用靜力觸探參數(shù)確定地基土水平地基抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值_以天津地區(qū)為例

1、 用靜力觸探參數(shù)確定地基土水平地基抗力系數(shù)的比例系數(shù)m 值以天津地區(qū)為例邢恩橋1,許國(guó)輝2,楊俊杰2(1.鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院勘測(cè)設(shè)計(jì)分院,天津300251;2.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,山東青島266003摘要:承受水平荷載作用的樁基,規(guī)范中常采用m 法進(jìn)行樁基水平承載力的計(jì)算,地基土水平地基抗力系數(shù)的比例系數(shù)m 值在規(guī)范中根據(jù)地基土的狀態(tài)、類別以表格給出。在地基勘察中,現(xiàn)在廣泛采用靜力觸探試驗(yàn),直接利用靜力觸探數(shù)據(jù)給出比例系數(shù)m 值,將使樁基設(shè)計(jì)所用參數(shù)更加直接準(zhǔn)確。本文利用天津地區(qū)地層大量靜力觸探資料與地基土狀態(tài)數(shù)據(jù),利用統(tǒng)計(jì)分析回歸方法,總結(jié)出地基土的液性指數(shù)I L 與靜力觸探參數(shù)

2、錐尖阻力q c 及摩阻比R f 間的關(guān)系式,針對(duì)天津的地層土體,給出利用靜力觸探資料查用m 值的表格,為樁基的設(shè)計(jì)計(jì)算提供資料。關(guān)鍵詞:靜力觸探;樁基;水平抗力系數(shù);比例系數(shù)中圖法分類號(hào):U442.2;TU473.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):167225174(2005042683204靜力觸探引入我國(guó)勘察行業(yè)后,作為1種日趨完善的原位測(cè)試技術(shù)和勘察手段在生產(chǎn)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛1。由于砂土與粘性土的差異,我國(guó)研究者對(duì)靜力觸探的機(jī)理在探頭受力分析的基礎(chǔ)上,根據(jù)各自的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了探討224。在工程設(shè)計(jì)中,由于以往主要采取地基土的物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì),不少研究者根據(jù)各地區(qū)的工程資料,采用統(tǒng)計(jì)分析的

3、方法,獲取靜力觸探參數(shù)與土的各種工程性質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系,以利于靜力觸探參數(shù)的對(duì)比應(yīng)用528。同時(shí)研究者積極進(jìn)行了靜力觸探參數(shù)的應(yīng)用研究工作1,9。靜力觸探成果在樁基設(shè)計(jì)中,研究者對(duì)確定樁基豎向承載力進(jìn)行了理論和實(shí)踐工作6,10211,在相關(guān)規(guī)范中,已經(jīng)給出利用靜力觸探參數(shù)確定樁基豎向承載力的方法。而對(duì)靜力觸探參數(shù)在進(jìn)行承受水平荷載的樁基計(jì)算的研究成果在我國(guó)文獻(xiàn)中還未見(jiàn)報(bào)道。本文通過(guò)對(duì)天津地區(qū)地層靜力觸探資料與地基土狀態(tài)之間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析,總結(jié)出地基土的液性指數(shù)I L 與靜力觸探參數(shù)錐尖阻力q c 及摩阻比R f 間的關(guān)系式,針對(duì)天津的地層土體,根據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范以及鐵路橋涵地基

4、和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范,給出利用靜力觸探資料查用m 值的表格,為承受水平荷載作用樁基的設(shè)計(jì)計(jì)算提供資料。1研究工作的基本依據(jù)進(jìn)行承受水平荷載作用的樁基水平承載力計(jì)算時(shí),我國(guó)交通、建筑、水利行業(yè)地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中常采用m 法,m 值依據(jù)載荷試驗(yàn)或根據(jù)規(guī)范中給出的表格確定。由于載荷試驗(yàn)費(fèi)用高,在一般工程設(shè)計(jì)中,多數(shù)利用規(guī)范查表確定m 值的方法。m 值查表選取主要根據(jù)地基土采樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)后的土體分類定名與土體的狀態(tài)參數(shù)即液性指數(shù)I L 確定。在我國(guó)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范以及鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中,給出m 值選取的表格如表1。表1m 值選取表Table 1Values of m from t

