葉文超

（福州市勘測(cè)院有限公司，福州 350108）

0 引言

福州濱海新城主要位于長(zhǎng)樂東部海積平原區(qū)域，區(qū)域內(nèi)廣泛發(fā)育軟土地層。而軟土作為一種特殊性的巖土，在此類土體環(huán)境中修建人工結(jié)構(gòu)，土體的穩(wěn)定性問題和沉降問題顯得尤為重要，獲取準(zhǔn)確的物理力學(xué)參數(shù)是正確評(píng)價(jià)軟土工程性質(zhì)的前提[1]。由于軟土強(qiáng)度較低，且具有一定的結(jié)構(gòu)性特征，現(xiàn)場(chǎng)取樣、樣品運(yùn)輸與室內(nèi)制備過程中，不可避免地對(duì)樣品造成應(yīng)力釋放和擾動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)失真，因此，不同原位測(cè)試的應(yīng)用，彌補(bǔ)了樣品擾動(dòng)的缺陷，進(jìn)一步獲取更準(zhǔn)確的土體物理力學(xué)指標(biāo)。

目前，對(duì)于軟土地基，靜力觸探試驗(yàn)與十字板剪切試驗(yàn)因其準(zhǔn)確性相對(duì)較高，作為原位測(cè)試手段得到了廣泛的應(yīng)用?？紤]節(jié)省工程勘察項(xiàng)目成本投入、縮短勘察工期以及試驗(yàn)方法的簡(jiǎn)便性，人們一般試圖建立該兩種原位測(cè)試參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系。

基于福州濱海新城多個(gè)工程項(xiàng)目資料，文中在福州濱海新城軟土分布區(qū)域，通過同時(shí)進(jìn)行十字板剪切試驗(yàn)與靜力觸探試驗(yàn)兩種原位測(cè)試，獲取軟土不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Cu與比貫入阻力Ps，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行對(duì)比分析，建立了不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Cu與比貫入阻力Ps線性回歸方程，并通過具體項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證。最終，通過線性回歸方程在濱海新城周邊項(xiàng)目上的推廣應(yīng)用，僅利用靜力觸探原位測(cè)試，即可獲取多參數(shù)，一定程度上節(jié)省工程勘察費(fèi)用并縮短了項(xiàng)目工期。

1 原位測(cè)試指標(biāo)相關(guān)分析

1.1 不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Cu與比貫入阻力Ps回歸分析

福州濱海新城所處位置，受海、河水以及風(fēng)等地質(zhì)營(yíng)力相互作用，場(chǎng)地內(nèi)地表出露地層主要為全新統(tǒng)風(fēng)積層、海積層與沖洪積層見圖1。其中，全新統(tǒng)海積層主要分布于平原中部（潭頭-古槐-江田一帶），發(fā)育厚層軟土（最厚可達(dá)31.85m）[2]。

圖1 福州濱海新城地質(zhì)

根據(jù)鉆探取樣室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，濱海新城全新統(tǒng)海積層中軟土主要分布在0～25m深度范圍內(nèi)見圖2，場(chǎng)地內(nèi)軟土含水率為34.8%～58.5%，孔隙比為1.013～1.492，液限為31.4%～48.6%，塑限為18.4%～28.1%，塑性指數(shù)為11.8～20.7，液性指數(shù)為1.05～1.80，壓縮系數(shù)為 0.42～1.71MPa-1，壓縮模量為 1.4～5.31MPa，凝聚力為 8.6～22.8kPa，內(nèi)摩擦角為 7.17°～15.46°，靈敏度為3.1～6.3，總體上場(chǎng)地內(nèi)軟土特點(diǎn)主要為強(qiáng)度低、壓縮性大、高含水率、高孔隙比、高液塑限以及靈敏度高等見表1。

圖2 濱海新城軟土分布剖面

表1 軟土物理力學(xué)參數(shù)

利用溧陽(yáng)科爾儀器廠生產(chǎn)的KE-2103型十字板-靜力觸探二用儀對(duì)軟土層進(jìn)行靜力觸探試驗(yàn)與十字板剪切試驗(yàn)。其中，十字板剪切試驗(yàn)是利用靜力觸探儀的貫入裝置將十字板頭壓入到不同的試驗(yàn)深度，借助扭力裝置旋轉(zhuǎn)十字板頭，利用電子儀器量測(cè)土的抵抗力矩，從而獲得土體的抗剪強(qiáng)度值；靜力觸探試驗(yàn)是利用靜力將探頭以一定的速率壓入土中，利用探頭內(nèi)的力傳感器，通過電子測(cè)量器記錄探頭受到的貫入阻力。由于貫入阻力的大小與土層的性質(zhì)有關(guān)，通過貫入阻力的變化情況，可以達(dá)到了解土層的工程性質(zhì)的目的。

