那晶

（遼寧省東煤測試分析研究院有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽 110000）

引言

隨著地鐵、鐵路、隧道、公路、水利等基礎(chǔ)工程建設(shè)的發(fā)展，越來越多的工程地質(zhì)問題需要考慮地基土與周圍建(構(gòu))筑物的相互作用關(guān)系，基床系數(shù)的概念也就應(yīng)運(yùn)而生。該系數(shù)是由捷克工程師winkler在1867年率先提出的，是指地基土在外力作用下產(chǎn)生單位變形時(shí)所需的應(yīng)力，一般將其表示為K=p/s，隨后，國內(nèi)外大量學(xué)者、工程技術(shù)人員對(duì)地基土基床系數(shù)進(jìn)行了一系列理論及試驗(yàn)研究，提出了多種方法。

一、基床系數(shù)取得方法

基床系數(shù)是巖土體在外力作用下，單位面積巖土體產(chǎn)生單位變形時(shí)所需的壓力，也稱彈性抗力系數(shù)或地基反力系數(shù)。取得基床系數(shù)的主要方法有：原位荷載板試驗(yàn)、室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)法、室內(nèi)三軸試驗(yàn)法、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入法、經(jīng)驗(yàn)值法等。

二、測試與取值方法分析

（一）原位荷載板試驗(yàn)（K30試驗(yàn)）

規(guī)范規(guī)定采用承載板為直徑B為300mm，板厚25mm的圓形鋼板，取變形為1.25mm時(shí)的壓力與變形的比值為基床系數(shù)，以K30表示。K30=P1.25/（1.25×10-3）。若原位試驗(yàn)荷載板尺寸與標(biāo)準(zhǔn)尺寸不同必須換算計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)基床系數(shù)K1。

K30荷載板試驗(yàn)?zāi)苤苯訉?shí)測、不擾動(dòng)土保持原位的優(yōu)點(diǎn)，適合測定表層土及基坑開挖深度范圍內(nèi)的土體，缺點(diǎn)是很難測表層以下土體，測試費(fèi)用高周期長。尤其是地下水位較高的地區(qū)，基本無法測試地下水位以下的土體，而且測試結(jié)果受降水影響也較嚴(yán)重，不具有代表性。

（二）基床系數(shù)的室內(nèi)試驗(yàn)

1.三軸試驗(yàn)法

工程中采用CD試驗(yàn)方法利用全自動(dòng)三軸壓縮儀進(jìn)行基床系數(shù)的測定。為了使土樣受力狀態(tài)與天然狀態(tài)相似，通常采用K0固結(jié)。變形模量與初始切線模量在數(shù)值上有微小的差別，因此通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到Δσ1—Δh試驗(yàn)曲線，曲線初始切線模量或某一割線模量就是對(duì)應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)下的基床系數(shù)K。三軸法操作過程模擬現(xiàn)場K30原位平板載荷試驗(yàn)的原理，是以后發(fā)展的方向。三軸試樣直徑為39.1mm，高80mm，高徑比為4，所以需進(jìn)行尺寸修正，標(biāo)準(zhǔn)基床系數(shù)K1公式：

2.固結(jié)法基床系數(shù)

固結(jié)試驗(yàn)中根據(jù)測得的應(yīng)力與變形關(guān)系確定基床系數(shù)K：

式中σ2-σ1—應(yīng)力增量（MPa）；

e1-e2--孔隙比減量；

em--(e1+e2)/2

h0—樣品高度（m）

標(biāo)準(zhǔn)基床系數(shù)K1與土類關(guān)系：

假設(shè)固結(jié)試驗(yàn)土樣采用直徑即環(huán)刀內(nèi)徑，為61.8mm，透水板直徑取61.5mm，對(duì)于砂礫、砂土，采用的公式為：

由于原位平板載荷試驗(yàn)與室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)尚存在如下差異：1）原位平板載荷試驗(yàn)有側(cè)向變形，而室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)側(cè)向受限，無側(cè)向變形；2）原位平板載荷試驗(yàn)的壓縮層厚度為影響深度范圍內(nèi)的土層厚度，而室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)的土試樣高度h0即為壓縮層厚度。顯然，在假定相同壓板面積下，室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)下沉量要小。綜合考慮上述因素，室內(nèi)固結(jié)試驗(yàn)下沉量放大系數(shù)β近似取值為：因此，對(duì)于砂礫、砂土，計(jì)算公式為：對(duì)于黏性土，采用的公式為：.

（三）扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)(DMT)

扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)是巖土工程勘察的一種原位測試方法。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的設(shè)備主要由扁鏟探頭、測控箱、氣電管路、測控儀、壓力源和貫入設(shè)備等組成。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)適用于軟土、一般性黏性土、粉土、黃土和松散～中密的砂土，最適宜在軟弱、松散土中進(jìn)行，隨著土的堅(jiān)硬程度或密實(shí)程度的增加，適宜性漸差。根據(jù)《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》TB10018－2003，飽和黏性土、砂土和粉土的基準(zhǔn)基床系數(shù)K30可按下式計(jì)算：K30=0.2×1817(1－A)(p1－p0)式中： A為孔隙壓力參數(shù)，可按表1取值；p1為膜片向土膨脹至1.10mm時(shí)的膨脹壓力(MPa)；p0為膜片向土膨脹之前作用在膜片上的接觸壓力(MPa)；

（四）旁壓試驗(yàn)(PMT)

旁壓試驗(yàn)是將圓柱形旁壓器放入土中，向旁壓器內(nèi)充水(或氣)施加壓力，利用旁壓器的擴(kuò)張，對(duì)周圍土施加均勻壓力，測量壓力與體積擴(kuò)張(徑向變形)的關(guān)系，從而測求土體的力學(xué)參數(shù)。旁壓試驗(yàn)的設(shè)備主要由旁壓器、加壓裝置、測量與控制裝置等組成，按旁壓器放入土層的方式，可分為預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)、自鉆式旁壓試驗(yàn)和壓入式旁壓試驗(yàn)。由于壓入式對(duì)土體的擾動(dòng)大，所以試驗(yàn)結(jié)果不理想，一般較少采用。

結(jié)語

(1)基床系數(shù)不僅取決于地基土的類別、狀態(tài)，與基礎(chǔ)的形狀、尺寸、變形值等也密切相關(guān)，為統(tǒng)一基準(zhǔn)，建議勘察報(bào)告中提供基準(zhǔn)基床系數(shù)K30。(2)三軸試驗(yàn)法涉及k0預(yù)固結(jié)試驗(yàn)與不同應(yīng)力路徑下的三軸固結(jié)慢剪試驗(yàn)，試驗(yàn)操作復(fù)雜，而固結(jié)試驗(yàn)法操作簡單，應(yīng)用較多，試驗(yàn)結(jié)果較接近經(jīng)驗(yàn)值。(3)實(shí)際工程中，基床系數(shù)應(yīng)結(jié)合試驗(yàn)條件與實(shí)際工況及多種測試方法綜合取值。(4)電纜隧道計(jì)算模型可以簡化為基礎(chǔ)寬度為1.0m平面應(yīng)變模型，分析計(jì)算時(shí)應(yīng)首先對(duì)勘察報(bào)告中提供的基準(zhǔn)基床系數(shù)K30進(jìn)行修正。