地区工程软土专题勘察报告

某工程软土专题勘察报告1概述1.1任务依据1.2工程概况与勘察范围1.2.1工程概况1.2.2勘察范围及地貌特征1.3勘察要求与目的1.3.1专题勘察要求1）进行十字板剪切试验，提供准确的剪切强度指标；2）进行三桥静力触探，查明土的不均匀性，提供土的固结沉降计算系数，掌握孔隙水压力的消散过程；3）进行旁压试验，查明土的变形和强度特征；4）进行室内软土特殊项目试验，详细了解软土的强度、固结、渗透性和压缩性；1.3.2勘察目的1）查明所研究地段范围内及其南沙地区特殊性土（淤泥、淤泥质土）的分布范围、厚度和特征。根据软土工程特点，准确划分软土的工程地质单元（亚层）。必要时，按标高每5m进行划分；2）查明软土层的埋深与起伏，软土层土质均匀性（包括软土中对固结排水和强度改善作用的砂土的分布厚度）；3）查明软土的物理力学特性，如强度特性、固结状态、富水性，以及震陷特征；4）查明软土层的化学特性，如有机质含量；5）认真分析勘察成果，为设计提供岩土参数和依据，为施工采取工程措施提出建议；6）根据分析结论，结合工法进行必要的模拟试验论证，提出消除工后沉降的措施。1.4勘察方法与完成工作量1.4.1勘察方法根据XX，xx院采用钻探、用薄壁取土器采取I级土试样、室内土工试验、十字板剪切试验、三桥静力触探试验、旁压试验及采取直径为108mm的I级土试样供模拟试验等方法进行专题勘察研究工作。1.4.2勘察组织1.4.3完成工作量1.5勘察执行标准2岩土工程特征2.1淤泥（Q4mc），剖面图、柱状图、统计表上代号<2-1A>根据初勘资料、本次取土样钻探孔及静力触探孔资料揭露，该土层沿线连续分布，且基本上呈北薄南厚的趋势。层厚1.60～22.80m，平均8.33m，层顶埋深0.20～26.60m（标高-21.29～5.40m）；层底埋深4.20～31.00m（标高-25.79～2.08m）。层位稳定，而土性稍有变化，土性灰褐、深灰、灰黑色，取22件土试样做有机质含量分析，最大值4.16%，最小值1.90%，属无机土。局部含有有腐木块、泥炭质，不均匀含细粉砂，个别含贝壳等杂质，有腥臭味，具海棉状和孔隙状结构，流塑，少数软塑状态。浅部及中部土芯一般不能成土柱状，流塑，较深部位土体固结度稍好，土芯呈完整土状，软塑为主。本层土压缩系数为2.0MPa-1，超固结比为0.420，故属高压缩性欠固结软土。土的渗透性差，实验室测得渗透系数Kv=8.0×10-8cm/s(垂直)，KH=13.8×10-8cm/s(水平)。土层详细物理力学性质详见附表1。2.2淤泥质土(Q4mc)，剖面图、柱状图、统计表上代号为<2-1B>该土层在本段局部分布，平面上主要分布于MDZ2-NY-JLCT07~MDZ2-NY-JLCT10段，在垂直方向主要位于淤泥层<2-1A>或淤泥质粉细砂层<2-2>之下。层位不稳定，而土性稍有变化，土性呈灰褐、深灰、灰黑色，局部见有腐木块、泥炭质，往下部细粉砂增多，有腥臭味，具海棉状和孔隙状结构，流塑~软塑状态。本层土压缩系数为0.9MPa-1，超固结比为0.462，故属高压缩性欠固结软土。渗透性较差，实验室测得渗透系数Kv=12.0×10-8cm/s(垂直)，KH=22.0×10-8cm/s(水平)土层详细物理力学性质详见附表1。2.3淤泥质砂、粉细砂层(Q4mc)，剖面图、统计图表上代号为<2-2>该土层在MDZ2-NY-QT01～MDZ2-NY-JLCT08段基本连续分布，在淤泥层<2-1A>或在粉质粘土层<2-4>之下呈薄层状分布。本层层厚0.70～9.30m，平均厚度2.46m，层顶埋深4.20m～24.40m（标高-18.20～2.08m），层底埋深5.90～27.70m（标高-21.50～0.25m）。淤泥质粉细砂：土性灰、灰黑、深灰色，以粉细砂为主，含淤泥质，不均匀含粘粒并具粘结性，局部含贝壳、蚝壳碎片，饱和、松散～稍密，级配不良。粉细砂：土性浅灰、灰黄、黄色，松散为主，局部稍密，饱和，含少量粘粒，根据初勘资料，经颗粒分析，不均匀系数Cu=44.0，曲率系数Cc=8.3，属于级配不良砂土。渗透系数kv=46.0×10-5cm/s，天然坡角：风干42.9°，水下36.6°。由静力触探的孔压曲线可知，该砂层的含水类型属承压水，承压水头基本与淤泥层顶面一致。因此，淤泥下的砂层虽然可以视为排水通道，但难以通过砂层进行排水。