十字板剪切试验确定软土地基承载力的研究

韩 鹏

(天津市北洋水运水利勘察设计研究院有限公司，天津 300000)



十字板剪切试验确定软土地基承载力的研究

韩 鹏

(天津市北洋水运水利勘察设计研究院有限公司，天津 300000)

采用查表法和经验公式法，估算了天津滨海软土地基的承载力，从适用性、便捷性以及计算结果等方面，对两种方法进行了对比分析，结果表明《软土地区岩土工程勘察规程》推荐的经验公式物理概念清楚、计算方便，适用性最好。

地基承载力，十字板剪切强度，经验公式法，查表法

十字板剪切试验经过60多年的发展，目前已经广泛的应用于沿海软土地区的实际工程中。目前，十字板剪切试验成果的应用范围主要包括确定地基承载力、计算单桩承载力、计算边坡稳定、判定软粘性土的固结历史和检测软土地基的加固效果等方面。在天津滨海地区，十字板剪切强度在计算边坡稳定和检测软土地基的加固效果方面应用较为广泛，积累的工程经验较为丰富。相比之下，在确定软土地基承载力方面十字板剪切强度的应用相对较少，工程经验相对欠缺。如何更好的将十字板剪切试验应用于软土地基承载力的估算，成为制约十字板剪切试验发展的重要因素之一。本文将以天津滨海地区的实际工程为基础，采用查表法和经验公式法对天津滨海软土地基承载力进行估算，结合地方实际工程经验对两种方法的适用性及便捷性进行分析。

1 地基承载力计算方法

计算地基承载力的方法有载荷试验或其他原位试验、理论公式法和查表法。查表法确定地基承载力在天津积累较多的工程经验，天津市地方规范《岩土工程技术规范》中第2.2.1～5.2.9条对采用物理指标确定地基土的承载力进行了详细的说明。在天津地区工程勘察设计人员主要采用载荷试验、理论公式法和查表法来估算地基承载力，很少采用十字板剪切强度估算软土地基承载力。目前，根据十字板剪切试验计算软土地基承载力经验公式法主要有两种:第一种是《岩土工程勘察规范》介绍的中国建筑科学研究院、华东电力设计院公式；第二种是《软土地区岩土工程勘察规程》推荐公式。

1.1 查表法

本文中查表法的依据为DB 29—20—2000岩土工程技术规范，该规范对根据物理指标确定地基承载力进行了详细的规定。对于淤泥和淤泥质粘土该方法的基本思路如下：首先获得目标土层的含水率统计指标，其次查询相应的经验表格确定地基承载力特征值。淤泥和淤泥质粘土地基承载力特征值的查询表见表1。

表1 淤泥和淤泥质粘土承载力特征值查询表

表1中含水率指标是某土层含水率指标的平均值，地基承载力特征值通过直接查表或经过内插后查获得。

1.2 经验公式法

目前根据十字板剪切强度确定地基承载力的经验公式有两种，第一种经验公式为“中国建筑科学研究院、华东电力设计院公式”，第二种经验公式为《软土地区岩土工程勘察规程》推荐公式，这两种经验公式的含义以及使用说明详见下文：

1)中国建筑科学研究院、华东电力设计院公式(下文中称式(1)，式(2))：

(1)

随着我国机动车数量的不断增加，交通事故数量呈幂级数上涨，不仅增加了交通管理的难度，还降低了道路的通行能力。因此，如何有效地降低交通事故成为现代市政主管部门和公路主管部门的一大难点。交通标志标线的设置是道路设计和运营过程中一个重要的组成，能否合理的设置，直接决定公路信息传递的有效性。其他安全设施的设置直接关系交通行驶的安全性，并可以在一定程度上减少交通事故的发生。

十字板剪切强度的修正方法：

(2)

目前国内主要采用的十字板剪切强度的修正方法有两种，一种是由Daccal等提出的修正方法，另一种是我国TB 10041—2003铁路工程地质原位测试规程中对规定的方法。本文中十字板强度修正系数执行TB 10041—2003铁路工程地质原位测试规程的规定，即：当Ip≤20时，取μ=1；当20

2)《软土地区岩土工程勘察规程》推荐公式(下文中称式(3))：

fa=10+2.5Cu

(3)