5、he design specifications序號(hào)No.土的類別S oil typem 值Value of m /kN m -41流塑粘性土I L 1,淤泥300050002軟塑粘性土1>I L 0.5,粉砂5000100003硬塑粘性土0.5>I L 0,細(xì)砂、中砂1000020000注:表中只列出與天津地區(qū)地層有關(guān)的地基土m 值。Note :only the date of foundation soil m relative with Tianjin are listed inthis table從表1可以看出,m 值和土的類型有關(guān)外,還和土的液性指數(shù)I L 有關(guān)。據(jù)此,研

6、究工作主要獲取每一地基土層靜力觸探參數(shù)與該層地基土的液性指數(shù)I L ,根據(jù)這些數(shù)據(jù)建立靜力觸探錐尖阻力q c 、側(cè)摩阻f s 及摩阻比R f 與液性指數(shù)I L 之間的關(guān)系,進(jìn)而根據(jù)規(guī)范中m 值的選取方法,將通過(guò)I L 查取m 值轉(zhuǎn)化為利用靜探參數(shù)查取m 值?；痦?xiàng)目:山東省科技攻關(guān)項(xiàng)目(2004GG3204003;鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院研究項(xiàng)目(729812資助收稿日期:2004209214;修訂日期:2005203218作者簡(jiǎn)介:邢恩橋(19702,男,工程師。E 2mail :xeqxeq 第35卷第4期2005年7月中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)PERIODICAL OF OCEAN UNIV ERSIT

7、Y OF CHINA35(4:683686J uly ,20052天津地區(qū)地層資料與數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析研究工作中,在天津市區(qū)與四郊,搜集到具有靜力觸探和鉆探取樣試驗(yàn)可進(jìn)行對(duì)比的工點(diǎn)41個(gè),有效土層205層;在沿海三區(qū)有工點(diǎn)30個(gè),有效土層196層。共計(jì)工點(diǎn)71個(gè),有效土層401層。在數(shù)據(jù)處理中,對(duì)每一工點(diǎn),按照地質(zhì)勘察的資料整理方法將地層分層,根據(jù)分層計(jì)算出單孔單層的靜力觸探數(shù)據(jù),然后將這些層所包含的靜探數(shù)據(jù)和鉆探資料匯總,得出同一層地基土的液性指數(shù)I L的平均值,相應(yīng)求出同一層的靜探資料的加權(quán)平均錐尖阻力q c和側(cè)摩阻f s及對(duì)應(yīng)的摩阻比R f,從而得到地基土層靜探參數(shù)以及相應(yīng)土層地基土的液性指

8、數(shù)的數(shù)據(jù)組對(duì)。將所有工點(diǎn)的不同層位的靜探和鉆探資料匯總,根據(jù)環(huán)境條件,將數(shù)據(jù)按照天津地區(qū)和天津沿海地區(qū)分開(kāi),然后根據(jù)天津地層總體的特點(diǎn),按照淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土對(duì)兩地區(qū)所得的土層進(jìn)行分類。在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)時(shí)假設(shè)地基土的液性指數(shù)I L和靜力觸探參數(shù)存在線性關(guān)系,按照以下關(guān)系式進(jìn)行回歸分析:I L=a+b×q c(1I L=a+b1×q c+b2×f s(2I L=a+b1×q c+b2×R f(3I L=a+b1/q c+b2×R f(4其中:I L地基土的液性指數(shù);q c靜探錐尖阻力;f s靜探側(cè)摩阻力;R f靜探摩阻比;a,b,b1,b

9、2待定系數(shù)。在天津地區(qū),對(duì)每一個(gè)回歸關(guān)系,按照總統(tǒng)計(jì)層數(shù)205層、粉土層56層、淤泥質(zhì)土40層、一般粘性土109層,得到4個(gè)統(tǒng)計(jì)回歸公式,總計(jì)獲得16個(gè)統(tǒng)計(jì)回歸公式。同樣,在天津沿海地區(qū),按照總統(tǒng)計(jì)層數(shù)196層、粉土層49層、淤泥質(zhì)土13層、一般粘性土134層,共計(jì)得到16個(gè)統(tǒng)計(jì)回歸公式。對(duì)于每一個(gè)統(tǒng)計(jì)回歸公式,均獲得回歸相關(guān)系數(shù)R,初步以相關(guān)系數(shù)R值做為判定標(biāo)準(zhǔn):R<0.5,變量間無(wú)直線相關(guān)或相關(guān)性差;0.5R<0.8,變量間顯著直線相關(guān);R0.8,變量間高度直線相關(guān)。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn),從天津地區(qū)和天津沿海地區(qū)所得總計(jì)32個(gè)回歸公式中獲取有效公式7個(gè)(見(jiàn)表2。表2統(tǒng)計(jì)回歸公式表Table

