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        十字板剪切試驗(yàn)在軟土勘察中的應(yīng)用

        2021-04-01 03:49:46高林李亞軍
        工程建設(shè)與設(shè)計 2021年4期

        高林,李亞軍

        (1. 廣東佛山地質(zhì)工程勘察院,廣東 佛山528000;2. 廣東省佛山地質(zhì)局,廣東 佛山528000)

        1 引言

        根據(jù)JTG 3363—2019《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》,軟土為濱海、湖沼、谷底、河灘等處天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低的細(xì)粒土,其鑒別特征為:天然含水量≥35%或液限,天然孔隙比≥1.0,直剪內(nèi)摩擦角宜小于5°,十字板剪切強(qiáng)度<35kPa,壓縮系數(shù)宜大于0.5MPa-1;根據(jù)《工程地質(zhì)手冊(第五版)》,軟土是指天然孔隙比大于或等于1.0,且天然含水量大于液限、具有高壓縮性、低強(qiáng)度、高靈敏度、低透水性和高流變性,且在較大地震作用下可能出現(xiàn)震陷的細(xì)粒土。各規(guī)范、手冊和標(biāo)準(zhǔn)對軟土的表述雖不統(tǒng)一,但大體一致,都強(qiáng)調(diào)軟土包括淤泥、淤泥質(zhì)土、泥炭質(zhì)土等。軟土在我國分布尤為普遍,特別是湖南、江蘇及兩廣等東南地區(qū)最為常見。軟土因含水量大,天然孔隙大、壓縮系數(shù)比較小,承載能力較低,一般情況下需經(jīng)過地基處理后再作為建構(gòu)物的持力層。因此,在巖土工程勘察過程中,需重點(diǎn)查明軟土的分布情況及其承載能力。

        在軟土地基的勘察中,多采用現(xiàn)場原位測試結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)確定軟土的物理力學(xué)指標(biāo)和承載能力。由于飽和軟土一般情況下承載能力低、受荷易變性、靈敏度較高等特點(diǎn),在取樣、運(yùn)輸、切樣及試驗(yàn)過程中,會受到不同程度的擾動,導(dǎo)致室內(nèi)試驗(yàn)得到的物理力學(xué)參數(shù)失真。而現(xiàn)場原位測試則能避開軟土取樣、運(yùn)輸、切樣等過程,極大地降低試驗(yàn)操作過程對軟土造成的擾動,從而得到較為準(zhǔn)確的物理力學(xué)參數(shù)。十字板剪切試驗(yàn)因其構(gòu)造簡單,操作方便,廣泛運(yùn)用于軟土地基現(xiàn)場原位測試中。

        2 工程概況

        擬建截污管線主要沿村道(堤路)鋪設(shè),擬主要采用明挖方法施工,管道埋深約1.2~3.0m,局部(過橋、河段)擬采用頂管法施工,管道埋深約6~8m。基礎(chǔ)擬采用天然地基基礎(chǔ)或復(fù)合地基基礎(chǔ),管道采用DN400mm~DN500mm 的HDPE 中空壁塑鋼纏繞排水管,其他設(shè)計條件由設(shè)計確定。

        3 地層巖性

        經(jīng)鉆探揭露,在鉆探深度范圍內(nèi),本場地地基土由第四系人工填土層(Qml)、第四系海陸交互相淤積層(Qal)組成。具體分層自下而上為:①人工填土:平均厚度2.71m;②淤泥、淤泥質(zhì)土:層厚1.00~20.20m;③淤質(zhì)粉砂:層厚0.50~12.70m。

        4 工程應(yīng)用

        4.1 土層物理力學(xué)參數(shù)

        根據(jù)巖土工程勘察報告及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果,將本次勘察范圍內(nèi)鉆孔揭露的軟土層物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計匯總?cè)绫? 所示。

        表1 土層物理力學(xué)參數(shù)統(tǒng)計成果

        4.2 十字板剪切試驗(yàn)結(jié)果

        對試驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計所得各土層現(xiàn)場十字板剪切試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計值供設(shè)計及地基處理參考,如表2 所示。

        表2 現(xiàn)場十字板剪切試驗(yàn)統(tǒng)計成果

        共選定試驗(yàn)孔3 個,試驗(yàn)33 點(diǎn)次,原狀土抗剪強(qiáng)度、重塑土抗剪強(qiáng)度和靈敏度有效統(tǒng)計數(shù)據(jù)28 個,平均值分別為33.3kPa、11.3kPa、3.1。

