高压固结试验

高压固结试验

您好，现需要做一个十一层的高层住宅勘察，基坑5m，地下水位埋深40m以下，上部土层为黄土状粉土，可能采用天然地基，我想请问的是:高压团结实验从埋深多少米开始做，最大压力取多少？从埋深20m开始做，最大压力取800kPa可以吗?

答复:

你提出了一个很有意义的问题，但从你考虑问题的角度来看，对于什么情况需要做高压固结试验和怎样选择高压固结试验的最大荷载不是很清楚，说明你对高压固结试验的基本原理还不是很清楚。

你们考虑采用高压固结试验，这在我国的工程勘察中也是一个进步。为什么说是进步?因为我国习惯采用的沉降计算方法并不能完全解决我国的岩土工程问题，需要根据不同条件，采用不同的沉降计算方法。《高层建筑岩土工程勘察规程》列入了采用高压固结试验结果计算沉降的方法，为我国沉降计算方法的多元化创造了条件。但由于过去使用得比较少，对这种方法不太熟悉，需要在工程实践中正确理解和正确地运用，包括试验方案、试验资料整理和在勘察和设计中如何运用高压固结试验的成果。

首先，我们从现状说起。《建筑地基基础设计规范》已经经历了三个版本，应用了30多年的时间，应该说已经是比较成熟了。但我们的国家那么大，幅员辽阔，地质条件极为多样，用一种方法、一个模式去解决那么复杂的岩土工程问题，总不是十分理想的。

在《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2002)中的沉降计算公式是建立在压缩试验结果的e-p曲线基础上的，试验方法和沉降计算方法比较简单，采用经验修正系数的方法也比较实用，这些都是这种沉降计算方法的主要优点。规范所给出的经验修正系数见表5-6。从表列的修正系数可以看出，修正系数ψs的取值范围比较大，最大值相当于最小值的5-7倍，最小的修正系数相当于对计算结果打2折，说明这个公式并不适用于各种不同的土类，对于太软的土和太硬的土，计算结果与实际发生的沉降相差太大。因此，有人质疑这种方法能否适用于超压密土和欠压密土，询问对于超压密土或欠压密土，国外采用什么方法计算沉降，希望能进一步改进沉降计算的方法。

我国现行规范所采用的基于e-p曲线的分层总和法计算沉阵的前提或基本假定是土体为正常压密状态，在上覆有效自重压力作用下土层的固结变形已经稳定，因此只计算附加应力所产生的沉降量。同时，这种方法还假定，目前作用于土体的上覆有效压力与历史上曾经作用过的历史荷载相等，因此压缩变形从自重压力算起。对于正常压密的土层，采用e-p 曲线计算的沉降比较符合实际情况。

但对于在土层的自重作用下，固结尚未完成的欠压密土，用这个公式计算得到的沉降偏小，因此根据实测资料统计得到的经验系数大于1.0; 而对于超压密土，前期固结压力大于上覆自重压力，用这个公式计算得到的压力段偏大了，计算沉降结果偏大，因此统计得到的经验修正系数远小于1.0。如果采用能区别不同压密状态的沉降计算公式，就有可能使计算沉降更接近于实测沉降量，使修正系数不会出现过大或过小的情况。这种沉降计算的方法，是考虑土层的应力历史对土的变形性质存在重要影响的沉降计算方法。首先需要区分土层的压密状态，采用高压固结试验可以区分土层的压密状态，同时能得到不同压密状态土的变形计算指标。

高压固结试验的目的是提供沉降计算用的压缩指数、回弹指数和前期固结压力。沉降计算公式与《建筑地基基础设计规范》的公式不同，在《高层建筑岩土工程勘察规程>(JGJ72-2004) 中第8.2.11条就有这类公式，也是采用分层总和法的计算公式，但压缩性指标不是压缩模量，而是用高压固结试验求得的压缩指数。因此，高压固结试验应当从基础底面开始做，一直做到压缩层的底部。如果只做了一部分土层，那就没有办法计算沉降了。

目前流行的整理压缩试验资料的方法主要有两种:一种方法是绘制孔隙比—压力曲线(e-p 曲线)，借以确定不同压力变化时的压缩系数α，这是在前苏联流行的方法;另一种方法是绘制或e-lgp曲线，并且按其直线段的坡度确定压缩指数，欧美国家大都采用这种方法。

用e-p曲线描述时，采用压缩系数或压缩模量作为压缩性指标供沉降计算时使用。当采用半对数的直角坐标来绘制室内侧限压缩试验e-p关系时，就得到了e-lgp曲线[图5-5b)]。从图可以看到，在压力较大时，e-lgp关系接近直线，这是这种表示方法区别于e-p曲线的独特的优点。它通常用来整理有特殊要求的试验，试验时以较小的压力开始，采用小增量多级加荷，并加到较大的荷载为止，一般为12.5、25、50、100， 200、400、800、1600、3200kPa。同样，图5-3a)中的回弹再压缩曲线也可绘制成回弹再压缩的e-lgp曲线[图5-3b)]。

将图5-2b)中e-lgp曲线直线段的斜率用Cc来表示，称为压缩指数，它是无量纲的指标:

压缩指数Cc与压缩系数α不同，压缩系数α的数值随压力变化而变化，而压缩指数Cc 的数值在压力较大段为常数，不随压力变化而变化。Cc值越大，土的压缩性越高，低压缩性土的Cc一般小于0.2，高压缩性土的Cc值一般大于0.4。

卸载段和再压缩段的平均斜率[图5-2b)]称为回弹指数或再压缩指数Ce,Ce< < Cc ，一般黏性土的Ce≈(0.1- O.2)Cc。

高压固结试验测定的是一个完整的压缩变形随压力变化的过程，与常规压缩试验不同。高压固结试验的最大压力是由完整的试验曲线的要求规定的，与取样的深度无关。高压固结试验的试验压力最高值应当到达3.2MPa，最少也要1.6MPa。这是为了把直线段做出来，最大压力小了，直线段做不出来，就没有办法求压缩指数了。

《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ 72-2004)第8.2.11条分别给出了超固结土、正常

固结土和欠固结土的沉降计算公式。

正常固结工各分层P Oi=P ci，见图5-4，见固结压缩量Sc的计算公式如下:

(2) 欠固结土层的沉降计算

欠固结土的沉降不仅仅包括地基受附加应力所引起的沉降，而且还包括地基土在自重作用下尚未固结的那部分沉降。可近似地按与正常固结土一样的方法求得的原位压缩曲线来计算孔隙比的变化△ei。△ei包括两部分:一部分是各分层从现有的实际有效应力p ci至地基土在自重作用下固结结束时达到的土自重应为p Oi所引起的孔隙比变化;另一部分是从p Oi至△p i+p Oi所引起的孔隙比变化，这些孔隙比的变化自沿着图5-5曲线bc段发生的，所以计算公

式为: