用静力触探参数确定地基土水平地基抗力系数的比例系数m值_以天

1、 用静力触探参数确定地基土水平地基抗力系数的比例系数m 值以天津地区为例邢恩桥1,许国辉2,杨俊杰2(1.铁道第三勘察设计院勘测设计分院,天津300251;2.中国海洋大学环境科学与工程学院,山东青岛266003摘要:承受水平荷载作用的桩基,规范中常采用m 法进行桩基水平承载力的计算,地基土水平地基抗力系数的比例系数m 值在规范中根据地基土的状态、类别以表格给出。在地基勘察中,现在广泛采用静力触探试验,直接利用静力触探数据给出比例系数m 值,将使桩基设计所用参数更加直接准确。本文利用天津地区地层大量静力触探资料与地基土状态数据,利用统计分析回归方法,总结出地基土的液性指数I L 与静力触探参数

2、锥尖阻力q c 及摩阻比R f 间的关系式,针对天津的地层土体,给出利用静力触探资料查用m 值的表格,为桩基的设计计算提供资料。关键词:静力触探;桩基;水平抗力系数;比例系数中图法分类号:U442.2;TU473.1文献标识码:A 文章编号:167225174(2005042683204静力触探引入我国勘察行业后,作为1种日趋完善的原位测试技术和勘察手段在生产中的应用越来越广泛1。由于砂土与粘性土的差异,我国研究者对静力触探的机理在探头受力分析的基础上,根据各自的试验结果进行了探讨224。在工程设计中,由于以往主要采取地基土的物理力学指标进行设计,不少研究者根据各地区的工程资料,采用统计分析的

3、方法,获取静力触探参数与土的各种工程性质指标之间的相关关系,以利于静力触探参数的对比应用528。同时研究者积极进行了静力触探参数的应用研究工作1,9。静力触探成果在桩基设计中,研究者对确定桩基竖向承载力进行了理论和实践工作6,10211,在相关规范中,已经给出利用静力触探参数确定桩基竖向承载力的方法。而对静力触探参数在进行承受水平荷载的桩基计算的研究成果在我国文献中还未见报道。本文通过对天津地区地层静力触探资料与地基土状态之间关系的统计分析,总结出地基土的液性指数I L 与静力触探参数锥尖阻力q c 及摩阻比R f 间的关系式,针对天津的地层土体,根据公路桥涵地基与基础设计规范以及铁路桥涵地基

4、和基础设计规范,给出利用静力触探资料查用m 值的表格,为承受水平荷载作用桩基的设计计算提供资料。1研究工作的基本依据进行承受水平荷载作用的桩基水平承载力计算时,我国交通、建筑、水利行业地基与基础设计规范中常采用m 法,m 值依据载荷试验或根据规范中给出的表格确定。由于载荷试验费用高,在一般工程设计中,多数利用规范查表确定m 值的方法。m 值查表选取主要根据地基土采样进行室内土工试验后的土体分类定名与土体的状态参数即液性指数I L 确定。在我国公路桥涵地基与基础设计规范以及铁路桥涵地基和基础设计规范中,给出m 值选取的表格如表1。表1m 值选取表Table 1Values of m from t

5、he design specifications序号No.土的类别S oil typem 值Value of m /kN m -41流塑粘性土I L 1,淤泥300050002软塑粘性土1>I L 0.5,粉砂5000100003硬塑粘性土0.5>I L 0,细砂、中砂1000020000注:表中只列出与天津地区地层有关的地基土m 值。Note :only the date of foundation soil m relative with Tianjin are listed inthis table从表1可以看出,m 值和土的类型有关外,还和土的液性指数I L 有关。据此,研

6、究工作主要获取每一地基土层静力触探参数与该层地基土的液性指数I L ,根据这些数据建立静力触探锥尖阻力q c 、侧摩阻f s 及摩阻比R f 与液性指数I L 之间的关系,进而根据规范中m 值的选取方法,将通过I L 查取m 值转化为利用静探参数查取m 值。基金项目:山东省科技攻关项目(2004GG3204003;铁道第三勘察设计院研究项目(729812资助收稿日期:2004209214;修订日期:2005203218作者简介:邢恩桥(19702,男,工程师。E 2mail :xeqxeq 第35卷第4期2005年7月中国海洋大学学报PERIODICAL OF OCEAN UNIV ERSIT

7、Y OF CHINA35(4:683686J uly ,20052天津地区地层资料与数据的统计分析研究工作中,在天津市区与四郊,搜集到具有静力触探和钻探取样试验可进行对比的工点41个,有效土层205层;在沿海三区有工点30个,有效土层196层。共计工点71个,有效土层401层。在数据处理中,对每一工点,按照地质勘察的资料整理方法将地层分层,根据分层计算出单孔单层的静力触探数据,然后将这些层所包含的静探数据和钻探资料汇总,得出同一层地基土的液性指数I L的平均值,相应求出同一层的静探资料的加权平均锥尖阻力q c和侧摩阻f s及对应的摩阻比R f,从而得到地基土层静探参数以及相应土层地基土的液性指

8、数的数据组对。将所有工点的不同层位的静探和钻探资料汇总,根据环境条件,将数据按照天津地区和天津沿海地区分开,然后根据天津地层总体的特点,按照淤泥质土、粘性土、粉土对两地区所得的土层进行分类。在数据统计时假设地基土的液性指数I L和静力触探参数存在线性关系,按照以下关系式进行回归分析: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地基土的液性指数;q c静探锥尖阻力;f s静探侧摩阻力;R f静探摩阻比;a,b,b1,b

