十字板剪切试验在某地基处理工程中的应用

2008年第12期总第126期
福 建 建 筑
Fujia n Architecture &Constr uction
No122008
Vol 126
十字板剪切试验在某地基处理工程中的应用
杨建学　赵剑豪
(福建省建筑科学研究院　350001)
摘　要:十字板剪切试验是在现场直接测定软土抗剪强度的一种方法。

此方法比采取原状土样,运至试验室测定抗剪强度的方法
优越,可以测定不能取得土样的极软土的抗剪强度。

多年实践证明,在软土地基处理效果检测方面是一种实用性强、经济有效的原位测试手段。

关键词:十字板试验
不排水抗剪强度
压缩模量
中图分类号:TU753 文献标识码:A 文章编号:1004-6135(2008)12-0054-03
V ane shear test in t he trea tment of sof t clay
Y a ng Jianxue Zhao Jianhao
(Fu Jian Academy Building Re search 350001)
Abstract :shear te st is one of the situ testing met hod in s oft clay 1This method better t han the labora tories of the shea r stre ngth
metho d 1It obtains soil indicators in sit u 1Y ear s of practice shows tha t it in t he treat ment of sof t soil te sting is a practical ,cost 2ef 2f ective met hod of in situ te sting 1
K eyw or ds :Va ne
shea r test Undr aine d shea r stre ngt h Compre ssion modulus
作者简介:杨建学,男,1980年2月出生,岩土工程师。

收稿日期5
年青年学术年会论文
一、工程概况
场地拟建造冷轧硅钢厂,首期由二条连续退火流水线组成,长度为402m ,宽为147m 。

单条冷轧退火流水宽约5m ,长
300m 。

设备基础埋深210-315m ,地面使用荷载100kPa 。

拟
建场地原为养殖场,属于滨海相冲淤积地貌单位。

地基土为约二十年前围海造田形成的海积软土,原地面标高0-210m ,吹填后现为标高210m ,厂坪设计标高515m 。

本工程采用地基处理方式为:低位真空预压+堆载+强夯。

塑料排水板设计采用SPB 2B 型,间距为111m ,正方形布置,塑料排水板长度为1410-2215m ,淤泥面水平排水通道采用中粗砂垫层中埋设水平管,管间距为310-515m 。

真空预压结束后,回填约5m 的开山土,进行强夯处理。

二、工程地质情况
根据岩土工程勘察报告,场地土层从上到下依次为:
(1)粘土①:浅灰黄色、浅黄色,湿,呈软塑状,粘性一般,刀
切面光滑,干强度高,韧性中等,无摇震反应。

(2)淤泥②:灰色、深灰色,饱和,流塑～软塑状态,含少量
的腐殖物,稍有臭味、污手,摇震反应慢、有光滑、干强度中等、韧性低,本层局部含有贝壳。

该层分布于整个场地。

(3)粉质粘土③:灰黄色、浅黄色,湿,呈可塑状,粘性一般,
刀切面光滑,干强度高,韧性中等,无摇震反应。

表1　物理力学指标
层 序
粘土
淤泥
粉质粘土
重度r (kN/m 3)
1815141911含水率w (%)3615691012819孔隙比(e 0)111011*********塑性指数I p 22111411压缩系数a 1-2
01405119401242压缩模量Es 1-2(MPa)31611495131承载力特征值(k Pa)
80
50
120
三、
地基处理
图1　场地施工分区
本工程的地基处理过程如下:
施工1区:3月28日开始真空预压试压,7月9日停止真空预压,累计平均沉降量1124156mm ,预压100天;7月25日西段吹2m 厚砂,沉降451144mm ,累计沉降量1576mm ;11月
26日开始强夯,12月20日结束,沉降250m m ,累计沉降量1826mm 。

施工区3月日开始真空预压试压,6月日因填大块石刺破真空膜,累计沉降量为51,预压天;6月
日开始堆载,月日达5厚,沉降量为6,累计沉
:2008-08-020082:28279111mm 9024711m 20mm
2008年第12期总第126期杨建学等十字板剪切试验在某地基处理工程中的应用55　
降量1211111mm;8月11日开始强夯,10月初结束,沉降量为
266189mm,累计沉降量为1478mm。

施工3区:8月13日开始真空预压试压,10月12日停止,
共60天,平均沉降量66815mm;10月13日开始吹砂,历时1
个月;11月12日～12月18日强夯。