其中，fa为地基承载力特征值，kPa；Cu为十字板抗剪强度，kPa。对于饱和粘性土Cu>100取100；淤泥质粘土Cu>50取50。

2 实例应用

2.1 试验土层对象的物理指标及十字板剪切强度指标

根据勘察室外勘察记录和室内土工试验记录，该土层呈灰色，流塑状态，无层理，含有机质，属高压缩性土。该土层在天津滨海新区均有分布，本文中该土层的物理力学指标的统计均以天津滨海地区的实际工程项目为基础，经过对该地区5个工程实例的统计分析，该土层的物理指标和十字板剪切强度指标见表2，表3。

表2 土体的物理指标

表3 土体的十字板剪切强度统计表

2.2 地基承载力计算结果分析

结合上文淤泥及淤泥质粘土层的物理指标和十字板剪切强度指标，分别采用查表法和经验公式法确定淤泥和淤泥质粘土的地基承载力特征值。计算结果如表4所示。

表4 地基承载力特征值计算结果表

从表4可以看出，无论是淤泥还是淤泥质粘土，查表法获得的地基承载力特征值最大，式(3)法次之，式(1)，式(2)法获得的地基承载力特征值最小。其中式(1)，式(2)法获得的地基承载力较天津滨海地区的实际工程经验相对偏小；查表法确定的地基承载力特征值较天津滨海地区的实际工程经验相对偏大；式(3)法确定的计算结果与天津滨海地区的实际工程经验匹配相对较好。

2.3 查表法及两种经验公式方法的差异性分析

查表法、式(1)，式(2)法及式(3)法之间存在较大的差异，从估算地基承载力时考虑的物理力学指标、基础埋深、基础宽度和掌

握的难易程度四个方面，分别对上述计算地基承载力的方法进行对比分析，分析结果详见表5。

表5 查表法及经验公式法的对比表

3 淤泥质粘土地基承载力特征值的修正问题

根据岩土工程技术规范第4.0.2条和5.2.6条可以看出，当基础埋置深度不小于0.6 m时，查表法确定的地基承载力特征值需要进行深度修正。修正公式如下：

fak=fa+γd(d-1.0)

(4)

其中，fak为修正后的地基承载力特征值，kPa；fa为地基承载力特征值，kPa；γd为土的重度，kN/m3；d为基础埋深，m。

根据建筑地基基础设计规范第5.2.4条，当基础宽度大于3.0 m或埋置深度大于0.5 m时，由原位测试和经验值方法确定的地基承载力特征值需要进行修正。修正公式如下：

fak=fa+γd(d-0.5)

(5)

其中，fak为修正后的地基承载力特征值，kPa；fa为地基承载力特征值，kPa；γd为土的重度，kN/m3；d为基础埋深，m。

4 结语

1)在基础埋深h≤0.5 m时，查表法、式(3)法及式(1),式(2)法确定的地基承载力特征值具有依次减小的规律。2)查表法和式(3)法易于理解和掌握，这两种方法均为考虑基础埋深和基础宽度对地基承载力的影响。3)式(1)，式(2)法相对复杂，需要确定十字板剪切强度的修正系数和基础的埋置深度，才能确定地基承载力特征值；该方法仅考虑了地基埋深对地基承载力的影响，未考虑地基宽度对地基承载力的影响。4)三种方法在确定天津滨海软土的地基承载力时，式(3)法的适用性最佳。5)根据十字板剪切强度进行软土地基承载力设计时，尚缺乏有关基础埋深和基础宽度两方面的经验积累。

[1] DB 29—20—2000，岩土工程技术规范[S].

[2] GB 50021—2009，岩土工程勘察规范[S].

[3] JGJ 83—2011，软土地区岩土工程勘察规程[S].

[4] 常士骠，张苏民.工程地质手册[M].第4版.北京：中国建筑工业出版社，2007.

[5] GB 50007—2011，建筑地基基础设计规范[S].

On identification of soft-soil foundation loading capacity with vane shear test

Han Peng

(TianjinBeiyangWaterTransportandConservancySurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,Tianjin300000,China)

The paper adopts the look-up table method and experience formula method, estimates the loading capacity of the coastal soft-soil foundation of Tianjin, undertakes the comparative analysis of the two methods from the adoptability, convenience, and calculation results, and proves by the result that the experience formula recommended bySurveyRegulationforGeotechnicalProjectofSoft-SoilAreasare clear in concepts and convenient for calculation with the best adoptability.

basement loading capacity, vane shear stiffness, experience formula method, look-up table method

1009-6825(2016)11-0092-02

2016-01-30

韩 鹏(1987- )，男，助理工程师

TU447

A