新填海场地深基坑设计淤泥强度的取值

冯永乾1，马 驰2，郭亚磊2

(1.深圳市建筑工务署，广东 深圳 518000；2.铁科院(深圳)研究设计院有限公司，广东 深圳 518034)

摘 要 对于欠固结淤泥土层，现有规范推荐的固结排水强度指标折减系数的方法因没有考虑不同固结度的影响而显得不合理。由于扰动对淤泥不固结不排水强度的影响大，深圳机场扩建项目新填海场地钻孔取样得出的不固结不排水强度只有十字板抗剪强度的1/4。利用十字板原位测试结果确定欠固结土层强度比较合理。由于需要提前进行基坑设计，而欠固结淤泥强度在增长，因此预测欠固结淤泥强度是基坑设计的关键技术问题之一。本文基于改进的估算排水固结强度增长量的有效固结应力法，提出了利用排水固结软基处理实测沉降曲线推算抗剪强度的方法。通过场地刚满载、开挖基坑前和开挖到基坑底3个施工阶段的十字板原位测试结果证明了该方法的合理性和可行性。

关键词 深基坑；淤泥强度增长；现场测试；数值分析；新填海场地；欠固结软土

1 工程概况

深圳机场扩建项目场地原来为海域，后改造成鱼塘。场地海积淤泥层厚6.0～12.0 m，采用排水固结堆载预压法处理。满载60 d后进行基坑支护，基坑深13～17 m，采用咬合桩+锚索支护。

自开始填海至基坑开挖，共进行了4次勘察：①初步勘察，在填海工程开工前进行。②基坑勘察，此时基坑场地刚满载，固结度52.3%。③基坑开挖前勘察，在围护结构完工基坑开挖之前进行。此时场地满载预压约60 d，固结度82.5%。④软基处理效果检测。基坑开挖到底，周边场地达到卸载标准，固结度98.2%。堆载预压实测沉降时程曲线见图1。

图1 堆载预压实测沉降时程曲线

2 室内试验存在的问题

2.1 不固结不排水强度

淤泥属于高灵敏度黏土，在取样和室内试验过程中受卸荷、机械扰动的影响导致其不固结不排水强度降低。文献[1-2]研究了扰动对软黏土不固结不排水强度的影响，卸荷引起的强度降低幅度一般在10%以内，而机械扰动引起的强度降低幅度较大，几乎达到90%以上。

The performance of a tunable dielectric material is generally evaluated using the figure of merit (K):

深圳机场扩建项目场地海积淤泥灵敏度大于3.5，平均深度8.0 m。以埋深4.0 m处的海积淤泥强度为例，比较各阶段不固结不排水强度、十字板抗剪强度。场地插板排水堆载预压，上部填土(砂)厚6.0 m，满载后该处淤泥埋深10.0 m。

各阶段淤泥不固结不排水抗剪强度与十字板抗剪强度对比见表1。可以看出：①扰动越严重的土样强度越低；②不固结不排水强度约为十字板抗剪强度的1/4，基本上等于重塑土的十字板抗剪强度，扰动使土体的强度降低了75%左右。

表1 各阶段海积淤泥三轴不固结不排水抗剪强度与十字板抗剪强度对比

施工阶段三轴不固结不排水抗剪强度十字板抗剪强度cuu/kPaφuu/(°)原状土cu/kPa扰动土c′u/kPa填海工程开工前 3.20.96.11.5场地刚满载4.30.517.74.0基坑开挖前5.80.625.55.3开挖至基坑底8.60.830.37.6

不固结不排水试验不能很好反映土的真实强度，而十字板剪切试验不仅能够减少扰动，同时能够真实反映原位强度，是一种合理的试验方法。

2.2 固结不排水强度

土样扰动对软黏土固结不排水强度的影响也不容忽视。扰动使得土样在室内测定的固结不排水强度高于原位强度[3]。土样在固结不排水试验过程中发生的体积压缩，也往往会导致测定的强度高于原位强度。

以课外科技活动为载体的学生实践创新能力的培养是一项系统工程，并不是高校某一部门的职责，也不是单一部门就可以完成的工作。高校的各个部门之间相互配合，才能保证学生课外科技活动开展的广度和深度，真正使学生受惠，从而提高人才培养质量，为社会输送高质量的人才。

