铁路工程地质勘察中地基承载力的确定方法

赵晓明

工程地质勘察中，地基承载力的建议值是工程勘察文件中不可缺少的重要内容，是为地基设计提供的重要依据，也是工程地质勘察专业内部乃至与各设计专业之间见解、分歧较大的问题。合理的确定地基承载力，可以基本确保地基不致因荷载作用发生剪切破坏，产生过大变形，影响建筑物的安全使用。

由于地基土的复杂性，要准确地确定地基承载力是一个比较复杂的问题。在铁路工程地质勘察中，确定地基承载力主要有以下几种方法:1)根据理论公式计算。GB 50007-2002建筑地基基础设计规范P23 公式 5.2.5:fa=Mbγ b+Mdγmd+Mcck。 其中，ck为土的粘聚力的标准值;M为由土的内摩擦力角的标准值影响的系数，可见该理论公式主要是用土体的抗剪强度指标计算地基承载力的，即所谓的“弹塑性法”;另一类方法称为“刚塑性法”，是国外计算地基承载力的主流方法，在此不作赘述。2)根据载荷试验成果确定。载荷试验是应用于确定地基承载力最常用的原位测试方法，可以理解为在现场进行的模型试验，它比较直观且与实际基础对地基的作用相似，避开了取样扰动、试验、计算和土力学理论的问题，一般认为是比较可靠、可信的确定地基承载力的方法，但必须进行深宽修正。由于载荷试验的试验尺寸较小，所以大多应用于实际尺寸较小的基础。3)查规范中经验数据总结的表格。现行的TB 10012-2007铁路工程地质勘察规范的附录D仍有详细分类的各种地基承载力表，所以在铁路工程地质勘察中，通过动探、标贯击数或土的物理指标查询地基承载力表来确定地基承载力仍是一种重要的方法。同时，TB 10041-2003铁路工程地质原位测试规程P48表8.4.2中还表示了黏性土的标贯击数与塑性状态的对应关系，可以间接的用于查地基承载力。

下面以大西客专洪洞跨汾河特大桥汾河河谷地段的地层实际情况为例，分析地基承载力的取值问题。

1 概况

洪洞跨汾河特大桥位于山西省临汾市洪洞县境内，在上纪落村与马牧村之间跨越汾河。桥梁起讫里程 DK475+711.6～DK491+307.33，全长 15 595.73 m。

桥址区为冲洪积河谷及河漫滩地貌，汾河河床宽约2.6 km，河面宽110 m～200 m，小里程侧为高阶地，高于河床约 50 m;大里程侧为河漫滩，高出河床约5 m。地下水埋深4.5 m～10.2 m(高程447.32 m～454.15 m)。汾河由西北流向东南。

桥址区所在区域属于中温带亚干旱区，季风气候特征明显，四季干湿冷热分明。年平均降水量436.8 mm，年平均蒸发量1 501.9 mm，历年最大积雪厚度 19 mm，极端最高气温40.4℃，极端最低气温-17.9℃，土壤最大冻结深度0.56 m。

地震动峰值加速度0.2g，地震动反应谱特征周期分区为一区，地震基本烈度8度。

2 地质特征

表1 基本承载力一览表

3 确定各地层的地基承载力

在整理大量钻探、土工试验、动探、标贯、静探资料的基础上，综合分析各组数据，确定桥址区各地层的基本承载力，见表1。

1)参照桥址区附近既有铁路和新建铁路桥梁的勘测、施工经验，在Q3粉质黏土层中深30 m～40 m的位置，柱基施工时贯入难度较大，上、下地层有明显的差异;此外，区域地质资料显示本地区Q3地层中存在颜色不尽相同的多个古土壤层，以较老的古土壤层顶面作为承载力分界面，把Q3粉质黏土层分为②1，②2两层。同时分别统计②1，②2的物理力学指标显示:②2比②1天然密度稍大，孔隙比稍小，压缩模量平均大 5 M Pa左右，所以Q3粉质黏土层需要按土体的性质分别提供地基承载力。2)黏性土层中标贯击数反映的土体软硬程度与对应土体的物理力学指标所反映的土体情况基本吻合，这一点也很好的符合了 TB 10041-2003铁路工程地质原位测试规程中表8.4.2的内容。圆砾土层中动探击数离散比较大，是由于本地区的圆砾土、碎石土的充填物含量普遍达到30%～40%，且变化较大，使得地层软硬不均。同样参照临近铁路工程的经验，将圆砾土层的地基承载力比TB 10012-2007铁路工程地质勘察规范附录D给出的地基承载力降低一级来使用。在钻探过程中需要采取有效的措施以保证较高的岩芯采取率，尽量做到岩芯完整、原状，这样减少对地层的扰动，很好的保障原位测试的顺利进行和测试数据的准确性。3)本文在叙述桥址区主要地层地基承载力的计算过程中，对地层、地震液化判定、水文地质等影响因素做了适当的简化。在实际工作过程中，是在采用了钻探、取土试验、标贯、动探、孔内双桥静探及物探剪切波速等综合勘探手段的基础上，结合钻进情况、岩芯鉴定等进行分析比较、相互验证，提供各地层的基本承载力。

4 结语

1)确定地基承载力这一复杂的问题需要综合分析，充分利用附近已有工程经验才可以完成。2)现在的工程项目一般都要采用钻探、土工试验、原位测试及物探等多种综合手段，得到数量可观的数据、资料，如果可以将这些数据相互检校，得到适合本地区实际情况的经验数据，在行业内、国内充分实践应用和检验，一定可以使技术人员受益匪浅。本次定测阶段，确定地基承载力的建议值就参考了附近一座新建铁路特大桥的工程经验，将Q4新黄土层及Q3，Q2粉质黏土层的基本承载力提高20 kPa，更符合实际地层情况，最直接的效果是桩基础长度平均减少约5 m，节省了工程造价。3)土的物理性指标或静力触探、动力触探、标准贯入试验锤击数，与地基承载力之间是统计学推算出的经验关系，不是一一对应的理论函数关系，所以在应用各种规范中地基承载力表时，应对数据进行筛选、统计，保证可靠性和适用性。4)在我国，地基承载力建议值是由勘察单位提供的，大多情况下交给设计单位后就不再考虑了，在工作中造成了很多矛盾，这是存在于我国工程专业体制里的情况，所以要加速工程专业的体制改革，使勘察设计一体化，两个专业的技术人员只要融合的掌握这个统一的知识体系，就可以从根本上解决问题。

[1] GB 50021-2001，岩土工程勘察规范[S].

[2] GB 50007-2002，建筑地基基础设计规范[S].

[3] TB 10012-2007，铁路工程地质勘察规范[S].

[4] TB 10041-2003，铁路工程地质原位测试规程[S].

[5] 顾宝和.地基承载力的来龙去脉[J].工程勘察，2004(3):9-12.