利用現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試試驗(yàn)，獲得各個(gè)鉆孔比貫入阻力值Ps和不排水抗剪強(qiáng)度值Cu見表2。

表2 濱海新城軟土Ps與Cu值 kPa

通過對(duì)十字板剪切強(qiáng)度指標(biāo)與比貫入阻力值的統(tǒng)計(jì)與比對(duì)，可發(fā)現(xiàn)兩者間存在一定的線性關(guān)系見圖3，由于軟土層中零星夾薄層砂、木屑、貝殼等相對(duì)硬成分，導(dǎo)致部分?jǐn)?shù)據(jù)值偏大，進(jìn)而導(dǎo)致離散性較大。

圖3 Cu與Ps回歸關(guān)系

根據(jù)兩者散點(diǎn)圖分布情況，可見大致呈線性相關(guān)趨勢(shì)，故假設(shè)兩者線性方程為Cu=aPs+b，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法計(jì)算得出a=0.0343，b=14.635kPa，即回歸方程為Cu=0.0343Ps+14.635，相關(guān)系數(shù)r=0.739，Cu與Ps在顯著水平α=0.01時(shí)，相關(guān)系數(shù)臨界值r0.01（73）=0.292，線性相關(guān)關(guān)系顯著。

1.2 軟土不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Cu與比貫入阻力Ps回歸方程

根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用以及相關(guān)的文獻(xiàn)檢索，目前，軟土不排水抗剪強(qiáng)度的獲取方法主要分為三類：①即采用現(xiàn)場(chǎng)十字板剪切試驗(yàn)；②室內(nèi)無側(cè)限抗剪試驗(yàn)；③靜力觸探試驗(yàn)法。由于軟土強(qiáng)度較低，且具有一定的結(jié)構(gòu)性特征，現(xiàn)場(chǎng)取樣、試樣運(yùn)輸與制備等因素影響，不可避免的對(duì)樣品造成應(yīng)力釋放和擾動(dòng)，大大限制了室內(nèi)試驗(yàn)方法廣泛應(yīng)用；原位十字板剪切試驗(yàn)主要應(yīng)用于軟土地層，其測(cè)試成果可進(jìn)行軟土地基承載力估算、軟土路基臨界高度確定以及軟土靈敏度的測(cè)定等，但受軟土層埋深、軟土上部地層密實(shí)度等因素影響，較少用于填土、一般粘性土與砂性土等，與靜力觸探試驗(yàn)方法相比，應(yīng)用面相對(duì)較窄。靜力觸探試驗(yàn)方法的成果除了確定土的強(qiáng)度指標(biāo)C、φ值外，還可用于土層分類、地基土的承載力與變形指標(biāo)確定，以及砂土液化可能性判別等，另外，也可利用軟土不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Cu與比貫入阻力Ps回歸方程獲取軟土不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Cu，一定程度上也節(jié)省了工程勘察費(fèi)用以及縮短了項(xiàng)目工期[3]。

1.3 濱海新城軟土與周邊地區(qū)回歸方程對(duì)比

目前，根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)資料以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，利用靜力觸探測(cè)試方法進(jìn)行軟土的不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的確定，首先需要確定靜力觸探試驗(yàn)方法，如單橋靜力觸探測(cè)試、雙橋靜力觸探測(cè)試或者帶孔壓消散的靜力觸探測(cè)試等，進(jìn)而確定對(duì)應(yīng)的靜力觸探指標(biāo)，如單橋探頭的比貫入阻力Ps、雙橋探頭的錐尖阻力qc、雙橋探頭的的側(cè)摩擦力fs、探頭貫入時(shí)的孔壓水壓力u等，并建立這些指標(biāo)與不排水抗剪強(qiáng)度Cu相關(guān)關(guān)系。理論上，上述靜力觸探測(cè)試獲取的參數(shù)指標(biāo)與不排水抗剪強(qiáng)度Cu呈線性相關(guān)關(guān)系，但受軟土在區(qū)域上的分布位置、形成原因、軟土應(yīng)力歷史以及軟土中混雜薄層砂層、貝殼、泥碳與有機(jī)質(zhì)含量等影響，比較難形成適用于所有場(chǎng)地的公式。

