軒向陽(yáng)

（上海勘察設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司 上海200093）

0 引言

工業(yè)及民用建筑、公路、鐵路、水利、電力、機(jī)場(chǎng)、地下工程等土木工程建設(shè)中，不可避免的會(huì)涉及基礎(chǔ)與地基之間相互作用影響，如何選擇計(jì)算模型計(jì)算分析地基基礎(chǔ)的力學(xué)性能及上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)、地基之間的共同作用，體現(xiàn)地基與基礎(chǔ)的沉降以及地基反力和沉降之間的關(guān)系尤為重要［1-2］。近年來(lái)，隨著我國(guó)工程建設(shè)規(guī)模的日異擴(kuò)大，許多城市地下空間建設(shè)不斷興起，基床系數(shù)更是地下工程結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)重要的巖土參數(shù)，特別是上海地區(qū)，隨著地鐵工程建設(shè)的不斷開(kāi)展以及深層地下空間開(kāi)發(fā)規(guī)模、難度的不斷提升，如何準(zhǔn)確確定地基土基床系數(shù)k，對(duì)于提高地下空間開(kāi)發(fā)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)合理性，控制工程風(fēng)險(xiǎn)有著重要的意義。因此，開(kāi)展針對(duì)地基土基床系數(shù)試驗(yàn)方法及工程應(yīng)用的研究具有明顯的實(shí)際意義。目前扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)（DMT）和旁壓試驗(yàn)（PMT）因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用于各項(xiàng)工程中［3-7］。

相對(duì)于基床系數(shù)，其他物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)如比貫入阻力Ps、壓縮模量Es，已在工程應(yīng)用中獲得了豐富的經(jīng)驗(yàn)。若能建立由原位測(cè)試（DMT 和PMT）得出的基床系數(shù)與土層物理力學(xué)性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系。不但可以減少勘察工作中的人力、物力，而且還能利用Ps、Es的經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)DMT 和PMT 在巖土工程中的應(yīng)用［8-10］。本文主要針對(duì)上述2 種原位測(cè)試方法得出的側(cè)向基床系數(shù)Kh與土層物理力學(xué)性質(zhì)Ps、Es之間的關(guān)系進(jìn)行探討。

1 DMT 和PMT 得出的Kh與Ps之間關(guān)系的分析與研究

靜力觸探作為一種可靠的原位測(cè)試方法，可確定地基土的承載力、樁的側(cè)壁摩阻力、壓縮模量，分析地基土的類(lèi)別等。靜力觸探可直接穿透錐頭阻力小于30 MPa的勘探深度內(nèi)的土層，或鉆探避開(kāi)硬質(zhì)地層后分段實(shí)施，試驗(yàn)成果表征的土的力學(xué)性質(zhì)較準(zhǔn)確，在我國(guó)軟土地區(qū)使用非常廣泛。如果能夠采用靜力觸探確定基床系數(shù)，勘察工程技術(shù)人員提供分層的基床系數(shù)會(huì)更容易。

目前，對(duì)于Kh與Ps之間關(guān)系的分析與研究較少，為了探究上海地區(qū)原位測(cè)試試驗(yàn)（DMT 和PMT）得出的Kh與Ps之間的關(guān)系，收集了大量重點(diǎn)項(xiàng)目的原位測(cè)試（DMT和PMT）數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)場(chǎng)地的勘察成果報(bào)告，進(jìn)行了數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析。并且考慮到土性對(duì)于基床系數(shù)造成的重要影響，本次統(tǒng)計(jì)將土的類(lèi)別細(xì)分為粘性土和粉性土，具體統(tǒng)計(jì)分析成果如圖1、圖2所示。

圖1 DMT得出的Kh與Ps的關(guān)系曲線(xiàn)Fig.1 The Linear Relationship between Kh and Ps by DMT

圖2 PMT得出的Kh與Ps的關(guān)系曲線(xiàn)Fig.2 The Linear Relationship between Kh and Ps by PMT

