佛山地铁二号线一期工程详勘阶段岩土物理力学参数建议值取值探讨

佛山地铁二号线一期工程详勘阶段岩土物理力学参数建议值取值探讨

陈鹏

深圳市大升高科技工程有限公司广东深圳518055

摘要:以佛山市城市轨道交通2号线详勘为例,将在本次详勘阶段所使用的野外钻探、原位测试、地质调查以及室内试验、查阅相关规范手册等方法得到的勘察成果综合分析,同时考虑设计工点类型、阶段、设计意图等因素,并对抗剪强度参数和承载力之间进行了互检,提出了合理提出物理力学参数的建议。

关键词:地铁;勘察;室内试验;原位测试;物理力学参数

引言

佛山市城市轨道交通二号线一期工程自2015年1月正式启动详勘工作以来,面临时间紧迫、地质条件复杂、沿线建(构)筑物、地表水体密布,施工工法多样、分段、分阶段实施等特点。本项目全长32.4km,其中地下地下段25.3km,占全线的78%,因此地质条件及勘察质量对工程设计施工的影响很大,岩土物理力学参数的取值是否合理,直接影响到设计施工质量、成本、安全及使用。

1.不同工法勘察所需的岩土参数选择

地铁勘察报告中要求提供岩土层参数主要有物理参数、力学参数、抗震特性参数和水文地质参数。

1.1不同工法所需的岩土物理力学参数

(1)明挖法

地下车站、明挖区间、地下U型槽等工程均采用明挖法施工,基坑开挖范围和基底持力层的所有土层的物理力学指标,重点应为基坑开挖、支护及地基承载力、变形验算所需的岩土参数。

(2)盾构法

盾构法主要在地下区间中采用,主要考虑隧道掘进及支护问题。

2.岩土物理力学参数的获取方法

(1)岩土物理参数,通常可由实验室直接测定的指标有5项,密度、天然含水量、土粒比重以及界限含水量和,可通过前三项的结果换算得到其余的物理指标如:、、、、、、、等。

(2)力学(抗剪强度)指标:对土层、全~强风化岩层的粘聚力、抗剪强度(包括直剪快剪、固结快剪)主要采用室内试验统计值标准值;砂层采用综合内摩擦角可根基广东省地基基础设计规范[5]式4.3.7()估算,并参考《工程地质手册(第四版)》表3-1-24及地区经验给出建议值;中、微风化岩层的直剪强度为岩体抗剪断强度峰值强度,参考室内岩石抗剪断强度试验数据和《工程岩体分级标准》(GB/T50218-2014)附录D表D.0.1。

(3)地基承载力特征值:①岩石地基承载力特征值可采用岩石地基载荷试验确定,当试验困难时,对完整、较完整的岩石地基的承载力特征值,可结合岩石单轴抗压强度,按照广东省地基基础设计规范[5]式4.4.1求取,其中为根据岩体完整程度和岩石坚硬程度确定的折减系数,为硬质岩石单轴饱和抗压强度或软质岩天然单轴抗压强度标准值;对于较破碎、破碎、极破碎的岩石地基承载力特征值也可查表4.4.1-2得到;②对碎石土、砂土地基承载力特征值可根据密实程度、湿度查广东省地基基础设计规范[5]表4.4.2-1、4.4.2-2得到;③对于粉土、一般黏性土可根据液性指数和孔隙比查表得到;④对软土可根据天然含水量查表得到。

除以上方法外,还可根据修正后的标贯锤击数、修正后的重型动力触探锤击数、修正后的轻便触探锤击数查广东省地基基础设计规范[5]表4.4.3-1~4.4.3-7得到。

(4)桩基计算参数:对地下车站抗拔桩设计,桩侧摩阻力特征值、桩端阻力特征值查广东省地基基础设计规范[5]第10.2.3条经验值表提供,嵌岩桩按该规范表10.2.4选用C1、C2值;

结合相关规范,对于高架区间按铁路桥涵规范[7]进行设计;对高架车站按建筑桩基规范[8]进行桩基承载力估算,按铁路桥涵规范[7]进行复核。

①按铁路桥涵规范[7]设计时,桩的极限摩擦阻力、桩尖土极限承载力可查6.2.2节得到;

②按建筑桩基规范[8]设计时,桩周土极限侧阻力标准值、桩的极限端阻力特征值可查表5.3.5-1和5.3.5-2得到,对嵌岩桩,尚需按嵌岩深径比、岩石软硬程度、成桩工艺查该规范表5.3.9确定值。

