原位测试确定侧向基床系数及工程应用研究

轩向阳

（上海勘察设计研究院（集团）有限公司 上海200093）

0 引言

工业及民用建筑、公路、铁路、水利、电力、机场、地下工程等土木工程建设中，不可避免的会涉及基础与地基之间相互作用影响，如何选择计算模型计算分析地基基础的力学性能及上部结构、基础、地基之间的共同作用，体现地基与基础的沉降以及地基反力和沉降之间的关系尤为重要［1-2］。近年来，随着我国工程建设规模的日异扩大，许多城市地下空间建设不断兴起，基床系数更是地下工程结构计算时重要的岩土参数，特别是上海地区，随着地铁工程建设的不断开展以及深层地下空间开发规模、难度的不断提升，如何准确确定地基土基床系数k，对于提高地下空间开发工程项目的设计合理性，控制工程风险有着重要的意义。因此，开展针对地基土基床系数试验方法及工程应用的研究具有明显的实际意义。目前扁铲侧胀试验（DMT）和旁压试验（PMT）因其独特的优势被广泛应用于各项工程中［3-7］。

相对于基床系数，其他物理力学性质指标如比贯入阻力Ps、压缩模量Es，已在工程应用中获得了丰富的经验。若能建立由原位测试（DMT 和PMT）得出的基床系数与土层物理力学性质之间的相关关系。不但可以减少勘察工作中的人力、物力，而且还能利用Ps、Es的经验，指导DMT 和PMT 在岩土工程中的应用［8-10］。本文主要针对上述2 种原位测试方法得出的侧向基床系数Kh与土层物理力学性质Ps、Es之间的关系进行探讨。

1 DMT 和PMT 得出的Kh与Ps之间关系的分析与研究

静力触探作为一种可靠的原位测试方法，可确定地基土的承载力、桩的侧壁摩阻力、压缩模量，分析地基土的类别等。静力触探可直接穿透锥头阻力小于30 MPa的勘探深度内的土层，或钻探避开硬质地层后分段实施，试验成果表征的土的力学性质较准确，在我国软土地区使用非常广泛。如果能够采用静力触探确定基床系数，勘察工程技术人员提供分层的基床系数会更容易。

目前，对于Kh与Ps之间关系的分析与研究较少，为了探究上海地区原位测试试验（DMT 和PMT）得出的Kh与Ps之间的关系，收集了大量重点项目的原位测试（DMT和PMT）数据和对应场地的勘察成果报告，进行了数据的统计和分析。并且考虑到土性对于基床系数造成的重要影响，本次统计将土的类别细分为粘性土和粉性土，具体统计分析成果如图1、图2所示。

图1 DMT得出的Kh与Ps的关系曲线Fig.1 The Linear Relationship between Kh and Ps by DMT

图2 PMT得出的Kh与Ps的关系曲线Fig.2 The Linear Relationship between Kh and Ps by PMT

由图1、图2可以看出：

⑴对于粘性土而言，DMT 和PMT 得出的Kh与Ps之间的线性关系较为明显，且拟合度较高（DMT：R2=0.801 5；PMT：R2=0.755 8），但考虑到图形中数据点多数位于拟合直线的周边而不是直线上，故根据工程经验，DMT 和PMT 得出的Kh与Ps之间的关系进行区间拟合更为合理（在本次数理统计中，满足拟合区间公式的数据不低于总数据的85%），拟合关系如下所示。

对于粘性土，DMT得出的侧向基床系数侧向Kh为：

对于粘性土，PMT得出的侧向基床系数侧向Kh为：

式中：Ps为比贯入阻力（MPa）。

⑵对于粉性土而言，DMT 得出的Kh与Ps之间的线性关系较为明显，且拟合度较高（R2=0.799 2），拟合关系如下所示。

对于粉性土，DMT得出的侧向基床系数侧向Kh为：

式中：Ps为比贯入阻力（MPa）。

由图1、图2可知，PMT得出的Kh之间的关系不太明显，且考虑到图中数据点较少，故该拟合公式暂不应作为参考公式应用到实际工程中。

2 DMT 和PMT 得出的Kh与Es之间关系的分析与研究

为了探究原位测试试验（DMT 和PMT）得出的Kh与Es之间的关系，收集了大量重点项目的原位测试（DMT和PMT）数据和对应场地的勘察成果报告，进行了大数据的统计和分析。并且考虑到土性对于基床系数造成的重要影响，本次统计将土的类别细分为粘性土和粉性土，具体统计分析成果如图3、图4所示。