由圖1、圖2可以看出：

⑴對(duì)于粘性土而言，DMT 和PMT 得出的Kh與Ps之間的線(xiàn)性關(guān)系較為明顯，且擬合度較高（DMT：R2=0.801 5；PMT：R2=0.755 8），但考慮到圖形中數(shù)據(jù)點(diǎn)多數(shù)位于擬合直線(xiàn)的周邊而不是直線(xiàn)上，故根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，DMT 和PMT 得出的Kh與Ps之間的關(guān)系進(jìn)行區(qū)間擬合更為合理（在本次數(shù)理統(tǒng)計(jì)中，滿(mǎn)足擬合區(qū)間公式的數(shù)據(jù)不低于總數(shù)據(jù)的85%），擬合關(guān)系如下所示。

對(duì)于粘性土，DMT得出的側(cè)向基床系數(shù)側(cè)向Kh為：

對(duì)于粘性土，PMT得出的側(cè)向基床系數(shù)側(cè)向Kh為：

式中：Ps為比貫入阻力（MPa）。

⑵對(duì)于粉性土而言，DMT 得出的Kh與Ps之間的線(xiàn)性關(guān)系較為明顯，且擬合度較高（R2=0.799 2），擬合關(guān)系如下所示。

對(duì)于粉性土，DMT得出的側(cè)向基床系數(shù)側(cè)向Kh為：

式中：Ps為比貫入阻力（MPa）。

由圖1、圖2可知，PMT得出的Kh之間的關(guān)系不太明顯，且考慮到圖中數(shù)據(jù)點(diǎn)較少，故該擬合公式暫不應(yīng)作為參考公式應(yīng)用到實(shí)際工程中。

2 DMT 和PMT 得出的Kh與Es之間關(guān)系的分析與研究

為了探究原位測(cè)試試驗(yàn)（DMT 和PMT）得出的Kh與Es之間的關(guān)系，收集了大量重點(diǎn)項(xiàng)目的原位測(cè)試（DMT和PMT）數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)場(chǎng)地的勘察成果報(bào)告，進(jìn)行了大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析。并且考慮到土性對(duì)于基床系數(shù)造成的重要影響，本次統(tǒng)計(jì)將土的類(lèi)別細(xì)分為粘性土和粉性土，具體統(tǒng)計(jì)分析成果如圖3、圖4所示。

圖3 DMT得出的Kh與Es的關(guān)系曲線(xiàn)Fig.3 The Linear Relationship between Kh and Es by DMT

圖4 PMT得出的Kh與Es的關(guān)系曲線(xiàn)Fig.4 The Linear Relationship between Kh and Es by PMT

從圖3、圖4可以看出：

⑴對(duì)于粘性土而言，DMT 和PMT 得出的Kh與Es之間的多項(xiàng)式關(guān)系較為明顯，且擬合度較高（DMT：R2=0.814 4；PMT：R2=0.700 8），但考慮到圖形中數(shù)據(jù)點(diǎn)多數(shù)位于擬合直線(xiàn)的周邊而不是曲線(xiàn)上，故根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，DMT 和PMT 得出的Kh與Es之間的關(guān)系進(jìn)行區(qū)間擬合更為合理（在本次數(shù)理統(tǒng)計(jì)中，滿(mǎn)足擬合區(qū)間公式的數(shù)據(jù)不低于總數(shù)據(jù)的85%），擬合關(guān)系如下。

對(duì)于粘性土，DMT得出的側(cè)向基床系數(shù)側(cè)向Kh為：

對(duì)于粘性土，PMT得出的側(cè)向基床系數(shù)側(cè)向Kh為：

式中：Es為0.1～0.2 MPa段壓縮模量（MPa）。

⑵對(duì)于粉性土而言，DMT 和PMT 得出的Kh與Es沒(méi)有明顯的關(guān)系，原因可能為粉性土在進(jìn)行鉆探取樣時(shí)比粘性土更容易受到擾動(dòng)，人為因素影響較大，故對(duì)于粉性土而言，數(shù)據(jù)點(diǎn)較為離散。