如果在淤泥中设置砂井，并通至砂层，则在预压荷载的作用下，砂层可视作良好的横向排水通道。2.4中粗砂层(Q4mc)，剖面图、统计图表上代号为<2-3>该土层在MDZ2-NY-QT03～MDZ2-NY-JLCT08段范围内基本连续分布，呈薄层状连续分布于淤泥层<2-1A>或粉质粘土层<2-4>之下，厚度稍有变化。层厚0.60~7.20m，平均3.46m，层顶埋深14.50~23.70m（标高-18.70~-9.00m），层底埋深15.80~26.60m（标高-21.29~-9.60m）。土性浅灰、黄色、暗黄灰、杂色，松散~稍密，局部中密，饱和，以石英质中粗砂为主，不均匀含粘、粉粒，稍有粘结，根据初勘资料，经颗粒分析，不均匀系数Cu=21.6，曲率系数Cc=3.0，属于级配良好砂土。实验室测得渗透系数kv=392.5×10-5cm/s。天然坡角：风干43.4°，水下38.4°。3室内试验3.1钻探取样根据技术要求，在某工程南延段蕉门至冲尾段共布置10个钻孔，主要针对淤泥或淤泥质土中用薄壁取土器采取I级不扰动样，样长500mm，样径89mm，共采取软土样品60件。另布钻孔5个，用薄壁取土器取样直径为108mm的I级不扰动样14件，用于模拟试验。3.2试验项目根据技术要求，主要提供如下软土土工试验指标：比重、天然含水率、天然密度、天然孔隙比、饱和度，液限、塑限、液性指数、塑性指数，压缩指数、压缩模量、固结系数、有机质含量、各级压力下的孔隙比，直接剪切试验（包括快剪q、固结快剪Cq的c、φ值）、无侧限抗压强度、静止侧压力系数，三轴剪切试验，包括不固结不排水剪（UU）（c、φ值）、固结不排水剪（CU）（c、φ值）。压缩系数、压缩模量、固结系数、渗透系数应分别提供水平和垂直方向指标。直接剪切试验特别是快剪试验加荷应保证有三级小于自重压力，起始压力宜为0.125Kg。进行高压试验，其最终压力应大于800KPa。提供压缩系数、压缩指数、回弹指数、前期固结压力及固结比OCR。3.3结果分析3.3.1数据离散性分析异常值的取舍可根据Grubbs准则和经验取舍，统计分析结果见附表1。在反映数据分布规律的特征值中，变异系数较好的反映了数据的相对离散性，一般地，可以把变异系数为0.3时作为某一指标数据离散性大小的分界。按以上原则，在本次试验中，离散性较小的指标有：液限、塑限、塑性指数、天然含水率、天然密度、饱和度、天然孔隙比、压缩系数、压缩模量、压缩指数、直接剪切试验和三轴剪切试验的φ值等；离散性较大的指标有：液性指数、固结系数、直接剪切试验和三轴剪切试验的c值、无侧限抗压强度、灵敏度及渗透系数等。对于固结系数、直接剪切试验和三轴剪切试验的c值离散性大的原因主要是这些指标是由图解法而得，而影响图解法得出的参数的影响因素众多，因此这种大的离散性是不可避免的；渗透系数大的原因主要与土的不均匀性有关，但总体来讲，其渗透系数都在同一个数量级上；无侧限抗压强度、灵敏度等与土的深度有关，不同深度的样品在求得以上参数时不能完全作为平行试样，因而得出的指标会有一定的离散性，但这种离散性会在分标高进行统计时减弱。对于离散性较小的上述指标，使用时可直接选用其平均值或标准值，而对于离散性较大的指标，可根据现场施工条件在其平均值或标准值的基础上选择偏保守或偏经济的值，或直接选用其平均值或标准值。3.3.2数据统计分析根据设计总体提出的技术要求，本次勘察室内试验指标统计方法分为按土层综合统计和按标高每5m为一层统计。按综合统计方法得出的土性指标见表3.3.2-1和表3.3.2-2，按标高分层统计的平均值见表3.3.2-3。综合统计指标可宏观了解软土的工程特征，为地铁方案比选及工法选择提供参考数据，或初步设计时作为设计参数。按标高分层统计可准确提供每5m厚度范围内各指标的相对精确值，可直接作为设计参数使用。