鄭曉鵬

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300251)

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原位測試方法在基坑勘察中的應用

鄭曉鵬

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津300251)

Application of in Situ Testing Technology in Foundation Pit Investigation

ZHENG Xiaopeng

摘要通過運用原位測試手段對某樞紐場地軟土地層進行測試，獲得地層中原位測試試驗各指標參數(shù)的變化規(guī)律，并對多種測試手段進行對比分析。結果表明：多種測試成果基本吻合，試驗結果可靠，各種測試手段有相對適用的地質條件。多種原位測試方法的綜合應用，可以提高地層設計參數(shù)的準確性。

關鍵詞原位測試；扁鏟側脹；靜力觸探；十字板剪切

原位測試方法是在現(xiàn)場保持地層不擾動或基本不擾動的情況下，測定巖土的物理力學指標。原位測試在確定地層物理力學參數(shù)方面的可靠性得到普遍認同。室內土工試驗，雖然能夠獲得土樣的指標，但無法完全反映地層原始狀態(tài)的性質，并且樣品在采集時容易擾動，土工試驗人員的試驗手法和經驗有差異，導致土工試驗在反映地層的性質上有偏差。

1工程地質概況

本工程為某高鐵延伸線引入樞紐站。此次僅對該樞紐站的基坑展開研究，主要測試儀器有靜力觸探試驗儀、扁鏟側脹試驗儀、十字板剪切試驗儀等。選取關鍵性孔進行測試研究，為工程提供更可靠的設計參數(shù)。經勘探揭示，本場地代表性地質剖面見圖1。

圖1　代表性工程地質剖面

2扁鏟側脹試驗

2.1數(shù)據(jù)采集

測試時，將接在探桿上的插板貫入土中，壓至預定深度，再施加壓力，使鋼膜膨脹，通過壓力和變形關系，計算出不同測試深度上對應的側向壓力p0(膜片在基座時土體所受的壓力)、p1(膜片距離基座1.10 mm時土體所受的壓力)、Δp(p0、p1差值)。制作代表性J-3孔壓力隨深度h的變化曲線(見圖2)。

根據(jù)壓力隨深度的變化曲線，可以基本判別：土性變化明顯的位置大致在6 m、8 m、21 m處，從而對地層有宏觀的了解。

2.2ID、KD、ED數(shù)據(jù)分析

圖3　J-3孔ID、KD、ED隨深度h變化曲線

通過p0、p1、Δp值分別可求得基本試驗參數(shù)：土類指數(shù)ID、側脹模量ED、水平應力指數(shù)KD，并制作其隨深度h的變化曲線(見圖3)。ID、KD、ED曲線能夠合理的反映地層性質，可用于劃分地層。

圖2　J-3孔p0、p1、Δp隨深度h的變化曲線

結合圖3可以看出，0～25 m的ID值大部分小于1.0，0.8～3.4 m的ID值約在0.26附近波動，為黏土-粉質黏土。3.4～6.4 m的ID值約在0.46附近波動，以粉質黏土為主。6.4～8.2 m的ID值在1.77附近波動，以粉土為主。8.2～21.2 m的ID值在0.40左右，為粉質黏土。21.2～25.0 m的ID值在0.65附近波動，以粉土為主。其中，6.4～8.2 m的ID值起伏較大，該地層含有砂粒及貝殼碎屑；21.2～25.0 m的ID值略有起伏，該地層夾有黏性土薄層。利用土性指數(shù)ID基本可以判別土的特性，與鉆探的實際情況基本吻合。

由圖3可以看出，KD隨h的增加而逐漸減小，從14.6衰減到1.6，接近1.0，表明地層水平應力和豎向應力隨深度的增加，差值在減小，最終會接近相等。而ED與地層巖性有關聯(lián)，在巖性分界處KD變化明顯；在砂土和粉土中ED值稍大，一般黏性土中ED值次之，軟土中ED值較小；綜合ED與ID的關系，可以提供土類劃分的準確性。

2.3超固結比OCR值分析

1980年，Marchetti通過研究發(fā)現(xiàn)，對于未膠結、顆粒級配良好的飽和土，當ID<1.2時，其超固結比OCR和KD之間存在如下關系

(1)

