十字板剪切试验在软土勘察中的应用

高林，李亚军

（1. 广东佛山地质工程勘察院，广东 佛山528000；2. 广东省佛山地质局，广东 佛山528000）

1 引言

根据JTG 3363—2019《公路桥涵地基与基础设计规范》，软土为滨海、湖沼、谷底、河滩等处天然含水量高、天然孔隙比大、抗剪强度低的细粒土，其鉴别特征为：天然含水量≥35%或液限，天然孔隙比≥1.0，直剪内摩擦角宜小于5°，十字板剪切强度＜35kPa，压缩系数宜大于0.5MPa-1；根据《工程地质手册（第五版）》，软土是指天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限、具有高压缩性、低强度、高灵敏度、低透水性和高流变性，且在较大地震作用下可能出现震陷的细粒土。各规范、手册和标准对软土的表述虽不统一，但大体一致，都强调软土包括淤泥、淤泥质土、泥炭质土等。软土在我国分布尤为普遍，特别是湖南、江苏及两广等东南地区最为常见。软土因含水量大，天然孔隙大、压缩系数比较小，承载能力较低，一般情况下需经过地基处理后再作为建构物的持力层。因此，在岩土工程勘察过程中，需重点查明软土的分布情况及其承载能力。

在软土地基的勘察中，多采用现场原位测试结合室内试验确定软土的物理力学指标和承载能力。由于饱和软土一般情况下承载能力低、受荷易变性、灵敏度较高等特点，在取样、运输、切样及试验过程中，会受到不同程度的扰动，导致室内试验得到的物理力学参数失真。而现场原位测试则能避开软土取样、运输、切样等过程，极大地降低试验操作过程对软土造成的扰动，从而得到较为准确的物理力学参数。十字板剪切试验因其构造简单，操作方便，广泛运用于软土地基现场原位测试中。

2 工程概况

拟建截污管线主要沿村道（堤路）铺设，拟主要采用明挖方法施工，管道埋深约1.2～3.0m，局部（过桥、河段）拟采用顶管法施工，管道埋深约6～8m。基础拟采用天然地基基础或复合地基基础，管道采用DN400mm～DN500mm 的HDPE 中空壁塑钢缠绕排水管，其他设计条件由设计确定。

3 地层岩性

经钻探揭露，在钻探深度范围内，本场地地基土由第四系人工填土层（Qml）、第四系海陆交互相淤积层（Qal）组成。具体分层自下而上为：①人工填土：平均厚度2.71m；②淤泥、淤泥质土：层厚1.00～20.20m；③淤质粉砂：层厚0.50～12.70m。

4 工程应用

4.1 土层物理力学参数

根据岩土工程勘察报告及室内土工试验结果，将本次勘察范围内钻孔揭露的软土层物理力学参数统计汇总如表1 所示。

表1 土层物理力学参数统计成果

4.2 十字板剪切试验结果

对试验资料进行统计所得各土层现场十字板剪切试验参数统计值供设计及地基处理参考，如表2 所示。

表2 现场十字板剪切试验统计成果

共选定试验孔3 个，试验33 点次，原状土抗剪强度、重塑土抗剪强度和灵敏度有效统计数据28 个，平均值分别为33.3kPa、11.3kPa、3.1。

4.3 强度修正

十字板剪切试验长期强度约为峰值强度的60%～70%，所以，有必要在使用中对实测值进行修正[1]。

依据《工程地质手册》（第五版）[2]推荐按式（1）进行修正：

式中，Cu为不排水剪抗剪强度修正值，kPa；μ 为修正系数；Su为十字板剪切试验不排水剪抗剪强度现场实测值，kPa。

修正系数的选取，仅介绍《工程地质手册》（第五版）推荐的2 种方法：

1）修正系数依据图1 取值，其中，曲线1 适用于IL＞1.1 的土，曲线2 适用于其他情况的软土。

图1 修正系数

2）TB 10018—2018《铁路工程地质原位测试规程》规定：当塑性指数IP≤20 时，折减系数μ=1.0；当塑性指数20＜IP≤40时，折减系数μ=0.9。

中山市港口地区软土采用上述2 种方法得到的修正系数如表3 所示。

表3 修正系数μ

中山市港口镇地区软土的塑性指数IP均小于20。从保证安全的角度出发，本区的修正系数按《工程地质手册》（第五版）推荐的方法取值，原状土与重塑土的修正系数μ 均取0.83。修正后的抗剪强度原状土标准值Cu=23.99kPa；重塑土标准值Su=7.90kPa；修正后的灵敏度St=23.99/7.90=3.1。

4.4 推求地基承载力

1）初步判定软土地基承载力特征值时，可按式（2）估算：

式中，fak为地基承载力特征值，kPa；γ 为土的天然重度，kN/m3；h 为基础的埋置深度，m。

根据表1 得到港口镇地区原状淤泥土的地基承载力特征值为fak=2×23.99+18.2×1=66.18kPa，但需要经深宽修正后才可以使用。

2）当基底偏心距e≤0.033b 时，可依据十字板剪切试验确定的抗剪强度按式（3）计算软土的地基承载力特征值，但应注意验算地基变形：

式中，fa为软土的地基承载力特征值；Mb、Md、Mc为承载力系数；b 为基底宽度；ck为基底下土层的黏聚力标准值；γ 为基底下土的天然重度；γm为基底面以上土的加权平均重度，所以，得到承载力特征值的计算公式为fa=3.14Cu。

以此推算港口镇地区试验范围内原状淤泥土fa=3.14Cu=3.14×23.99=75.33kPa，不需要进行深、宽修正。

由式（2）和式（3）计算得到的中山市港口镇地区本试验范围内软土的地基承载力特征值分别为66.18kPa、75.33kPa，结果较为吻合，但需注意的是前者需进行深、宽修正后才可使用，而后者不需要进行深、宽修正。

5 结论

综上所述，得到以下结论：

1）值需经修正才可使用，文中参考《工程地质手册》（第五版）仅给出了2 种修正方法，建议在实际应用中，修正系数的选取应结合地区经验选取或进行现场平板载荷试验来确定修正系数选取的正确性。

2）式（2）与式（3）两种推求地基承载力的方法，使用中应注意：由式（2）计算得到的地基承载力特征值需进行深、宽修正，而由式（3）计算得到的地基承载力特征值不需要进行深、宽修正。