摘要：通過(guò)對(duì)長(zhǎng)春市地鐵勘察工程中扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)與土工試驗(yàn)成果的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)得到的土體參數(shù)與土工試驗(yàn)參數(shù)有很好的相關(guān)性，可通過(guò)扁鏟試驗(yàn)參數(shù)直接計(jì)算巖土參數(shù)。在對(duì)地鐵1、2線的勘察中，扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)在波狀臺(tái)地獲得了大量數(shù)據(jù)，為保證原始數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，公司進(jìn)行科學(xué)管理，實(shí)施PDCA循環(huán)。通過(guò)對(duì)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和研究，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)公式在長(zhǎng)春地區(qū)并不完全適用，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的整理、分析，對(duì)原有經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正，提出了適用于本地區(qū)工程的通過(guò)扁鏟試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算巖土參數(shù)（不排水抗剪強(qiáng)度Cu）的經(jīng)驗(yàn)公式。

關(guān)鍵詞：扁鏟側(cè)脹試驗(yàn);經(jīng)驗(yàn)公式;不排水抗剪強(qiáng)度Cu扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)儀器操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、人為影響因素小且較為經(jīng)濟(jì)，一次試驗(yàn)?zāi)軌颢@得多種參數(shù)，被廣泛應(yīng)用于地鐵項(xiàng)目。運(yùn)用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)可對(duì)土層進(jìn)行分層，計(jì)算出靜止側(cè)壓力系數(shù)、不排水抗剪強(qiáng)度、水平基床系數(shù)等巖土參數(shù)，對(duì)重大地下構(gòu)筑物（地鐵工程）的設(shè)計(jì)、施工有著非常重要的作用［1］。

從1998年以來(lái)，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)在北京、上海、廣州、南京等約30個(gè)城市和地區(qū)的地鐵項(xiàng)目中得到了應(yīng)用，獲得了大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過(guò)科學(xué)、合理的統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)出適合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)公式，而長(zhǎng)春地區(qū)在這方面則屬于空白［2］。

2009年11月起我公司在長(zhǎng)春地鐵1、2號(hào)線勘察中首次采用扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)，在長(zhǎng)春地區(qū)業(yè)內(nèi)也屬于首例，沒(méi)有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。本文通過(guò)實(shí)踐研究，總結(jié)出適合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)驗(yàn)公式，填補(bǔ)長(zhǎng)春地區(qū)在這方面應(yīng)用的空白。

1試驗(yàn)設(shè)備及工作原理

試驗(yàn)設(shè)備是由鏟形插板、測(cè)控箱、率定裝置、氣電管路、貫入設(shè)備、探桿和壓力源組成［3］。

試驗(yàn)由貫入扁鏟測(cè)頭開(kāi)始，在貫入至某一深度后暫停，通過(guò)測(cè)控箱操作使膜片充氣膨脹。在充氣鼓脹過(guò)程中，得到兩個(gè)讀數(shù)：A讀數(shù)（膜片距離基座0.05 mm時(shí)的氣壓值）、 B讀數(shù)（膜片距離基座1.10 mm時(shí)的氣壓值）。另外，在到達(dá)B點(diǎn)之后，通過(guò)測(cè)控箱上的氣壓調(diào)控器釋放氣壓，使膜片緩慢回縮到距離基座0.05 mm時(shí)，可讀取C讀數(shù)。考慮到膜片本身的剛度，根據(jù)試驗(yàn)前后得到的標(biāo)定值Da（ΔA），Db（ΔB）來(lái)對(duì)它們進(jìn)行修正，以計(jì)算P0、P1、P2。P0為膜片在基座時(shí)土體所受的壓力；P1為膜片距離基座1.10 mm時(shí)土體所受的壓力，P2為膜片回縮到A點(diǎn)（距離基座0.05 mm）時(shí)土體所受的壓力，然后由P0、P1、P2值可獲得4個(gè)扁鏟試驗(yàn)中間參數(shù)：材料指數(shù)ID、水平應(yīng)力指數(shù)KD、孔隙水壓力指數(shù)UD和扁鏟模量ED。這些參數(shù)經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，可以得到一些土性參數(shù)，如靜止側(cè)壓力系數(shù)K0、超固結(jié)比OCR、不排水抗剪強(qiáng)度Cu和砂土內(nèi)摩擦角等。