淤泥<2-1A>综合统计时的主要物理力学指标表3.3.2-1统计项目天然状态性质指标固结指标剪切指标三轴指标渗透系数含水率天然密度孔隙比压缩系数压缩指数直接快剪固结快剪UUCU凝聚力内摩擦角凝聚力内摩擦角总应力法总应力法wOρOeoa1-2CCcφcφcφcφKVKH%g/cm3MPa-1kPaоkPaоkPaokPao10-8cm/s统计数434343412275910132017221111最大值84.01.642.3033.5020.9687.05.711.019.39.02.711.016.622.063.0最小值54.51.461.5151.0460.3831.02.33.011.12.00.13.06.54.04.0平均值73.21.541.9971.9980.6533.43.77.014.54.51.26.112.58.013.8标准差8.00.050.2090.5520.1522.51.43.22.82.70.72.52.75.016.9变异系数0.1090.0310.1050.2770.2330.7310.3850.4570.1960.5870.5750.4080.2180.6321.224标准值75.241.522.0521.8490.5961.65.012.83.20.95.011.55.24.5淤泥质土<2-1B>综合统计时的主要物理力学指标表3.3.2-2统计项目天然状态性质指标固结指标剪切指标三轴指标渗透系数含水率天然密度孔隙比压缩系数压缩指数直接快剪固结快剪UUCU凝聚力内摩擦角凝聚力内摩擦角总应力法总应力法wOρOeoa1-2CCcφcφcφcφKVKH%g/cm3MPa-1kPaоkPaоkPaokPao10-8cm/s统计数777750022555511最大值54.71.761.4442.4220.62616.021.611.012.646.017.912.022.0最小值35.01.571.1310.4550.2486.012.23.00.62.08.512.022.0平均值44.81.681.2850.9270.45911.016.96.84.216.012.212.022.0标准差8.10.060.1220.6870.1563.05.218.04.2变异系数0.1800.0360.0950.7410.3390.4461.2431.1240.345标准值50.771.641.3750.419从附表1可以看出，稠度指标、天然状态性质指标、除先期固结压力和超固结比外的固结指标、剪切指标和三轴指标随深度增加并无明显的变化规律，因此在选用设计参数时可直接选用综合统计方法得出的平均值或标准值。先期固结压力随深度的增加而增加但增加幅度逐渐减小，超固结比随深度的增加而减小且减小幅度亦逐渐减小，因此，设计时应考虑不同深度范围内选用不同的指标，指标数值见附表1。原状土无侧限抗压强度和灵敏度随深度的增加基本上呈线性增加，而扰动土无侧限抗压强度随深度变化不大，因此，在选用这两种指标进行设计时，应选用按标高统计的数据，见附表1。从表3.3.2-1~3.3.2-3可以看出，在淤泥中，由于薄层粉砂的存在，使得其水平渗透系数比垂直渗透系数大约1.5倍。整层土与不同深度土层物理力学指标平均值表3.3.2-3岩土名称天然状态性质指标固结指标剪切指标三轴指标渗透系数含水率天然密度孔隙比压缩系数压缩指数直接快剪固结快剪UUCU凝聚力内摩擦角凝聚力内摩擦角总应力法总应力法wOρOeoa1-2CCcφcφcφcφKVKH%g/cm3MPa-1kPaоkPaоkPaokPao10-8cm/s淤泥综合73.21.541.9971.9980.6533.43.77.014.54.51.26.112.58.013.8淤泥(0~5m)72.81.551.9672.0640.7393.37.06.515.73.81.05.012.97.98.1淤泥(-5~0m)74.71.532.0251.7950.5622.73.85.015.85.81.28.811.55.711.3淤泥(-10~-5m)72.71.522.0252.0540.6705.313.69.81.69.412.611.124.8淤泥(<-10m)71.81.541.9702.2980.6418.316.28.82.35.313.2淤泥质土44.81.681.2850.9270.45911.016.96.84.216.012.212.022.03.3.3指标的选用原则对于稠度指标、天然状态性质指标、固结指标和渗透系数，设计单位可根据工程需要按附表1选择某一个统计特征值作为设计值，而强度指标的选用则与施工方法与施工速度有关。剪切试验的直接快剪（cq、φq）和三轴试验的不固结不排水剪（cu、φu）试验模拟了地基未经预压处理，快速施工的；剪切试验的固结快剪（ccq、φcq）和三轴试验的固结不排水剪（ccu、φcu）试验模拟了地基经预压处理，快速施工；三轴试验的固结不排水剪监测孔隙水压力得到的有效应力指标（c’cu、φ’cu）（该指标的选取详见附表1）试验模拟了地基经预压处理，慢速施工。