十字板剪切试验精度保障措施研究

十字板剪切试验精度保障措施研究

摘要：为克服十字板剪切试验面临的环境、人工操作等干扰因素，通过引入

项目实例进行十字板剪切试验方法、测试对象的总结，并分别提出细化测试要点、优化平台选型、改进设计方案等精度保障措施，保证现场测试结果与标准值具备

良好一致性，为同类软土地基检测项目提供重要参考。

关键词：VST试验；地基检测；精度保障；堆载预压处理地基；处理效果

引言：十字板剪切试验（VST）是一种原位测试方法，适用于软弱地层的地

基检测作业，用于测定原位压力下土层的不排水抗剪强度。但在工程实践环节，

常因环境变化、设备操作等因素对试验指标精度产生干扰，研究应对上述影响因

素的具体改进措施，对于提升试验精度、辅助工程设计具有现实意义。

1试验分析

1.1项目概况

以某道路工程项目为例，项目建设场地属于冲击平原，侵蚀、剥蚀地貌，地

表主要为第四纪沉积物，属亚热带季风气候。在地质条件上，场地发育有饱和软

弱淤泥质黏土层，厚度约为24～36m，观察地质剖面可见灰色淤泥质粉质黏土、

灰色粉质黏土，含水率较高。本次主要任务为对工程K1+470～K1+590场地的软

土地基进行预处理，采用“塑料排水板+堆载预压法”施工技术方案，塑料排水

板深度为6.5～25m，预压荷载控制在56.7～81.1kPa范围内。通过初步整理沉降

观测数据、汇总场地沉降量计算结果，测得施工区域的软土固结度为90%。

1.2十字板剪切试验方法

根据DBJT15-60-2019《建筑地基基础检测规范》，试验设备选用电测式十字

板剪切仪，板宽为75mm、板高为150mm、板厚为3mm，轴杆直径16mm，刃角60°，面积比13%。该项目以淤泥质粉质粘土作为测试对象，共开设8个钻孔，目的在

于判断堆载预压后淤泥质粉质粘土的不排水抗剪峰值强度。在试验操作环节，预

先将探头电缆线一次穿入需用的全部探杆，完成探头、测量器、电缆的率定，检

查确认探头能够正常工作；将十字板头缓慢压入至试验点处，完成探杆卡接、调零；施加扭力，以6～12°/min转速旋转，每间隔1～2°测读一次数据，待出现

峰值后继续测度1min，取应变峰值读数记为原状土剪切破坏时的应变读数；松开

导杆夹具、调整零位，利用扳手将钻杆沿反方向旋转6圈，取应变峰值记为重塑

土剪切破坏时的应变读数；重复上述流程，按顺序进行下一试验点的剪切试验，

保证试验点数不少于3次，深度间距控制在1.5～2.0m范围内、最小值≥0.8m[1]。

1.3试验测试结果

通过获取该项目十字板剪切试验测试结果，统计施工点位数量为47处，测

得最大值为39.26击、最小值为19.28击，平均值为27.11击，标准差为5.708，变异系数为0.21。将软土地基处理前、后的地基土指标进行比较，堆载预压处理

前土层为淤泥，直剪快剪试验中黏聚力为7.5kPa、内摩擦角为1.7°，固结快剪

试验中黏聚力为18.72kPa、内摩擦角为6.39°；堆载预压处理后土层为淤泥质

粉质粘土，直剪快剪试验测得黏聚力为12.7kPa、内摩擦角为2.9°，固结快剪

试验测得黏聚力为19.1kPa、内摩擦角为8.8°，十字板剪切指标为27.11。在此

基础上，在回归抗剪强度指标计算环节，测得任一土层粘聚力回归值为22.87kPa、内摩擦角为5.04°，与固结快剪指标相近、高于直剪快剪试验指标，与工程实际

情况相符。

2试验精度保障措施及应用效果

2.1试验精度影响因素

综合上述试验结果可知，试验测得的抗剪强度均高于标准值，其影响因素主

要体现在以下三个方面：（1）作业区域环境，作业区域周围可能有市政路桥工

程建设施工，导致十字板头处的土层被扰动，引发试验数据失真现象；（2）测

试区域地表土层较厚，在套管跟进环节易出现失稳现象，且探杆可能受设备自重

影响出现侧向弯曲现象，干扰试验结果精度；（3）设备操作因素，诸如传感器

率定、探杆转动频率等因素均可能增加试验结果偏差[2]。

2.2细化试验检测要点

（1）土层灵敏度测试，该项目中场地发育有软弱淤泥质黏土层，具有孔隙

比大、含水量高的基本特征，加之现场勘察环节易在施工等干扰因素影响正常取样，需采用原位测试方法进行土壤检验。十字板剪切试验法作为一种原位测试方法，具有操作便捷、可靠度高特征，适用于对原状土、重塑土等不同类型土壤进

行抗剪强度测试，根据测试结果计算灵敏度，并辅助判定土壤流变、蠕变状态。

（2）地基承载力估算，道路工程现场地基检测需获取地基承载力等参数，

常采用十字板剪切试验法进行地基容许承载力q a测试，便于为后续开展土工试验

提供参考依据，减少指标测定的复杂度。将待测区域土层重度设为γ，基础埋深

为h，经指标修正后的不排水抗剪强度为C u，则地基容许承载力计算公式为：

（3）抗剪强度-深度变化关系，由于道路施工项目在现场勘察环节易受外部

其他环境因素的干扰，导致软弱土层测试面临扰动因素。常规室内开展抗剪强度

测试的方法无法反映出不同深度水平下固结饱和软弱黏土的不排水抗剪强度变化

规律，因此需选用十字板剪切试验法进行天然状态下土层的测定，在现场测试环

节伴随土层深度的增加，不排水抗剪强度呈同步增大趋势，由此实现对抗剪强度

-深度变化关系的直观呈现。

（4）边坡抗滑稳定性，工程项目拟建场地内发育有饱和软弱淤泥质黏土层，在靠近边坡位置存在大面积潜在滑动面，将削弱边坡的抗滑稳定性。引入十字板

剪切试验方法获取天然状态下土层抗剪强度的准确测试结果，保证试验分析与实

测数值具备较高吻合度，并辅助开展稳定性分析及工程方案设计。

（5）桩端、桩侧阻力计算，将十字板剪切试验法应用于地基处理环节，将

整合桩体类型、土壤成分、土层剖面结构等因素设置影响系数α，将修正后土层

不排水抗剪强度设为C u，用于完成桩端阻力q p、桩侧阻力q s计算，其公式分别为：