軟土區地基承載力的確定

劉 廷 施發劍 陳海軍

(中國煤炭科工集團南京設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000)

1 概述

地基承載力是指表征地基土承擔上部載荷的能力，工程設計與施工過程中經常遇到，它的確定決定了工程的投資及正常運營情況[1,2]。軟土工程地質特性復雜，且現場取樣易擾動、失水，以致室內試驗數據失真，因此準確確定軟土區地基承載力，為工程建設提供準確設計參數具有重要意義。郝慶芬[3]通過對軟土層開展現場螺旋板載荷試驗，采用Sa/d=0.014作為變形的控制標準，大量工程實例表明，地基承載力和變形均滿足規范要求；詹雅根[2]將軟土破壞模式、宏觀承載性狀分別納入規范計算公式及載荷試驗，計算軟土地基承載力，結果表明，漢森公式與斯肯普頓公式更加符合工程實際；賀錦美、曾素娟[4]通過開展室內試驗與現場原位測試，確定軟土區地基承載力，結果表明，原位測試指標更能準確反映工程實際。本文以南京地鐵七號線東青石站為例，通過開展現場原位測試(單橋靜力觸探、標準貫入試驗、十字板剪切試驗、扁鏟側脹試驗)及室內固結快剪試驗，確定了軟土層地基承載力特征值。

2 工程概況

南京地鐵七號線東青石站位于南京市建鄴區，東青石站位于夢都大街與泰山路路口以北，沿泰山路南北向布置，東西兩側均為南京卷煙廠地塊，擬建車站為地下2層島式站，站臺中心里程CK9+105.000 m，車站外包尺寸長車站外包尺寸長199.6 m，標準段寬19.7 m。擬建車站設計軌頂標高-8.160 m，設計基底埋深16.2 m左右，設計采用明挖法施工，地下連續墻支護。

擬建車站位于長江漫灘區，根據車站詳勘資料，擬建場區普遍分布②-2b4層淤泥質粉質粘土，地層厚度4.10 m～19.40 m，層底埋深7.00 m～22.80 m。由于軟土具有觸變性、流變性、高壓縮性、低強度、低透水性等工程性質[2]。工程施工時，會使土體應力失衡，易產生地基變形、基坑邊坡失穩、坍塌等問題，對工程建設產生不利影響。因此準確確定軟土層地基承載力及相關參數，對于采取有效的加固措施，提高地層整體穩定性，確保工程建設的順利推進具有重要意義[3]。

3 物理力學特性

根據室內土工試驗結果，②-2b4層淤泥質粉質粘土物理力學指標如表1，表2所示。

表1 物理指標平均值表

表2 抗剪強度指標統計表

4 原位測試

4.1 標準貫入試驗

使用自動落錘裝置，錘重63.5 kg，落距76 cm，貫入器至預定深度后，先預打15 cm， 再記錄30 cm 中每打入10 cm 的錘擊數。②-2b4層標準貫入試驗統計表見表3。

表3 標貫統計表

4.2 單橋靜力觸探

在擬建場地范圍選取2個已成鉆孔附近進行單橋靜力觸探測試，試驗采用NKC50系列靜力觸探車，探頭型號為Ⅰ-2型，錐底截面面積為15 cm2，試驗過程中探頭應勻速垂直壓入土中，貫入速率為1.2 m/min，利用探頭測力傳感器及儀器進行數據采集，試驗過程嚴格按照GB 50021—2001巖土工程勘察規范(2009年版)[5]執行。

根據現場采集的數據，繪制2鉆孔比貫入阻力(ps)—深度(z)曲線，如圖1，圖2所示。

根據兩鉆孔ps—z曲線，得到②-2b4層ps厚度加權平均值為0.596 MPa。

4.3 十字板剪切試驗

十字板剪切試驗采用浙江建元生產的型號為A1204的探頭，探頭尺寸100 mm×50 mm，利用CLD-3型靜探機進行探頭貫入，數據采集系統為CMT3000型數字多功能靜探儀。