根據(jù)公式(1)和KD值制作OCR隨深度變化曲線(如圖4)。KD是扁鏟側脹試驗的重要指標，通過OCR值可了解地層的沉積過程，由OCR值隨深度變化曲線，可以判斷0～6 m地層OCR值遠大于1，可判定為超固結土。6～21 m地層OCR值平均值在1.6左右，為超固結逐漸向正常固結土過渡。21 m以下地層，OCR值小于1，為正常固結逐漸向欠固結土過渡。根據(jù)勘探資料，19.7～25.2 m地層為第Ⅱ陸相，25.2 m以下地層為第Ⅲ陸相，水平應力指數(shù)KD分析結果與地層實際狀況基本吻合。

圖4　OCR值隨深度變化曲線

3靜力觸探試驗

圖5　J-3孔qc、fs、Rf隨深度h的變化曲線

本次雙橋靜力觸探試驗，利用測試點J-3孔繪制錐尖阻力qc、側壁摩擦力fs、摩阻比Rf隨深度h的曲線(如圖5)。根據(jù)變化曲線，可以判別土類。綜合圖3、圖5可以看出：從8～14 m深度，以軟土為主，水平側向壓力p0、p1隨深度呈線性比例增加，但增幅Δp值變化緩慢，不劇烈。另外，側脹模量ED、水平應力指數(shù)KD波動較小，8～14 m地層土性基本不變。在21 m深度以下，地層主要為粉土，水平側向壓力p0、p1增長波動較大，其與靜力觸探結果較吻合。在圖5中，8～14 m地層測試中，qc、fs隨深度呈線性，平緩增加，增幅較小，并且qc值基本都低于0.7 MPa。而在21 m以下，qc、fs數(shù)值波動較大。通過對比分析，靜力觸探與扁鏟試驗之間有關聯(lián)，測試結果基本吻合。

4十字板剪切試驗

試驗中將十字板頭壓入孔底土中，以均勻的速度轉動，破壞土體，獲得土的抗剪強度和靈敏度。代表性J-3孔Cu隨深度h的變化曲線見圖6。

圖6　J-3孔Cu-h變化曲線

由Cu-h變化曲線可以看出，0～4.0 m土層抗剪強度較小，土質不均勻，隨深度呈上升趨勢，曲線稍有波動；4.0～8.0 m土層抗剪強度波動較大，土質很不均勻，夾粉土、砂粒，個別測點強度上升幅度較大；8.0～14.0 m土層抗剪強度變化緩慢，波動較小，土質均勻；14.0處土層抗剪強度在60 kPa左右，14.0 m以下地層稍硬，儀器較難貫入。

場地進行了原狀土、重塑土對比測試，抗剪強度數(shù)值繪制如圖7。

圖7　原狀土與重塑土對比測試

從圖7可看出，不排水抗剪強度Cu呈現(xiàn)隨深度的增加而增大的趨勢，原狀土強度曲線和重塑土曲線隨深度的變化趨勢基本一致，對于均勻地層，曲線波動較小，呈線性增長，對于不均勻地層，曲線波動較大；根據(jù)測試數(shù)據(jù)得到0.6～3.3 m處軟土的靈敏度為4.75，8.1～14.1 m處軟土的靈敏度為4.10。

對于土質不均勻、強度較大的地層，進行十字板剪切試驗有一定的局限性，數(shù)值波動較大，容易造成測試結果的不準確，對于夾大顆粒的地層，還存在儀器被折斷的風險。對于均勻軟土層，數(shù)值波動較小，測試結果規(guī)律性較好。因此，有必要了解試驗場地的地質條件，再采用十字板試驗。

5結論

通過基坑工程中原位測試的應用和分析，可以得到以下結論：

(1)扁鏟側脹試驗在軟弱、松散土中適用性較好，而對于堅硬、密實的土層，適用性較差。

(2)扁鏟側脹和靜力觸探試驗可對地層進行初步劃分，快速了解場地的基本地質情況，成本較低。對土層的精確劃分，需要結合鉆探、土工試驗等手段。

(3)扁鏟材料指數(shù)ID是一個反映土的物性參數(shù)，對于正常沉積的均勻土體規(guī)律性較好，綜合其他的手段來判別，可以提高精度。

(4)十字板試驗對于均勻的軟土地層，測試結果規(guī)律性較好，對于土質不均勻和強度較大的地層，測試數(shù)據(jù)具有離散性。

(5)原位測試方法的綜合應用，可多方面掌握地層的特性，為工程的設計提供充分的巖土參數(shù)。

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中圖分類號：U442.2

文獻標識碼：B

文章編號：1672-7479(2016)01-0055-04

作者簡介：鄭曉鵬(1962—)，男，2014年畢業(yè)于北京交通大學土木工程專業(yè)，工程師。

收稿日期：2015-12-03