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【摘 要】 本文介绍了扁铲侧胀试验在工程勘察项目中的应用，以苏州地区近几年来的一些工程项目为背景，根据对现场扁铲侧胀试验数据的统计分析，对扁铲侧胀试验中的静止侧压力系数及水平向基床系数提出了一些区域性经验公式。
1 前言
静止侧压力系数、水平向基床系数是岩土工程中非常重要的参数。如计算基坑开挖过程中及轨道盾构过程中土层的侧向静止侧压力、桩侧向摩擦力等等都需要准确的静止侧压力系数;基床系数对于地基总体沉降量和沉降差是一个敏感的因素，而差异沉降的控制对基础截面选型及内力控制都是很重要的，因此对于基床系数的确定就显得异常重要。目前工程上常用的测定土的静止侧压力系数的方法有室内土工试验的固结仪法、三轴仪法，现场的载荷试验等;测定土的水平向基床系数的方法有室内土工试验三轴仪法，现场载荷试验等。但室内试验时会破坏了原状土的结构和原始应力，原位荷载板试验会受到荷载板尺寸的影响（K值随着基础宽度B的增加而有所减小）。通过扁铲侧胀试验可以同时推求地基土静止侧压力系数、水平向基床系数，具有对土体扰动小、试验点连续、经济、快速和试验误差小等优点。
2 技术要求
扁铲侧胀试验主要是将通过气电管路连通测试仪器的扁铲铲头压入土层当中，通过气压控制铲头膜片位移膨胀，使电路断开、连通所需要的气压值A、B，通过A、B值分别计算出膜片的膨胀压力p0、p1。
3 静止侧压力系数的推求
马尔歇蒂经验公式：K0=（2/3*KD）0.47-0.6。
拉卡斯和吕纳根据各种试验方法所测定的KO进行综合评价之后，认为在KD=1.5～4的范围内，用上式算出KO值偏高，应改用下式：K0=0.34KDm式中的m为经验指数与IP有关，随IP的增大而减小，一般在0.44～0.54之间。当KD>4时，对K0的精确估计有待进一步积累经验。
《铁路工程地质原位测试规程》中水平应力指数KD为1.5～4.0的一般饱和粘性土：
K0=0.30KD0.54。
上海市《岩土工程勘察规范》中对淤泥质土：K0=0.34KDn式中n取值淤泥质粉质粘土为0.44，淤泥质粘土为0.60。对褐黄色硬壳层和粉土、砂土：K0=0.34KDn-0.06KD式中n取值褐黄色硬壳层为0.54，粉性土和砂土为0.47。
上述水平应力指数KD=（p0-u0）/σVO式中u0为静水压力，σVO为试验点有效上覆压力。
根据上述几种不同的公式对苏州轨道交通一号线、二号线、四号线部分试验孔的典型土层进行资料整理计算，结果如下：
土层名称 吕纳 铁路规程 上海规范
粘土 1.50～2.30 0.90～1.30 0.50～0.60
粉质粘土 1.00～1.90 0.60～1.10 0.40～0.60
粉土 0.60～1.50 0.40～0.90 0.30～0.50
粉砂 0.50～1.60 0.40～0.90 0.30～0.50
粉质粘土 0.40～0.90 0.40～0.70 0.30～0.50
经过对比可以看出：吕纳公式、铁路规程计算的K0值普遍较大且离散程度较高，上海规范计算的K0值比较接近，但在同一性质的土层当中KO值也有差异性，经分析这是由于侧胀水平应力指数KD在同一性质土层中的差异性造成的。
从公式KD=（p0-u0）/σVO可以看出水平应力指数主要受到静水压力及有效上覆压力的影响.
