戴洪軍，劉益平，任治軍

(江蘇省電力設計院，江蘇 南京 211102)

某電廠工程地基承載力與深度修正系數的取值

戴洪軍，劉益平，任治軍

(江蘇省電力設計院，江蘇 南京 211102)

在進行地基基礎設計時，需要結合地基條件對承載力特征值進行深度與寬度的修正，而地基規范中提供的承載力修正系數針對性不強，在工程實踐中應慎重采用。本文根據某電廠工程的淺層與深層平板載荷試驗成果，并采用地基承載力的經驗公式與理論公式進行承載力計算，通過綜合分析各種承載力試驗成果與計算結果，推薦了主要持力層的承載力特征值，在此基礎上推算出持力層的深度修正系數。對比前期工程的平板載荷試驗成果，進一步分析了影響地基承載力取值的主要因素，旨在為類似工程提供一些參考。

平板載荷試驗；地基承載力；修正系數。

1 概述

《建筑地基基礎設計規范》(GB 50007-2002)規定，地基承載力特征值可由載荷試驗等方法綜合確定，當基礎寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，從載荷試驗或其它方法確定的地基承載力特征值，尚應進行修正。《建筑地基基礎設計規范》中所給出的深度和寬度修正系數僅僅是一個經驗統計值，修正公式也是一個半理論半經驗公式，對于設計等級為甲級的建筑物而言，當采用天然地基設計方案時，有必要對場地內主要持力層的地基承載力特征值和深度修正系數作專門的研究。

文獻[3]～文獻[6]中給出了確定地基承載力的多種方法，對于重要工程的天然地基而言，一般可按以下四種方法綜合確定：①根據淺層或深層平板載荷試驗的成果；②根據物理力學指標查地方規范或參考手冊中承載力表；③根據原位測試指標，采用地基承載力經驗公式計算；④根據地基承載力理論公式計算。

2 工程概況

江蘇國信集團某電廠位于連云港市境內，為2×1000MW機組“上大壓小”工程，地貌單元為山前沖、洪積平原與海灣淤積平原的交替帶，總體地形平坦，地基巖土層主要由第四系全新統堆積的人工填土和第四系中、上更新統洪積、坡積土層、前震旦系錦屏組花崗片麻巖組成。

根據勘測成果，上部地基巖土層工程性狀較好，塔式鍋爐房、煤倉間、汽機房及煙囪等地段均可采用層④黏土為持力層的天然地基方案。

層④的埋深一般為4～6 m，層厚一般為7 m～12m，其下部為全風化～中等風化的花崗片麻巖。

根據區域水文地質條件、含水層性質及地下水的埋藏條件，廠區淺部含水層的地下水類型為孔隙潛水和局部富集于黏土姜結石夾層中的上層滯水。

為了客觀、準確地評價層④的地基承載力，充分發揮層④的承載性能，需對層④進行淺層和深層平板載荷試驗。

試驗方法均采用慢速維持荷載法加載，壓板均采用φ798mm鋼質荷載板，壓板均安放在層④頂面下500 mm處，試驗方法和步驟按照《建筑地基基礎設計規范》中的要求執行。

3 淺層平板載荷試驗

3組淺層平板載荷試驗分別布置在煙囪、1＃冷卻塔及1＃塔式鍋爐房地段。試驗總堆載量為500 kN。試驗基坑底長約12m、寬約10 m、深度約5.5m。整個試驗過程中天氣晴朗，地下水位控制在試驗面所處高程，基坑底面未浸水。

3組試驗均加載到地基土層極限狀態，在最大荷載作用下，沉降s急驟增大，且累計沉降量均大于48mm。3組載荷試驗的結果見表1，經計算，層④黏土淺層平板載荷試驗的地基承載力特征值為330kPa。

加荷級別ZHB3試驗點沉降s /mm本級 累計 本級 累計0.19 0.19 0.51 0.51 0.77 0.96 0.71 1.22 0.79 1.75 1.26 2.48 ZHB2試驗點沉降s /mm本級 累計 1 60 0.12 0.12 2 120 0.27 0.39 3 180 0.36 0.75 4 240 0.43 1.18 1.34 3.09 1.32 3.80 5 300 0.48 1.66 1.92 5.01 1.50 5.30 6 360 0.43 2.09 1.93 6.94 1.58 6.88 7 420 1.42 3.51 3.11 10.05 2.24 9.12 8 480 1.58 5.09 4.21 14.26 4.47 13.59 9 540 2.63 7.72 6.84 21.10 5.82 19.41 10 600 3.76 11.48 11.14 32.24 6.98 26.39 11 660 9.41 20.89 16.47 48.71 8.48 34.87 12 720 20.45 41.34 13.73 48.60 13 780 24.95 66.29 注：最后一級均未穩定，觀測時間僅為10～30min。ZHB1試驗點沉降s /mm 荷載P /kPa

