鐵路工程地質勘察中地基承載力的確定方法

趙曉明

工程地質勘察中，地基承載力的建議值是工程勘察文件中不可缺少的重要內容，是為地基設計提供的重要依據，也是工程地質勘察專業(yè)內部乃至與各設計專業(yè)之間見解、分歧較大的問題。合理的確定地基承載力，可以基本確保地基不致因荷載作用發(fā)生剪切破壞，產生過大變形，影響建筑物的安全使用。

由于地基土的復雜性，要準確地確定地基承載力是一個比較復雜的問題。在鐵路工程地質勘察中，確定地基承載力主要有以下幾種方法:1)根據理論公式計算。GB 50007-2002建筑地基基礎設計規(guī)范P23 公式 5.2.5:fa=Mbγ b+Mdγmd+Mcck。 其中，ck為土的粘聚力的標準值;M為由土的內摩擦力角的標準值影響的系數，可見該理論公式主要是用土體的抗剪強度指標計算地基承載力的，即所謂的“彈塑性法”;另一類方法稱為“剛塑性法”，是國外計算地基承載力的主流方法，在此不作贅述。2)根據載荷試驗成果確定。載荷試驗是應用于確定地基承載力最常用的原位測試方法，可以理解為在現場進行的模型試驗，它比較直觀且與實際基礎對地基的作用相似，避開了取樣擾動、試驗、計算和土力學理論的問題，一般認為是比較可靠、可信的確定地基承載力的方法，但必須進行深寬修正。由于載荷試驗的試驗尺寸較小，所以大多應用于實際尺寸較小的基礎。3)查規(guī)范中經驗數據總結的表格。現行的TB 10012-2007鐵路工程地質勘察規(guī)范的附錄D仍有詳細分類的各種地基承載力表，所以在鐵路工程地質勘察中，通過動探、標貫擊數或土的物理指標查詢地基承載力表來確定地基承載力仍是一種重要的方法。同時，TB 10041-2003鐵路工程地質原位測試規(guī)程P48表8.4.2中還表示了黏性土的標貫擊數與塑性狀態(tài)的對應關系，可以間接的用于查地基承載力。

下面以大西客專洪洞跨汾河特大橋汾河河谷地段的地層實際情況為例，分析地基承載力的取值問題。

1 概況

洪洞跨汾河特大橋位于山西省臨汾市洪洞縣境內，在上紀落村與馬牧村之間跨越汾河。橋梁起訖里程 DK475+711.6～DK491+307.33，全長 15 595.73 m。

橋址區(qū)為沖洪積河谷及河漫灘地貌，汾河河床寬約2.6 km，河面寬110 m～200 m，小里程側為高階地，高于河床約 50 m;大里程側為河漫灘，高出河床約5 m。地下水埋深4.5 m～10.2 m(高程447.32 m～454.15 m)。汾河由西北流向東南。

橋址區(qū)所在區(qū)域屬于中溫帶亞干旱區(qū)，季風氣候特征明顯，四季干濕冷熱分明。年平均降水量436.8 mm，年平均蒸發(fā)量1 501.9 mm，歷年最大積雪厚度 19 mm，極端最高氣溫40.4℃，極端最低氣溫-17.9℃，土壤最大凍結深度0.56 m。

地震動峰值加速度0.2g，地震動反應譜特征周期分區(qū)為一區(qū)，地震基本烈度8度。

2 地質特征

表1 基本承載力一覽表

3 確定各地層的地基承載力

在整理大量鉆探、土工試驗、動探、標貫、靜探資料的基礎上，綜合分析各組數據，確定橋址區(qū)各地層的基本承載力，見表1。

1)參照橋址區(qū)附近既有鐵路和新建鐵路橋梁的勘測、施工經驗，在Q3粉質黏土層中深30 m～40 m的位置，柱基施工時貫入難度較大，上、下地層有明顯的差異;此外，區(qū)域地質資料顯示本地區(qū)Q3地層中存在顏色不盡相同的多個古土壤層，以較老的古土壤層頂面作為承載力分界面，把Q3粉質黏土層分為②1，②2兩層。同時分別統(tǒng)計②1，②2的物理力學指標顯示:②2比②1天然密度稍大，孔隙比稍小，壓縮模量平均大 5 M Pa左右，所以Q3粉質黏土層需要按土體的性質分別提供地基承載力。2)黏性土層中標貫擊數反映的土體軟硬程度與對應土體的物理力學指標所反映的土體情況基本吻合，這一點也很好的符合了 TB 10041-2003鐵路工程地質原位測試規(guī)程中表8.4.2的內容。圓礫土層中動探擊數離散比較大，是由于本地區(qū)的圓礫土、碎石土的充填物含量普遍達到30%～40%，且變化較大，使得地層軟硬不均。同樣參照臨近鐵路工程的經驗，將圓礫土層的地基承載力比TB 10012-2007鐵路工程地質勘察規(guī)范附錄D給出的地基承載力降低一級來使用。在鉆探過程中需要采取有效的措施以保證較高的巖芯采取率，盡量做到巖芯完整、原狀，這樣減少對地層的擾動，很好的保障原位測試的順利進行和測試數據的準確性。3)本文在敘述橋址區(qū)主要地層地基承載力的計算過程中，對地層、地震液化判定、水文地質等影響因素做了適當的簡化。在實際工作過程中，是在采用了鉆探、取土試驗、標貫、動探、孔內雙橋靜探及物探剪切波速等綜合勘探手段的基礎上，結合鉆進情況、巖芯鑒定等進行分析比較、相互驗證，提供各地層的基本承載力。

4 結語

1)確定地基承載力這一復雜的問題需要綜合分析，充分利用附近已有工程經驗才可以完成。2)現在的工程項目一般都要采用鉆探、土工試驗、原位測試及物探等多種綜合手段，得到數量可觀的數據、資料，如果可以將這些數據相互檢校，得到適合本地區(qū)實際情況的經驗數據，在行業(yè)內、國內充分實踐應用和檢驗，一定可以使技術人員受益匪淺。本次定測階段，確定地基承載力的建議值就參考了附近一座新建鐵路特大橋的工程經驗，將Q4新黃土層及Q3，Q2粉質黏土層的基本承載力提高20 kPa，更符合實際地層情況，最直接的效果是樁基礎長度平均減少約5 m，節(jié)省了工程造價。3)土的物理性指標或靜力觸探、動力觸探、標準貫入試驗錘擊數，與地基承載力之間是統(tǒng)計學推算出的經驗關系，不是一一對應的理論函數關系，所以在應用各種規(guī)范中地基承載力表時，應對數據進行篩選、統(tǒng)計，保證可靠性和適用性。4)在我國，地基承載力建議值是由勘察單位提供的，大多情況下交給設計單位后就不再考慮了，在工作中造成了很多矛盾，這是存在于我國工程專業(yè)體制里的情況，所以要加速工程專業(yè)的體制改革，使勘察設計一體化，兩個專業(yè)的技術人員只要融合的掌握這個統(tǒng)一的知識體系，就可以從根本上解決問題。

[1] GB 50021-2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2] GB 50007-2002，建筑地基基礎設計規(guī)范[S].

[3] TB 10012-2007，鐵路工程地質勘察規(guī)范[S].

[4] TB 10041-2003，鐵路工程地質原位測試規(guī)程[S].

[5] 顧寶和.地基承載力的來龍去脈[J].工程勘察，2004(3):9-12.