从图中可以看出在比较均匀的粘性土当中，随着深度的增加KD指标值基本上呈逐步减小趋势，而在粉土（砂）层中由于离散性大，趋势不明显。从统计结果显示粘性土当中KD指标一般在0～20之间，粉（砂）土当中一般在0～15之间。
综合上述，建议可采用K0=0.34KDn-0.06KD计算苏州地区的静止侧压力系数，但由于同一土层因埋深不同，有着不同的KD指标，根据线性方程解析，对不同侧胀水平应力指数KD条件下n的取值进行修正，见下表：
土层名称 n取值
粘性土 0.50～0.54
粉（砂）土 0.47～0.50
在苏州地区普遍存在的夹粉粒、砂粒较多KD<4的粘性土，建议采用K0=0.34KDn计算，n取值0.43～0.54。
4 水平向基床系数的推求
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。
《铁路工程地质原位测试规程》中粘性土、砂土及粉土地基的基准水平向基床系数：Kh=0.2*1817（1-A）（P1-P0）式中1817量钢为m-1的系数，A为孔隙压力参数，无室内实验数据时，砂类土取0值，粉土取0.10～0.20，粉质粘土取0.0～0.25，粘土取0.0～0.50。
上海市《岩土工程勘察规范》中似弹性阶段土的水平向基床反力系数计算式为：KH=ΔP/ΔS，式中ΔS当考虑为平均变形量时，其值为2/3中心位移量。当把扁铲试验的应力和变形用双曲线拟合时，土的水平向初始切线基床系数为：KH0=955ΔP，以上二式应力状态与实际工程中的KH处于弹-塑性阶段或塑性阶段的应力状态不同，实用时需根据不同应力条件、土性、工况及变形量乘以不同的修正系数，在基坑中修正系数参考值取0.1～0.4。
根据上述不同的公式进行资料整理计算，结果如下：
土层名称 铁路规程 上海规范
粘土 52.0～83.0 26.0～42.0
粉质粘土 52.0～110.0 18.0～37.0
粉土 118.0～347.0 35.0～109.0
粉砂 273.0～632.0 68.0～159.0
粉质粘土 20.0～114.0 7.0～38.0
经过对比可以看出：铁路规程计算的KH值普遍较大，上海规范计算的KH值跟实际经验比较接近，但在粉（砂）土层中由于密实度的不均匀性，KH值的离散程度比较高。
综合上述，建议可采用KH=ΔP/ΔS计算苏州地区的水平向基床反力系数，但需进行系数修正，该式可表达为KH=αΔP/ΔS，式中α取0.1。
5 结语
通过一系列的试验表明，扁铲侧胀试验是一种具有人为影响小、数据重复性好、对地基土性反应灵敏、快速、简便、经济的原位测试方法，但由于区域性的差异，在各地区实际应用过程中还需对比、总结，建立适合本地区的经验公式。
参考文献：
1.《岩土工程勘察规范》（GB50021-20012009）;
2.《铁路工程地质原位测试规程》（TB10018-2003）;
3.上海市《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2002）;
4.《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）;
5.《地基工程原位测试技术》唐贤强.谢瑛.谢树彬.文载奎.北京.1996
1 前言
静止侧压力系数、水平向基床系数是岩土工程中非常重要的参数。如计算基坑开挖过程中及轨道盾构过程中土层的侧向静止侧压力、桩侧向摩擦力等等都需要准确的静止侧压力系数;基床系数对于地基总体沉降量和沉降差是一个敏感的因素，而差异沉降的控制对基础截面选型及内力控制都是很重要的，因此对于基床系数的确定就显得异常重要。目前工程上常用的测定土的静止侧压力系数的方法有室内土工试验的固结仪法、三轴仪法，现场的载荷试验等;测定土的水平向基床系数的方法有室内土工试验三轴仪法，现场载荷试验等。但室内试验时会破坏了原状土的结构和原始应力，原位荷载板试验会受到荷载板尺寸的影响（K值随着基础宽度B的增加而有所减小）。通过扁铲侧胀试验可以同时推求地基土静止侧压力系数、水平向基床系数，具有对土体扰动小、试验点连续、经济、快速和试验误差小等优点。
2 技术要求
扁铲侧胀试验主要是将通过气电管路连通测试仪器的扁铲铲头压入土层当中，通过气压控制铲头膜片位移膨胀，使电路断开、连通所需要的气压值A、B，通过A、B值分别计算出膜片的膨胀压力p0、p1。
3 静止侧压力系数的推求
马尔歇蒂经验公式：K0=（2/3*KD）0.47-0.6。
拉卡斯和吕纳根据各种试验方法所测定的KO进行综合评价之后，认为在KD=1.5～4的范围内，用上式算出KO值偏高，应改用下式：K0=0.34KDm式中的m为经验指数与IP有关，随IP的增大而减小，一般在0.44～0.54之间。当KD>4时，对K0的精确估计有待进一步积累经验。
《铁路工程地质原位测试规程》中水平应力指数KD为1.5～4.0的一般饱和粘性土：
K0=0.30KD0.54。
上海市《岩土工程勘察规范》中对淤泥质土：K0=0.34KDn式中n取值淤泥质粉质粘土为0.44，淤泥质粘土为0.60。对褐黄色硬壳层和粉土、砂土：K0=0.34KDn-0.06KD式中n取值褐黄色硬壳层为0.54，粉性土和砂土为0.47。
上述水平应力指数KD=（p0-u0）/σVO式中u0为静水压力，σVO为试验点有效上覆压力。
根据上述几种不同的公式对苏州轨道交通一号线、二号线、四号线部分试验孔的典型土层进行资料整理计算，结果如下：
土层名称 吕纳 铁路规程 上海规范
粘土 1.50～2.30 0.90～1.30 0.50～0.60
粉质粘土 1.00～1.90 0.60～1.10 0.40～0.60
粉土 0.60～1.50 0.40～0.90 0.30～0.50
粉砂 0.50～1.60 0.40～0.90 0.30～0.50
粉质粘土 0.40～0.90 0.40～0.70 0.30～0.50
经过对比可以看出：吕纳公式、铁路规程计算的K0值普遍较大且离散程度较高，上海规范计算的K0值比较接近，但在同一性质的土层当中KO值也有差异性，经分析这是由于侧胀水平应力指数KD在同一性质土层中的差异性造成的。
从公式KD=（p0-u0）/σVO可以看出水平应力指数主要受到静水压力及有效上覆压力的影响.
