軟土地區(qū)淺層地基土承載力探析

王志勝 姚 華 馬樂民

(1.天津市地震局，天津 300201;2.天津市勘察院，天津 300191)

1 概述

天津地處華北平原，屬沖積、海積低平原，是典型的軟土地區(qū)。淺層地基土一般指埋深30 m以上的地基土層，準(zhǔn)確的認(rèn)識淺層地基土的工程性質(zhì)對工程建設(shè)至關(guān)重要，特別是淺層地基土承載力的確定是每一個(gè)工程建設(shè)項(xiàng)目勘察和設(shè)計(jì)中必不可少的環(huán)節(jié)。地基土承載力受很多因素的影響，主要有地基土的成因及其沉積年代;地下水位的影響;上部建筑物的結(jié)構(gòu)形式及其荷載作用方式。合理的確定淺層地基土承載力，對工程的經(jīng)濟(jì)性和安全性都有重要意義。

2 淺層地基土承載力的確定方法

目前淺層地基土承載力的確定方法主要有理論公式計(jì)算法、原位測試確定地基承載力、經(jīng)驗(yàn)方法確定地基承載力。其中原位測試是在不擾動或基本不擾動地基土層的情況下對土體進(jìn)行測試，從而獲得地基土層的物理力學(xué)指標(biāo)的方法，天津地區(qū)在應(yīng)用原位測試方法確定地基承載力方面積累的很多工程經(jīng)驗(yàn)，具有一定的可靠性。

2.1 載荷板試驗(yàn)法

現(xiàn)場載荷試驗(yàn)是在一定面積的剛性承壓板上逐級施加荷載并量測淺層地基土壓力與變形之間關(guān)系的一種原位測試方法，載荷試驗(yàn)通過繪制P—S曲線，可以反映出承壓板1.5倍～2.0倍直徑或者寬度范圍內(nèi)淺層地基土強(qiáng)度及其變形特性。根據(jù)收集整理的載荷試驗(yàn)資料，并結(jié)合前期科研成果，采用回歸分析的方法研究由載荷試驗(yàn)確定的地基容許承載力與土體物性指標(biāo)的關(guān)系，具體關(guān)系式如下式所示:lgRp=2.085-0.83lge-0.189lgIL。其中，e為孔隙比;IL為液限指數(shù)。根據(jù)上式，并結(jié)合實(shí)際資料可以得到一般粘性土地基容許承載力，如表1所示。

表1 一般粘性土容許承載力表 kPa

為方便對比分析，表2列舉出了天津市地方標(biāo)準(zhǔn)DB 29-20-2000巖土工程技術(shù)規(guī)范中關(guān)于粘性土承載力基本值的表格。

對比表1與表2可以看出，在承載力小于130 kPa區(qū)域按照回歸分析方法計(jì)算得到的承載力相比規(guī)范取值有一定幅度(約0%～20%)的提高，而在承載力大于140 kPa的區(qū)域按照回歸分析方法算得的承載力相比規(guī)范取值有大致相同幅度的降低。

表2 天津市地方標(biāo)準(zhǔn)中粘性土承載力基本值表 kPa

平板載荷試驗(yàn)方法是一種直接可靠的試驗(yàn)方法，但該方法也存在一些問題應(yīng)該引起注意:首先，實(shí)際工程中存在選點(diǎn)的隨機(jī)性，不能準(zhǔn)確的評價(jià)工程施工質(zhì)量;其次，承壓板的剛度問題和基礎(chǔ)的尺寸效應(yīng)問題對測試數(shù)據(jù)的可靠性以及模擬實(shí)際受力狀態(tài)都會帶來較大影響;另外，載荷試驗(yàn)中加荷速率與實(shí)際建筑物的施工加荷相比較，載荷試驗(yàn)的加荷對地基土存在一種明顯的沖擊效應(yīng)。上述問題必然會導(dǎo)致載荷試驗(yàn)確定的地基土承載力與其實(shí)際承載力之間出現(xiàn)偏差。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)法

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是通過錘擊(錘重63.5 kg±0.5 kg，錘落距為76 cm±2 cm)將一定規(guī)格的對開式貫入器打入土體中，通過衡量其貫入阻抗，判別土層的變化和土的承載能力的一種原位測試方法。

關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)與地基承載力的關(guān)系，國內(nèi)很多地區(qū)都總結(jié)了實(shí)用性較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)公式或圖表，并且得到了較好的效果，其中表3為天津地區(qū)砂土承載力基本值與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)關(guān)系表，表4為天津地區(qū)粉土、粘性土承載力基本值與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)關(guān)系表。

表3 砂土承載力基本值fo與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)關(guān)系 kPa

表4 粉土、粘性土承載力基本值fo與標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)關(guān)系 kPa