9、2待定系数。在天津地区,对每一个回归关系,按照总统计层数205层、粉土层56层、淤泥质土40层、一般粘性土109层,得到4个统计回归公式,总计获得16个统计回归公式。同样,在天津沿海地区,按照总统计层数196层、粉土层49层、淤泥质土13层、一般粘性土134层,共计得到16个统计回归公式。对于每一个统计回归公式,均获得回归相关系数R,初步以相关系数R值做为判定标准:R<0.5,变量间无直线相关或相关性差;0.5R<0.8,变量间显著直线相关;R0.8,变量间高度直线相关。据此标准,从天津地区和天津沿海地区所得总计32个回归公式中获取有效公式7个(见表2。表2统计回归公式表Table

10、2Formula for statistical regression地区Location公式Formula相关系数Correlation coefficient统计层数Number of layers counted适用范围Scope of application天津地区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天津沿海地区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:各类土层(包括淤泥质土、粘性土、粉土Note:Soil layers of various types;粉土Silt;粘性土Clay对于表2中的7个回归公式,利用统计学方法,进行回归方程线性关系的显著性检验(F检验和回归系数的显著性检验(t检验,所得检验结果见表3。根据表3的检验结果得知,7个回归公式中的变量之间均存在显著直线相关。根据相关系数越大,相关性越显著的原则

12、,得到天津地区和天津沿海地区地基土层静探参数与土的液性指数I L之间2组相关公式:I L=0.88+0.26/q c-0.14R fR=0.66(天津地区(5I L=0.97+0.26/q c-0.16R fR=0.65(天津沿海地区(6公式(5与公式(6为参与统计的全部各类地层静力触探参数与液性指数之间的相关关系公式,适用于天津与天津沿海地区的淤泥质土、粘性土、粉土地层。486中国海洋大学学报2005年 表3统计回归方程线性关系显著性检验表Table3Significance tests of linear relation in statistical regression formula

13、地区Location公式FormulaF检验F test t检验t testF值F Value临界值Limit t值t Value临界值Limit检验结果Test result天津地区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天津沿海地区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表示显著相关Note:3refers to strong correlation3利用静力触探参数确定m值本文工作所获天津及沿海地区的地层,基本划分为淤泥质土、粘性土、粉土三类。根据由公路桥涵地基与基础设计规范、铁路桥涵地基和基础设计规范给出的表1中的地基土水平地基

15、抗力系数的比例系数m值的确定方法,将以上所得的利用静探参数确定地基土液性指数I L的公式(5与公式(6代到表1中,得到天津地区和天津沿海地区统计的各类土层利用静力触探参数确定m值的表格,见表4与表5。表4天津地区静力触探参数与m值的关系Table4Relationship between static cone penetration testparameters of soils in the Tianjin region and the values of m序号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天津沿海地区静力触探参数与m值的关系Table5Relationship between static cone penetration test parameters of soils in Tianjin coastal region and the values of m序号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结语在工程勘察中,由于静力触探探测技术获取地基土物理力学参数资料的原位性、可靠性,所以应当充分利用静探参数。本文根据天津地区已有工作资料进行统计分析,获得静探参数与地基土液性指数I L之间的相关关系,进而利用已有公路桥涵地基与基础设计规范以及铁路桥涵地基和基础设计规范规范资料,给出天津地区用静力触探参数确定地基土水平地基抗力系数的比例系数m值的查用表格。由于钻探取样对样品的扰动以及实验室土工试验的误差等因素,利用地基土液性指数I L确定地基土水平地基抗力系数的比例系数

18、m值,在事实上存在技术和人为因素的影响。根据地基土水平地基抗力系数的比例系数m值的物理力学含义与静力触探工作原理之间的近似关系,应当注意开展利用静探参数直接确定m值的研究工作。参考文献:1孟高头.土体原位测试机理、方法及其工程应用M.北京:地质出版社,1997.2陈维家,陈映南.砂土静力触探机理分析J.岩土工程学报,1990,12(2:64272.3邱延峻.静力触探机理研究,西南交通大学学报J.1993(3:46252.4孟高头,鲁少宏,姜珂.静力触探机理研究J.地球科学-中国地质大学学报,1997,22(4:4192423.5徐晓泉.昆明地区地基土指标与静力触探指标相关关系分析J.工程勘察,

19、1996,(2:23224.6张忠坤.静力触探成果与桩基承载力的回归分析J.河海大学学报,1997,25(4:71275.5864期邢恩桥,等:用静力触探参数确定地基土水平地基抗力系数的比例系数m值以天津地区为例 7吴占寿,刘琼玲.深圳湾近岸软土静力触探与十字板剪切试验成果相关分析J.岩土工程技术,1998,(3:48250.8高颂东.静力触探参数与地基土物理力学指标(天津地区相关分析研究J.岩土工程界,2003,6(7:75277.9展旭广,张坤美.东营地区岩土工程勘察中静力触探成果的应用J.西部探矿工程,1999,11(6:67268.10魏杰.静力触探确定桩承载力的理论方法J.岩土工程学

20、报,1994,16(3:1032111.11赵春风,徐超,高大钊.静力触探法设计预制桩的分项系数研究J.岩石力学与工程学报,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