施工4区:8113～10112真空预压共60天,平均沉降量
76914mm;10113开始吹砂,历时45天后填山皮土;11125～
12125强夯。

下表为各区的沉降量计算值、当前沉降量和工后沉降量对
比。

表2　各区计算沉降量与实际沉降量对比
区域名称计算沉降量
(mm)
实际沉降量
(m m)
计算工后沉降量
(mm)
第一施工区198********
第二施工区158********
第三施工区16501483167
第四施工区1550146585
按照初始计算值,各区的工后沉降分别为160mm、109mm、167mm和85mm,从沉降观察来看,可以认为,在上部处理荷载正常作用的情况下,一区和二区已基本稳定,三区和四区还未稳定。

四、十字板试验计算及结果分析评价
从处理过程的监测情况来看,淤泥层在真空预压过程中慢慢排水并固结,其力学强度有所提高。

为了比较准确的评价处理效果,需要对地基进行较全面的评价,处理后采用十字板剪切试验来检测其力学指标的提高幅度。

十字板剪切试验是在钻孔内直接测定软士抗剪强度的一种方法。

此方法比采取原状土样,运至试验室测定抗剪强度的方法优越。

能基本保证土样所处的自然状态,防止取样、运输和制样过程中对土的扰动;可以测定不能取得土样的极软土的抗剪强度。

多年实践证明,是一种实用性强、经济有效的原位测试方法。

本次检测采用电测十字板剪切试验仪器进行试验。

(一)不排水抗剪强度
抗剪强度的计算公式为:
C u=x M
πD3=
2
(H
D
+
a
2
)
M
πD3
式中:
x=
2
(H D +
a
2
)
=0186
M-施加的扭矩;
D-十字板直径;
H-十字板高度;
a-与圆柱底面上剪应力的分布有关的系数。

(二)淤泥层灵敏度
S=c u ′
(三)地基承载力
根据经验公式估算地基承载力特征值f=31
式中:C u—土的强度。

浅基础地基承载力计算方法参考柳宗元主编的《岩土工程试验监测手册》(辽宁科学技术业出版社1994)中阐述的十字板不排水抗剪强度与地基承载力的关系,公式如下:
表3　浅基础地基承载力计算表
序号方法名称计算公式
1临塑荷载法f=3114c u+γD
2
中国建筑科学研究院、华东
电力设计院
f=2c u+γD
公式中:f-承载力设计值(kPa);
C u-十字板剪切试验测定的饱和软粘土的不排水抗
剪强度;
γ-基底以上土的重度(kN/m3);
D-基础埋深(m)。

(四)压缩模量
参考《软粘土的强度和变形》魏汝龙著,人民交通出版社,第五章的内容:土样扰动在变形模量中引起的变化通常比在强度或破坏应变中的大。

在考虑土堤下的侧向流动或结构物瞬时沉降等土的变形性状问题中,扰动引起的变形模量降低特别重要。

平均变形模E50与无侧限抗压强度q u之比是一定的,土样受扰动,则此值降低。

E50/
q u
2
=α
变形模量与压缩模量的经验回归方程:
E0=11378+01917E s
式中:E50为平均变形模量,q u/2相当于十字板抗剪强度,在粘土中α一般在140～160间,根据经验及以上公式推导。

本工程淤泥(质)土的压缩模量取3M Pa。

比室内土工试验确定的压缩模量2145大,主要原因为土样在获取与运输过程中
不可避免的发生了扰动。

a处理前b处理后
图2　处理前后十字板试验结果对比
(五)地基处理前后指标对比
下表是处理前后淤泥层的各项指标对比,从中可以看出淤泥的状态由原来的流塑状变成了流塑-软塑,压缩模量提高了%,十字板剪切中强度提高了6%,地基承载力提高了5%。

(下转第53页)
t c
u
14C u 712 8
2008年第12期总第126期张强等全套管振动取土灌注桩的工程应用
53　
图4　
典型钻孔地质剖面
部稍密,土中>60mm 巨颗粒约
占20～50%,粗颗粒(粒径20～180mm)分布不均,一般中下部含量较高,石质成分杂,磨圆度较好,骨架填充粗粒砂土及细砂土,颗粒级配良好,力学强度较高,但其性质总体不均匀;
⑨含砾低液限粘质土。