(5)静止侧压力系数、泊松比:可考虑采用侧压力仪测定,或者根据公式(适用于无黏性土及正常固结黏性土),其中为土的有效内摩擦角综合确定;泊松比可根据土的塑性状态查广东省地基基础设计规范[5]表4.3.11取经验值,并对比综合确定。

(6)变形模量:砂土分别按照标贯击数、室内试验数据分别查《铁路工程地质手册》表3-4-29及《工程地质手册(第四版)》表3-1-24综合给出建议值;残积土、全风化岩及强风化岩依广东省地基基础设计规范[5]中式4.3.9()计算并结合经验给出,或者参考旁压试验得到。

(7)基床系数:现场可由原位载荷试验(或K30)结果,以K30荷载板试验值作为标准基床系数K1值,根据公式确定;当现场原位测试困难时,可采用室内试验(三轴试验法和固结试验法)、旁压试验、标贯试验计算值()以及城市轨道勘察规范[1]附录H经验值给出的建议值。

(8)渗透系数k根据抽水试验、室内试验、城市轨道勘察规范[1]10.3.5条文说明中表7,及当地工程经验综合确定,适用于降水或涌水量计算。

(9)抗浮设计水位:本项目所在区地形起伏不大,大部分地区常在汛期发生内涝,综合考虑抗浮设计水位取地面标高。

3.岩土物理力学参数之间互检及协调

3.1抗剪强度指标与地基承载力特征值

根据临界荷载公式,按照建筑地基基础设计规范中公式互检。

(1)对于一般黏性土、砂土、全、强风化岩,首先确定地基承载力特征值经验值,然后把初步确定的抗剪强度指标、值(砂土),代入上述公式,得到各地层的地基承载力特征值计算值,判断经验值与计算值之间相差是否过大,调整、和地基承载力特征值经验值,直至二者相差不大为止;砂土根据,由及、反推,同时根据调整之后较为合理的承载力特征值,根据公式假定值合理,反推,或者假定合理求值;最终将地基承载力特征值经验值和抗剪强度指标、值调整在一个合理范围内,使相互之间协调。

(2)中等、微风化岩石:根据规范确定其地基承载力和饱和单轴抗压强度之间的关系,参考规范经验值进行比较和调整。

下表为佛山地铁2号线详勘登洲站~花卉世界站区间各力学参数之间互检与协调,最终得到参数建议值表。

表1一般黏性土、全、强风化岩抗剪强度指标与地基承载力互检

表2砂土抗剪强度指标与地基承载力互检

根据互检结果可以看出,黏性土、砂土承载力与抗剪强度指标之间吻合较好,反映出各指标参数之间的相互协调和相互影响的关系,各参数之间的内在联系紧密,需要特别注意。

4.结论

地铁勘察成果是设计单位进行设计的前提条件和基础资料,地铁设计所需的岩土物理、力学参数多且标准不一。这就需要勘察人员根据勘察阶段、工程类型、地基基础形式、采用的设计规范等有一定的了解,在此基础上有针对性的进行钻探、原位测试、室内试验、物探、调查等工作,并对勘察成果进行综合分析,加强与设计沟通,分析比较各种参数和设计意图,有针对性、合理的提出物理力学参数建议值。

参考文献:

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[5]DBJ15-31-2003.建筑地基基础设计规范.广东省标准[S].

[6]GB/T50218-2014.工程岩体分级标准[S].

[7]TB10002.5-2005J464-2005.铁路桥涵地基和基础设计规范[S].

[8]JGJ94-2008.建筑桩基技术规范[S].

[9]陈鹏,王腾.佛山市城市轨道交通二号线一期工程详细勘察阶段岩土工程勘察报告[R].中交第二公路勘察设计研究院有限公司,2015.3~2015.8

[10]陈仲颐,周景星等.土力学[M].北京:清华大学出版社,1994.

[11]杨位洸,张克恭.地基及基础[M].北京:中国建筑工业出版社,1991.

[12]程东海,蒋军军.广州轨道交通工程岩土工程勘察的岩土参数取值方法[J].广州建筑,2006年第5期

作者简介:

陈鹏,男,1982年10月出生,工程师,注册岩土工程师,工学硕士,深圳市大升高科技工程有限公司岩土中心主任工程师,主要从事岩土工程勘察设计工作。

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