K_30_试验在深圳地铁岩土工程勘察中的应用

地铁勘察

铁　道　工　程　学　报Dec　2007

　　　　　　　　第12期(总111)　　　　　　　　JOURNALOFRAILWAYENGINEERINGSOCIETYNO.12(Ser.111)

2007年12月

文章编号:1006-2106(2007)12-0090-05

K30试验在深圳地铁岩土工程勘察中的应用

徐正宣　李建强

ΞΞ

Ξ

(中铁二院工程集团有限责任公司,　成都610031)

摘要:研究目的:通过深圳地铁3号线现场K30试验方法,对比分析K30试验与标准贯入试验、旁压试验、室内试验等测试结果,探索各测试结果间的关联,以期供类似工程勘察借鉴。

研究方法:运用K30试验方法,测试土层基床系数,并与标准贯入试验、旁压试验、室内试验等测试结果进行对比分析。

研究结论:K30试验稳定性较好,地基土的基床系数宜采用K30试验方法获取;在实际勘察过程中,当不具备进行K30试验条件时,建议采用标准贯入试验、旁压试验近似代替K30试验,修正后提供设计;室内试验测取得的基床系数(Kv)比K30试验测得的基床系数(Kv)偏小设计。

关键词:地铁;勘察;K30试验中图分类号:U215　　文献标识码:A

ApplicationofK30eeringSurveyofRock-soilforShenzhenXUZheng-xuan,In-iang

(ChinaRailwayEryuanEngineeringGroupCo.Ltd,Chengdu,Sichuan610031,China)

Abstract:Researchpurposes:BasedonthesiteK30testmethodusedforLine3ofShenzhengMetro,thecomparisonsandanalysesofthetestresultofK30testwithstandardlateralpressurepenetrationtest,pressure-metertestandindoortestaremadeforthepurposeofseekingtherelationsamongthemsoastoprovidethereferencetothesimilarengineeringsurvey.

Researchmethods:TheK30testmethodisadoptedtotestthebedcoefficientofsubgradesoilandthecomparisonsandanalysesofthetestresultofK30testwithstandardlateralpressurepenetrationtest,pressure-metertestandindoortestaremade.

Researchconclusions:ThestabilityK30testisbetter,soitissuitabletouseK30testmethodtotestthebedcoefficientofsubgradesoil.However,whenthereisnoconditiontodoK30test,itissuggestedtoadoptstandardlateralpressurepenetrationtest,pressure-metertestandindoortest.ThetestsresultsshouldbemodifiedwiththestandardsandexperiencebecausethebedcoefficientofsubgradesoilobtainedfromindoortestissmallerthanthatfromK30test.Keywords:metro;survey;K30test

基床系数是地基土在外力作用下产生单位变位时所需的应力,也称弹性抗力系数或地基反力系数。基床系数与地基土的类别、土的状态、物理力学特征、基础的形状及作用面受力状况等有关。基床系数用于模

拟地基土与结构物的相互作用,计算结构物内力及变位。结构物是指受水平力、垂直力和弯矩作用的基础、

　Ξ　收稿日期:2007-10-27

　ΞΞ作者简介:徐正宣,1977年出生,男,工程师;李建强,1966年出生,男,高级工程师,中铁二院工程集团有限责任公司地勘岩土公司副总工

程师。

地铁勘察

第12期

徐正宣　李建强:K30试验在深圳地铁岩土工程勘察中的应用

91

衬砌及桩等。变位是指基础竖向变位、衬砌的侧向变[1]

位、桩的水平变位和竖向变位等。深圳地区花岗岩残积层分布范围广,厚度较大,地铁工程多位于该土层中,车站基坑与区间隧道支护设计均需残积土的基床系数,基床系数取值的合理与否,与设计所采用的工程措施直接相关。若基床系数设计取值比实际值偏小,会使设计中采用的工程措施偏于保守,从而增大工程量,造成工程浪费;若基床系数设计取值比实际值偏大,会使所采用的工程措施安全性降低,危及工程安全。所以,该基床系数的合理取值,对工程措施的合理选择、工程的安全使用意义重大。

深圳地铁3号线岩土工程勘察中,采用了K30试验取得花岗岩残积土的基床系数,同时,通过和旁压试验、标准贯入试验、室内试验等进行对比,探索各个原位测试及室内试验方法取得深圳地区花岗岩残积土基床系数之间的相互关系。