剪切试验是对仪器中的土样先施加不同的法向应力，然后再施加水平剪力，将下盒推动，使土样在侧限条件下沿人为规定的剪切面受剪，按给定的破坏标准确定其破坏状态。它的主要缺点是不能控制排水条件，剪切面人为固定以及剪切面上的应力分布不均匀等。三轴试验是把土样置于压力室内，土样在压力室内处于四面受力状态，施加压力后土样发生变形，分别测读所加的各级压力增量以及土样体积变形和竖向变形，直至土样剪切破坏，破坏面与大主应力的夹角为。对几个土样分别施加不同的围压力进行试验，可得几个极限应力圆，由此绘得强度包线，并求得强度指标。因此，强度指标的选用要根据施工方法、施工速度以及预计土体可能破坏的形式选择三轴试验或剪切试验的各种指标。根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)5.2.5条，依据土的抗剪强度指标确定地基承载力可按下式计算：(3.3.3-1)式中：fa——土抗剪强度指标确定的地基承载力特征值；b——基础底面宽度，大于6m时取6m，对于砂土小于3m时取3m；ck——基底下1倍短边宽度深度内土的粘聚力标准值；Mb、Md、Mc——承载力系数，查规范表5.2.5；4原位测试4.1十字板剪切试验4.1.1测试原理十字板剪切试验是在钻孔内直接测定软粘性土抗剪强度的试验。它所测得的抗剪强度值相当于不排水剪的强度和残余抗剪强度，或无侧限抗压强度的1/2。十字板剪切仪由两块相互垂直相交的金属板及轴杆构成，高强度薄金属板焊接于轴杆端部如图4.1示。使用时把十字板插入土中，施加扭力于轴杆上，使十字板在土中转动，形成圆柱剪切面，通过量力设备测出最大扭转力矩，由此得出抗剪强度。本试验采用板头规格为的十字板头。设十字板所测定的土的抗剪强度为sv，则有：得4.1.2资料整理1)计算原状土和重塑土的不排水抗剪强度式中——原状土的不排水抗剪强度(kPa)；——重塑土的不排水抗剪强度(kPa)；K——十字板常数(m-2)；ξ——电阻应变式十字板头传感器的率定系数(kN/με)；Ry——原状土破坏时的最大微应变值(με)；Rc——重塑土破坏时的最大微应变值(με)。2)计算灵敏度(4.1.23)估算地基承载力(1)中国建筑科学研究院、华东电力设计院公式：(4.1.2式中fa——地基承载力(kPa)。(2)Skempton公式（适用于D/B≤2.5）：(4.1.2式中fu——极限承载力(kPa)；B——基础底面宽度(m)；L——基础底面长度(m)；D——基础埋置深度(m)；p0——基础底面以上的覆土压力(kPa)。本报告在地基承载力估算时采用了式(4.1.2-2),详细结果见附图5，当设计详细尺寸已知时，可用式(4.1.2-3)计算。4.1.3试验成果分析从十字板剪切成果图可以看出，XX淤泥中的十字板原状土抗剪强度波动较大，重塑土强度亦不稳定，结合钻孔地质资料，是由于此段淤泥不均匀夹粉细砂所致。XX孔淤泥中的十字板原状土抗剪强度基本呈线性增加，仅个别点原状土强度远高于其他点强度，结合钻孔资料，是由于个别点位置夹粉细砂，其余地段淤泥较均匀。本段淤泥质土层厚较薄，分布范围也较小，十字板抗剪强度在该层未发现明显规律性，钻探过程中揭露该层亦不均匀，常与粉砂呈互层出现，其原状土及扰动土的不排水抗剪强度较淤泥均有较大提高。由于淤泥、淤泥质土的原状土抗剪强度、浅基础地基承载力设计值等是随深度增加而增加的，因此，在进行强度设计时应根据土层深度进行参数选择，用十字板剪切试验方法得出的淤泥的强度指标的范围值见4.1.3。十字板剪切试验得出淤泥和淤泥质土的强度指标表4.1.3土名统计项目试验参数平均值地层力学参数计算值原状土十字扰动土十字灵敏度现场不排水浅基础地基板抗剪强度板抗剪强度抗剪强度承载力设计值Cu(kPa)Cu'(kPa)St(Cu)f(kPa)f(kN)淤泥最大值79.5020.4020.5271.55357.26最小值7.001.501.306.3026.72淤泥质土最大值88.6031.106.7479.74387.82最小值31.308.802.0428.17222.94十字板剪切试验的成果有，原状土十字板剪切强度，重塑土十字板剪切强度，灵敏度，浅基础地基承载力设计值，十字板剪切强度曲线等，详见附表5及附图4。