淺談室內固結法計算地基基床系數

劉蓋　沈亞蘭　湯娜娜

摘要：基床系數是地質勘查的重要參數。本文引用已有的基床系數的研究成果的取值現狀的計算值與規范給出的經驗值做對比， 經過試驗分析研究，對室內固結試驗方法基床系數的取值相關問題進行對比，以供同仁參考。

Abstract： The bed coefficient is an important parameter for geological exploration. In this paper， the calculated value of the existing research results of the bed coefficient is compared with the empirical value given by the specification. After the experimental analysis， the problems related to the value of the bed coefficient of the indoor consolidation test method are compared，for the reference of colleagues.

關鍵詞：室內固結法;地基;基床;計算;系數

Key words： indoor consolidation method;foundation;bed;calculation;coefficient

中圖分類號：TU470 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）23-0171-02

0 ?引言

基床系數一般是城市地下工程設計作為重要的一個參數之一，基床系數數值的準確性直接關系著工程的質量和安全性;南京地區基床系數的綜合確定是參照原位測試、室內試驗結合《城市軌道交通巖土工程勘察規范》（GB50307-2012）附錄H以及江蘇省《巖土工程勘察規范》（DGJ32/TJ208-2016）附錄J綜合確定。筆者歷經南京地鐵十號線、十二號線、九號線以及寧句線地鐵勘察，針對本地區地鐵勘察確定基床系數的研究現狀和地鐵設計的特點，對室內固結法計算基床系數進行了研究，結合大量工程經驗，充分研究前輩們對基床系數的研究基礎上，給出室內固結試驗確定黏性土和砂性土的基床系數邊界條件。

1 ?基床系數K的定義

基床系數一般是指地基土在外力的情況下產生單位變形時所需的應力，可以稱呼彈性抗力系數或地基反力系數，其相關系數可表示為：K=P/S ;K—基床系數（MPa/m）;P—地基土所受的應力（MPa）;S—地基的變形（m）。

基床系數與地基土的類別（粘性土、礫狀土）、土的狀況包含密度與含水量，物理力學特性、基礎的形狀及作用面積有關。基床系數用于模擬地基土與結構物的相互作用，計算結構物內力及變形。

2 ?規范規定的基床測試方法與分析

2.1 規定系數的測試法

地基土的基床系數K可由原位載荷板試驗（或K30試驗）結果計算確定。再想到荷載板尺寸的相關因素，K值會跟基床寬度B的增加而會有所降低。

一般在建工程項目所使用的K30荷載板試驗是用直徑為30cm的承受板，所測定土的K30值。而K30值一般是在p-s曲線上對應地基土的變形為0.125cm時的p值與p0.125變形的比值：K30=P0.125/0.125。

2.2 基床系數的室內試驗

由于原位荷載板試驗受試驗方法的局限性，一般情況是在施工階段對地表土層和基坑開挖深度范圍內的地基基床系數進行測量。在進行勘察工作中，不開挖的情況下，很難直接測量土壤表層以下的土壤。在具體的巖土工程勘察過程中，通常采用原位試驗、室內試驗、結合經驗值等方法進行綜合性分析。

規范規定三軸試驗法：三軸試驗是將土樣經飽和處理后，在K0狀態下固結，對一組土樣分別做試驗：σ3=K0rh， σ1=rh;n=Δσ3/Δσ1=0.0，0.1，0.2，0.3

固結試驗法：根據固結試驗中測得應力與變形關系來確定基床系數K：

K=（σ2-σ1）*（1+em）/（（e1-e2）*h0）;（σ2-σ1）—應力增量（MPa）;（e1-e2）—相應的孔隙比減量;em—em=（e1+e2）/2;h0—樣品高度（m）。

2.3 固結試驗方法現狀分析

①多年來，對于基床系數試驗以及取值，前輩們做出了大量辛苦努力，譬如仲鎖慶等在《地基土基床系數研究》一文中給出采用E1-2近似給出估算基床系數的公式。

對于砂土、粉土，計算公式為：K1△≈1.85 Es1-2

對于粘性土，計算公式為：K1△≈3.30 Es1-2

②彭友君在《地鐵設計中基床系數的解決方案》一文中建立基床系數k與壓縮模量Es的關系。基本設定為：1）地鐵荷載具有線性荷載的特點，當基礎的長度與寬度之比大于3時，地鐵荷載按條形基礎荷載來考慮;2）基床系數的取值基于 K30圓形板載荷試驗的結果。

對于粘性土基床系數：K=7.60×（1-μ-μ2）Es/（1-μ）（1-μ2）

砂性土基床系數： K=2.55×（1-μ-μ2）Es/（1-μ）（1-μ2）

式中： K—基床系數（MPa/m）;

μ—土的μ為土的泊松比;

Es—土的壓縮模量。

結合K30定義，指地基土的變形為0.125cm時的p值與p0.125變形的比值，即對于直徑為30cm的承載板，變形為0.125cm視為彈性變形范圍。而對于常用固結法試驗，Es1-2指固結壓力為100～200kPa對應的孔隙比變量，該壓力段是否為彈性變形范圍內值得商榷，應結合土性、狀態綜合確定壓縮模量。

3 ?經驗系數關系公式

①基床系數與K與標準貫入擊數N的經驗關系

參考謝旭升等（1996）及其他有關資料，基床系數K與標準貫入擊數N的經驗關系式為：K=（1.5～3.0）N

也可由標準貫入擊數N推算水平基床系數和垂直基床系數的公式為：

水平基床系數 ?Ks=4N

垂直基床系數 ?Kc=2N

②基床系數K與無側限抗壓強度qu經驗關系

黏土可根據無側限抗壓強度qu推算水平基床系數和垂直基床系數的公式為：

水平基床系數 ?Ks=（8～12）qu

垂直基床系數 ?Kc=（4～6）qu

③經驗值

經驗值根據江蘇省《巖土工程勘察規范》（DGJ32/TJ208-2016）附錄所取值。

4 ?實際工作經驗總結與對比

4.1 工程經驗總結

結合我司在南京地鐵南京地鐵十號線、十二號線、九號線以及寧句線地鐵勘察經驗，在彭友君在《地鐵設計中基床系數的解決方案》一文中建立基床系數 k 與壓縮模量Es 的關系基礎上，結合地區土質特性，給出壓縮試驗成果與垂直基床系數的經驗計算方法見表1。

4.2 案例佐證

以南京過江隧道采集土樣用固結法計算基床系數與經驗數據進行驗證對比見表2。

5 ?結論

①結合前輩對基床系數研究理論以及基床系數原理，提出固結試驗法根據不同試驗壓力段計算基床系數。②根據南京區域地質條件，提出不同土的狀態、類別選取不同壓力段計算垂直基床系數與經驗值相吻合。

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