3　花岗岩残积土的特性

3.1　地层岩性、定名

花岗岩的主要矿物成分为石英、长石及少量的黑云母、角闪石。花岗岩残积土中的长石、云母、角闪石已完全风化,呈黏性土状,而石英残留成石英砂、砾。从残积土的颗粒组成来看,属于由细粒土和粗粒土混杂且缺乏中间颗粒的混合土,兼有砂土和黏性土的性质。

花岗岩根据其结晶大小,有粗、中、细粒之分。在花岗岩岩体中穿插有后期侵入的细晶岩、煌斑岩、辉绿岩等细粒岩脉,因此,花岗岩残积土与母岩的矿物成分、结晶大小有直接关系。依赖与母岩的组成特征,中-粗粒花岗岩风化而成的残积土多为砾质黏性土,砂质黏性土由中-细粒花岗岩和花岗片麻岩风化而成,黏性土基本为岩脉风化而成。3.2　残积土的划分标准

残积土:,除石英外其,。全风:残积土的标准贯入击<30击,单轴抗压强度fr<600kPa,Vs<250m/s。

由于花岗岩的残积土的物理、力学指标变化范围较大,根据本项目工程设计和施工的需要,将其划分为可塑与硬塑2个岩土层,分层依据为:标准贯入试验击数(修正值):N<15为可塑状残积土<6-1>,15≤

N<30为硬塑状残积土<6-2>。

1　工程概况

根据《深圳市城市轨道交通建设规划》,地铁3号

线为福田至龙岗,近东西向的深圳市城市轨道交通主干线,规划起点为福田区益田站,岭站止于双龙站,益田站。3口,往东穿越洪围,1号线换乘,而后沿东门中路、、翠竹路、泥岗路,经罗湖区的东门商业区、水贝、田贝片区后进入布心片区,然后沿布吉路到布吉联检站,此后与深惠公路并行,经过龙岗区的布吉镇、横岗镇、龙岗中心城、龙岗镇,终点于双

[3]

龙立交桥西侧的双龙站。其中红岭站至水贝站段,为地下段,共6站6区间。

本次进行的K30试验,主要针对地下段,共布置了4个探测井。

3.3　花岗岩残积土的特性

3.3.1　花岗岩残积土颗粒成分具有“两头大,中间

2　区域地质概况

深圳市位于华南褶皱系的紫金-惠阳凹褶断束中,是在加里东褶皱基底的基础上发展起来的晚古生

代凹陷,后被中、新生代构造叠加、改造,形成以北东向断裂为主,北西及东西向断裂次之,加里东期混合花岗岩入侵及燕山期花岗岩大面积侵入的格局。地层岩性一般如下:上覆第四系全新统人工填土lal+pl(Qm冲洪积(Q4)砂层、黏性土及花岗岩残积层4)、

3(Qel),下伏基岩为燕山期(γ花岗岩残积土5)花岗岩。

小”的特点,即颗粒成分中,粗颗粒(>0.5mm)的组分

及颗粒小的组分(<0.005mm)的含量较多,而介于其中的颗粒成分则较少。3.3.2　由于花岗岩残积土颗粒组成的特殊性,因此,该残积土兼有砂土和黏性土的性质。

3.3.3　花岗岩残积土均匀性较差,强度不一,富含水

状态孔隙比较大、压缩性较高、强度较低,而在失水、缺水状态时,孔隙比较小、压缩性较低、强度较高,同时,花岗岩残积土有一定性的膨胀性,甚至为膨胀土。3.3.4　花岗岩残积土具有遇水易软化、崩解,强度急剧降低的特点。3.3.5　花岗岩残积土易受表水的淋滤、冲刷作用,形成网纹结构。

分布广泛,厚度较大,与地铁工程关系密切。

地下水一般较发育。地下水位较高,一般位于地面下1～2m。

4　K30试验方法

本次试验投入K30平板载荷试验仪1套,KTG采

地铁勘察

92

　铁　道　工　程　学　报2007年12月

集器1台,10mm百分表(精度0.001mm)4只,笔记

本电脑1台。具体试验步骤及测试原理如下:4.1　将K30载荷板放置于检测井中测试岩土体上,使荷载板与原状岩土体良好接触,安装好反力装置、千斤顶系统及百分表(4只表用磁性表座均匀安装于载荷板上),油压千斤顶供油管采用高压油管加长至地面,与地面手动加压油泵相连接,在地面上加压维持所需荷载大小,将电脑与KTG采集器及位移传感器连通。4.2　为稳固载荷板,预压0.01MPa荷载约30s,待稳定后卸除荷载,将百分表归零,采集器初始化后试验可开始。4.3　第一级荷载为0.02MPa,以0.01～0.02MPa的增量(视第一级沉降量大小而定),逐级加载。当1min的沉降量不大于该级荷载产生的沉降量的1%时,读取荷载强度和下沉量读数,然后增加下一级荷载。4.4　当总下沉量超过规定的基准值(1.25mm)或达到地基的屈服点,试验即可终止

