滨海软土城市工程勘察K30载荷试验成果

（1）试验概况

为测试浅层地基土的垂直及水平基床系数，在试验场地的相应钻探孔或静探孔附近布置六个试验点K30-1～K30-6，试验深度范围内共三层土，分别为①1耕植土、①2黏土（可塑）、①3a粉质黏土（软塑），测试项目见表4-2。

表4-2　K30载荷试验项目表

垂直基床系数测试采用横梁加压，利用静探设备提供反力。水平基床系数测试利用改进的后壁提供反力。垂直测试点安装压板时，找平后铺20～30 mm中粗砂，轻轻拍实并找平，确保压板与试坑面平整接触。水平测试点位置尽可能与试验面保持垂直平整。遇凹下部位，应用砂垫平，垫层厚度不超过2 mm。

试验设备及安装见图4-2。

图4-2　垂直、水平基床系数测试设备现场安装图

（2）试验加荷

本次试验采用慢速维持荷载法，加载方法为：按一定要求将荷载加到承压板上，每级荷载维持不变，直至承压板下沉量达到某一规定的相对稳定标准，然后继续加下一级荷载，当达到规定的终止试验条件时，便停止加荷，再分级卸荷直至零。

为满足软土地基对基床系数的测试要求，同时考虑软土特性的影响，试验加载装置采用精度为0.1 kg的传感器，另以压力表为辅助加载设备。根据土体物理力学状态，结合实际经验，确定各层土体每级加载值为10 kPa，考虑仪器自身重量，垂直方向首级荷载等效为46.7 kg，水平方向首级荷载等效为70.7 kg，各级荷载控制值见表4-3。

表4-3　荷载强度—传感器对应值

（3）试验数据整理

①整理步骤

原始记录表A中各级荷载Pi下修正后下沉量Si应按下式修正：

式中：——对应于第i级荷载下Pi时两只百分表下沉量的平均值（mm）；

　　　Sb——预压卸荷加零后两只百分表残余下沉量平均值（mm）。

根据原始记录表A修正后的Si及与之对应的Pi值，以S为纵轴、P为横轴，点绘实测P-S曲线。如实测P-S曲线顺整，无须修正，则可直接利用该曲线进行参数计算；若实测P-S曲线向上（S轴）顺延时明显不通过坐标原点，应进行修正后，方可用于计算。

②试验数据修正

根据实测数据绘制的P-S′曲线前段呈直线且不通过坐标时，依据《铁路工程地质原位测试规程》（TB 10018—2003，J 261—2003）规定，按式4-2、4-3计算求出初始直线段截距S0和斜率C。根据计算得出的截距S0和斜率C，然后对比界限（即第一拐点）以前各点的沉降值按S=CP进行修正；对比界限以后各点的沉降值按S=S′-S0修正。

式中：n——荷载级数；

　　　P——第i级荷载下单位面积的压力（kPa）；

　　　S′——对应P的实测值。

符合该特征的测试曲线按上述公式求得的直线型P-S′曲线截距S0和斜率C见表4-4。

表4-4　曲线截距S0和斜率C

③试验结果及分析

各试验点测试深度见表4-5。

表4-5　各测试点深度表

根据现场实测数据经整理后，K30-1～K30-6个测试点垂直方向P-S（荷载-沉降）曲线见图4-3至图4-8。

图4-3　K30-1载荷试验曲线图（H=0.5）

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图4-4　K30-2载荷试验曲线图（H=0.5）

图4-5　K30-3载荷试验曲线图（H=0.5）

图4-6　K30-4载荷试验曲线图（H=0.45）

图4-7　K30-5载荷试验曲线图（H=0.65）

图4-8　K30-6载荷试验曲线图（H=0.70）

水平向荷载试验P-S（荷载-沉降）曲线见图4-9至图4-14。

图4-9　K30-1载荷试验曲线图（H=0.5）

图4-10　K30-2载荷试验曲线图（H=0.5）

图4-11　K30-3载荷试验曲线图（H=0.5）

图4-12　K30-4载荷试验曲线图（H=0.5）

图4-13　K30-5载荷试验曲线图（H=0.65）

图4-14　K30-6试验曲线图（H=0.70）

从P-S曲线得出下沉量基准值（Ss=1.25×10-3 m）对应的荷载强度（PS），并按下式计算各层土基床系数：

式中：KV——垂直基床系数（MPa/m）；

　　　KH——水平基床系数（MPa/m）；

　　　PS——P-S曲线中SS=1.25×10-3 m相对应的荷载强度（MPa）；

　　　SS——下沉量基准值（取1.25×10-3 m）。

求得各层地基土实测基床系数见表4-6。

表4-6　基床系数测试成果表

（4）试验结果及分析

综合分析，该测试场地试验深度处土层基床系数取值见表4-7。

表4-7　土体垂直基床系数测试值

测试结果表明，K30在载荷试验测试的研究区上部0.45～0.70 m深度处土体的垂直基床系数在30.4～42.4 MPa/m之间，均值为34.9 MPa/m，同一深度处相对应水平基床系数在11.8～37.0 MPa/m之间，均值为21.5 MPa/m；对数值比较分析不难发现，测试得出的垂直基床系数数值离散性不大，水平基床系数数值离散性较大；垂直、水平基床系数数值也有差异，即整体上垂直基床系数大于水平基床系数，垂直向与水平向均值比约为1.6。

产生以上差异的原因主要与土体物理力学性质状态及土体的均匀性相关。根据开挖试坑揭露，沿深度方向由于土体地质成因的不同，逐渐由性质较好的灰黄色可塑状态的冲湖积演变为性质较差的灰色可～软塑状态的海积，导致K30平板在深度方向上的土体状态及均匀性较差，最终出现基床系数有一定的离散现象；同一深度处垂直与水平基床系数的差异一方面与二者所处的边界条件有关，垂直测试处在周边环境完全对称的试坑中，变形、应力分布是完全对称的，水平测试处在上下部对称的边界条件下，变形、应力分布不完全对称，另一方面，土层沿深度方向由于地质成因的不同存在纵横向差异，进而也导致力学性质的不同。