浅谈室内固结法计算地基基床系数

刘盖　沈亚兰　汤娜娜

摘要：基床系数是地质勘查的重要参数。本文引用已有的基床系数的研究成果的取值现状的计算值与规范给出的经验值做对比， 经过试验分析研究，对室内固结试验方法基床系数的取值相关问题进行对比，以供同仁参考。

Abstract： The bed coefficient is an important parameter for geological exploration. In this paper， the calculated value of the existing research results of the bed coefficient is compared with the empirical value given by the specification. After the experimental analysis， the problems related to the value of the bed coefficient of the indoor consolidation test method are compared，for the reference of colleagues.

關键词：室内固结法;地基;基床;计算;系数

Key words： indoor consolidation method;foundation;bed;calculation;coefficient

中图分类号：TU470                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）23-0171-02

0  引言

基床系数一般是城市地下工程设计作为重要的一个参数之一，基床系数数值的准确性直接关系着工程的质量和安全性;南京地区基床系数的综合确定是参照原位测试、室内试验结合《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）附录H以及江苏省《岩土工程勘察规范》（DGJ32/TJ208-2016）附录J综合确定。笔者历经南京地铁十号线、十二号线、九号线以及宁句线地铁勘察，针对本地区地铁勘察确定基床系数的研究现状和地铁设计的特点，对室内固结法计算基床系数进行了研究，结合大量工程经验，充分研究前辈们对基床系数的研究基础上，给出室内固结试验确定黏性土和砂性土的基床系数边界条件。

1  基床系数K的定义

基床系数一般是指地基土在外力的情况下产生单位变形时所需的应力，可以称呼弹性抗力系数或地基反力系数，其相关系数可表示为：K=P/S ;K—基床系数（MPa/m）;P—地基土所受的应力（MPa）;S—地基的变形（m）。

基床系数与地基土的类别（粘性土、砾状土）、土的状况包含密度与含水量，物理力学特性、基础的形状及作用面积有关。基床系数用于模拟地基土与结构物的相互作用，计算结构物内力及变形。

2  规范规定的基床测试方法与分析

2.1 规定系数的测试法

地基土的基床系数K可由原位载荷板试验（或K30试验）结果计算确定。再想到荷载板尺寸的相关因素，K值会跟基床宽度B的增加而会有所降低。

一般在建工程项目所使用的K30荷载板试验是用直径为30cm的承受板，所测定土的K30值。而K30值一般是在p-s曲线上对应地基土的变形为0.125cm时的p值与p0.125变形的比值：K30=P0.125/0.125。

2.2 基床系数的室内试验

由于原位荷载板试验受试验方法的局限性，一般情况是在施工阶段对地表土层和基坑开挖深度范围内的地基基床系数进行测量。在进行勘察工作中，不开挖的情况下，很难直接测量土壤表层以下的土壤。在具体的岩土工程勘察过程中，通常采用原位试验、室内试验、结合经验值等方法进行综合性分析。

规范规定三轴试验法：三轴试验是将土样经饱和处理后，在K0状态下固结，对一组土样分别做试验：σ3=K0rh， σ1=rh;n=Δσ3/Δσ1=0.0，0.1，0.2，0.3

固结试验法：根据固结试验中测得应力与变形关系来确定基床系数K：

K=（σ2-σ1）*（1+em）/（（e1-e2）*h0）;（σ2-σ1）—应力增量（MPa）;（e1-e2）—相应的孔隙比减量;em—em=（e1+e2）/2;h0—样品高度（m）。

2.3 固结试验方法现状分析

①多年来，对于基床系数试验以及取值，前辈们做出了大量辛苦努力，譬如仲锁庆等在《地基土基床系数研究》一文中给出采用E1-2近似给出估算基床系数的公式。

对于砂土、粉土，计算公式为：K1△≈1.85 Es1-2

对于粘性土，计算公式为：K1△≈3.30 Es1-2

②彭友君在《地铁设计中基床系数的解决方案》一文中建立基床系数k与压缩模量Es的关系。基本设定为：1）地铁荷载具有线性荷载的特点，当基础的长度与宽度之比大于3时，地铁荷载按条形基础荷载来考虑;2）基床系数的取值基于 K30圆形板载荷试验的结果。

对于粘性土基床系数：K=7.60×（1-μ-μ2）Es/（1-μ）（1-μ2）

砂性土基床系数： K=2.55×（1-μ-μ2）Es/（1-μ）（1-μ2）

式中： K—基床系数（MPa/m）;

μ—土的μ为土的泊松比;

Es—土的压缩模量。

结合K30定义，指地基土的变形为0.125cm时的p值与p0.125变形的比值，即对于直径为30cm的承载板，变形为0.125cm视为弹性变形范围。而对于常用固结法试验，Es1-2指固结压力为100～200kPa对应的孔隙比变量，该压力段是否为弹性变形范围内值得商榷，应结合土性、状态综合确定压缩模量。

3  经验系数关系公式

①基床系数与K与标准贯入击数N的经验关系

参考谢旭升等（1996）及其他有关资料，基床系数K与标准贯入击数N的经验关系式为：K=（1.5～3.0）N

也可由标准贯入击数N推算水平基床系数和垂直基床系数的公式为：

水平基床系数  Ks=4N

垂直基床系数  Kc=2N

②基床系数K与无侧限抗压强度qu经验关系

黏土可根据无侧限抗压强度qu推算水平基床系数和垂直基床系数的公式为：

水平基床系数  Ks=（8～12）qu

垂直基床系数  Kc=（4～6）qu

③经验值

经验值根据江苏省《岩土工程勘察规范》（DGJ32/TJ208-2016）附录所取值。

4  实际工作经验总结与对比

4.1 工程经验总结

结合我司在南京地铁南京地铁十号线、十二号线、九号线以及宁句线地铁勘察经验，在彭友君在《地铁设计中基床系数的解决方案》一文中建立基床系数 k 与压缩模量Es 的关系基础上，结合地区土质特性，给出压缩试验成果与垂直基床系数的经验计算方法见表1。

4.2 案例佐证

以南京过江隧道采集土样用固结法计算基床系数与经验数据进行验证对比见表2。

5  结论

①结合前辈对基床系数研究理论以及基床系数原理，提出固结试验法根据不同试验压力段计算基床系数。②根据南京区域地质条件，提出不同土的状态、类别选取不同压力段计算垂直基床系数与经验值相吻合。

参考文献：

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