2實(shí)例分析

2.1實(shí)例簡(jiǎn)介

根據(jù)長(zhǎng)春地鐵1、2號(hào)線詳勘階段巖土工程勘察報(bào)告，長(zhǎng)春地鐵1號(hào)線一期工程地貌單元較為單一，全線位于長(zhǎng)春市波狀臺(tái)地，地層結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單；長(zhǎng)春地鐵2號(hào)線一期工程地貌單元以伊通河為界，以西為長(zhǎng)春波狀臺(tái)地，以東為伊通河一級(jí)階地。由于一級(jí)階地扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少，本次扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)只對(duì)波狀臺(tái)地淺層粉質(zhì)黏土進(jìn)行研究，長(zhǎng)春波狀臺(tái)地淺層主要為可塑狀粉質(zhì)黏土。

2.2方案實(shí)施

我公司對(duì)地鐵1、2號(hào)線每個(gè)工點(diǎn)布置了2～3個(gè)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)孔位。各參數(shù)根據(jù)每個(gè)工點(diǎn)同一土層的試驗(yàn)數(shù)據(jù)剔除異常數(shù)據(jù)后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。各工點(diǎn)計(jì)算完畢后，再對(duì)地鐵1、2號(hào)線全線同一地層的計(jì)算數(shù)據(jù)再進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，舍棄異常值，要求變異系數(shù)小于0.3，找出沿線試驗(yàn)參數(shù)的分布規(guī)律，研究并確定相關(guān)參數(shù)及經(jīng)驗(yàn)公式［4］。

在2009年11月份，將地鐵1號(hào)線鐵北三站三區(qū)間當(dāng)做試點(diǎn)進(jìn)行扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)。工點(diǎn)位于北人民大街城市主干道上，所布設(shè)的試驗(yàn)孔頂部均為砼路面。試驗(yàn)前均用勘察鉆機(jī)進(jìn)行引孔，引孔深度為穿過(guò)砼路面及上部雜填土地層。引孔完畢后，將鉆孔用膨潤(rùn)土回填。試驗(yàn)貫入設(shè)備采用靜力觸探設(shè)備貫入扁鏟測(cè)頭，量測(cè)3個(gè)特殊位置的壓力，用筆記本自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，從而獲得需要的巖土參數(shù)［5］。

2.3現(xiàn)存問(wèn)題

通過(guò)對(duì)鐵北三站三區(qū)間扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)個(gè)別站點(diǎn)上部土層存在數(shù)據(jù)異常及數(shù)據(jù)丟失等現(xiàn)象。

2.4分析問(wèn)題

發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，我公司通過(guò)討論研究，從影響質(zhì)量形成的各種主觀和客觀因素（包括人、機(jī)、料、法、環(huán)）中驗(yàn)證分析，找出造成數(shù)據(jù)失真的原因［6］。針對(duì)影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的要因，進(jìn)行了認(rèn)真討論，制定對(duì)策如下：

（1） 要因1：鉆孔未回填或回填材料不當(dāng)

對(duì)策：采用鉆機(jī)引孔破除砼路面，將雜填土地層進(jìn)行取芯后回填，回填材料為膨潤(rùn)土，杜絕空孔，防止雪水流入孔內(nèi)結(jié)冰以及土體遇水后工程性質(zhì)發(fā)生變化。

（2） 要因2：施工時(shí)溫度過(guò)低，試驗(yàn)儀器、設(shè)備受影響

對(duì)策：通過(guò)改變操作室溫度，使儀器、設(shè)備處于正常工作環(huán)境溫度，防止因冬季施工氣溫過(guò)低試驗(yàn)儀器死機(jī)或氣電管路折斷，造成數(shù)據(jù)丟失、失準(zhǔn)。

（3） 要因3：扁鏟使用前率定處理不當(dāng)