3 工程應(yīng)用

本文分別以某地地鐵1 號(hào)車(chē)站項(xiàng)目（DMT）和2 號(hào)車(chē)站項(xiàng)目（DMT）以及某深基坑項(xiàng)目（PMT）進(jìn)行實(shí)例分析。

3.1 某地地鐵1號(hào)車(chē)站項(xiàng)目

1 號(hào)車(chē)站長(zhǎng)約185 m，寬約20 m，車(chē)站主體標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)挖深度約為13 m，擬采用明挖順作法施工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)擬采用地下連續(xù)墻。本項(xiàng)目扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)孔計(jì)算數(shù)據(jù)與公式推導(dǎo)數(shù)據(jù)對(duì)比分析如表1所示。

3.2 某地地鐵2號(hào)車(chē)站項(xiàng)目

2號(hào)車(chē)站主體為地下3層，長(zhǎng)為285.0 m，寬為25.0 m（設(shè)三跨）；車(chē)站主體標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)挖深度約為27 m，兩端端頭井開(kāi)挖深度約29 m；車(chē)站擬采用蓋挖法施工，設(shè)中間樁，圍護(hù)結(jié)構(gòu)擬采用地下連續(xù)墻。本項(xiàng)目扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)孔計(jì)算數(shù)據(jù)與公式推導(dǎo)數(shù)據(jù)對(duì)比分析如表1所示。

3.3 某深基坑項(xiàng)目

某深基坑項(xiàng)目基礎(chǔ)埋深為65 m，淺坑基礎(chǔ)埋深為21～36 m。本項(xiàng)目旁壓試驗(yàn)孔計(jì)算數(shù)據(jù)與公式推導(dǎo)數(shù)據(jù)對(duì)比分析如表1所示。

由表1可知：

⑴通過(guò)3 個(gè)實(shí)例分析，DMT 和PMT 得出的Kh與Ps、Es之間的區(qū)間關(guān)系式得出的區(qū)間值與實(shí)測(cè)值較為吻合，可以作為初步驗(yàn)證現(xiàn)場(chǎng)DMT 和PMT 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的判斷依據(jù)和建議側(cè)向基床系數(shù)的參考依據(jù)；

⑵局部實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與公式推導(dǎo)數(shù)據(jù)偏差較大，可能是因?yàn)镈MT和PMT受外界因素較大而形成異常數(shù)據(jù)；

⑶旁壓試驗(yàn)與壓縮模量實(shí)例驗(yàn)證吻合性不佳，可能預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)成孔的質(zhì)量影響很大。

表1 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與公式推導(dǎo)數(shù)據(jù)對(duì)比Tab.1 Comparison of the Measured Data by DMT and the Derived Data

4 結(jié)語(yǔ)

本文收集了大量重點(diǎn)項(xiàng)目的原位測(cè)試（DMT 和PMT）數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)場(chǎng)地的勘察成果報(bào)告，進(jìn)行大數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析?？偨Y(jié)出扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)（DMT）和旁壓試驗(yàn)（PMT）得出的側(cè)向基床系數(shù)Kh與土的比貫入阻力Ps、壓縮模量Es之間的關(guān)系公式，并得出如下結(jié)論：

⑴對(duì)于粘性土而言，DMT 和PMT 得出的基床系數(shù)Kh與比貫入阻力Ps之間的線(xiàn)性關(guān)系較為明顯，且擬合度較高；DMT得出的基床系數(shù)Kh與壓縮模量Es之間的多項(xiàng)式關(guān)系較為明顯且擬合度較高。

⑵對(duì)于粉性土而言，DMT 得出的基床系數(shù)Kh與比貫入阻力Ps之間的線(xiàn)性關(guān)系較為明顯，且擬合度較高，但PMT得出的基床系數(shù)Kh與比貫入阻力Ps之間的關(guān)系不太明顯；DMT 和PMT 得出的基床系數(shù)Kh與壓縮模量Es沒(méi)有明顯的關(guān)系，原因可能為粉性土在進(jìn)行鉆探取樣時(shí)比粘性土更容易受到擾動(dòng)，人為因素影響較大，故對(duì)于粉性土而言，數(shù)據(jù)點(diǎn)較為離散。