基坑圍護(hù)中參數(shù)選擇與靜探試驗(yàn)關(guān)系的探討

趙 榆

(同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海 200092)

0 引言

隨著科技水平的發(fā)展、人民生活水平的提高，對(duì)空間的需求越來(lái)越高，城市中心大型地下空間的開(kāi)發(fā)已成為了一種趨勢(shì)。近年來(lái)，地下空間開(kāi)發(fā)行業(yè)的形勢(shì)趨于規(guī)模越來(lái)越大、深度越來(lái)越深、施工場(chǎng)地越來(lái)越緊張、施工條件越來(lái)越復(fù)雜，從而，基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)也越來(lái)越重要。而在工程實(shí)踐中，由于大部分基坑圍護(hù)具有臨時(shí)性的特點(diǎn)，安全系數(shù)取值均較低，或大或小的事故時(shí)有發(fā)生。為了在經(jīng)濟(jì)合理的前提下進(jìn)行更切合實(shí)際的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)，選擇合理的巖土測(cè)試參數(shù)就成為了目前工程實(shí)踐中的重要問(wèn)題，其中具有代表性的就是剪切強(qiáng)度指標(biāo)。

1 目前工程實(shí)踐中剪切強(qiáng)度指標(biāo)的選擇原則

在基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)中，從土壓力計(jì)算到整體穩(wěn)定性驗(yàn)算、坑底抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算、抗水平滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算等，都離不開(kāi)巖土測(cè)試參數(shù)中的土層剪切強(qiáng)度指標(biāo)。而目前各土層的剪切指標(biāo)主要來(lái)源于土工試驗(yàn)指標(biāo)。

具體來(lái)說(shuō)，在工程實(shí)際中應(yīng)用的土層剪切試驗(yàn)指標(biāo)主要指兩種不同的試驗(yàn)方法確定的指標(biāo):一種是三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，一種是直剪固結(jié)快剪指標(biāo)。

根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范DG/T J08-61-2010基坑工程技術(shù)規(guī)范修訂內(nèi)容，目前統(tǒng)一規(guī)定對(duì)板式支護(hù)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一按水土分算考慮，相應(yīng)的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)采用土的有效指標(biāo)C'，Φ'。為了彌補(bǔ)忽略不排水剪切時(shí)產(chǎn)生的超靜孔壓影響，并考慮到實(shí)際情況，可采用總應(yīng)力指標(biāo)即三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)強(qiáng)度指標(biāo)Ccu，Φcu按水土分算的方法進(jìn)行計(jì)算。然而，在目前的基坑工程設(shè)計(jì)中，一方面設(shè)計(jì)人員習(xí)慣于用直剪固結(jié)快剪指標(biāo)Ccq，Φcq進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算;另一方面，目前的工程地質(zhì)勘察報(bào)告中一般只提供土的直剪固結(jié)快剪指標(biāo)。根據(jù)收集資料，對(duì)比分析后，得出結(jié)論如下:采用這兩種不同指標(biāo)計(jì)算的支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力(彎矩、剪力)與最大水平位移略有差異，但差異值并不大。

所以，目前在工程實(shí)踐中，仍可以選擇三軸固結(jié)不排水剪切試驗(yàn)測(cè)定的峰值強(qiáng)度指標(biāo)，也可以選擇直剪固結(jié)快剪試驗(yàn)峰值強(qiáng)度指標(biāo)。

但是，需要注意的是，上述這些指標(biāo)雖然常在實(shí)踐中應(yīng)用，但是它們來(lái)自于土工試驗(yàn)室，無(wú)論是取土樣的過(guò)程，還是實(shí)驗(yàn)室制備試樣的過(guò)程，或者實(shí)驗(yàn)?zāi)M條件，甚至實(shí)驗(yàn)人員個(gè)體的不同，都對(duì)土樣的試驗(yàn)結(jié)果有著不同程度的影響。在實(shí)踐中，我們發(fā)現(xiàn)，上海地區(qū)和江蘇地區(qū)的同樣試驗(yàn)條件下的類(lèi)似土樣，剪切試驗(yàn)指標(biāo)也有所不同，差異甚至可達(dá)15%以上，這一現(xiàn)狀給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了很大的不便。

2 靜力觸探試驗(yàn)的原理和適用性

所謂原位測(cè)試，是指在巖土工程勘察現(xiàn)場(chǎng)，在不擾動(dòng)或基本不擾動(dòng)土層的情況下對(duì)土層進(jìn)行測(cè)試，以獲得所測(cè)土層的相關(guān)指標(biāo)的一種現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)技術(shù)。主要手段包括載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)波速測(cè)試、巖石原位應(yīng)力試驗(yàn)等。