對(duì)策：針對(duì)每個(gè)試驗(yàn)孔，試驗(yàn)前、后均應(yīng)對(duì)扁鏟進(jìn)行率定老化，使ΔA處于5～25 kPa，ΔB處于10～110 kPa。

（4） 要因4：首次使用，人員基本技能差

對(duì)策：針對(duì)人員基本技能差，邀請(qǐng)儀器廠方技術(shù)人員對(duì)項(xiàng)目部進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)、培訓(xùn)，明確質(zhì)量控制點(diǎn)及試驗(yàn)操作流程等。

項(xiàng)目部于2009年12月對(duì)鐵北的三站三區(qū)異常試驗(yàn)重新進(jìn)行扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)。經(jīng)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析，各工點(diǎn)相同土層數(shù)據(jù)的變異系數(shù)均小于0.3。通過(guò)2009年扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)，在2010年11～12月對(duì)地鐵1號(hào)線其它工點(diǎn)及2013年4～8月對(duì)地鐵2號(hào)所有工點(diǎn)進(jìn)行了扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)，試驗(yàn)點(diǎn)位達(dá)到4 200個(gè)，通過(guò)對(duì)1、2號(hào)線扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)按層統(tǒng)計(jì)結(jié)果，去除異常值，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1。

對(duì)于靜止側(cè)壓力系數(shù)K0，扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)相近；對(duì)于不排水抗剪強(qiáng)度Cu，根據(jù)地層進(jìn)行劃分。對(duì)于可塑～可塑偏軟粉質(zhì)黏土，扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)是室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的1.10～1.20倍；對(duì)于可塑偏硬～硬塑粉質(zhì)黏土扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)取得數(shù)據(jù)是室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的1.40～1.50倍。

由于水平基床系數(shù)未進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，無(wú)法對(duì)比，故不對(duì)其進(jìn)行討論。但通過(guò)扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)計(jì)算出水平基床系數(shù)與《城市軌道交通巖土工程勘察規(guī)范》GB 50307—2012附錄H中的經(jīng)驗(yàn)值相吻合。

（1） 通過(guò)以上分析，得出靜止側(cè)壓力系數(shù)K0計(jì)算公式：K0=0.34K0.54D-nKD式中K0——靜止側(cè)壓力系數(shù)

KD——水平應(yīng)力指數(shù)

其中n的取值，可塑狀態(tài)可采用0.07，可偏軟塑可采用0.03，可偏硬塑可采用0.08。

（2） 不排水抗剪強(qiáng)度Cu計(jì)算公式：

對(duì)于可塑～可塑偏軟粉質(zhì)黏土計(jì)算公式：Cu=0.19（KD/2）1.25σvo對(duì)于可塑偏硬～硬塑粉質(zhì)黏土計(jì)算公式：Cu=0.152（KD/2）1.25σvo式中Cu——不排水抗剪強(qiáng)度

KD——水平應(yīng)力指數(shù)

σvo——試驗(yàn)點(diǎn)有效上覆土壓力

3結(jié)語(yǔ)

國(guó)外經(jīng)驗(yàn)公式與長(zhǎng)春本地區(qū)土性參數(shù)有偏差，不適直接運(yùn)用。總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式更契合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)參數(shù)及室內(nèi)土工試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，故更為適合長(zhǎng)春地區(qū)使用。扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)這項(xiàng)新技術(shù)在長(zhǎng)春市首次成功使用，其所取得參數(shù)應(yīng)用到地鐵項(xiàng)目中均得到設(shè)計(jì)單位及甲方的認(rèn)可。通過(guò)這幾年實(shí)踐，在這項(xiàng)新技術(shù)的運(yùn)用中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，并本著“認(rèn)真、負(fù)責(zé)、科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)”的理念，建立起滿足本地區(qū)工程需要的經(jīng)驗(yàn)公式，為此項(xiàng)新技術(shù)的推廣及使用奠定了先期的基礎(chǔ)，樹(shù)立了良好的企業(yè)形象。

參考文獻(xiàn)：

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