基床系数试验方法的研究与应用

刘丽媚

（中化二建山西华晋岩土工程勘察有限公司，山西太原　030021）



基床系数试验方法的研究与应用

刘丽媚

（中化二建山西华晋岩土工程勘察有限公司，山西太原030021）

摘要：基于山西地区基床系数测试方法不成熟的现状，在山西省太原市地铁二号线三标段某站点的勘察中，采用各种室内试验和原位测试的方法来综合确定基床系数值，并以此为基础，分析了各种测试结果的关联性及可靠性。

关键词：基床系数，土工试验，岩土工程勘察

1　基床系数的定义

19世纪中叶，E. Winkler提出了著名的Winkler地基模型，并给出了基床系数K的定义：K =（P2- P1）/（S2- S1）。

2　基床系数的室内试验

2.1三轴试验法

工程中采用CD试验方法利用全自动三轴压缩仪进行基床系数的测定。为了使土样受力状态与天然状态相似，通常采用K0固结。通过整理试验数据得到Δσ1—Δh试验曲线，最后取曲线初始切线模量或某一割线模量就是对应应力状态下的基床系数。

2.2固结法

固结试验方法是根据固结试验中测得的应力与变形的关系来确定基床系数K：

3　基床系数的原位测试

3.1K30原位测试

GB 50307—2012城市轨道交通岩土工程勘察规范规定，基床系数的现场测定宜采用K30方法，即采用直径30 cm的载荷板垂直或水平加载试验，可直接测定地基土的垂直基床系数及水平基床系数。

3.2标贯试验

地基土的基床系数与现场标贯试验的实测击数具有一定的联系，GB 50307—2012城市轨道交通岩土工程勘察规范中基床系数值与地基土的标贯击数N的经验关系为：K =（1. 5～3. 0）N。

3.3旁压试验

依据上海市规范DGJ 08—37—2012岩土工程勘察规范，可以依据旁压试验来确定土层的水平基床系数。Kh=Δp/Δs，其中，Δp为地基土所受的应力增量；Δs为在Δp作用下地基土相应的位移增量。取旁压试验弹性阶段压力增量及相应的位移增量计算地基土的水平基床系数。

3.4扁铲侧胀试验

扁铲侧胀试验适用于软土、一般黏性土、粉土、黄土和松散或稍密的砂土。依据TB 10041—2003铁路工程地质原位测试规程，可以通过扁铲旁压试验来确定土层的水平基床系数。Kh=0. 2× 1 817（1 - A）（p1- p0），其中，p1为扁铲侧胀试验中膜片膨胀1. 10 mm时的膨胀压力，kPa；p0为扁铲侧胀试验中膜片向土中膨胀之前作用在膜片上的接触压力，kPa；A为孔隙压力参数，m-1。

