法國規(guī)范中旁壓實(shí)驗(yàn)計算淺基礎(chǔ)承載力

王沈力 李偉利 賁 柯

(甘肅中建市政工程勘察設(shè)計研究院，甘肅蘭州 730000)

1 概述

旁壓試驗(yàn)是一種現(xiàn)場土壤荷載試驗(yàn)，借助一三腔探頭和可控壓力進(jìn)行試驗(yàn)。其方法是在土體里使一圓柱形探頭徑向擴(kuò)張、膨脹，以確定根據(jù)程序?qū)ν寥兰虞d和徑向位移之間的關(guān)系，得到土壤旁壓極限壓力和旁壓模量，可以用來計算地基承載力。旁壓實(shí)驗(yàn)適用于各種飽和或非飽和的原狀土，包括淤泥、軟粘土、粉土、砂土以及巖石;其同樣適用于回填材料或其他應(yīng)用于巖土工程的人工材料。但應(yīng)注意對于巖石地層，旁壓實(shí)驗(yàn)僅適用于巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度小于5 MPa 的情況。法國規(guī)范中強(qiáng)調(diào)原位測試，特別是旁壓實(shí)驗(yàn)，能夠直接用于計算地基承載力的方法僅旁壓實(shí)驗(yàn)和靜力觸探實(shí)驗(yàn)兩種。在工程實(shí)踐中梅納爾旁壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)用廣泛，其源自法國，經(jīng)過幾十年的積累，建立了大量旁壓極限壓力、旁壓模量與地基承載力，樁基極限摩阻力間的相關(guān)關(guān)系，在重要構(gòu)造物基礎(chǔ)設(shè)計中的地位是不可替代的。

2 方法原理

法國規(guī)范中旁壓實(shí)驗(yàn)用于確定淺基礎(chǔ)地基承載力時豎向測點(diǎn)間距一般為1.0 m～2.0 m，測試深度不小于基底面以下1.5 倍基礎(chǔ)寬度。通過各測試點(diǎn)地基土的極限壓力Pl和旁壓模量Em，可確定不同水平級別地基土的力學(xué)性質(zhì)，通過由旁壓實(shí)驗(yàn)確定承載力的關(guān)系公式計算得出地基承載力。

2.1 計算參數(shù)

旁壓實(shí)驗(yàn)計算淺基礎(chǔ)地基承載力的公式中引入了當(dāng)量限定壓力();當(dāng)量嵌入高度(De)和承重系數(shù)(Kp)等參數(shù)，各參數(shù)定義及計算方法如下:

a.均勻地層:指基底面以下1.5B(B 為基礎(chǔ)寬度)深度范圍內(nèi)的地層由相同的土層或者性質(zhì)相互兼容的同一類型土層組成。這種情況如圖1 所示。如圖1 所示，根據(jù)各水平級別值，可擬合一條直線代表各深度凈極限壓力:

深度D～D+1.5B 范圍內(nèi)地層的當(dāng)量限定壓力為:

其中，ze=D+

b.非均勻地層:指基礎(chǔ)底面以下1.5B 深度范圍內(nèi)的地層由不同類型或力學(xué)性質(zhì)不同的土層組成。這種情況如圖2 所示。

圖1 均勻地層計算剖面示意圖

圖2 非均勻地層計算剖面示意圖

如圖2 所示，在深度D～D+1.5B 范圍內(nèi)，地層的當(dāng)量限定壓力為:

2)當(dāng)量嵌入高度(De)。

當(dāng)量嵌入高度De是常規(guī)計算參數(shù)。非承重土層的力學(xué)特性通常比承重土層的力學(xué)特性低(通常De＜D)，當(dāng)考慮到這種情況時，要用到De參數(shù)計算土層的承重系數(shù)Kp，注意不要把嵌入高度De與基礎(chǔ)在土層中的高度D 相混淆。

旁壓實(shí)驗(yàn)通過如下公式計算當(dāng)量嵌入高度De:

3)承重系數(shù)(Kp)。

承重系數(shù)Kp是根據(jù)地層性質(zhì)、嵌入深度De、基礎(chǔ)寬度B 和長度L 來確定的地基土承載能力的綜合修正系數(shù)。

各類土層承重系數(shù)Kp計算公式如表1 所示。

表1 地基土承重系數(shù)計算公式表

2.2 計算方法

由旁壓實(shí)驗(yàn)計算地基承載力時，首先通過計算確定當(dāng)量限定壓力、當(dāng)量嵌入高度De和承重系數(shù)Kp。

對于寬度為B，長度為L，埋深為D 的中心垂向荷載作用下的淺基礎(chǔ)，可以得到地基土極限承載力qu:

