法国规范中旁压实验计算浅基础承载力

王沈力 李伟利 贲 柯

(甘肃中建市政工程勘察设计研究院，甘肃兰州 730000)

1 概述

旁压试验是一种现场土壤荷载试验，借助一三腔探头和可控压力进行试验。其方法是在土体里使一圆柱形探头径向扩张、膨胀，以确定根据程序对土壤加载和径向位移之间的关系，得到土壤旁压极限压力和旁压模量，可以用来计算地基承载力。旁压实验适用于各种饱和或非饱和的原状土，包括淤泥、软粘土、粉土、砂土以及岩石;其同样适用于回填材料或其他应用于岩土工程的人工材料。但应注意对于岩石地层，旁压实验仅适用于岩石饱和单轴抗压强度小于5 MPa 的情况。法国规范中强调原位测试，特别是旁压实验，能够直接用于计算地基承载力的方法仅旁压实验和静力触探实验两种。在工程实践中梅纳尔旁压实验应用广泛，其源自法国，经过几十年的积累，建立了大量旁压极限压力、旁压模量与地基承载力，桩基极限摩阻力间的相关关系，在重要构造物基础设计中的地位是不可替代的。

2 方法原理

法国规范中旁压实验用于确定浅基础地基承载力时竖向测点间距一般为1.0 m～2.0 m，测试深度不小于基底面以下1.5 倍基础宽度。通过各测试点地基土的极限压力Pl和旁压模量Em，可确定不同水平级别地基土的力学性质，通过由旁压实验确定承载力的关系公式计算得出地基承载力。

2.1 计算参数

旁压实验计算浅基础地基承载力的公式中引入了当量限定压力();当量嵌入高度(De)和承重系数(Kp)等参数，各参数定义及计算方法如下:

a.均匀地层:指基底面以下1.5B(B 为基础宽度)深度范围内的地层由相同的土层或者性质相互兼容的同一类型土层组成。这种情况如图1 所示。如图1 所示，根据各水平级别值，可拟合一条直线代表各深度净极限压力:

深度D～D+1.5B 范围内地层的当量限定压力为:

其中，ze=D+

b.非均匀地层:指基础底面以下1.5B 深度范围内的地层由不同类型或力学性质不同的土层组成。这种情况如图2 所示。

图1 均匀地层计算剖面示意图

图2 非均匀地层计算剖面示意图

如图2 所示，在深度D～D+1.5B 范围内，地层的当量限定压力为:

2)当量嵌入高度(De)。

当量嵌入高度De是常规计算参数。非承重土层的力学特性通常比承重土层的力学特性低(通常De＜D)，当考虑到这种情况时，要用到De参数计算土层的承重系数Kp，注意不要把嵌入高度De与基础在土层中的高度D 相混淆。

旁压实验通过如下公式计算当量嵌入高度De:

3)承重系数(Kp)。

承重系数Kp是根据地层性质、嵌入深度De、基础宽度B 和长度L 来确定的地基土承载能力的综合修正系数。

各类土层承重系数Kp计算公式如表1 所示。

表1 地基土承重系数计算公式表

2.2 计算方法

由旁压实验计算地基承载力时，首先通过计算确定当量限定压力、当量嵌入高度De和承重系数Kp。

对于宽度为B，长度为L，埋深为D 的中心垂向荷载作用下的浅基础，可以得到地基土极限承载力qu:

其中，γ 为基础底面以上地基土容重。

极限承载力qu除以安全系数F 可得到地基容许承载力Qadm，安全系数可根据构造物特征和重要性等级确定，一般情况下取安全系数F=3。

2.3 特殊条件下应注意的问题

1)基础在水平地层上承受集中倾斜荷载。当作用在基础中心的应力与垂直向夹角为δ 时，考虑到应力的偏斜、土层的性质和相应的基础埋深，Kp·数值需要乘以一个折减系数iδ，可按图3 取值。

图3 中粘土、冲积层、白垩系地层、泥灰岩、钙质泥灰岩及岩石折减系数iδ=Φ1(δ);砂土和砾石折减系数iδ=Φ2(δ)。

图3 中De为当量嵌入高度，B 为基础宽度。

2)基础在水平地层上承受偏心荷载。当基础存在偏心荷载时，应计算出参与计算的宽度B':

用B'替代基础宽度B，按照公式进行承载力计算。

图3 各土层折减系数

3 典型算例

假设某浅基础，宽度B=10 m，长度L=30 m，埋深D=2.0 m，基础承受垂直向集中荷载，无偏心作用，地基属非均匀地层。计算示意剖面如图4 所示。

图4 计算剖面示意图

旁压实验自地面开始，测点间距为1.0 m，实验数据如表2 所示。

表2 实验数据表

根据表2 实验结果，计算第②层粘土的承载力:

取2 m～10 m 旁压极限压力，计算其几何平均数，即为第②层粘土的当量限定压力。

当量嵌入高度计算中D=2.0 m，d=0 m。

第②层粘土属A 类土，应选取表1 中的第一个公式进行计算:

则极限承载力为:

取安全系数为3。

则地基容许承载力为:

4 结语

1)按照法国规范旁压实验计算地基承载力的方法所得的承载力值并非定值，其值与基础长、宽及埋深相关。

2)旁压实验是一种原位土壤荷载实验，能够较为准确地反映原状地层的力学性质，法国规范中规定的承载力计算方法基于旁压实验，经数十年工程经验积累，其计算公式较为完善，计算过程较为严谨，可靠度高。旁压实验由于其广泛的适用性和较高的可靠性，在法国规范中应用广泛，而国内旁压实验应用不够广泛，其测试原理和计算方法值得国内工程师学习借鉴。

3)通过该方法计算所得的地基承载力能够较为准确地反映地基承载能力，为基础设计人员提供可靠参考，一定程度上可以避免因过度保守而造成的浪费。

4)法国规范中每个单体构造物均要求布置一定数量的旁压实验，用于确定每个地基承载力，考虑到了不同构造物相同地基土的差异性，从而使基础设计更加具有针对性，有别于我国勘察报告中通常是对同一层地基土整体进行评价，这点值得我国工程技术人员借鉴。

［1］EQUE 93—10—117C，土建工程基础设计和计算的技术规定［S］.

［2］NF P 94—110，梅纳尔旁压实验［S］.

［3］XP P 94—011，土壤的描述、鉴别和命名［S］.

［4］XP P 94—010，岩土工程勘察和实验名词、术语和符号汇编［S］.

［5］甘肃中建市政工程勘察设计研究院.阿尔及利亚CHERCHELL 绕城高速公路项目勘察报告［R］.2015.