10、2Formula for statistical regression地區(qū)Location公式Formula相關(guān)系數(shù)Correlation coefficient統(tǒng)計(jì)層數(shù)Number of layers counted適用范圍Scope of application天津地區(qū)Tianjin region I L=0.88+0.26/q c-0.14R f R=0.66205I L=1.06-0.03q c-0.1R f R=0.5756I L=0.72+0.5/q c-0.09R f R=0.5956I L=0.855-0.0273q c R=0.5356天津沿海地區(qū)Tianjin coasta

11、l region I L=0.97+0.26/q c-0.16R f R=0.65196I L=0.92+0.24/q c-0.16R f R=0.5149I L=1.03+0.16/q c-0.15R f R=0.62134注:各類土層(包括淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土Note:Soil layers of various types;粉土Silt;粘性土Clay對(duì)于表2中的7個(gè)回歸公式,利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,進(jìn)行回歸方程線性關(guān)系的顯著性檢驗(yàn)(F檢驗(yàn)和回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)(t檢驗(yàn),所得檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。根據(jù)表3的檢驗(yàn)結(jié)果得知,7個(gè)回歸公式中的變量之間均存在顯著直線相關(guān)。根據(jù)相關(guān)系數(shù)越大,相關(guān)性越顯著的原則

12、,得到天津地區(qū)和天津沿海地區(qū)地基土層靜探參數(shù)與土的液性指數(shù)I L之間2組相關(guān)公式:I L=0.88+0.26/q c-0.14R fR=0.66(天津地區(qū)(5I L=0.97+0.26/q c-0.16R fR=0.65(天津沿海地區(qū)(6公式(5與公式(6為參與統(tǒng)計(jì)的全部各類地層靜力觸探參數(shù)與液性指數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系公式,適用于天津與天津沿海地區(qū)的淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土地層。486中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào)2005年 表3統(tǒng)計(jì)回歸方程線性關(guān)系顯著性檢驗(yàn)表Table3Significance tests of linear relation in statistical regression formula

13、地區(qū)Location公式FormulaF檢驗(yàn)F test t檢驗(yàn)t testF值F Value臨界值Limit t值t Value臨界值Limit檢驗(yàn)結(jié)果Test result天津地區(qū)Tianjin region I L=0.88+0.26/q c-0.14R f76.4 3.0715.9-12.61.983I L=1.06-0.03q c-0.1R f12.9 3.23-5.45-2.242.023I L=0.72+0.5/q c-0.09R f14.06 3.235.64-2.022.013I L=0.855-0.0273q c20.96 4.08-4.57 2.023天津沿海地區(qū)Tian

14、jin coastal region I L=0.97+0.26/q c-0.16R f74.4 3.079.68-13.411.983I L=0.92+0.24/q c-0.16R f8.6 3.233.03-5.362.023I L=1.03+0.16/q c-0.15R f43.4 3.074.05-10.441.983注:3表示顯著相關(guān)Note:3refers to strong correlation3利用靜力觸探參數(shù)確定m值本文工作所獲天津及沿海地區(qū)的地層,基本劃分為淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土三類。根據(jù)由公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范、鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范給出的表1中的地基土水平地基

15、抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值的確定方法,將以上所得的利用靜探參數(shù)確定地基土液性指數(shù)I L的公式(5與公式(6代到表1中,得到天津地區(qū)和天津沿海地區(qū)統(tǒng)計(jì)的各類土層利用靜力觸探參數(shù)確定m值的表格,見(jiàn)表4與表5。表4天津地區(qū)靜力觸探參數(shù)與m值的關(guān)系Table4Relationship between static cone penetration testparameters of soils in the Tianjin region and the values of m序號(hào)No.公式Formulam值Value of m/kNm-410.88+0.26/q c-0.14R f130005000 21