4　工程应用

此次研究依据太原市轨道交通2号线一期工程KC-3标段某站的勘察工作展开进行。学府街站场内钻孔揭露地层主要为第四系全新统、上更新统地层，共3个大层，10个亚层。

第四系全新统：

①人工填土：包括杂填土①-1和素填土①-2。

②-2冲积、洪积粉质黏土：褐黄色，可塑为主，局部软塑，土质均匀。层厚0. 8 m～9. 4 m，平均层厚3. 75 m。

②-3-1冲积、洪积黏质粉土：黄褐色，湿，中密为主，局部密实，层厚0. 7 m～10. 7 m，平均层厚4. 07 m。

②-4冲积、洪积粉细砂：颗粒级配不良，局部夹薄层黏质粉土，潮湿～饱和，中密为主，层厚1. 00 m～6. 10 m，平均层厚2. 81 m。

②-5冲积、洪积中砂：黄褐、灰褐色，颗粒级配良好，中密～密实，饱和。层厚0. 8 m～17. 8 m，平均层厚7. 08 m。

第四系上更新统：

③-3冲积、洪积粉质黏土：黄褐色～灰褐色，可塑～硬塑，层厚0. 80 m～6. 5 m，平均层厚3. 33 m。

③-4-1冲积、洪积黏质粉土：褐黄色，湿，密实，层厚1. 0 m～9. 3 m，平均层厚4. 06 m。

③-5冲积、洪积粉细砂：褐灰色，饱和，中密～密实，颗粒级配不良。层厚1. 1 m～5. 45 m，平均层厚2. 91 m。

③-6冲积、洪积中砂：黄褐、灰褐色，颗粒级配良好，密实，饱和，钻孔未揭穿该层，揭露最大厚度5. 0 m。

③-11冲积、洪积卵石土：黄褐、灰褐色，磨圆度较好，颗粒级配良好，细砂充填，密实，饱和，成分以中风化砂岩为主，粒径多为2 cm～5 cm，其含量约占总重的50%～60%。层厚0. 70 m～2. 30 m，平均层厚1. 34 m。

1）各试验方法确定土层基床系数值统计如表1所示。

表1　土层基床系数值统计表　MPa/m

2）试验结果分析。从原位测试结果来看，K30试验结果偏小，标贯试验结果在浅层土体中的测试结果与K30测试结果相接近。而旁压试验结果约为K30测试结果的6倍～12倍，扁铲侧胀的测试结果约为K30测试结果的8倍～21倍。

室内试验法相比于K30试验来看，测试结果普遍偏大。三轴法测定的垂直基床系数结果是K30测试结果的1. 9倍～2. 2倍，固结法测定的垂直基床系数结果是K30测试结果的2. 2倍～3. 0倍；三轴法测定的水平基床系数结果是K30测试结果的1. 4倍～1. 7倍，固结法测定的水平基床系数结果是K30测试结果的2. 0倍～2. 2倍。

两种室内试验方法中，室内固结法测定的结果普遍比三轴法测定的结果偏大，固结法测定的垂直基床系数比三轴法高约25%～80%，固结法测定的水平基床系数普遍比三轴法高约30%～50%。

通过比较GB 50307—2012城市轨道交通岩土工程勘察规范中基床系数的建议值，可以看出K30的测试结果基本在规范建议值范围内。标贯试验在浅层土中的试验结果在规范建议范围内，对于深层土测试结果稍偏大。而旁压试验及扁铲侧胀试验的结果偏离规范建议值范围很大。三轴试验法基本在规范建议值范围内，而固结法测得的基床系数普遍比建议值稍偏大。

勘察报告中最终提供的基床系数建议值是根据室内试验、现场原位测试以及规范建议值综合确定的，对于能获取到K30实测指标的土层，以K30试验结果为主要依据。

5　结语

1）此次研究成果适用于太原盆地汾河冲积平原区一级阶地向漫滩渐变段深度在40 m左右的粉质黏土、黏质粉土、粉细砂及中砂。

2）通过基床系数的室内试验研究，形成了基床系数室内试验操作的基本方法。但关于室内试验准确确定基床系数的方法有待于进一步的研究及大量的实践。

3）随着工程建设进行周边地质条件的改变，以及大量实践及数据的积累，所确定的同区段基床系数值也可能有所偏离，因此本文研究成果需根据实际情况不断地修改更新。

Research and application of experiment methods for coefficient of subgrade reaction

Liu Limei
（Shanxi Huajin Geotechnical Engineering Survey Co.，Ltd，China Chemical Engineering Second Construction Corporation，Taiyuan 030021，China）

Abstract：Based on the immature reflection of the measurement methods for the coefficient of subgrade reaction in Shanxi，the paper adopts various indoor tests and in-situ measurement to identify the value of the coefficient of subgrade reaction in the survey at some station of the 3rd section of 2nd line of Taiyuan Subway in Shanxi，and analyzes the relevance and reliability of the measured results based on the previous points.

Key words：coefficient of subgrade reaction，civil engineering test，geotechnical engineering survey

中图分类号：TU411

文献标识码：A

文章编号：1009-6825（2016）09-0101-02

收稿日期：2016-01-19

作者简介：刘丽媚（1989-），女，助理工程师