4.2三桥静力触探试验4.2.1测试原理静力触探是工程勘察的一种原位测试技术，是将具有一定功能的探头以规定的速率贯入土中，量测贯入过程中探头受到的阻力（端阻、侧阻或比贯入阻力）及孔隙水压力（简称孔压）；当探头停止贯入时，还可测定孔压和端阻随时间而变化的过程值。本次试验采用三桥静力触探试验。4.2.2资料整理1)参数修正及计算静力触探的锥尖阻力、侧壁阻力在试验过程中由静探微机(江苏溧阳的LMC-D310型)自动运算完成。孔压消散修正的方法是，当孔压消散曲线初始段出现上升现象时，略去其上升段，以曲线峰值点作为该孔压消散曲线的计量起点，并在同一张坐标中，重新绘制孔压消散曲线。(1)超孔隙压力比Bq可用下式计算：(4.2.2-1)(4.2.2-2)式中Bq——超孔隙压力比；——探头贯入时土的超孔隙水压力；uT——探头贯入时锥面上测得的孔隙水压力；qT——探头总锥尖阻力；qc——孔压探头的锥尖阻力；a——探头锥尖有效面积比，取0.4；——土的自重压力。(2)归一化超孔压消散曲线应按下式计算：(4.2.2-3)式中——各时该归一化超孔压比；uw——静水压力(kN/m2)；ut——消散至某时刻(t)的孔压值，可在经修正案孔压消散曲线查取(kN/m2)；ut=0——经修正了的孔压消散试验的初始值(kN/m2)；γw——水的重度(kN/m3)；Dw——试验点在实测地下水位以下的深度(m)。2)土层划分土层的划分可以根据贯入孔压uT和超孔隙压力比Bq值的突变点所在深度处为土层界面，然后结合初勘钻孔资料确定土层名称。3)估算地基承载力fa、压缩模量Es依据行标《静力触探技术规则》（TBJ-93）不同土层的承载力及压缩模量计算公式见表4.2.2。地基承载力、压缩模量计算公式表表4.2.2土层承载力计算公式fa（kPa）压缩模量计算公式Es(Mpa)采用标准及规范淤泥0.112qT+54.13qT0.687《静力触探技术规则》（TBJ-93）淤泥质土4.13qT0.687《静力触探技术规则》（TBJ-93）粉质粘土2.14qT+2.17fa采用静力触探技术规则Es采用铁道部四院公式砂1.7(qT+1.5)fa采用静力触探技术规则Es采用webb公式(1969)4)单桩承载力估算根据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）估算砼预制桩单桩竖向极限承载力标准值如下式：式中Quk——单桩极限承载力标准值；u——桩周长；li——桩身穿越第i层土厚度；fsi——第i层土土的探头平均侧阻力；qc——桩端平面上、下探头阻力，取桩端平面以上4d范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值，然后再加桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均；α——桩端阻力修正系数，对粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2；βi——第i层土桩侧阻力综合修正系数，对于粘性土、粉土：βi=10.04fsi-0.55，砂土：βi=5.05fsi-0.45。5)饱和粘性土水平固结系数的计算：(4.3.2-4)式中N——土的再压比，N=Ce/Cc，对于软土可取0.25~0.10；r0——探头半径，取1.784cm；T50——触探引起的超孔压消散达50%时的时间因数；t50——相应于T50的孔压消散历时，在绘制的归一化超孔压曲线上查取。6)渗透系数估算：(4.3.2-5)式中a——土的压缩系数，计算时可按附表1查取；γw——水的重度；e——土的天然孔隙比，按附表1查取。4.2.3试验成果分析三桥静力触探可以较精确的划分土层。从附图6可以看出，砂层的贯入孔压uT与静止水压力uw曲线基本一致，粘性土层的贯入孔压uT一般大于静止水压力uw。这样的结果也说明，特别是在本段软土发育地段，由于超孔隙水压力的存在，才能使软土中的水被排出，当超孔隙水压力消散完毕时，本层软土固结也就完成了。本层共做了16个点的孔压消散试验，消散终止条件是当孔压消散到固结度达到60%时或固结时间超过2小时。通过孔压消散，可以得到该土层的固结系数，并能用式(4.3.2-5)推算各土层的渗透系数，各点固结系数及渗透系数值见表4.3.3-1，超孔压消散成果图见附图7。