4 深層平板載荷試驗

3組深層平板載荷試驗位置緊鄰淺層平板載荷試驗點。試驗總堆載量為600kN。在挖孔深度離試驗面約1m時，在孔壁四周開挖環形排水溝，以免地下水進入試坑對地基土產生軟化作用。

3組試驗均加載到地基土層極限狀態，在最大荷載作用下，沉降s急驟增大且不能穩定，在10～20min內累計沉降量均大于48mm。3組載荷試驗的結果見表2，經計算，層④黏土深層平板載荷試驗的地基承載力特征值為443kPa。

5 地基承載力的綜合確定

5.1 根據物理力學指標查規范確定

根據《南京地區建筑地基基礎設計規范》(DGJ32/J 12-2005)附錄F.0.2條的規定，當采用室內物理指標平均值確定地基承載力特征值時，應對承載力基本值乘以回歸修正系數進行修正。

層④黏土的孔隙比e為0.710，該指標的變異系數為0.090，樣本數量n為202；層④的液性指數IL為0.17，該指標的變異系數為0.257。

經查表計算，層④黏土的承載力特征值為265kPa。

根據規范[7]中附錄F.0.3條的規定，可采用經桿長修正后的標準貫入錘擊數標準值查表確定黏性土的地基承載力特征值。

層④黏土經桿長修正后的標準貫入錘擊數標準值為21擊，查表F.0.3-4，推算得到，層④黏土的承載力特征值約為365 kPa。

表2 各試驗點深層平板載荷試驗結果匯總加荷級別SHB3試驗點沉降s /mm本級 累計 本級 累計 本級 累計1 70 0.34 0.34 0.52 0.52 0.50 0.50 2 140 0.78 1.12 0.97 1.49 0.60 1.10 3 210 1.03 2.15 0.83 2.32 0.77 1.87 4 280 1.15 3.30 0.96 3.28 0.74 2.61 5 350 1.36 4.66 1.23 4.51 1.13 3.74 6 420 1.16 5.82 1.31 5.82 1.28 5.02 7 490 2.16 7.98 3.13 8.95 1.85 6.87 8 560 4.60 12.58 4.28 13.23 4.48 11.35 9 630 4.90 17.48 5.21 18.44 4.21 15.56 10 700 5.68 23.16 3.94 22.38 4.70 20.26 11 770 4.56 27.72 7.69 30.07 5.38 25.64 12 840 6.93 34.65 8.38 38.45 5.70 31.34 13 910 7.57 42.22 9.57 48.02 7.71 39.05 14 980 6.60 48.82 9.24 48.29 SHB1試驗點沉降s /mm荷載P /kPa SHB2試驗點沉降s /mm

5.2 地基承載力的經驗公式計算

《工程地質手冊》中給出了根據標準貫入試驗錘擊數計算地基承載力的經驗公式，層④的地基承載力計算結果見表3。

表3 地基承載力計算值p 2 3.3N 0=p0= N?58 565 fk 1 7.4 8N=1 52.6+fk = 5 N +8.3經驗公式 標貫擊數/擊 承載力計算值/kPa 26(未修正) 606 21 618 21 520 21 498 37注：p0為載荷試驗比例界限；fk為地基承載力。

5.3 地基承載力的理論公式計算

5.3.1 臨界荷載的計算

地基變形的剪切階段也是土中塑性區范圍隨著荷載的增加而不斷發展的階段，土中塑性區開展到不同深度時所對應的荷載稱之為臨界荷載。

若基底下塑性區剛處于發展階段，即Zmax=0，此時底壓力p即為臨塑荷載pcr，其計算公式為：

以ZHB1試驗點處的地基土層作為計算初始條件，加權平均重度為16.5 kN/m3，埋深D=5.5m，層④的內摩擦角φq=12.2°，黏聚力Cq=53kPa。

代入上式計算得：Nq=1.96，Nc=4.44，pcr≈413kPa。

若基底下塑性區開展的深度Zmax=B/4 (B為基礎寬度)，此時的基底壓力p即為臨界荷載p1/4，其計算公式為：

同樣，以ZHB1試驗點處的地基土層作為計算初始條件，加權平均重度 γm=16.5kN/m3，埋深D=5.5m，基底下層④的重力密度按浮重度考慮，γ=9.5 kN/m3，基礎寬度假設為B=3m，層④的內摩擦角φq=12.2°，黏聚力Cq=53kPa。