3 采用十字板剪切试验结果推算抗剪强度

对于软黏土等灵敏度高的软土，采用十字板剪切试验等原位试验方法可以确定基坑设计抗剪强度指标。采用TB 10018—2018《铁路工程地质原位测试规程》推荐的方法，根据十字板剪切试验结果推算海积淤泥固结不排水抗剪强度。

为了避免不同钻孔强度的误差，选取各个阶段钻孔的十字板平均强度作为统计依据。各施工阶段十字板抗剪强度与深度关系见图2。

图2 各施工阶段海积淤泥的十字板抗剪强度与深度的关系曲线

深圳机场扩建项目各施工阶段十字板剪切试验结果推算的海积淤泥抗剪强度和室内试验(三轴固结不排水试验)抗剪强度对比见表2。可以看出：①三轴固结不排水抗剪强度在4个施工阶段基本没有变化,与实际不符;采用十字板剪切试验结果推算的抗剪强度能够反映出实际强度。②随着海积淤泥固结度的增加，内摩擦角增加，黏聚力基本不变。

表2 采用各施工阶段十字板剪切试验结果推算的淤泥抗剪强度和三轴固结不排水抗剪强度对比

施工阶段固结度/%由十字板剪切试验结果推算的抗剪强度三轴固结不排水抗剪强度c/kPaφ/(°)ccu/kPaφcu/(°)填海工程开工前5.71.66.012.5场地刚满载52.36.77.56.512.6基坑开挖前82.56.710.74.513.6开挖至基坑底98.25.813.96.913.9

4 由软基处理沉降曲线推算抗剪强度

1967年Terzaghi和Peck提出了不排水抗剪强度增长量公式，之后国内外学者开展了饱和软黏土固结强度增长规律的研究。国内的研究以曾国熙等提出的有效应力法[4]和沈珠江提出的有效固结应力法[5]为代表，我国现行的规范基本上都是采用这2种方法计算土的抗剪强度增长量。

沈珠江认为土体破坏过程历时短暂,剪缩引起的孔隙水压力来不及消散,因此土体破坏时强度接近于不排水强度，淤泥的抗剪强度增长量取决于破坏前潜在破坏面上有效应力的增加量。文献[6]在一个边坡工程中应用了有效固结应力法，证明其计算结果符合实际。

4.1 采用改进的有效固结应力法推算抗剪强度

根据沈珠江提出的有效固结应力法，十字板增长量强度的增长量和固结度的关系为

吕剧曾名“化妆扬琴”、“琴戏”等，是山东省最有代表性的地方戏，以生动的语言、优美的唱腔、鲜明的特色而深得广大群众喜爱，流传区域广、影响大。20世纪五六十年代，吕剧更是与越剧、黄梅戏、豫剧、评剧等剧种比肩齐名，被称为全国八大地方剧种之一。

Δτf=ΔσzUttg φcu

(1)

式中：Δτf为t时刻十字板抗剪强度增长量；Δσz为t时刻土层竖向应力的增长量；Ut为t时刻淤泥的固结度；φcu为三轴固结不排水试验求得的淤泥内摩擦角。

屈哨兵：其实就本意来说，我不太认同把教育简化为“五星教育”，也不认同简单地把好教育的五大内涵简称为“五好教育”。因为，往往所有的简称都不能很好地体现出这个概念在实践当中的延展和丰富性。

软基排水固结过程中，土的平均固结度可用应变来表征，t时刻淤泥的固结度为

Ut=St/Sc

(2)

式中：St为t时刻淤泥层固结沉降量;Sc为淤泥层最终固结沉降量。

固结度亦可以表达为含水率的关系，即

2）钻孔冲洗。灌浆前，要进行钻孔孔壁冲洗和裂隙冲洗，冲洗过程中同步进行抬动观测。钻孔冲洗后，孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm，需进行钻孔电视（钻孔全景成像）的钻孔需达到孔内水清净。

Ut=(w0-wt)/(w0-wc)

(3)

式中：w0为初始状态淤泥的含水率；wt为t时刻淤泥的含水率；wc为固结度100%时淤泥的含水率。

t时刻淤泥的强度计算公式为

τf=σztg φt+c

(4)

