南沙軟土扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)研究

陳詩(shī)艾，趙 元，連長(zhǎng)江，林志元，林 健，陳志勇，曾 杰

（1.廣東省重工建筑設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510670；2.廣州地鐵集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 510220）

1 廣州南沙地區(qū)淺層軟土的巖土工程特征

廣州南沙為珠江三角洲沖積平原前沿地帶，在長(zhǎng)期的河流沖積和海潮進(jìn)退的作用下，南沙地區(qū)沉積了深厚的海陸交互相軟土[1-2]。根據(jù)廣州地鐵四號(hào)線南延段勘察揭露，南沙地區(qū)軟土主要形成于中～晚全新世，屬于燈籠沙組（Q43）和萬頃沙組（Q42-2）[1，3]，為淤泥和淤泥質(zhì)土，呈深灰色、灰黑色，流塑狀。

廣州地鐵四號(hào)線南延段工程在南沙鹿頸涌附近取48組軟土的原狀土進(jìn)行土工試驗(yàn)，結(jié)果顯示試驗(yàn)點(diǎn)處軟土含水率為41.9%～75.9%，平均65.2%；濕密度為1.53～1.68g/cm3，平均1.58g/cm3；孔隙比為1.306～2.081，平均1.807；壓縮系數(shù)為1.03～2.25，平均1.47，屬于高壓縮性土；壓縮模量為1.40～2.70,平均2.00。力學(xué)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值如下：天然快剪c=6.2，φ=3.1；固結(jié)快剪c=10.3，φ=11.5；靈敏度1.2～3.0，平均2.1，屬于中等靈敏度；有機(jī)質(zhì)含量為0.8%～4.7%，平均2.7%；靜止側(cè)壓力系數(shù)K0為0.453～0.941，平均0.633。

2 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)結(jié)果

依托四號(hào)線南延段工程，在鹿頸涌附近選取2個(gè)試驗(yàn)孔（1#、2#）進(jìn)行了扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)，一共進(jìn)行了10個(gè)點(diǎn)的測(cè)試。1#試驗(yàn)孔孔口高程為5.78m，水位深度為1.8m，填土層厚度為2.3m；2#試驗(yàn)孔孔口高程為7.19m，水位深度為2.0m，填土層厚度為6.0m。試驗(yàn)成果如表1、表2所示。

表1 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)成果表（1#）

3 通過扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)結(jié)果換算軟土物理力學(xué)指標(biāo)

3.1 不排水抗剪強(qiáng)度cu

根據(jù)扁鏟試驗(yàn)指標(biāo)，利用以下不排水抗剪強(qiáng)度cu經(jīng)驗(yàn)公式，可以計(jì)算出相關(guān)力學(xué)參數(shù)。

表2 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)成果表（2#）

式中：Nc為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取5～9。

上述經(jīng)驗(yàn)公式為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究成果[1-9]，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

表3 不排水抗剪強(qiáng)度換算公式來源一覽表

由于經(jīng)驗(yàn)公式地區(qū)針對(duì)性較強(qiáng)，因此利用公式計(jì)算的數(shù)值差異較大，如表4所示。目前，廣州地區(qū)沒有針對(duì)性的地方經(jīng)驗(yàn)公式。結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，文章認(rèn)為扁鏟試驗(yàn)采用公式（3）（系數(shù)取0.17），計(jì)算結(jié)果比較接近實(shí)際。

3.2 壓縮模量Es

公式（7）出自《工程地質(zhì)手冊(cè)》[10]。利用公式（7）計(jì)算的壓縮模量ES如表5所示。

表5換算結(jié)果與土工試驗(yàn)得到的壓縮模量差異不大，說明換算結(jié)果接近實(shí)際。

3.3 靜止側(cè)壓力系數(shù)K0

表4 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)計(jì)算不排水抗剪強(qiáng)度匯總表

表5 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)計(jì)算壓縮模量Es匯總表

上述經(jīng)驗(yàn)公式為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究成果。其中，公式（8）為L(zhǎng)unne T等[11]提出，適用于新黏性土；公式（9）為L(zhǎng)acasse S等[6]提出，適用于KD＜4的土層，m為系數(shù)，對(duì)于高塑性黏土m=0.44；公式（10）來源于《鐵路工程地質(zhì)原位測(cè)試規(guī)程》，適用于KD為1.5～4.0的一般飽和黏性土；公式（11）為唐世棟等[8]提出，對(duì)上海地區(qū)ID＜2.6的土體具有較好的適用性。

利用上述公式計(jì)算的靜止側(cè)壓力系數(shù)如表6所示。

表6 扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)計(jì)算靜止側(cè)壓力系數(shù)K0匯總表

由表6可知，多個(gè)公式得出的靜止側(cè)壓力系數(shù)除了4m以上的軟土差別較大，其他結(jié)果基本一致。結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為南沙地區(qū)軟土的靜止側(cè)壓力系數(shù)可按公式（8）進(jìn)行換算，此次試驗(yàn)K0取值為0.60～0.72，10個(gè)數(shù)據(jù)平均值為0.64，與土工試驗(yàn)結(jié)果較為一致。

4 各項(xiàng)指標(biāo)之間的關(guān)系

將扁鏟側(cè)脹得到的力學(xué)參數(shù)匯總?cè)绫?所示。利用原位測(cè)試計(jì)算結(jié)果，對(duì)軟土層不排水抗剪強(qiáng)度cu（按公式（3）計(jì)算，系數(shù)取0.17）、壓縮模量Es（按公式（7）計(jì)算）與K0（按公式（8）計(jì)算）之間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析，關(guān)系圖如圖1、圖2所示。

表7 原位測(cè)試成果匯總一覽表

圖1 不排水抗剪強(qiáng)度cu與靜止側(cè)壓力系數(shù)K0之間的關(guān)系

圖2 壓縮模量Es與靜止側(cè)壓力系數(shù)K0之間的關(guān)系

通過回歸分析，得到軟土層不排水抗剪強(qiáng)度cu、壓縮模量Es與K0的換算公式如下：

筆者選擇了具有類似地層的廣州市某地鐵進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，通過該地鐵勘察中室內(nèi)試驗(yàn)獲得的淤泥壓縮模量，利用經(jīng)驗(yàn)公式（13）進(jìn)行淤泥靜止側(cè)壓力系數(shù)的換算。換算結(jié)果與勘察報(bào)告中提出的K0建議值差異僅在0%～7.69%，說明該公式具有一定實(shí)用性[12-15]。

5 結(jié)論

（1）南沙地區(qū)軟土通過扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算不排水抗剪強(qiáng)度cu、壓縮模量Es、靜止側(cè)壓力系數(shù)K0時(shí)，建議按以下經(jīng)驗(yàn)公式取值：

（2）南沙地區(qū)軟土的K0經(jīng)驗(yàn)值可按0.60～0.72范圍選取。

（3）文章公式（12）和公式（13）可按照不排水抗剪強(qiáng)度、壓縮模量分別計(jì)算原位軟土的靜止側(cè)壓力系數(shù)K0，便于工程中實(shí)際應(yīng)用。這兩個(gè)公式適用于南沙地區(qū)淺層軟土，其他地區(qū)軟土的適用性還需要通過更多工程資料來驗(yàn)證。