十字板剪切試驗在軟土地區地基處理檢測中的應用

王 影

(海南有色工程勘察設計院，海南 海口 570100)

1 概述

在海南沿海一帶廣泛分布淤泥、淤泥質土等軟弱土層，飽和軟土通常具有天然含水量高，高壓縮性、天然孔隙比大、剪切指標低、高靈敏度、物理力學性質差等特點，同時飽和軟土具有一定的結構性，一旦擾動，抗剪強度會發生大幅度的驟減，常規要獲得軟土的強度指標，通常需要采取鉆探取樣工程，而取樣、封存、運輸樣品過程中均會對土樣有一定程度的擾動，土樣的應力環境也發生變化，導致土工試驗的剪切指標偏低，而十字板剪切試驗為軟土層獲得強度指標最行之有效的原位測試手段，與室內土工試驗對比，減少擾動及工作環節，其測定的指標的準確性較好。

2 工程概況

三亞市海棠灣水系工程AK1+470～AK1+590段及AK1+661～AK2+044段場地的軟基預處理采用塑料排水板+堆載預壓法方案[1]。預壓荷載為56.70 kPa～81.00 kPa，塑料排水板深度為6.50 m～25.00 m，目前根據沉降觀測數據與沉降量計算值分析，本區軟土固結度已達到90%。

3 地層巖性

根據巖土工程勘察報告，結合檢測結果，場地土自上而下依次為:

①素填土：灰黃色，松散，稍濕～濕，主要填料為中粗砂，堆載預壓堆積體。

②粗砂：灰黑色、灰色，飽和，松散狀，主要成分為石英、長石等，透水性強，淤泥含量為10%左右。

③淤泥質粉質粘土：灰黑色、深灰色，流塑～軟塑，干強度低，韌性低，切面有光澤，無搖振反應，局部含少量粉細砂和貝殼碎屑。

④粗砂：灰白色，飽和，松散～稍密，顆粒成分為石英質，局部含粘土，分選性差，顆粒級配一般，膠結性一般[2]。

4 十字板剪切試驗結果及對比分析

1)本次十字板剪切試驗檢驗淤泥質粉質粘土中進行，共進行8個鉆孔，其目的是評價堆載預壓后的淤泥質粉質粘土不排水抗剪峰值強度[3]，見表1。

表1 十字板剪切試驗成果分層統計表

2)地基處理前后指標對比，見表2。

表2 堆載預壓處理前后地基土指標對比

3)根據《廣東省海堤工程設計導則(試行)》附錄Q的要求，直剪試驗：

ct=cq+U(ccq-cq)。

tgφt=tgφq+U(tgφcq-tgφq)。

其中，ct,φt分別為時間t時的粘聚力，kPa和內摩擦角，(°)；U為地基土平均固結度，取U=0.9(本項目經過沉降觀測的推算，地基土固結度已達到設計的要求)；cq,φq分別為直剪快剪試驗粘聚力，kPa和內摩擦角，(°)；ccq,φcq分別為直剪固結快剪試驗粘聚力，kPa和內摩擦角，(°)。

根據本次的土工試驗成果，cq=12.7 kPa,φq=2.9°；ccq=19.1 kPa,φcq=8.8°，則：ct=18.46 kPa,φt=8.2°。

4)根據JTS 147—1—2010港口工程地基規范附錄J用十字板剪強度回歸抗剪強度指標計算方法，具體公式如下：

cu=az+b。

cj=b。

其中，μz,μcu分別為z，cu的平均值；a為回歸方程的斜率；b為回歸方程的截距；φj為任一土層j的內摩擦角的回歸值，(°)；K0j為土層j的側壓力系數，本次取值0.70；D為十字板的直徑，m，本次試驗的十字板的直徑規格為0.05 m；H為十字板的高度，m，本次試驗的十字板的直徑規格為0.10 m；Ut為土的平均固結度；γ′為土的有效重度,kN/m3，水位線以上取天然重度，以下取浮重度；cj為任一土層j的粘聚力的回歸值,(°)。

根據十字板剪切試驗成果，結合上述公式進行推導，其中a=0.383 864，b=22.87，φj=5.04°，回歸方程為cu=0.383 864Z+22.87，回歸的剪切指標為cj=22.87 kPa，φj=5.04°。

對比以上的結果分析，采用十字板剪切試驗回歸抗剪強度指標與固結快剪切指標接近，大于直剪快剪指標，符合實際情況。

5 結語

1)十字板剪切試驗對于飽和軟土是行之有效的原位測試手段，數據準確度較高、操作方便，適合軟土廣泛分布的海南沿海一帶，值得推廣。

2)采用十字板剪切試驗回歸抗剪強度指標與固結快剪切指標接近，符合實際情況。