0m，抗浮水位為地面以下1m，主要分析K0在0．3～0．6范圍內(nèi)不同的側(cè)壓力系數(shù)對車站結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)構(gòu)的影響。

2．1 荷載計(jì)算

為簡便起見，本文不考慮人防荷載和地震作用，只分析使用階段的受力狀況。水土側(cè)壓力采用水土分算，同時考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)對結(jié)構(gòu)計(jì)算的有力作用，并考慮其耐久性將其剛度折減50%，具體計(jì)算原則如下:

地層土壓力:水平壓力按靜止土壓力計(jì)算;豎向土壓力按頂板承受計(jì)算截面以上全部土柱重量考慮。水壓力:使用階段按水土分算原則進(jìn)行計(jì)算，設(shè)防水位取至地面以下1．0m。地面超載:按20KPa計(jì)算。結(jié)構(gòu)自重:混凝土構(gòu)件容重按λ=25KN/m3考慮。設(shè)備荷載:8Kpa;裝修荷載:3Kpa;隔墻荷載:4Kpa;吊頂荷載:2Kpa。人群荷載:公共區(qū)4Kpa;

具體的斷面荷載計(jì)算如下(結(jié)構(gòu)自重由軟件自動計(jì)算):

不同側(cè)壓力系數(shù)對應(yīng)的側(cè)向荷載值:

2．2 樁、柱截面計(jì)算

中柱根據(jù)等效EI原則換算墻厚，柱截面大小為1．0×0．8m，柱距為8．0m，換算的到的墻厚h為:

即 h=0．4m

圍護(hù)樁按照考慮耐久性將其剛度折減50%進(jìn)行等剛度換算，主體結(jié)構(gòu)采用φ1000@1200的鉆孔樁，換算的墻厚H為:

即 H=0．626m

3 計(jì)算結(jié)果分析

通過對比分析我們發(fā)現(xiàn)，隨著側(cè)壓力系數(shù)K0的增大，有如下現(xiàn)象:(1)頂板跨中最大正彎矩和頂板支座最大負(fù)彎矩均有減小的趨勢，但各自變換均在5%以內(nèi);頂板角部最大負(fù)彎矩有增大的趨勢，且變化相對較大，約17%;(2)底板跨中最大正彎矩和底板支座最大負(fù)彎矩均有減小的趨勢，但各自變換均在3%以內(nèi);底板角部最大負(fù)彎矩有增大的趨勢，且變化仍在5%以內(nèi);(3)中板跨中最大正彎矩和最大支座負(fù)彎矩基本無變化;(4)側(cè)墻頂角最大負(fù)彎矩和側(cè)墻底角最大負(fù)彎矩均有增大的趨勢，但各自變化均在5%以內(nèi);側(cè)墻跨中最大正彎矩和側(cè)墻支座最大負(fù)彎矩均有增大的趨勢，且變化相對較大，約20%左右。

［1］沈昕．關(guān)于提高靜止側(cè)壓力系數(shù)K0測定準(zhǔn)確性的體會，山西建筑，2010(12)．

［2］楊和平，章高峰，張銳，倪嘯．寧明非飽和膨脹土靜止側(cè)壓力系數(shù)，《長沙理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)》，2009(01)．