固结系数成果表表4.2.3-1孔号深度标高岩土名称层号固结系数e0a渗透系数10-3cm/sMPa-110-8cm/sJLCT015.001.15淤泥质砂<2-2>6.01.9672.06440.90JLCT017.00-0.85淤泥<2-1A>43.42.0251.795252.38JLCT019.00-2.85淤泥质砂<2-2>103.82.0251.795603.62JLCT0112.00-5.85粉质粘土<2-4>1.02.0252.0546.65JLCT023.003.10淤泥<2-1A>0.51.9672.0643.41JLCT027.30-1.20淤泥<2-1A>2.22.0251.79512.79JLCT0210.00-3.90淤泥质砂<2-2>31.82.0251.795184.92JLCT0216.10-10.00粉质粘土<2-4>26.52.0252.054176.34JLCT043.002.10淤泥<2-1A>0.91.9672.0646.14JLCT045.000.10淤泥<2-1A>1.31.9672.0648.86JLCT048.00-2.90粉质粘土<2-4>1.22.0251.7956.98JLCT0412.90-7.80粉质粘土<2-4>0.62.0252.0543.99JLCT113.002.50淤泥<2-1A>0.61.9672.0644.09JLCT118.00-2.50淤泥<2-1A>0.62.0251.7953.49JLCT1112.90-7.40淤泥<2-1A>1.52.0252.0549.98JLCT1115.90-10.40淤泥<2-1A>1.11.972.2988.34各土层及不同标高范围内的淤泥和淤泥质土的静力触探试验取得的力学性质指标的平均值见表4.2.3-2。从该表可以看出，淤泥和淤泥质土的锥尖阻力随深度的增加而增加，这是由于随触探深度的增加，触探点的上覆压力也不断增大。淤泥质土的平均锥尖阻力较高，为1.17MPa，这是由于在淤泥质土中不均匀夹薄层粉砂所致，前述的钻探资料及十字板资料均说明了这一点，在静力触探试验中的力学指标偏高也再次说明了这个问题。不同土层及软土不同标高静探统计指标表4.2.3-2统计内容锥尖阻力侧壁摩擦阻力总锥尖阻力天然地基基本承载力地基土压缩模量qc(Mpa)fS(kPa)qT(Mpa)σ0(kN)Es(MPa)淤泥综合统计0.507.710.5869.962.84淤泥质土综合统计1.0521.371.26159.884.84粉质粘土综合统计1.6833.051.88205.486.19淤泥(标高>0m)0.405.800.4555.42.39淤泥(标高-5~0m)0.587.700.6780.043.14淤泥(标高-10~-5m)0.6510.800.7993.483.51淤泥(标高<-10m)0.6918.200.86101.323.72淤泥质土(标高>-10m)0.9616.301.10146.364.41淤泥质土(标高<-10m)0.9816.901.21155.754.71其他静力触探取得的力学指标包括侧壁阻力、锥尖阻力、孔隙水压力，总锥尖阻力、土的压缩模量及天然地基基本承载力，详见附表5及附图6。4.3旁压试验4.3.1测试原理P0PfPlP0IIIIII塑性阶段P0PfPlP0IIIIII塑性阶段似弹性阶段初始阶段V图1典型的旁压曲线旁压试验可理想化为圆柱孔穴扩张课题，并简化为轴对称平面应变问题。典型的旁压曲线（压力P——体积变化量V曲线见图1所示）可分为三个阶段：Ⅰ阶段：初始阶段；Ⅱ阶段：似弹性阶段，压力与体积变化量大致呈直线关系；Ⅲ阶段：塑性阶段，随着压力的增加，体积变化量也迅速增加。Ⅰ-Ⅱ阶段的界限压力相当于初始水平应力P0；Ⅱ-Ⅲ阶段的界限压力相当于临塑压力Pf；Ⅲ阶段末尾渐近线的压力为极限压力Pl。4.3.2资料整理1)旁压试验曲线的绘制根据校正后的压力和体积数据，绘出压力——孔壁土被压缩的体积变化量，即P—V曲线。各试验点的P-V曲线见附图8。2)特征值的确定与计算利用旁压试验确定地基土参数，首先要从旁压试验P—V曲线确定P0——地层初始水平应力、Pf——临塑压力和Pl——极限压力。（1）P0——地层初始水平应力的确定：延长P—V曲线直线段与纵坐标轴相交，截距为V0，过截距作与横坐标轴的平行线，与P—V曲线相交点对应的压力即为P0。（2）Pf——临塑压力的确定：以P—V曲线直线段的终点对应的压力为Pf。（3）Pl——极限压力的确定：将P—1/V曲线或其延长线（大于Pf的数据）取1/（2V0+Vc）（Vc为测量腔的固有体积）所对应的压力即为Pl。