典型地质剖面详图4。

3.213　施工概况
大直径振动取土灌注桩设计桩径1000mm ,桩长25m ,单桩允许抗拔力不小于1100kN ,钢筋通长设置。

桩位平面布置图详图5。

持力层要求:所有抗拔桩桩底进入卵石质土不得<5m ,若桩位处
卵石质土厚度不足5m ,卵石质土的厚度与桩底进入卵石质土下一层土层(一般为全风化花岗岩或砂砾状强风化花岗岩)的深度之和不得<5m 。

若抗拔桩桩底已经进入卵石质土5m ,但还未达到设计标高,可以提前终孔。

若抗拔桩桩底已经进入设计标高,但进入卵石质土未达到5m ,应继续钻孔,直到达到5m ,才可以终孔。

图5　桩位平面布置图
3.214　检测情况
本工程采用低应变动测法检测桩基施工质量,检测结果详表5。

表5　桩身完整性检测结果
完整性类别Ⅰ类桩
Ⅱ类桩
数量(根)156比例(%)
7115
2815
4　结束语
(一)取得的效果
全套管振动取土灌注桩采用全套管护壁,质量可靠(桩身
混凝土密实、无桩测泥皮、桩底沉渣少等)、环保(无泥浆污染、噪音小、振动弱、对周围环境影响小等)特点,是一种较为先进的新桩型,可作为人工挖孔桩的改进桩型之一。

全套管大直径振动取土灌注桩在沿海深厚的砂层中应用可充分发挥高频液压振动锤的优势,从而实现质量、安全、经济控制目标,具有较大的应用推广价值。

在高效、节能、环保成为科技创新和时代发展主题,国家大力提倡和推广具有自主知识产权的新工艺、新技术应用于工程建设领域的今天,全套管振动取土桩的推广应用,将极大改变传统的施工技术和工艺,为我国经济建设作出新的贡献。

(二)存在的问题
全套管振动取土桩施工时如果需要嵌岩则需要冲孔桩机辅助,如需要清孔需采用大功率砂石泵等设备配套。

(三)进一步改进的办法
全套管大直径振动取土灌注桩作为新桩型,仍需各方持续关注,不断改进设备性能和工艺,特别是外套管的快速连接构造和针对不同土层的取土器迫切需要完善,从而加大桩型的适用范围和成桩效率。

参考文献
[1]沈保汉,桩基础施工技术现状及发展方向[M ]1《建筑技术》NO5,20001P43-45.
[2]1福建永强岩土工程有限公司.专利受理书[P ].2006.(上接第55页)
表4　地基处理前后指标
参 数淤 泥状 态
处理前
流　塑处理后流塑-软塑压缩模量Es 1～2(MPa )
处理前1143处理后2145
改变率71%原状土十字板强度(kPa )
处理前20139处理后32193改变率62%重塑土十字板强度(kPa )
处理前5137处理后9162改变率79%地基承载力(k Pa)
处理前5010处理后78改变率
58%
五、结论:
(一)本工程经过真空预压-堆载预压-动力固结处理,地
基土的强度和变形基本达到了设计要求,证明该方案通过预压消除沉降、通过动力固结形成硬壳层的处理方法对这种淤泥淤泥质土的厚层填土地基是可行的。

(二)根据工后检测资料,淤泥土的处理深度大于10m ,有效加固厚度大于5m(含硬壳层)。

场地内淤泥的压缩性很大,平均压缩量在10～15%之间,
真空堆载预压后的动力固结对于消除沉降量也起到了一定作用,可以占到总沉降量的13～15%。

(三)十字板剪切试验和静力触探试验比较客观和真实地反应了处理效果,在处理深度范围内淤泥的十字板强度提高了约62%,Ps 值提高了154%。

(四)电测十字板剪切试验是一项适合于饱和软粘性土的原位测试手段,试验指标准确度较高、操作简便,适合于软土分布较广的福建沿海地区,值得广泛推广应用。

(五)十字板剪切试验结果一般认为无法反映压缩模量指标,这方面的研究也比较少,因此在以后的试验工作中还可以继续进行研究完善。

参考文献
[1]魏汝龙.《软粘土的强度和变形》[M ].人民交通出版
社.
[2]《地基处理手册》[Z]1北京:中国建筑工业出版社,
1561
[3]《岩土工程手册》[Z]1北京中国建筑工业出版社,1[]周莜滨《十字板测试技术》[M ]北京人民铁道出版社,1
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19987-7:19944..:1997。