温州苍南县吹填软土地基承载力特征值分析

潘敬亭，舒 强，董宏炳，陈 云

(1.温州市市政公用工程管理站，中国 温州 325006；2.浙江省地质调查院，中国 杭州 311201；3.温州工程勘察院有限公司，中国 温州 325006)

地基承载力关系着构筑物的安全与稳定。目前对于地基承载力的确定方法有很多，如徐光黎等基于承载能力的极限状态研究地基的破坏模式[1]，李立新等对地基承载力的识别进行研究[2]，周翔海等对软土地基承载力的特征值及变性参数进行研究[3]。对地基承载力的确定方法，有学者进行了系统探讨[4,5]，但是也有学者认为，理论公式计算的地基承载力值与实际值差别较大[2,6]。地基承载力理论计算公式有多种，每种公式都有其适用范围，在工程实践中如何正确地计算地基承载力，不仅要考虑选取哪种计算公式，而且还要考虑如何选取计算参数c,φ值及其相应的试验方法[6,7]。

吹海造地工程是为了解决土地资源不足而采取的一种人工造地措施，所以吹填材质是一种特殊软土，其工程特殊性主要表现在物质组成及工程性质不均一、含水率高、塑性指数大、强度低和压缩性高等方面[8]。因此，吹填软土区的地基承载力更有其特殊性和重要性，但目前这方面的研究较少。本文以温州市苍南县吹填区为研究对象，基于大量的实验数据，采用多种实验方法对比计算，获得了一些吹填软土的承载力特征值，为吹填区工程建设提供科学依据。

1 研究区概况

苍南县江南海涂围垦工程位于浙江省苍南县东海岸，介于东经120°36′30″～121°38′45″，北纬27°29′45" ～27°34′30" 之间，东临东海，南接琵琶山和舥艚港，北濒鳌江，西连东塘标准堤。苍南县江南海涂围垦区吹填面积为1 352.7 hm2，于2016年完成。本研究所需原状土样采用了人工取土的方法，用薄壁取土器按静压法采取所需的土样，取土器直径为100 mm，所取土样送至实验室进行测试。

2 承载力特征值计算

为求得科学的承载力特征值，应用不同的实验方法，根据测试数据和实验结果分别进行吹填软土的承载力计算。

2.1 室内土工试验

室内土工试验数据计算地基承载力的计算方法按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2011)计算，具体计算公式如下：

fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck，

(1)

式中，fa—由土的抗剪强度指标确定的地基承载力特征值(kPa)；Mb，Md和Mc—承载力系数；γ—基础底面以下土的重度(kN·m-3)；b—基础底面宽度(m)；γm—基础底面以上土的加权平均重度(kN·m-3)；d—基础埋置深度(m)；ck—基底下一倍短边宽度的深度范围内土的粘聚力标准值(kPa)；进行地基承载力特征值计算中，抗剪强度指标采用固结快剪指标。

实验现场共取10组土样进行测试，取样深度0.20～2.0 m，用固结快剪方法进行数据测试。此方法受仪器结构限制，不能控制试样的排水条件，一般测得的强度参数偏大，所以该方法一般适用于渗透系数小于10-6cm·s-1的细粒土。研究区的吹填土来源于海岸附近第四纪海相沉积土，多为黏土，物理性质与细粒土极为接近。根据测试数据进行承载力计算，具体计算结果见表1。

表1 土工试验主要成果统计及地基承载力计算表

2.2 十字板剪切试验

十字板剪切试验是在钻孔内直接测定软粘性土抗剪强度的试验，该试验适用于原位测定饱和土的抗剪强度，所测得的抗剪强度值相当于试验深度处天然土层，在原位压力下固结的不排水抗剪强度[9]。本研究对10个孔进行试验，所用十字板头尺寸为50 mm×100 mm；它所测得的抗剪强度值相当于不排水剪的强度和残余抗剪强度。根据《软土地区岩土土工程勘察规范》，十字板剪切试验成果可按下列公式计算地基土的承载力特征值：

fa=10+2.5×Cu，

(2)