。

σ-S曲线图3　

程为:

y=0.0213xR=0.999

式中　y———K30(MPa);

x—)。

30,σ-下沉量。从该曲线得出下沉量基准值时的荷载,并按下式计算出基床系数:

　K30=σs/Ss式中　K30———由直径30cm的荷载板测得的基床系

数(MPa/m);

σs—σ-S曲线中Ss=1.25mm相对应的荷——

载强度(MPa);Ss———下沉量基准值(Ss=1.25mm)。5.3　K30试验数据点的校正

图1　

垂直方向加载试验情况

在检测试验过程中由于被测岩土体表面状态的影

响,使测试曲线不能通过坐标原点,从而产生了随机误差,在试验段的检测中通过作图法进行了校正,如图4所示。

图2　水平方向加载试验情况

5　曲线分析

5.1　根据试验结果绘出荷载强度与下沉量关系曲线

(图3)5.2　数据处理方法

首先,将千斤顶油压表读数通过K30仪校正值拟合曲线方程,换算为承压板上的压应力,该拟合曲线方

图4　随机误差校正曲线

地铁勘察

第12期

徐正宣　李建强:K30试验在深圳地铁岩土工程勘察中的应用

93

5.3.1　当试验结果如图中曲线②时,曲线经坐标原于O3点,此时零点上移ΔS′,标准下沉量应为S3=Ss-ΔS′,并由此对应的荷载强度σ3计算出Ks值。

点,可不校正。

5.3.2　当试验误差结果如图中曲线①时,应在曲线出现明显拐点的位置沿正常曲线延伸,使之与S轴相交于O1点,此时零点下移ΔS″,标准下沉量应为S1=Ss+ΔS″,并由此对应的荷载强度σ1计算出Ks值。5.3.3　当试验误差结果如图中曲线③时,应在曲线出

6　试验成果

野外采集数据记录经分析整理、绘图、计算并校正后,得到各勘探井不同深度花岗岩残积土的水平和垂直方向基床系数K30值,试验结果如表1所示。

现明显拐点的位置沿正常曲线延伸,使之与S轴相交

表1　K30试验成果汇总表

序号

12345678910111213

试验井名称试验井编号试验编号

K1-1

试验深度/m

5.010.014.07.59.516.03.76.29.013.5.9016.6

土层名称砾质黏土

砂质黏土砾质黏土砂质黏土砂质黏土砂质黏土砂质黏土砂质黏土

-1

K值/(MPa m)

水平

市图书馆试验井

K1K1-2K1-3K2-1

垂直61.625.6

50.445.622.445.66

岩土层号

<6-2><6-1><6-2><6-2><6-1><6-2><6-2><6-2><6-1><6-2><6-2><6-2><6-2>

41.625.6

留医部试验井K2K2-2K2-3K3-1K3-2

.0241.656.0

化工大院试验井K3K3-3K3-4K3-54-1K4-2

自行车厂试验井K4

76.068.0

65.660.0

7　根据相关规范及深圳地区经验,基床系数可采用以下几种室内试验及原位测试方法进行对比:

[1]

7.1　根据地铁规范条文说明,基床系数与地基土的标贯击数N的经验关系为:

　K=(1.5～3)N(MPa/m)根据深圳地区经验,水平基床系数与标准贯入锤击数之间的关系:Kx=2N(MPa/m)。本次对比试验中,采用Kx=2N(MPa/m)的关系式。7.2　根据旁压试验,土的水平基床系数

Δr　Kx=(1-a)ΔP/

ΔP=Pf-P0式中　

[3]

[1-2]

Δr=rf-r0;