从图中可以看出在比较均匀的粘性土当中，随着深度的增加KD指标值基本上呈逐步减小趋势，而在粉土（砂）层中由于离散性大，趋势不明显。从统计结果显示粘性土当中KD指标一般在0～20之间，粉（砂）土当中一般在0～15之间。
综合上述，建议可采用K0=0.34KDn-0.06KD计算苏州地区的静止侧压力系数，但由于同一土层因埋深不同，有着不同的KD指标，根据线性方程解析，对不同侧胀水平应力指数KD条件下n的取值进行修正，见下表：
土层名称 n取值
粘性土 0.50～0.54
粉（砂）土 0.47～0.50
在苏州地区普遍存在的夹粉粒、砂粒较多KD<4的粘性土，建议采用K0=0.34KDn计算，n取值0.43～0.54。
4 水平向基床系数的推求
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。
《铁路工程地质原位测试规程》中粘性土、砂土及粉土地基的基准水平向基床系数：Kh=0.2*1817（1-A）（P1-P0）式中1817量钢为m-1的系数，A为孔隙压力参数，无室内实验数据时，砂类土取0值，粉土取0.10～0.20，粉质粘土取0.0～0.25，粘土取0.0～0.50。
上海市《岩土工程勘察规范》中似弹性阶段土的水平向基床反力系数计算式为：KH=ΔP/ΔS，式中ΔS当考虑为平均变形量时，其值为2/3中心位移量。当把扁铲试验的应力和变形用双曲线拟合时，土的水平向初始切线基床系数为：KH0=955ΔP，以上二式应力状态与实际工程中的KH处于弹-塑性阶段或塑性阶段的应力状态不同，实用时需根据不同应力条件、土性、工况及变形量乘以不同的修正系数，在基坑中修正系数参考值取0.1～0.4。
根据上述不同的公式进行资料整理计算，结果如下：
土层名称 铁路规程 上海规范
粘土 52.0～83.0 26.0～42.0
粉质粘土 52.0～110.0 18.0～37.0
粉土 118.0～347.0 35.0～109.0
粉砂 273.0～632.0 68.0～159.0
粉质粘土 20.0～114.0 7.0～38.0
经过对比可以看出：铁路规程计算的KH值普遍较大，上海规范计算的KH值跟实际经验比较接近，但在粉（砂）土层中由于密实度的不均匀性，KH值的离散程度比较高。
综合上述，建议可采用KH=ΔP/ΔS计算苏州地区的水平向基床反力系数，但需进行系数修正，该式可表达为KH=αΔP/ΔS，式中α取0.1。
5 结语
通过一系列的试验表明，扁铲侧胀试验是一种具有人为影响小、数据重复性好、对地基土性反应灵敏、快速、简便、经济的原位测试方法，但由于区域性的差异，在各地区实际应用过程中还需对比、总结，建立适合本地区的经验公式。
参考文献：
1.《岩土工程勘察规范》（GB50021-20012009）;
2.《铁路工程地质原位测试规程》（TB10018-2003）;
3.上海市《岩土工程勘察规范》（DGJ08-37-2002）;
4.《城市轨道交通岩土工程勘察规范》（GB50307-2012）;
5.《地基工程原位测试技术》唐贤强.谢瑛.谢树彬.文载奎.北京.1996