轨道交通基床系数测定方法应用研究

韩 丹

(南京南大岩土工程技术有限公司，江苏 南京 210000)

1 概述

据GB 50307城市轨道交通岩土工程勘察规范定义，在外力作用下，单位面积岩土体产生单位变形时所需压力称为基床系数，其根据岩土体受力情况可分为水平基床系数和垂直基床系数[1]。基床系数不单纯是土的性质指标，其取值受土的类型和状态、基础形状和埋深、地基刚度、基底面积、荷载作用时间等因素综合影响，是轨道交通岩土工程勘察需要测定的重要参数之一。

近年来，国内外学者通过大量试验研究总结出多种基床系数确定方法，主要包括原位测试法(载荷试验、旁压试验、扁铲试验)、室内试验法(三轴试验和固结试验)、经验公式法与经验值法等[2-4]。其中，室内试验法在实践中应用较多，尤其当现场试验难以实施时，采用室内试验更加简单、经济。就轨道交通基床系数测定方法而言，GB 50307给出了三轴试验和固结试验基床系数计算公式，但具体如何实现，需要工程技术人员在实践中探索、总结。本文以南京轨道交通九号线初勘工程项目为例，着重论述基于固结试验法的基床系数测定方法，并结合扁铲试验数据和地区经验数据分析试验成果准确性，给出合理的基床系数修正思路。

2 地质条件

3 固结试验方法

3.1 数据采集

试验采用智龙全自动气压固结仪，气压加压可消除荷载增加的冲击力影响，提高试验数据准确性。试验过程电脑控制，自动判稳。

数据采集选择快速固结法，由于试验段为淤泥质粉质粘土，根据工程经验，对于高压缩性、流塑状的淤泥质土，临塑荷载一般在50 kPa左右，试验选择从较小的压力12.5 kPa开始，荷载增加顺序按12.5 kPa,25 kPa,50 kPa,100 kPa,200 kPa,400 kPa,800 kPa,1 600 kPa进行，每间隔1 h施加一级荷载，记录每级压力下的历时变形量，采用末级判稳标准，施加末级荷载24 h后，若每小时变形量不超过0.01 mm，结束试验。

3.2 数据处理

根据固结试验中测得的应力与变形关系确定基床系数，可采用式(1)[1]：

(1)

其中，h0为样品高度，m；em=(e1+e2)/2为试验过程中孔隙比的平均值；σ2-σ1为应力增量，MPa。

由于基准基床系数是由边长为30 cm的方形承压板通过荷载试验测得，实际应用中承压板的面积不同，且基床系数K大小受基础宽度影响，需要将非标准尺寸承压板测得的基床系数根据土类修正为基准基床系数，对于粘性土，可按式(2)换算[5]：

(2)

室内压缩试验测试深度为样品高度20 mm，荷载试验测试深度为承压板影响范围内深度，考虑到彼此差异，取样品直径B=61.8 mm，样品高度h0=20 mm，测试深度影响因素β按B/h0=3.09考虑，代入式(2)中得K1≈0.067K。经计算，试验段淤泥质粉质粘土层基床系数统计值如表1所示。

表1 试验段基床系数测定统计值 MPa/m

4 成果分析

由于不同试验方法和试验条件测定的基床系数数值结果存在较大差异，近年来各地区通过原位测试等手段积累了大量的资料，形成了地区经验值。为验证试验段固结试验成果可靠性，另对中保站进行扁铲侧胀试验，获取了对应的基床系数。本文将固结试验数据与扁铲试验数据、地区经验值进行对比分析，综合确定试验段基床系数。

根据地区经验，软土(包括软粘性土、软粉土、淤泥质土等)水平基床系数为1 MPa/m～12 MPa/m,垂直基床系数为1 MPa/m～10 MPa/m[6]，由表1可以看出，固结试验法未修正数据和扁铲试验数据均比地区经验值大，其中固结试验未修正结果比经验值大20倍左右，扁铲试验结果比经验值大10倍左右。

固结试验法取样方便、快捷，同时取垂直、水平向试样进行试验，测试周期短，费用低，但取样过程易扰动，样品选取代表性、均匀性以及试验方法本身缺陷等方面均影响着试验结果，试验数据不宜直接使用，而对基础宽度、影响深度等参数进行修正后的数据则接近地区经验值。由于地基土层垂直方向长期受自重应力作用，理论上土样垂直方向的物理力学性质应优于水平方向，即垂直基床系数大于水平基床系数，由于本试验段土层深度有限，并未明显体现该规律，两个方向数值相近。

扁铲试验是原位测试的一种方法，测试中能基本保持土体的原位应力状态，但由于受基础性质(刚度、尺寸、形状等)、试验荷载增加速率等因素影响，特别是本试验中扁铲侧头对灵敏性软土的扰动，试验值与经验值存在一定差距，不宜直接使用，同样应注意修正。

采用室内试验手段确定基床系数在实践中应用较多，但常存在着与载荷试验结果及地区经验值有较大误差的现象。综合分析以上测试结果，本着“安全、经济、合理、可行”的设计原则，结合固结试验修正结果和地区经验值，考虑1.3～1.5的安全系数，建议试验段基床系数综合取值如表2所示。

表2 试验段基床系数综合取值 MPa/m

5 结语

基床系数是轨道交通勘察的一项重要参数，室内固结试验简单、经济、快速，在实践中应用广泛，但因方法局限性和理论依据不充分，试验数据与原位测试结果相差较大。本文以南京轨道交通九号线初勘工程项目为例，利用扁铲试验数据和地区经验数据修正固结试验数据，取得了较好的效果，可为室内固结试验法准确测定基床系数积累经验。后续如何完善试验理论及规范试验流程仍是轨道交通基床系数测定工作有待进一步研究的方向。