图3 DMT得出的Kh与Es的关系曲线Fig.3 The Linear Relationship between Kh and Es by DMT

图4 PMT得出的Kh与Es的关系曲线Fig.4 The Linear Relationship between Kh and Es by PMT

从图3、图4可以看出：

⑴对于粘性土而言，DMT 和PMT 得出的Kh与Es之间的多项式关系较为明显，且拟合度较高（DMT：R2=0.814 4；PMT：R2=0.700 8），但考虑到图形中数据点多数位于拟合直线的周边而不是曲线上，故根据工程经验，DMT 和PMT 得出的Kh与Es之间的关系进行区间拟合更为合理（在本次数理统计中，满足拟合区间公式的数据不低于总数据的85%），拟合关系如下。

对于粘性土，DMT得出的侧向基床系数侧向Kh为：

对于粘性土，PMT得出的侧向基床系数侧向Kh为：

式中：Es为0.1～0.2 MPa段压缩模量（MPa）。

⑵对于粉性土而言，DMT 和PMT 得出的Kh与Es没有明显的关系，原因可能为粉性土在进行钻探取样时比粘性土更容易受到扰动，人为因素影响较大，故对于粉性土而言，数据点较为离散。

3 工程应用

本文分别以某地地铁1 号车站项目（DMT）和2 号车站项目（DMT）以及某深基坑项目（PMT）进行实例分析。

3.1 某地地铁1号车站项目

1 号车站长约185 m，宽约20 m，车站主体标准开挖深度约为13 m，拟采用明挖顺作法施工，围护结构拟采用地下连续墙。本项目扁铲侧胀试验孔计算数据与公式推导数据对比分析如表1所示。

3.2 某地地铁2号车站项目

2号车站主体为地下3层，长为285.0 m，宽为25.0 m（设三跨）；车站主体标准开挖深度约为27 m，两端端头井开挖深度约29 m；车站拟采用盖挖法施工，设中间桩，围护结构拟采用地下连续墙。本项目扁铲侧胀试验孔计算数据与公式推导数据对比分析如表1所示。

3.3 某深基坑项目

某深基坑项目基础埋深为65 m，浅坑基础埋深为21～36 m。本项目旁压试验孔计算数据与公式推导数据对比分析如表1所示。

由表1可知：

⑴通过3 个实例分析，DMT 和PMT 得出的Kh与Ps、Es之间的区间关系式得出的区间值与实测值较为吻合，可以作为初步验证现场DMT 和PMT 实测数据准确性的判断依据和建议侧向基床系数的参考依据；

⑵局部实测数据与公式推导数据偏差较大，可能是因为DMT和PMT受外界因素较大而形成异常数据；

⑶旁压试验与压缩模量实例验证吻合性不佳，可能预钻式旁压试验成孔的质量影响很大。

表1 实测数据与公式推导数据对比Tab.1 Comparison of the Measured Data by DMT and the Derived Data

4 结语

本文收集了大量重点项目的原位测试（DMT 和PMT）数据和对应场地的勘察成果报告，进行大数据的统计和分析。总结出扁铲侧胀试验（DMT）和旁压试验（PMT）得出的侧向基床系数Kh与土的比贯入阻力Ps、压缩模量Es之间的关系公式，并得出如下结论：

⑴对于粘性土而言，DMT 和PMT 得出的基床系数Kh与比贯入阻力Ps之间的线性关系较为明显，且拟合度较高；DMT得出的基床系数Kh与压缩模量Es之间的多项式关系较为明显且拟合度较高。

⑵对于粉性土而言，DMT 得出的基床系数Kh与比贯入阻力Ps之间的线性关系较为明显，且拟合度较高，但PMT得出的基床系数Kh与比贯入阻力Ps之间的关系不太明显；DMT 和PMT 得出的基床系数Kh与压缩模量Es没有明显的关系，原因可能为粉性土在进行钻探取样时比粘性土更容易受到扰动，人为因素影响较大，故对于粉性土而言，数据点较为离散。