        4.3 強(qiáng)度修正

        十字板剪切試驗(yàn)長期強(qiáng)度約為峰值強(qiáng)度的60%~70%,所以,有必要在使用中對實(shí)測值進(jìn)行修正[1]。

        依據(jù)《工程地質(zhì)手冊》(第五版)[2]推薦按式(1)進(jìn)行修正:

        式中,Cu為不排水剪抗剪強(qiáng)度修正值,kPa;μ 為修正系數(shù);Su為十字板剪切試驗(yàn)不排水剪抗剪強(qiáng)度現(xiàn)場實(shí)測值,kPa。

        修正系數(shù)的選取,僅介紹《工程地質(zhì)手冊》(第五版)推薦的2 種方法:

        1)修正系數(shù)依據(jù)圖1 取值,其中,曲線1 適用于IL>1.1 的土,曲線2 適用于其他情況的軟土。

        圖1 修正系數(shù)

        2)TB 10018—2018《鐵路工程地質(zhì)原位測試規(guī)程》規(guī)定:當(dāng)塑性指數(shù)IP≤20 時,折減系數(shù)μ=1.0;當(dāng)塑性指數(shù)20<IP≤40時,折減系數(shù)μ=0.9。

        中山市港口地區(qū)軟土采用上述2 種方法得到的修正系數(shù)如表3 所示。

        表3 修正系數(shù)μ

        中山市港口鎮(zhèn)地區(qū)軟土的塑性指數(shù)IP均小于20。從保證安全的角度出發(fā),本區(qū)的修正系數(shù)按《工程地質(zhì)手冊》(第五版)推薦的方法取值,原狀土與重塑土的修正系數(shù)μ 均取0.83。修正后的抗剪強(qiáng)度原狀土標(biāo)準(zhǔn)值Cu=23.99kPa;重塑土標(biāo)準(zhǔn)值Su=7.90kPa;修正后的靈敏度St=23.99/7.90=3.1。

        4.4 推求地基承載力

        1)初步判定軟土地基承載力特征值時,可按式(2)估算:

        式中,fak為地基承載力特征值,kPa;γ 為土的天然重度,kN/m3;h 為基礎(chǔ)的埋置深度,m。

        根據(jù)表1 得到港口鎮(zhèn)地區(qū)原狀淤泥土的地基承載力特征值為fak=2×23.99+18.2×1=66.18kPa,但需要經(jīng)深寬修正后才可以使用。

        2)當(dāng)基底偏心距e≤0.033b 時,可依據(jù)十字板剪切試驗(yàn)確定的抗剪強(qiáng)度按式(3)計算軟土的地基承載力特征值,但應(yīng)注意驗(yàn)算地基變形:

        式中,fa為軟土的地基承載力特征值;Mb、Md、Mc為承載力系數(shù);b 為基底寬度;ck為基底下土層的黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值;γ 為基底下土的天然重度;γm為基底面以上土的加權(quán)平均重度,所以,得到承載力特征值的計算公式為fa=3.14Cu。

        以此推算港口鎮(zhèn)地區(qū)試驗(yàn)范圍內(nèi)原狀淤泥土fa=3.14Cu=3.14×23.99=75.33kPa,不需要進(jìn)行深、寬修正。

        由式(2)和式(3)計算得到的中山市港口鎮(zhèn)地區(qū)本試驗(yàn)范圍內(nèi)軟土的地基承載力特征值分別為66.18kPa、75.33kPa,結(jié)果較為吻合,但需注意的是前者需進(jìn)行深、寬修正后才可使用,而后者不需要進(jìn)行深、寬修正。

        5 結(jié)論

        綜上所述,得到以下結(jié)論:

        1)值需經(jīng)修正才可使用,文中參考《工程地質(zhì)手冊》(第五版)僅給出了2 種修正方法,建議在實(shí)際應(yīng)用中,修正系數(shù)的選取應(yīng)結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)選取或進(jìn)行現(xiàn)場平板載荷試驗(yàn)來確定修正系數(shù)選取的正確性。

        2)式(2)與式(3)兩種推求地基承載力的方法,使用中應(yīng)注意:由式(2)計算得到的地基承載力特征值需進(jìn)行深、寬修正,而由式(3)計算得到的地基承載力特征值不需要進(jìn)行深、寬修正。

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