（4）旁压模量Em、旁压剪切模量Gm和变形模量E0、压缩模量ES：根据似弹性阶段直线的斜率，由轴对称平面应变问题的弹性解可得旁压模量Em、旁压剪切模量Gm。(4.3.2-1)(4.3.2-2)式中Em——旁压模量（MPa）；Gm——旁压剪切模量（MPa）；μ——泊松比，试验建议值，一般正常固结和轻度超固结砂土和粉土取0.33，软塑粘性土、淤泥和淤泥质土取0.40。——旁压器测量腔的固有体积，535cm3；——P0对应的体积；——临塑压力Pf对应的体积（cm3）；△P/△V——旁压曲线似弹性直线段的斜率（kPa/cm3）；由旁压模量和旁压剪切模量可以推算地基土体的变形参数，即E0：(4.3.2-3)式中：E0——土的变形模量；——土的结构系数，与土的类型、固结状态有关，一般小于1。土的弹性模量E0和压缩模量ES的关系：(4.3.2-4)式中：ES——压缩模量。(5)计算浅基础承载力f0：利用旁压试验计算浅基础的承载力采用临塑压力法，该地基承载力基本值：(4.3.2-5)4.3.3试验成果分析预钻式旁压仪具有设备结构简单、携带轻便、操作方便，结果可靠等优点，易于克服岩土试验中取样、试件加工、参数选取等困难。能较为客观地反映所测对象的强度、变形特性，为地基评价和基础选型提供科学依据。对难以取到原状试样的岩土层，尤具实用意义。本次旁压试验不仅获得了大量的直接测试数据，取得土体受力变形后从弹性阶段到破坏阶段的全过程资料，有利于对土体应力和变形问题的分析，而且通过数据直接运算得到了大量的土工参数，这些参数包括土体的初始压力、临塑压力和极限压力等强度参数，不同深度土层的变形参数（旁压模量和旁压剪切模量）。此外，在旁压模量和旁压剪切模量的基础上，推算了土体的弹性模量和压缩模量等变形模量参数。需要指出的是，旁压试验引入国内的时间不长，在工程使用中还不普遍，特别是尚未见到在海相淤泥中使用该方法的报道。将旁压实验的结果应用于工程中，还需对比其它原位试验和室内土工试验。各土层在不同深度下的力学参数统计表表4.3.3土层名称试验深度(m)初始压力P0(kPa)临塑压力Pf(kPa)极限压力Pl(kPa)旁压模量Em(MPa)剪切模量Gm(MPa)地基承载力f0(kPa)变形模量E0(MPa)压缩模量Es(MPa)淤泥2.0201061400.560.24860.560.89淤泥3.925981350.850.31720.851.36淤泥15.0501481751.330.49981.332.13淤泥17.0701823501.930.721121.933.10淤泥质土18.21423746738.903.3023213.2921.33粉质粘土12.0682785574.611.712106.8811.04粉质粘土20.51165308959.053.4841413.5021.68粉细砂12.0562438775.412.001878.0812.96中砂21.01203636714.771.9124314.4517.41注：未包含PY-1-2、PY-1-3、PY-2-2点资料。试验设计两个钻孔12个测点，从试验结果看，其中9个测点数据比较理想，3个测点(PY-1-2、PY-1-3、PY-2-2)由于钻孔、土体性质等因素的影响，结果不理想，故未提供试验结果，但图件附后，仅供参考。由旁压试验所得的力学指标见表4.3.3，详见附表6。旁压试验各点的图见附图8。5物理力学指标及其参数建议5.1室内试验与原位试验综合分析通过野外钻探取得的I级不扰动土样，在室内进行了土的物理指标和力学指标的试验，这些试验包括了土的稠度指标、天然状态性质指标、固结指标、渗透系数及基本力学指标。同时，在取样的基础上，进行了原位测试，这些测试包括：十字板剪切试验、静力触探试验和旁压试验。土的物理指标（主要包括稠度指标和天然状态性质指标）不能通过原位试验直接测得，因此，其指标应选用用室内试验方法获得的指标。原位试验测得的应力指标在是土在原位进行的保持原始应力状态下的试验，而室内测得的应力指标的样品虽然是I级不扰动样，但原始应力状态已不存在，因此，土层相应的力学指标应以原位测试获得的直接指标为主。对于三角洲相、冲积相软土，结构上常表现明显的各向异性特点，且水平固结系数在地基固结的全过程中更为重要。土的固结指标可通过室内试验和静力触探得到。