其中，靜力觸探試驗(yàn)是將一個(gè)裝有傳感器的觸探頭以勻速壓入土中，由于貫入過(guò)程中穿越的土層有性質(zhì)差異、軟硬不同，探頭所受的阻力也不同，通過(guò)傳感器將這種大小不同的貫入阻力通過(guò)電信號(hào)記錄下來(lái)。

靜力觸探試驗(yàn)適用于黏性土、粉性土、砂土。就上海地區(qū)而言，靜力觸探適用廣泛，可貫入地面以下80 m內(nèi)的各種土層，特別是對(duì)于地層情況變化較大的復(fù)雜場(chǎng)地、不易取得原狀土的飽和砂土和高靈敏度、水平向具均勻性的軟粘土等地層情況，靜力觸探更有優(yōu)勢(shì)。所以，靜力觸探試驗(yàn)是上海地區(qū)最常用的原位試驗(yàn)之一，積累了大量的工程經(jīng)驗(yàn)。

和常規(guī)的鉆探取樣及室內(nèi)試驗(yàn)相比較而言，靜力觸探試驗(yàn)具有經(jīng)濟(jì)、快速、直觀等的優(yōu)點(diǎn)，尤其是具有其試驗(yàn)結(jié)果受各種人為因素干擾較少的特點(diǎn)。具體來(lái)說(shuō)，靜力觸探試驗(yàn)比鉆探施工便捷，需要的機(jī)械相對(duì)較少，時(shí)間相對(duì)較短;靜力觸探試驗(yàn)可直接看到實(shí)驗(yàn)成果，

而鉆探的野外記錄尚需通過(guò)室內(nèi)土工試驗(yàn)驗(yàn)證方能得出成果;靜力觸探試驗(yàn)在土體原位進(jìn)行，受土體擾動(dòng)的影響較小，鉆探取樣的土樣則受各種人為因素影響較大。

但是，靜力觸探試驗(yàn)的缺陷也較為明顯:它的試驗(yàn)結(jié)果只反映土中貫入阻力，不能直接反映土的物理力學(xué)性質(zhì);水平向不具均勻性的土層還需要大量數(shù)據(jù)來(lái)綜合分析等等。

3 原位測(cè)試與剪切強(qiáng)度指標(biāo)有著相關(guān)性

上海地區(qū)的地層特點(diǎn)決定了其工程中大量采用靜力觸探試驗(yàn)的現(xiàn)狀。通過(guò)收集和綜合對(duì)比分析了大量工程資料發(fā)現(xiàn)，在上海地區(qū)地層有成層分布的特點(diǎn)，同一地貌單元內(nèi)的地層分布也有其規(guī)律性，從而靜力觸探數(shù)據(jù)和土工試驗(yàn)成果可以建立一定的聯(lián)系。

表1 上海地區(qū)土層參數(shù)表

對(duì)上海地區(qū)的濱海平原相地貌，根據(jù)DGJ 08-37-2012巖土工程勘察規(guī)范，并經(jīng)過(guò)綜合分析，對(duì)大量工程結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析綜合見(jiàn)表1。

從表1可以看出，對(duì)同一地貌單元的地層，土層分布有規(guī)律，且每層土都有均勻性特點(diǎn)的情況下，靜力觸探結(jié)果和土工試驗(yàn)結(jié)果可以建立一定的關(guān)系，在基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)中可以作為參數(shù)選擇的參考依據(jù)之一。

4 結(jié)語(yǔ)

基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)中需要用到的剪切強(qiáng)度指標(biāo)等巖土測(cè)試參數(shù)，可以通過(guò)原位測(cè)試結(jié)果來(lái)對(duì)比分析，并適當(dāng)調(diào)整其中的受外界影響因素，使設(shè)計(jì)人員能更好地把握地層情況，選擇設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)更接近實(shí)際情況，從而使設(shè)計(jì)方案更為經(jīng)濟(jì)合理。

期待在不久的將來(lái)，在原位測(cè)試數(shù)據(jù)和計(jì)算參數(shù)之間積累更多的經(jīng)驗(yàn)，為更為合理地進(jìn)行圍護(hù)設(shè)計(jì)方面做出更大的貢獻(xiàn)。

［1］DGJ 08-11-2010，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］DGJ 08-37-2012，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［3］DG/T J08-61-2010，基坑工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］常士驃.工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.第3版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

［5］劉國(guó)彬，王衛(wèi)東.基坑工程手冊(cè)［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.