代入式⑵計算得：Nq=1.96，Nc=4.44，Nr=0.24； p1/4≈420 kPa。

5.3.2 極限承載力的計算

⑴ 普朗特爾地基極限承載力公式

普朗特爾根據極限平衡理論，推導出當不考慮土的重力，且假定基底面光滑無摩擦力時，置于地基表面的條形基礎的極限荷載公式。雷斯諾在普朗特爾公式假定的基礎上，推導出由超載q產生的極限荷載公式。泰勒在此基礎上考慮滑動土體的重力，推導出以下的極限荷載公式：

計算參數同式⑵，代入式⑶計算得：Nγ=2.5，Nq=3.02， Nc=9.34； pu≈804 kPa，對應的pcr= pu/2≈402 kPa。

⑵ 太沙基地基極限承載力公式

太沙基根據極限平衡理論，假定基底面是粗糙的，具有很大的摩擦力，基底面形成一個剛性核，推導得到如下的極限荷載公式：

kγ為由土的重度引起的被動土壓力系數，需根據滑動面的中心位置通過試算確定。

計算參數同式⑵，代入式⑷計算得：Nq=3.35，Nc=10.87；查太沙基公式極限承載力系數表得Nγ=1.46；代入式⑹得：pu≈901 kPa，對應的pcr=pu/2≈450 kPa。

5.4 地基承載力特征值的推薦

現將根據各種方法得到的層④地基承載力匯總于表4。由于依據標貫擊數采用經驗公式所得結果與載荷試驗相差較大，在此不作綜合取值。

表4 層④的地基承載力匯總

根據承載力匯總表所得結果，經綜合分析，層④的地基承載力特征值可按320 kPa考慮，可進行深度和寬度修正；而考慮邊載效應的層④地基承載力特征值可按430 kPa考慮，可進行寬度修正，但不能進行深度修正。

6 深度修正系數的計算

根據《建筑地基基礎設計規范》中的規定，當基礎寬度大于3 m或埋置深度大于0.5 m時，從載荷試驗或其它方法確定的地基承載力特征值，尚應按下式進行修正：

式中各參數所表示的含意如規范中所述。試驗場地的地下水類型主要為孔隙潛水，淺層平板載荷試驗時采用明溝降水，試驗區的地下水位基本控制在試驗面所在高程處；深層平板載荷試驗在離試驗面1 m時，布置了環形排水溝，地下水位基本控制在距離試驗面1 m的高程處。

根據規范規定，當地基承載力特征值按深層平板載荷試驗確定時，深度修正系數ηd取0。

假定某設備的基礎埋置于層④的頂部，現根據淺層及深層平板載荷試驗的結果，對承載力特征值進行修正，如下面兩個公式所示。

鑒于基礎處于同一地基土層，且寬度與埋深一致，因此根據上述兩式修正后的承載力特征值應相同，令 fa1= fa2，于是有：

將各組載荷試驗點的計算參數代入式⑻，計算得到深度修正系數，見表5。

表5 深度修正系數計算

根據《建筑地基基礎設計規范》中第5.2.4條的規定，人工填土的深度修正系數為1.0，e及IL均小于0.85的黏性土的深度修正系數為1.6。

由此可見，依據平板載荷試驗結果計算得到的深度修正系數低于規范中提供的修正系數。

7 影響地基承載力取值的主要因素

7.1 前期工程的載荷試驗成果

本工程六期擴建為2×330 MW機組，主廠房地基亦采用以層④黏土為持力層的天然地基。

在主廠房區域內-5～-6 m深度處做了3個點的淺層平板載荷試驗，試驗采用慢速維持荷載法進行，承壓板的面積為0.25 m2，試驗過程中保持壓板下土體浸水，浸水面不超過承壓板底面。

三個試驗點p～s曲線平滑，均無明顯的比例界線，曲線分別在660 kPa、540 kPa、600kPa時發生陡降。①試驗點H1的極限荷載pu=600 kPa，fak=300 kPa，對應的沉降量為6.81 mm；②試驗點H2的極限荷載pu=480 kPa，fak=240 kPa，對應的沉降量為3.70 mm；③試驗點H3的極限荷載pu=540 kPa，fak=270 kPa，對應的沉降量為3.91 mm。