式中，Cu—十字板试验抗剪强度(kPa)。根据各十字板试验孔测深范内的抗剪强度平均值，计算结果见表2。

表2 十字板统计成果及地基承载力计算表

根据十字板试验成果可知，1.5 m以浅(0.5和1.0 m两个测点数据)十字板抗剪强度较高，土性较下部好。为更好反映上述规律，对各十字板试验分别统计了上部(<1.5 m)和下部(≥1.5 m)范围内抗剪强度平均值，各统计值及计算结果见表3和4。造成这种结果的原因在于1.5 m以浅土层有人工吹填，碾压、冲击次数较多，承载力相对较大；而相对深处的土层多为海相沉积，相对松软，承载能力相对较弱。

表3 十字板统计成果(<1.5 m)及地基承载力计算表

表4 十字板统计成果(≥1.5 m)及地基承载力计算表

2.3 静力触探试验

静力触探试验是利用准静力以恒定的贯入速度将一定规格和形状的圆锥探头通过一系列探杆压入土中，同时测记贯入过程中探头所受到的阻力，据此来判定土的物理力学性质的试验方法[9]。现场共做了10个孔的静力触探试验，根据取得的各孔测深范围内的比贯入阻力平均值，按《软土地区岩土土工程勘察规范》相关公式计算地基土的承载力特征值。具体计算结果见表5。

fak=34+0.068×ps，

(3)

式中：ps—静探比贯入阻力值(kPa)。同样对各静力触探试验分别统计了上部(<1.5 m)和下部(≥1.5 m)范围比贯入阻力平均值，各平均值及计算结果见表6和7。从二表比较可知，小于1.5 m地层的承载力值最大为72.9 kPa，最小为43.4 kPa，平均值为58.56 kPa；大于1.5 m地层的承载力最大值为50.4 kPa，最小值为39.7 kPa，平均值为46.66 kPa。二者相较，可以看出小于1.5 m地层的承载力远大于大于1.5 m地层(平均值相差近12 kPa)，此结果与十字板试验成果完全一致。

表5 静力触探统计成果及地基承载力计算表

表6 静力触探统计(<1.5 m)成果及地基承载力计算表

表7 静力触探统计(≥1.5 m)成果及地基承载力计算表

2.4 浅层平板载荷试验

载荷试验是在现场用刚性承压板逐级加荷来测定天然地基的沉降随荷载的变化，借以确定天然地基承载力的现场试验，能较好地模拟建筑物地基的实际受荷条件，较准确地反映地基上受力状况和变形特征[9]。本研究选用平板载荷试验，采用压重平台反力装置，一只200 kN油压千斤顶加荷；4只行程为50 mm百分表对称安装承压板上，观测承压板的沉降情况；承压板采用边长为0.71 m，厚为25 mm的正方形钢板。区内共做4个试验点，根据试验结果，计算所得承载力特征值见表8。

表8 平板载荷试验成果表

3 结果分析

软土地基承载力不宜采用单一的方法计算确定，上述各种试验方法的计算结果也说明了这一点，将这些结果进行均值计算，可以得到室内土工试验的承载力为58.7 kPa，十字板剪切试验为30.4 kPa，静力触探试验为52.2 kPa，浅层平板载荷试验为58.3 kPa。从结果看，除十字板剪切试验的结果较小外，其它都在50 kPa以上。将此结果与我国其他地区的软土承载力值对比，营口地区软土承载力特征值为黏土45 kPa、粉质黏土81 kPa[3]；上海地区软土承载力在115 kPa以上[6]；南京软土的承载力在60 kPa左右[10]；天津粉质粘土的地基承载力在163 kPa以上，淤泥的地基承载力在55 kPa以上[11,12]，可以看出研究区的承载力偏小，这与吹填软土的工程特性密切相关，在后期的工程建设中需要加强地基的处理。

4 结论

(1)研究区吹填软土的承载力在50 kPa左右，相对偏小，后期工程建设需加强地基处理。

(2)土样的抗剪强度影响因素较多，如测试点与塑料排水板之间的距离远近、地面集水、土体中不同程度分布的夹杂物和测试样本数等；而表部承载力大小还与下卧层强度、变形量等有关。

(3)土力学试验及原位测试存在一定的局限性和差异性，但有较好的一致性。根据不同的标指均能反映出软基处理的效果。采用临塑压力公式计算的承载力数值大，这是因为吹填土具有快速形成、压实性差的特点，不像自然状态下土层长时间逐层形成的密实结构。