τf=τf0+Δτf

(5)

式中：τf为t时刻淤泥十字板抗剪强度；τf0为淤泥十字板初始抗剪强度，τf0=σz0tg φ0+c,σz0为土层的初始竖向应力， φ0为淤泥初始内摩擦角，可由十字板剪切试验结果推算,c为淤泥黏聚力;σz为t时刻土层的竖向压力，σz=σz0+Δσ,Δσ为土层竖向应力的增长量；φt为 t时刻淤泥内摩擦角。

由式(1)、式(4)、式(5)可得

深圳机场扩建项目淤泥平均深度取8.0 m，计算可得

就课堂实践层面来看，教师对数学创造力及其教育所持的观念会影响他们的教学实践，并通过教学任务和策略的选择、对学生的反馈、评价等形式表现出来．多国调查都反映出（职前）数学教师对创造力及创造力教育存在着狭隘观念[32-33]．如一些富有创造性的人格特征在社交上并不受教师欢迎；就数学而言，算法的获得最重要，创造力会分散精力；英语、艺术、科学提供的创造力机会比数学多得多，数学学科培养创造力非常困难；教育体制是抑制创造力发展的主要因素，却没有意识到教师也可能阻碍学生创造力的发展．在声称重视并鼓励创造性思维的课堂中，教学实践却往往忽视、甚至是阻碍创造性思维的发展．

由式(7)可知，在附加荷载一定的条件下排水固结处理的软基强度增长量和孔隙比、含水率成正比。

1.5 统计学方法 采用SPSS 17.0软件对所得数据进行统计学分析，患者手术时间为计量资料呈正态分布，以均数±标准差（）表示，组间比较用t检验；术后血肿/血清肿、慢性疼痛及复发率为计数资料，采用χ2检验或Fisher确切概率法。P＜0.05表示有统计学意义。

将基坑各施工阶段勘察结果的平均值与推算值进行对比，见表3。可以看出:勘察值与推算值较接近，本文改进的有效固结应力法能较好反映淤泥强度增长规律。

表3 基坑各阶段勘察结果的平均值与推算值对比

施工阶段指标含水率/%孔隙比Δτf/kPaφt/(°)勘察值69.61.8010.97.5场地刚满载推算值11.57.0差值0.60.5勘察值63.61.6918.410.7基坑开挖前推算值19.010.5差值0.60.2勘察值60.41.5924.413.9开挖至基坑底推算值23.012.5差值1.41.4

4.2 采用实测沉降曲线推算抗剪强度

基坑范围内排水固结软基处理沉降时程曲线见图3。排水固结处理过程中随着超静孔压的消散，场地强度提高，发生沉降。

图3 基坑范围内排水固结软基处理沉降时程曲线

排水固结处理过程中单向压缩时沉降量St与孔隙比的关系式为

冰炭火锅做法极具泰国特色，包含了泰国菜肴的显著特点——酸和辣。锅底一般由清汤加少许酸菜调制而成，非常鲜美，酸辣爽口，毫无肥腻之感。由于天气炎热，吃火锅时，服务员往往会送来一小桶打碎的冰块，可以添加在饮料或酒水中。泰国人往往吃一口热气腾腾的火锅，喝一口冰凉的饮料，说这是“冰炭结合”，那滋味，怎一个“爽”字了得。

(9)

式中：H为淤泥厚度；e0为淤泥初始孔隙比；Δe为孔隙比的变化量；et为t时刻淤泥孔隙比。

由式(9)可得

(10)

wt的计算公式为

(11)

式中：Sr为饱和度；Gs为土粒相对密度。

由式(2)、式(7)、式(8)、式(11)可得

采用实测沉降曲线推算的孔隙比、含水率、抗剪强度与勘察值对比见表4。可知,推算值与勘察值基本一致。这说明排水固结软基处理时采用实测沉降曲线推算淤泥强度可行。

表4 各阶段推算值和勘察值对比

施工阶段指标含水率/%孔隙比Δτf/kPaφt/(°)勘察值69.51.8010.97.5场地刚满载推算值69.91.8211.17.1差值0.20.4勘察值63.61.6918.410.7基坑开挖前推算值63.51.6519.110.7差值0.70勘察值60.41.5924.413.9开挖至基坑底推算值59.21.5424.512.7差值0.11.2