其中，γ 為基礎(chǔ)底面以上地基土容重。

極限承載力qu除以安全系數(shù)F 可得到地基容許承載力Qadm，安全系數(shù)可根據(jù)構(gòu)造物特征和重要性等級確定，一般情況下取安全系數(shù)F=3。

2.3 特殊條件下應(yīng)注意的問題

1)基礎(chǔ)在水平地層上承受集中傾斜荷載。當(dāng)作用在基礎(chǔ)中心的應(yīng)力與垂直向夾角為δ 時，考慮到應(yīng)力的偏斜、土層的性質(zhì)和相應(yīng)的基礎(chǔ)埋深，Kp·數(shù)值需要乘以一個折減系數(shù)iδ，可按圖3 取值。

圖3 中粘土、沖積層、白堊系地層、泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥灰?guī)r及巖石折減系數(shù)iδ=Φ1(δ);砂土和礫石折減系數(shù)iδ=Φ2(δ)。

圖3 中De為當(dāng)量嵌入高度，B 為基礎(chǔ)寬度。

2)基礎(chǔ)在水平地層上承受偏心荷載。當(dāng)基礎(chǔ)存在偏心荷載時，應(yīng)計算出參與計算的寬度B':

用B'替代基礎(chǔ)寬度B，按照公式進(jìn)行承載力計算。

圖3 各土層折減系數(shù)

3 典型算例

假設(shè)某淺基礎(chǔ)，寬度B=10 m，長度L=30 m，埋深D=2.0 m，基礎(chǔ)承受垂直向集中荷載，無偏心作用，地基屬非均勻地層。計算示意剖面如圖4 所示。

圖4 計算剖面示意圖

旁壓實(shí)驗(yàn)自地面開始，測點(diǎn)間距為1.0 m，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表

根據(jù)表2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果，計算第②層粘土的承載力:

取2 m～10 m 旁壓極限壓力，計算其幾何平均數(shù)，即為第②層粘土的當(dāng)量限定壓力。

當(dāng)量嵌入高度計算中D=2.0 m，d=0 m。

第②層粘土屬A 類土，應(yīng)選取表1 中的第一個公式進(jìn)行計算:

則極限承載力為:

取安全系數(shù)為3。

則地基容許承載力為:

4 結(jié)語

1)按照法國規(guī)范旁壓實(shí)驗(yàn)計算地基承載力的方法所得的承載力值并非定值，其值與基礎(chǔ)長、寬及埋深相關(guān)。

2)旁壓實(shí)驗(yàn)是一種原位土壤荷載實(shí)驗(yàn)，能夠較為準(zhǔn)確地反映原狀地層的力學(xué)性質(zhì)，法國規(guī)范中規(guī)定的承載力計算方法基于旁壓實(shí)驗(yàn)，經(jīng)數(shù)十年工程經(jīng)驗(yàn)積累，其計算公式較為完善，計算過程較為嚴(yán)謹(jǐn)，可靠度高。旁壓實(shí)驗(yàn)由于其廣泛的適用性和較高的可靠性，在法國規(guī)范中應(yīng)用廣泛，而國內(nèi)旁壓實(shí)驗(yàn)應(yīng)用不夠廣泛，其測試原理和計算方法值得國內(nèi)工程師學(xué)習(xí)借鑒。

3)通過該方法計算所得的地基承載力能夠較為準(zhǔn)確地反映地基承載能力，為基礎(chǔ)設(shè)計人員提供可靠參考，一定程度上可以避免因過度保守而造成的浪費(fèi)。

4)法國規(guī)范中每個單體構(gòu)造物均要求布置一定數(shù)量的旁壓實(shí)驗(yàn)，用于確定每個地基承載力，考慮到了不同構(gòu)造物相同地基土的差異性，從而使基礎(chǔ)設(shè)計更加具有針對性，有別于我國勘察報告中通常是對同一層地基土整體進(jìn)行評價，這點(diǎn)值得我國工程技術(shù)人員借鑒。

［1］EQUE 93—10—117C，土建工程基礎(chǔ)設(shè)計和計算的技術(shù)規(guī)定［S］.

［2］NF P 94—110，梅納爾旁壓實(shí)驗(yàn)［S］.

［3］XP P 94—011，土壤的描述、鑒別和命名［S］.

［4］XP P 94—010，巖土工程勘察和實(shí)驗(yàn)名詞、術(shù)語和符號匯編［S］.

［5］甘肅中建市政工程勘察設(shè)計研究院.阿爾及利亞CHERCHELL 繞城高速公路項(xiàng)目勘察報告［R］.2015.