16、>0.88+0.26/q c-0.14R f0.5500010000 30.5>0.88+0.26/q c-0.14R f01000020000表5天津沿海地區(qū)靜力觸探參數(shù)與m值的關(guān)系Table5Relationship between static cone penetration test parameters of soils in Tianjin coastal region and the values of m序號(hào)No.公式Formulam值Value of m/kNm-410.97+0.26/q c-0.16R f130005000 21>0.97+0.26/q

17、 c-0.16R f0.5500010000 30.5>0.97+0.26/q c-0.16R f010000200004結(jié)語(yǔ)在工程勘察中,由于靜力觸探探測(cè)技術(shù)獲取地基土物理力學(xué)參數(shù)資料的原位性、可靠性,所以應(yīng)當(dāng)充分利用靜探參數(shù)。本文根據(jù)天津地區(qū)已有工作資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,獲得靜探參數(shù)與地基土液性指數(shù)I L之間的相關(guān)關(guān)系,進(jìn)而利用已有公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范以及鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)范資料,給出天津地區(qū)用靜力觸探參數(shù)確定地基土水平地基抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值的查用表格。由于鉆探取樣對(duì)樣品的擾動(dòng)以及實(shí)驗(yàn)室土工試驗(yàn)的誤差等因素,利用地基土液性指數(shù)I L確定地基土水平地基抗力系數(shù)的比例系數(shù)

18、m值,在事實(shí)上存在技術(shù)和人為因素的影響。根據(jù)地基土水平地基抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值的物理力學(xué)含義與靜力觸探工作原理之間的近似關(guān)系,應(yīng)當(dāng)注意開(kāi)展利用靜探參數(shù)直接確定m值的研究工作。參考文獻(xiàn):1孟高頭.土體原位測(cè)試機(jī)理、方法及其工程應(yīng)用M.北京:地質(zhì)出版社,1997.2陳維家,陳映南.砂土靜力觸探機(jī)理分析J.巖土工程學(xué)報(bào),1990,12(2:64272.3邱延峻.靜力觸探機(jī)理研究,西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)J.1993(3:46252.4孟高頭,魯少宏,姜珂.靜力觸探機(jī)理研究J.地球科學(xué)-中國(guó)地質(zhì)大學(xué)學(xué)報(bào),1997,22(4:4192423.5徐曉泉.昆明地區(qū)地基土指標(biāo)與靜力觸探指標(biāo)相關(guān)關(guān)系分析J.工程勘察,

19、1996,(2:23224.6張忠坤.靜力觸探成果與樁基承載力的回歸分析J.河海大學(xué)學(xué)報(bào),1997,25(4:71275.5864期邢恩橋,等:用靜力觸探參數(shù)確定地基土水平地基抗力系數(shù)的比例系數(shù)m值以天津地區(qū)為例 7吳占?jí)?劉瓊玲.深圳灣近岸軟土靜力觸探與十字板剪切試驗(yàn)成果相關(guān)分析J.巖土工程技術(shù),1998,(3:48250.8高頌東.靜力觸探參數(shù)與地基土物理力學(xué)指標(biāo)(天津地區(qū)相關(guān)分析研究J.巖土工程界,2003,6(7:75277.9展旭廣,張坤美.東營(yíng)地區(qū)巖土工程勘察中靜力觸探成果的應(yīng)用J.西部探礦工程,1999,11(6:67268.10魏杰.靜力觸探確定樁承載力的理論方法J.巖土工程學(xué)

20、報(bào),1994,16(3:1032111.11趙春風(fēng),徐超,高大釗.靜力觸探法設(shè)計(jì)預(yù)制樁的分項(xiàng)系數(shù)研究J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2004,23(4:6732677.Determination of the Value s of Proportional Coefficient m of theHorizontal Re sistance Coefficient of Foundation Soils inTerms of Static CPT Parameters:Ca se Studie s in TianjinXIN G En2Qiao1,XU Guo2Hui2,YAN G J un2Jie2

21、(1.The3rd Railway Survey&Design Institute,Tianjin300251,China;2.College of Environmental Science and Engineering, Ocean University of China,Qingdao266003,ChinaAbstract:The horizontal bearing capacity of the pile foundation under a horizontal load is usually calculated through the m method specif

22、ied in the design specifications.That is,the values of the proportional coefficientM of the horizontal resistance coefficient are listed according to the conditions and types of the foundation soil.Static CPTs are widely used in foundation investigations,and their parameters are utilized to calculate