5 基坑设计淤泥强度取值方法

进场施工时刚刚完成堆载，预计咬合桩施工时间为60 d。开挖基坑时淤泥固结度为80%。利用软基处理沉降曲线推算的淤泥层含水率为63.5%，不排水抗剪强度指标：c=6.0 kPa,φt=10.7°。设计取值：c=6.0 kPa,φt=10.0°。

开挖基坑前，沿基坑外侧每60 m 布置1个钻孔，共布置36 个钻孔，其中原位测试孔和室内试验孔各占1/2。室内试验淤泥处理后含水率为62%；十字板剪切试验所得的淤泥层平均强度为22.8 kPa，由十字板剪切试验结果推算的不排水抗剪强度指标：c=6.0 kPa,φt=10.5°。可见依据软基处理沉降曲线推算的抗剪强度的设计取值与十字板剪切试验所得的抗剪强度基本一致。

基坑开挖到底时采用设计取值计算的位移与实测位移对比见图4。可见:计算位移与实测位移基本一致，表明利用软基处理沉降曲线推算淤泥强度是合理的。

图4 基坑开挖到底时采用设计取值计算的位移与实测位移对比

6 结论

1)由于取样和试验过程中对淤泥有扰动，室内试验得出的淤泥不固结不排水抗剪强度与十字板剪切试验所得的不排水抗剪强度相差较大。深圳机场扩建项目4次勘察结果显示，淤泥不固结不排水强度仅有十字板抗剪强度的1/4，接近重塑土的十字板抗剪强度。

以某纯电动汽车为研究对象，以传统汽车设计思路为基础，根据设计目标确定了动力系统的相关参数。介绍了动力性系统参数的相关计算要求，确定了各个部件参数。在设计逻辑门限控制策略以及双向DC/DC转换器的基础上，搭建了纯电动汽车动力系统各组成部分的数学模型。在ADVISOR环境下对某纯电动的车动力系统进行了仿真，仿真结果验证了设计方案的各项指标的合理性。结果也表明电机在较高工作效率区间工作且电池具有良好的充放电特性。为纯电动汽车动力性能设计提供了一种高效可行的方法。

2)十字板剪切试验不仅能够减少扰动的影响，而且能够真实反映实际强度，是一种合理的试验方法。在进行基坑设计计算时，采用十字板抗剪强度推算实际强度比较合理。

2.2.3 3种配方颗粒的二维相关光谱分析 广义二维相关谱，是将外部微扰作用到样品的光谱测试过程中，进而导致光谱信号随微扰的变化，其中外部微扰作用可以是任何形式，例如温度、浓度、样品成分等。二维相关红外光谱，是利用外部微扰获得样品的红外吸收光谱随微扰的动态变化，然后对随微扰变化的红外信号进行数学上的相关分析，产生二维相关红外光谱。在外部微扰存在时，在获得的一系列红外光谱（即动态谱）中观察到的典型变化包括吸收强度的变化、吸收峰的位移等等。对动态谱进行数学处理，就可以获得基于红外光谱的二维相关光谱。

3)排水固结处理的淤泥处于欠固结状态，附加荷载一定时其强度增长量和孔隙比、含水率成正比。

4)利用场地排水固结软基处理实测沉降曲线推算的孔隙比、含水率、抗剪强度与勘察值相符。采用设计取值计算的位移与实测位移基本一致，说明利用实测沉降曲线推算淤泥的物理力学性能指标可行。

图4为区域B的CFAR检测结果，Pfa表示虚警概率.可以看出，恒虚警概率为10-4时，图4(c)～(e)、(g)中均可以检测出全部9个舰船目标，而图4(f)中仅可以检测出7个目标，漏警较严重.图4(c)～(e)中的虚警区域数量较少，杂波抑制效果好于图4(g).降低恒虚警概率为10-6，图4(h)中仍可以检测出全部9个目标，但是图4(i)中只能检测出7个目标，图4(j)中只能检测出8个目标，图4(k)中检测性能严重下降，仅能检测出2个目标.此外，图4(l)中虚警点数量大大减少，同时未出现漏警情况，但虚警点数量仍多于图4(h).