基坑圍護中參數選擇與靜探試驗關系的探討

趙 榆

(同濟大學土木工程學院，上海 200092)

0 引言

隨著科技水平的發展、人民生活水平的提高，對空間的需求越來越高，城市中心大型地下空間的開發已成為了一種趨勢。近年來，地下空間開發行業的形勢趨于規模越來越大、深度越來越深、施工場地越來越緊張、施工條件越來越復雜，從而，基坑圍護設計也越來越重要。而在工程實踐中，由于大部分基坑圍護具有臨時性的特點，安全系數取值均較低，或大或小的事故時有發生。為了在經濟合理的前提下進行更切合實際的基坑圍護設計，選擇合理的巖土測試參數就成為了目前工程實踐中的重要問題，其中具有代表性的就是剪切強度指標。

1 目前工程實踐中剪切強度指標的選擇原則

在基坑圍護設計中，從土壓力計算到整體穩定性驗算、坑底抗隆起穩定性驗算、抗水平滑動穩定性驗算等，都離不開巖土測試參數中的土層剪切強度指標。而目前各土層的剪切指標主要來源于土工試驗指標。

具體來說，在工程實際中應用的土層剪切試驗指標主要指兩種不同的試驗方法確定的指標:一種是三軸固結不排水剪切試驗抗剪強度指標，一種是直剪固結快剪指標。

根據上海市工程建設規范DG/T J08-61-2010基坑工程技術規范修訂內容，目前統一規定對板式支護結構統一按水土分算考慮，相應的抗剪強度指標應采用土的有效指標C'，Φ'。為了彌補忽略不排水剪切時產生的超靜孔壓影響，并考慮到實際情況，可采用總應力指標即三軸固結不排水剪切試驗強度指標Ccu，Φcu按水土分算的方法進行計算。然而，在目前的基坑工程設計中，一方面設計人員習慣于用直剪固結快剪指標Ccq，Φcq進行設計計算;另一方面，目前的工程地質勘察報告中一般只提供土的直剪固結快剪指標。根據收集資料，對比分析后，得出結論如下:采用這兩種不同指標計算的支護結構內力(彎矩、剪力)與最大水平位移略有差異，但差異值并不大。

所以，目前在工程實踐中，仍可以選擇三軸固結不排水剪切試驗測定的峰值強度指標，也可以選擇直剪固結快剪試驗峰值強度指標。

但是，需要注意的是，上述這些指標雖然常在實踐中應用，但是它們來自于土工試驗室，無論是取土樣的過程，還是實驗室制備試樣的過程，或者實驗模擬條件，甚至實驗人員個體的不同，都對土樣的試驗結果有著不同程度的影響。在實踐中，我們發現，上海地區和江蘇地區的同樣試驗條件下的類似土樣，剪切試驗指標也有所不同，差異甚至可達15%以上，這一現狀給設計人員帶來了很大的不便。

2 靜力觸探試驗的原理和適用性

所謂原位測試，是指在巖土工程勘察現場，在不擾動或基本不擾動土層的情況下對土層進行測試，以獲得所測土層的相關指標的一種現場勘測技術。主要手段包括載荷試驗、靜力觸探試驗、動力觸探試驗、標準貫入試驗、十字板剪切試驗、旁壓試驗、現場波速測試、巖石原位應力試驗等。

其中，靜力觸探試驗是將一個裝有傳感器的觸探頭以勻速壓入土中，由于貫入過程中穿越的土層有性質差異、軟硬不同，探頭所受的阻力也不同，通過傳感器將這種大小不同的貫入阻力通過電信號記錄下來。

靜力觸探試驗適用于黏性土、粉性土、砂土。就上海地區而言，靜力觸探適用廣泛，可貫入地面以下80 m內的各種土層，特別是對于地層情況變化較大的復雜場地、不易取得原狀土的飽和砂土和高靈敏度、水平向具均勻性的軟粘土等地層情況，靜力觸探更有優勢。所以，靜力觸探試驗是上海地區最常用的原位試驗之一，積累了大量的工程經驗。

和常規的鉆探取樣及室內試驗相比較而言，靜力觸探試驗具有經濟、快速、直觀等的優點，尤其是具有其試驗結果受各種人為因素干擾較少的特點。具體來說，靜力觸探試驗比鉆探施工便捷，需要的機械相對較少，時間相對較短;靜力觸探試驗可直接看到實驗成果，

而鉆探的野外記錄尚需通過室內土工試驗驗證方能得出成果;靜力觸探試驗在土體原位進行，受土體擾動的影響較小，鉆探取樣的土樣則受各種人為因素影響較大。

但是，靜力觸探試驗的缺陷也較為明顯:它的試驗結果只反映土中貫入阻力，不能直接反映土的物理力學性質;水平向不具均勻性的土層還需要大量數據來綜合分析等等。

3 原位測試與剪切強度指標有著相關性

上海地區的地層特點決定了其工程中大量采用靜力觸探試驗的現狀。通過收集和綜合對比分析了大量工程資料發現，在上海地區地層有成層分布的特點，同一地貌單元內的地層分布也有其規律性，從而靜力觸探數據和土工試驗成果可以建立一定的聯系。

表1 上海地區土層參數表

對上海地區的濱海平原相地貌，根據DGJ 08-37-2012巖土工程勘察規范，并經過綜合分析，對大量工程結果的統計分析綜合見表1。

從表1可以看出，對同一地貌單元的地層，土層分布有規律，且每層土都有均勻性特點的情況下，靜力觸探結果和土工試驗結果可以建立一定的關系，在基坑圍護設計中可以作為參數選擇的參考依據之一。

4 結語

基坑圍護設計中需要用到的剪切強度指標等巖土測試參數，可以通過原位測試結果來對比分析，并適當調整其中的受外界影響因素，使設計人員能更好地把握地層情況，選擇設計參數時更接近實際情況，從而使設計方案更為經濟合理。

期待在不久的將來，在原位測試數據和計算參數之間積累更多的經驗，為更為合理地進行圍護設計方面做出更大的貢獻。

［1］DGJ 08-11-2010，地基基礎設計規范［S］.

［2］DGJ 08-37-2012，巖土工程勘察規范［S］.

［3］DG/T J08-61-2010，基坑工程技術規范［S］.

［4］常士驃.工程地質手冊［M］.第3版.北京：中國建筑工業出版社，2011.

［5］劉國彬，王衛東.基坑工程手冊［M］.北京：中國建筑工業出版社，2009.