根據鉆孔揭露情況，選擇代表性場地進行十字板剪切試驗。試驗過程中剪切速率取2°/10 s，試驗點間距1 m。根據地層情況共進行了38個點位的十字板剪切試驗，統計結果見表4。

表4 十字板剪切試驗結果統計表

根據表4，判斷②-2b4層淤泥質粉質粘土靈敏度為中等靈敏。

4.4 扁鏟側脹試驗

扁鏟側脹試驗采用浙江建元生產的DMT-T1型扁鏟側脹儀，儀器測力范圍0 MPa～6 MPa，膜片直徑60 mm，鏟頭尺寸230 mm×95 mm×15 mm，試驗間隔取0.5 m。試驗采用靜壓機把扁鏟形探頭壓入土中，利用氣壓使扁鏟側面的圓形鋼膜向外擴張進行試驗，分別測定膜片中心外移0.05 mm和1.10 mm時膜片內側的氣壓P0和P1，由P0和P1通過理論計算可得到地基土的有關參數。采用的估算公式如下：

水平應力指數：KD=(P0-U0)/σv0;

對于粉性土、砂土n=0.47；對于淤泥質粉質粘土n=0.44；對于淤泥質粘土n=0.60。

水平向基床系數：KH=ζ(P1-P0)/ΔS(ΔS=0.001 05 m)。

其中，U0為靜水壓力，kPa；σv0為上覆土層的有效壓力，kPa。

根據扁鏟側脹試驗結果，對14組數據進行了統計分析，統計結果見表5。

表5 扁鏟側脹試驗結果

5 承載力計算及分析

5.1 規范法

取直剪固快標準值Ck=13.067 kPa，φk=10.79°。根據GB 50007—2011建筑地基與基礎設計規范第5.2.5條[6]，承載力計算公式：

fa=Mbγb+Mdγmd+McCk

(1)

其中，b=3.0 m，d=0.5 m，根據規范[6]，Mb=0.2，Md=1.81，Mc=4.27，結合式(1)，計算得到fa=67.4 kPa。

5.2 標準貫入試驗查表法

根據手冊[7]及表3，查表得，地基承載力基本值為60 kPa。

5.3 單橋靜力觸探經驗公式

根據DGJ 08—37—2012上海巖土工程勘察規范[8],對于淤泥質土，天然地基承載力標準值fk=58+0.125ps，得到fk=132.5 kPa，承載力特征值取fk/2，即66.25 kPa。

5.4 十字板剪切試驗經驗公式

根據手冊[7]，地基土承載力計算公式：

q=2Cu+γh

(2)

其中，q為地基承載力；Cu為修正后的十字板抗剪強度；γ為土的重度；h為基礎埋置深度。

根據式(4)，計算得到q=66.5 kPa。

5.5 扁鏟側脹試驗經驗公式

根據手冊[7]，地基土承載力計算公式：

f0=nΔp

(3)

其中，f0為地基土承載力；n為經驗修正系數，粘土取1.14，粉質粘土取0.86。

因此式(3)，n取0.86，ΔP取66 kPa，計算得到f0=56.8 kPa。

從上述計算結果可以看出，無論是通過室內試驗還是現場原位測試得到的地基承載力都較為接近，從而說明，保證現場取土質量及原位測試的真實性，是確保設計參數的根本。根據以上計算結果，并結合當地經驗，綜合確定②-2b4層承載力特征值為60 kPa。

6 結語

1)規范法與十字板剪切試驗經驗公式計算的結果偏大，需折減后使用；扁鏟側脹試驗經驗公式計算結果略偏保守；而標貫試驗通過查表法獲得的承載力最為準確。

2)軟土區地基承載力的確定在缺乏載荷試驗的情況下，需結合室內試驗結果及現場原位測試綜合確定。