綜合分析以上各試驗點的成果，層④的地基土承載力特征值fak=270 kPa。

7.2 影響地基承載力取值的主要因素分析

對比前期工程與本期工程的淺層平板載荷試驗成果，本期工程淺層平板載荷試驗的層④地基承載力特征值的平均值為330 kPa，比六期工程的結果提高了22%以上。

從兩次試驗過程和試驗方法來看，影響載荷試驗結果的因素主要有：⑴六期工程載荷試驗的壓板面積為0.25 m2，比本期工程載荷試驗的壓板面積小了一倍，這與文獻[5]中的觀點是一致的；⑵在六期工程的載荷試驗過程中，壓板下的土體處于浸水狀態，長時間的浸水可能導致地基土在受壓狀態下的結構破壞，盡管持力層是處于地下水位以下，但沒有必要使其浸水，只需控制試驗過程中試驗面處于地下水水位以下，以反映持力層所處的客觀情況，這與文獻[3]中的論述相吻合。

在本工程中采用理論公式計算臨塑荷載、臨界荷載和極限荷載時，采用的內摩擦角和黏聚力為直接快剪指標的標準值，計算所得到的結果與深層平板載荷試驗成果接近。

文獻[8]結合上海地區以往的工程經驗，對采用漢森公式計算地基極限承載力的安全度進行分析，認為采用直剪固結快剪試驗峰值強度的8折值計算極限承載力與載荷試驗結果一致性較好，并引入地基承載力修正系數ψ。文獻[9]選取Terzaghi極限承載力公式、Hansen極限承載力公式以及臨界承載力公式，并與合肥地區一系列平板載荷試驗結果進行對比分析，建議持力層為黏土時選用70%的直剪固快峰值強度指標。而文獻[10]認為在承載力計算時，所引用的土的抗剪強度指標應選擇三軸壓縮試驗中的不固結不排水試驗指標。

8 結語

依據淺層平板載荷試驗成果和查規范承載力表所得結果，本工程中層④的地基承載力特征值可按320 kPa考慮，可進行深寬修正。

依據深層平板載荷試驗成果和理論公式計算結果，考慮邊載效應的層④地基承載力特征值可按430 kPa考慮，可進行寬度修正。

由載荷試驗成果表明，層④黏土的地基承載力深度修正系數為1.38，低于規范中提供的修正系數1.6。

與前期工程的載荷試驗成果相比，本期工程所采用的壓板尺寸和對地下水的控制，更客觀地反映了地基土層的承載性狀，所得到的地基承載力特征值比前期工程提高了22%以上。

采用理論公式計算地基的臨塑荷載和臨界荷載時，剪切試驗的指標對最終結果有直接影響，本工程中采用直接快剪指標更接近載荷試驗的成果。

[1]GB50007-2002，建筑地基基礎設計規范[S]．

[2]劉欣良，戴洪軍，郭紀中．碎石類土地基承載力深度修正系數的探討[J]．武漢大學學報，2006，39[S0]．

[3]錢家歡，殷宗澤．土工原理與計算(第二版) [M]．北京：中國水利水電出版社，2003．

[4]常士驃，張蘇民，等．工程地質手冊(第四版)[K]．北京：中國建筑工業出版社，2007.3．

[5]高大釗，袁聚云．土質學與土力學(第三版)[M]．北京：人民交通出版社．2008．

[6]顧曉魯，錢鴻縉，等．地基與基礎(第三版)[M]．北京：人民交通出版社，2003．

[7]DGJ32/J 12－2005，南京地區建筑地基基礎設計規范[S]．

[8]李鏡培，侯勝男．上海地區天然地基極限承載力計算公式探討[J]．工程勘察，2009，(4)．

[9]李鏡培，陳樂意，梁發云．地基承載力理論計算公式在合肥地區適用性分析[J]．勘察科學技術，2009，(6)．

[10]毛群芳，徐四一．對天然地基承載力計算公式的理解和應用[J]．上海地質，2003，3(87)．

Determination for Bearing Capacity and Depth Correction Factor of Foundation in One Power Plant

DAI Hong-jun, LIU Yi-ping, REN Zhi-jun
(Jiangsu Province Electric Power Design Institute, Nanjing 211102, China)

In the foundation design, the characteristic value of bearing capacity should be amended by depth and width linking with the ground condition, whereas the correction factor of bearing capacity should be adopted carefully in the project owing to its statistic property. According to the results of Shallow and Deep PLT , the characteristic value of bearing capacity is recommended for the bearing stratum, basing on comprehensive analysis for various testing results and the calculated outcomes derived from the empirical and theoretical formulas to the bearing capacity , herein the depth correction factor is deduced for the bearing stratum. Comparing with the PLT results of the projects in different phase, the primary factors are analyzed in determination for bearing capacity, it aims to provide some suggestions for similar projects.

plate loading test; bearing capacity of foundation; correction factor.

TU4

B

1671-9913(2010)06-0006-06

2010-07-06

戴洪軍(1970-)，男，江蘇揚州人，高級工程師，注冊巖土工程師。