成都地区砂卵石的抗剪强度探讨

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摘要： 本文介绍了成都地区砂卵石层的特点及基本物理力学性质,通过收集工程成功案例、砂卵石的直剪试验、现场砂卵石大剪试验结论，分析影响砂卵石抗剪强度的因素，说明砂卵石的抗剪强度在基坑支护工程中有较大的提高。

Abstract: This paper introduced the characteristics and the basic physical mechanics properties of the sandy pebble layer in chengdu area, and through collecting the successful project cases, the direct shear tests of sandy pebble, the conclusions of the large shear test of the field sandy pebble, analyzed the factor which effected the sandy pebble shear strength, proved that the sandy pebble shear in the engineerings of the supporting foundation pits had greatly raised.

关键词： 砂卵石；大剪试验；工程实例；抗剪强度

Key words: sandy pebble；large shear test；engineering examples；shear strength

中图分类号：TU19 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）18-0060-02

0引言

通过对成都地区的地质勘探发现，在地表下2m深度以下分布有大量的砂卵石土，其厚度5-50m。砂卵石具有压实性好、抗剪强度高、地震作用下不易液化等优良工程特性，在工程建设中得到广泛应用，是成都地区良好的公路、铁路及房屋建筑地基持力层，也是良好的堤坝及混凝土材料。随着城市化的进程，建设用地越来越紧张，建筑形式以高层、超高层为主，相应的基坑开挖的深度越来越大，2、3层地下室基坑屡见不鲜，深度超过10m的基坑比比皆是，最近成都地区甚至出现了35m的深基坑。这些深基坑有一个共同的特点，坑壁均分布有厚度不等的砂卵石。砂卵石作为散粒体结构的粗粒土，失稳形态一般是剪切破坏，基坑工程上一般多研究其抗剪强度特性。影响砂卵石土抗剪强度指标的因素很多，笔者收集了成都地区数十个砂卵石地区的基坑支护工程的成功案例、砂卵石土的现场大剪试验、砂卵石土的室内直剪试验等资料，针对影响砂卵石土抗剪强度的主要因素：密实度、含水量、粒径等进行研究分析，提出现阶段基坑支护工程设计与施工所使用的砂卵石抗剪指标还有较大的提高，具有明显的经济效应。

1成都砂卵石基坑支护的设计、施工及基坑变形

为研究成都地区砂卵石的抗剪强度，收集了近年来成都地区有代表性的多个以砂卵石为主的深基坑工程实例，包括有现成都市地标建筑喜年广场的基坑工程（基坑深度17.5m）、成都百货大楼基坑工程（基坑深度21m）、成都市第而二人民医院综合楼基坑工程（基坑深度11m）等数十个已竣工的基坑支护工程的设计、施工及监测资料。

基坑支护设计的地层依据及进行计算的地层力学参数抗剪强度指标主要依据场地的详勘报告。根据收集的成都地区地质勘察报告，统计砂卵石层物理力学参数见表1。

根据收集的基坑支护工程实例，设计单位采取理正软件进行设计计算，所采取的砂卵石层抗剪强度指标在勘察报告提供的指标基础上提高了10%进行的，这样的设计方案是得到了成都施工图设计审查机构的认可。根据《建筑基坑工程监测技术规范》（GB50497-2009）相关规定，设计方案的计算结果满足规范规定的支护结构顶部最大水平位移Smax

根据收集的基坑工程的变形监测资料，统计了30项砂卵石地区基坑支护工程实际变形于设计计算变形之间的关系，其结果见表2。

由以上的统计可以看出，基坑实际变形普遍小于设计计算变形，且无论是水平变形还是垂直变形，其实际变形与设计计算变形之比小于60%左右的占统计比列的80%左右；实际变形接近设计计算值的仅占6%左右，但经过工程回访，发现其变形较大的原因是基坑完成后，施工场地狭小，土建总包单位增加的坡肩荷载远超过设计允许荷载所导致的。可见卵石地区的基坑支护设计计算的基坑变形远大于实际变形，即基坑是过于偏于安全的。

1.2 影响砂卵石抗剪指标因素分析通过工程实践和收集砂卵石的室内直剪试验资料，影响砂卵石抗剪强度指标的主要因素主要有卵石的密实度、含水量、粒径等，现具体分析如下：

1.2.1 砂卵石密实度的影响砂卵石土的抗剪强度随着密实度的增大而增大。这是由于随着密实度的增大，大小颗粒相互填充越来越密实。收集的试验资料反映在剪切过程中致使颗粒间的摩擦力、颗粒之间的咬合力增大，故抗剪强度迅速提高。但当密实度增到一定程度后，骨料间的摩擦力达到极限值，此时外力克服骨料间的摩擦力所要做的功将趋于恒值，内摩擦角和咬合力也随之变慢至趋于稳定。如图1、图2。

1.2.2 含水量的影响土中水份对土颗粒影响可分为两种：一种是阻尼作用；另一种是作用。当卵石中含水量较低时；水份主要对土颗粒起粘滞作用，阻碍上部细颗粒的下落，抗剪强度提高，自稳能力提高。随着含水量的增加，水份对土颗粒运动的作用增强，阻尼作用减小，抗剪强度降低，自稳能力下降。从收集的砂卵石室内直剪试验结果看，砂卵石中的咬合力先是随着含水量的增加而降低，然后上升。当含水量增加到一定值时时，咬合力基本和初始状态一样；摩擦角则随着含水量的增大而浮动不大。说明无粘性粗颗粒土的含水量，对抗剪强度指标的影响较小，其试验结果见图3、图4。成都地区砂卵石层为含水层，且为强透水层，基坑开挖前，即进行了场地凿井、降水工作，且一般在基坑回填前不会停止降水，砂卵石层含水量从饱和状态降到干躁-稍湿状态，虽然仅从含水量的研究看对砂卵石层抗剪强度影响有限，但含水量的减少提高了砂卵石层的密实度，也较大幅度的提高了砂卵石层的抗剪强度。故成都地区卵石基坑在降水后，砂卵石层的抗剪强度得到了有效提高。