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)影響因素較多，導(dǎo)致其測試結(jié)果離散性較大，并且試驗(yàn)的可重復(fù)性差，因此在工程實(shí)際中應(yīng)注意結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)或配合其他手段，以便合理提供設(shè)計(jì)所需參數(shù)。

2.3 靜力觸探試驗(yàn)法

靜力觸探試驗(yàn)是采用靜壓方法將帶有探頭的觸探器以1.2 m/min的速率壓入土中，測量得到土體對探頭的貫入阻力值Ps，從而建立貫入阻力與土體強(qiáng)度和承載能力的相關(guān)關(guān)系，按照實(shí)測貫入阻力確定地基承載力。

靜力觸探試驗(yàn)指標(biāo)需要依靠大量數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)的積累，并且各個(gè)地區(qū)土層的受力狀態(tài)復(fù)雜，工程性質(zhì)各異，本文針對靜力觸探試驗(yàn)的這一特點(diǎn)，分析大量軟土地區(qū)靜力觸探數(shù)據(jù)與地基承載力關(guān)系，得出經(jīng)驗(yàn)公式如表5所示。

3 結(jié)合工程實(shí)例探討淺層地基土承載力的確定

通過以上論述，表明3種原位測試方法確定地基承載力都有一定的適用性和局限性，本節(jié)通過結(jié)合天津地區(qū)工程實(shí)例，比較分析評價(jià)確定天津地區(qū)淺層地基土承載力的主要方法及其特點(diǎn)。

3.1 實(shí)際工程的選擇

本文選擇天津盛唐總部經(jīng)濟(jì)研發(fā)基地巖土工程勘察原位測試資料(200組)、軍糧城示范小城鎮(zhèn)一期農(nóng)民還遷住宅建設(shè)項(xiàng)目巖土工程勘察原位測試資料(100組)、紀(jì)莊水廠遷建配套管網(wǎng)工程巖土工程勘察原位測試資料(150組)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)。

表5 天津地區(qū)靜力觸探與地基承載力容許值經(jīng)驗(yàn)公式

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和討論

為對比和驗(yàn)證上述場地巖土工程勘察過程中所提供地基承載力值的準(zhǔn)確性和適宜性，本文對以上選取的典型工程勘察報(bào)告中淺層地基土承載力值、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)、靜力觸探試驗(yàn)錐尖阻力和側(cè)壁阻力值指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并得出利用上述原位測試方法確定的地基承載力值，如表6所示。

表6 利用原位測試方法確定的地基承載力值統(tǒng)計(jì)表 kPa

從表6中可以看出，利用標(biāo)貫法確定的地基承載力和利用觸探法確定的地基承載力與巖土工程勘察報(bào)告中提供的地基承載力相比均偏高，其中對于粉土層利用標(biāo)貫法確定的地基承載力值明顯偏高，而對于一般粘性土則相差不大。

4 結(jié)語

本文對幾種常用的地基土承載力確定方法的準(zhǔn)確性和存在的問題進(jìn)行了探討，主要得出以下結(jié)論和收獲:1)簡要總結(jié)了確定淺層地基土承載力的3種原位測試方法，列舉了一些相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式，并簡要分析了各種方法的優(yōu)勢和局限性。2)通過對比表明，勘察報(bào)告中提供的地基承載力值偏于保守，標(biāo)貫法對于確定淺層(15.0 m以上)地基土地基承載力有較高的可信度，觸探法對于確定地基土(除粉土外)地基承載力有較高的可信度。這對于巖土工程勘察報(bào)告中提供地基承載力具有一定的借鑒意義。3)使用多種手段綜合確定地基承載力的評價(jià)方法可以更好地發(fā)揮地基潛力，多種手段優(yōu)勢互補(bǔ)，使得承載力評價(jià)更加符合本地區(qū)情況，也可以取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

［1］ GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［2］ DB/T 29-191-2009，天津市地基土層序劃分技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］ DB 29-20-2000，巖土工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ 楊秀竹，雷金山.軟土地基承載力原位測試技術(shù)及其相關(guān)性研究［J］.巖石力學(xué)，2003，24(6):563-565.

［5］ 吳秋炎，韓富恒.用雙橋靜探指標(biāo)劃分土層，確定土類及Es的研究報(bào)告［R］.天津:天津市勘察院，1986.

［6］ 吳全山，田桂英.用靜力觸探確定地基承載力的概率統(tǒng)計(jì)方法［J］.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1998，21(3):89-93.

［7］ 潘永家.連云港市地基土指標(biāo)與靜力觸探指標(biāo)相關(guān)關(guān)系［J］.水文地質(zhì)與工程地質(zhì)，1998(2):25.

［8］ 楊石紅，韓富恒.天津市地基土容許承載力研究報(bào)告［R］.天津:天津市勘察院，1986.