隨著技術(shù)設(shè)備的更新發(fā)展，如今我國(guó)巖土工程勘察工作應(yīng)用的靜力觸探測(cè)試方法正慢慢地從單橋靜力觸探方法往雙橋靜力觸探方法發(fā)展，根據(jù)已有的文獻(xiàn)及實(shí)際應(yīng)用情況，現(xiàn)有不同區(qū)域得出的主要關(guān)系及其應(yīng)用條件多為單橋靜力觸探方法下獲取[4-10]，具體：

（1）Cu=0.0696Ps-0.0027（0.3≤Ps≤1.2MPa）（武漢、寧波）。

（2）Cu=0.0543Ps+0.0048（0.1≤Ps≤0.8MPa）（上海、廣州）。

（3）Cu=0.05Ps+0.0016（Ps＜1.5MPa）（寧波、上海寶山、杭州、肖山、南京、蕪湖及湖北等地）。

（4）Cu=0.05Ps（Ps＜1.2MPa）（天津塘沽）。

（5）Cu=0.0308Ps+0.004（0.1≤Ps≤1.5MPa）（天津塘沽）。

（6）Cu=0.0534Ps（華東電力設(shè)計(jì)院理論推導(dǎo)）。

（7）Cu=0.057Ps+0.00003（云南滇池）。

式中，a為回歸系數(shù)，表示Cu與Ps呈正相關(guān)關(guān)系，b為截距。

綜上，在線性方程Cu=aPs+b中，a多集中在0.0308～0.0696，b多為4kPa。鑒于濱海新城軟土Cu=0.0343Ps+14.635，a值與全國(guó)其他區(qū)域基本一致，b值因福州濱海新城位于沖積與海積平原交互帶，受3次海侵事件影響，并且與地表徑流交互沖刷，導(dǎo)致軟土上下多分布砂層，排水條件較好，且沉積時(shí)間較長(zhǎng)，總體上，b值相較于全國(guó)其他區(qū)域較大。同時(shí)，該回歸方程將通過濱海新城工程實(shí)例進(jìn)行進(jìn)一步驗(yàn)證。

2 回歸方程的檢驗(yàn)與應(yīng)用

結(jié)合福州濱海新城新建金濱路道路工程地質(zhì)勘察工作內(nèi)容，在道路軟土分布路段，布置原位十字板剪切試驗(yàn)與靜力觸探試驗(yàn)，利用原位十字板剪切試驗(yàn)與靜力觸探試驗(yàn)獲得的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，與文中總結(jié)出的線性回歸方程Cu=0.0343Ps+14.635計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，并計(jì)算相對(duì)誤差值見表3。

表3 濱海新城金濱路軟土不排水抗剪強(qiáng)度實(shí)測(cè)與計(jì)算值的分析

通過對(duì)比實(shí)測(cè)值與回歸方程得出的計(jì)算值，10組數(shù)據(jù)相對(duì)誤差平均值為4.6%，總體上，可以反映回歸方程在福州濱海新城軟土分布區(qū)域的適用性。

由于福州濱海新城軟土分布較廣，且目前整體處于大規(guī)模開發(fā)進(jìn)程中，各種類型的工程場(chǎng)地眾多，Ps與Cu之間回歸方程的應(yīng)用對(duì)該區(qū)域的工程勘察成本控制與工期保證等方面具有重要意義，對(duì)于周邊工地均可借鑒。

3 結(jié)語(yǔ)

基于福州濱海新城多個(gè)工程項(xiàng)目資料，文中利用靜力觸探與十字板剪切原位測(cè)試試驗(yàn)獲取軟土不排水抗剪強(qiáng)度指標(biāo)Cu與比貫入阻力Ps，通過分析兩者相關(guān)性獲取線性回歸方程，并在工程實(shí)例中進(jìn)行應(yīng)用，得出結(jié)論如下：

（1）福州濱海新城軟土比貫入阻力值Ps和不排水抗剪強(qiáng)度值Cu線性回歸式為Cu=0.0343Ps+14.635，線性相關(guān)關(guān)系顯著。

（2）通過工程實(shí)例應(yīng)用與檢驗(yàn)，線性回歸方程Cu=0.0343Ps+14.635在福州濱海新城軟土分布區(qū)域具有適用性。