室内试验求得的固结指标用的是时间平方根法，具体是将某级压力下固结试验的数据绘成测微表计数d与的关系曲线，从d0点作另一直线使其斜率等于试验曲线直线部分斜率的1.15倍，它交曲线于a点,a点所对应的时间即为土样固结度达90%所对应的平方根值,固结度用计算。静力触探计算水平固结系数公式(4.3.2-4)是通过轴对称扩散方程求得的理论解，再结合经验综合而得。轴对称扩散扩方程的假定条件是：从探头停止贯入之时起，施加于土体的总应力恒定，且初值条件,f(n)为探头对土造成的超孔压沿水平径向的初始分布函数，可选择，求得理论解为。由于推导公式时，假定附加荷载为常量，对土体实际受力状态不符，根据相似性原理，可援引压缩试验的回弹指数与压缩指数之比N（=Ce/Cc）予以修正，得式(4.3.2-4)。淤泥用室内试验测求的水平固结系数（100kPa下Ch=1.3×10-8cm2/s）与静力触探求得的水平固结系数（平均值为1.1×10-8cm2/s）基本一致，室内试验与原位测试可以相互验证，说明该指标较为可靠。另外，用原位测试的方法可以得到孔隙水压力消散的过程曲线，对设计和施工有一定的指导意义。土的不排水剪抗剪强度指标可以通过室内试验剪切指标的快剪、三轴指标的不固结不排水剪得到c、φ值，然后根据深度，依据得到；或通过室内试验无侧限抗压试验测得的原状土无侧限抗压强度，根据土体破坏时的极限平衡条件，通过三角函数变换得到,由饱和软土的无侧限试验可知，σ3=0，φ=0，得。不排水剪的土的抗剪强度指标亦可通过十字板剪切试验直接得到，如附表4示，一般认为，十字板剪切试验是在现场进行，试验点保持天然状态。由于抗剪强度是与深度有关的函数，在选用不同指标的函数时应注意对比深度，一般地，由十字板剪切试验确定的抗剪强度比室内试验计算的结果要高。5.2物理力学指标参数建议值选取根据以上分析，本报告结合室内试验和原位测试得出本段软土地区综合物理力学指标建议表，如附表1所示。建议表中，室内试验指标为实测而得（灵敏度除外）；十字板剪切试验的原状土和重塑土的不排水抗剪强度为直接测得，灵敏度依式(4.1.2-1)算得；静力触探试验的锥尖阻力和侧壁阻力直接测得，摩阻比是侧壁阻力与锥尖阻力的比值，承载力特征值和压缩模量由表4.2.2中公式算得。旁压试验的各种指标，由式(4.3.2-1)~式(4.3.2-5)计算而得。对淤泥层由不同测试手段得出主要的力学及水文指标如表5.2所示。承载力是深度的函数，故各种方法得出的承载力本表只列计算公式，其值需要综合确定。压缩模量指标的选用与所选择的沉降计算模型有有，若依据根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中的相关公式进行计算，宜选用室内试验测得的压缩模量。由室内试验和静力触探测得的渗透系数和固结系数基本一致，而由静力触探得到的渗透系数是由原位测得的，更能代表土体真实的渗透情况，故本表选择的推荐值与静力触探测得的指标基本一致。灵敏度是指保持天然结构的原状土的强度与保持原来含水量但天然结构被破坏的重塑土的强度之比，十字板剪切试验是在原位测得的，因此比室内试验有更好的代表性，因此，本表选择了十字板剪切试验的灵敏度为推荐值。淤泥主要力学指标、渗透指标推荐值表表5.2测试手段室内试验十字板试验静力触探旁压试验推荐值承载力式3.3.3-1式4.1.2-2表4.2.2式4.3.2-5综合压缩模量Es(MPa)1.60/3.111.871.60渗透系数(×10-8cm/s)13.80/7.14/8.00固结系数(×10-cm2/s)1.29/1.09/1.10灵敏度9.304.53//4.606岩土工程评价与工程措施建议6.1岩土工程评价本段软土埋深变化较大，呈北薄南厚趋势，淤泥层最厚达22.80m。本段淤泥含水率高达73.20%，孔隙比接近2.0，压缩系数接近2.0MPa-1，三轴指标总应力法的凝聚力ck=3.2kPa，φk=0.9˚。从以上指标可以看出，本段淤泥的物理力学指标极差，用旁压试验方法测得如的表4.3.3示的地基承载力基本值也很低。不仅是从淤泥的地基承载力上看，还是从其变形的角度上看，淤泥层都难以满足地铁结构的承载力和沉降的要求。在XX段，淤泥中的十字板原状土抗剪强度波动较大，重塑土强度亦不稳定，三桥静力触探试验淤泥段贯入孔压曲线uT有小幅波动，结合钻孔揭露情况，证明该段不均匀夹薄层砂，准确的夹砂位置可参考附图6（图中贯入孔压曲线uT与静水压力曲线u