Pf———临塑压力(kPa);P0———静止水平压力(kPa);

rf———压力为Pf时的孔穴半径(mm);r0———压力为P0时孔穴的半径(mm);

a———孔隙压力系数,查表:砂土0,粉土0.1～

0.2,粉质黏土0.15～0.25,黏土0.25～0.50。

7.3　室内试验:采用三轴试验或固结试验的方法

测得。

各试验及测试方法所得基床系数值详如表2所示。

[3]

对比情况

表2　各测试、试验方法测得花岗岩残积土基床系数对比表

试验或

测试方法标贯试验旁压试验

K30试验值

岩土层

6-1砂质黏土

基床规范[1]系数统计变异所列值

/(MPa 个数系数/(MPa -1-1))Kx11530100.242.120Kx2149.520.00.235.829.220～40

KxKvKv

规范[2]

所列值规范[4]所列值/(MPa /(kPa m-2)

-1)

20～40

1000～2800

建议值/(MPa -1m)

25

1322

25.625.625

25.611.2

6

0.2

3.2

25.619.711

15～35

2000～4000

20

室内试验

地铁勘察

94

　铁　道　工　程　学　报

续表2　各测试、试验方法测得花岗岩残积土基床系数对比表

基床规范[1]规范[2]

规范[4]所列值

系数统计变异所列值所列值

/(kPa

/(MPa 个数系数/(MPa /(MPa -2

m)-1-1-1

)))Kx63060300.234.044Kx3799.341.30.257.156.940～8050～1002000～4200

KxKvKv

2007年12月

岩土层

试验或

测试方法标贯试验旁压试验

K30试验值

建议值/(MPa -1m)

50

6-2砂质黏土

41017

76.075.237.1

41.641.617.3

0.190.21

4.23.2

50.448.920.9

35～70

4000～64000

48

室内试验

从以上试验结果及对比分析可以得出:

(1)均质岩土体基床系数的比例系数为一定值,其基床系数随深度的增加呈线性增大。

(2)各测试、试验方法测得岩土体基床系数的离散性较大。

(3)采用标贯试验、旁压试验、K30试验测得的水平基床系数(Kx)结果较为接近,均位于规范所列值的范围内,反映出各测试、试验方法的稳定性较好。

(4)室内试验测得的垂直基床系数(Kv),明显低于K30测试结果。

(5)水平基床系数与垂直基床系数相对大小关系,规律性较差,两者较为接近。

贯入试验、旁压试验近似代替K30试验,将测试结果结合规范及工程经验修正后提供设计。

(3)室内试验测取得的基床系数(Kv)比K30试验测得的基床系数(Kv)偏小,不宜直接提供设计。

(4)垂直基床系数(Kv)与水平基床系数(Kx)一般较为接近,在基坑支护工程中,若未能进行K30试验,可取垂直基床系数与水平基床系数相等。

参考文献:

[1]　GB—1999,[S].

]05[S].[3　,深圳市地铁3号线工程详勘阶段岩土工程

8　结论

(1)K30勘察报告[R].成都:铁道第二勘察设计院,2006.

[4]　TB10025—2006,铁路路基支挡结构设计规范[S].[5]　林宗元.岩土工程勘察设计手册[K].沈阳:辽宁科学技

用K30(2)现场K30、标准贯入试验取得的基床系数(Kx)较为接近,因此,在实际勘察过程中,当不具备进行K30试验条件时,建议采用标准

术出版社,1996.

[6]　DGJ08—11—1999,地基基础设计规范[S].

(编辑　马　丽　赵立兰)

(上接第79页)

限速命令传输与执行中的安全功能划分,并增加命令

的传输返回确认环节。

参考文献:

[1]　运基信号[2005]316号,既有线200km/h铁路车站列控

4　结论

CTCS-2点连式列控系统利用轨道电路提供连续

中心运用技术原则(暂行)[S].

[2]　付世善.闭塞与列控概论[J].铁路通信信号工程技术,

2005(4):34-36.

[3]　李国斌.对我国列车控制系统发展的几点建议[J].中

信息,点式应答器提供线路参数、允许速度和进路信

息。增加了车地通信的列控信息,整合了既有列控系统的优势,实现了速度—距离模式控车,充分发挥了行车效率。CTCS2点连式列控系统是200km/h客运专线安全、可靠的保证。

国铁路,2007(2):49-53.

[4]　裘韧.京郑既有线CTCS2级信号系统方案研究[J].电

化铁道,2006(2):43-50.

(编辑　慕成娟　赵立兰)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/899m.html