Q2古土壤地基承載力特征值的分析研究

張文星 劉曉光 原德蛟 衛一華 孫 偉

（西北綜合勘察設計研究院，陜西 西安 710003）

0 引言

黃土是我國分布較廣的區域性特殊土，分布面積約64×104 km2，占國土面積的6.6%，主要分布在黃河流域[1]。以往的研究多以Q3黃土為對象，較少涉及Q2黃土。但隨著工程建設規模的擴大，越來越多的工程將直接涉及到Q2黃土的地基[2]。本文以延安地區Q2古土壤為研究對象，通過對原位測試成果、室內試驗及淺層平板載荷試驗成果資料的對比分析，探討采用理論公式、標準貫入試驗（SPT）擊數換算等方法計算Q2古土壤的承載力特征值的實用性，為Q2古土壤的工程實踐提供有價值的參考。

1 試驗概況

本文選取6個試驗資料較完整的載荷試驗點進行綜合分析，為建立試驗點物理力學參數的對比數據，在各載荷試驗點試坑外進行相應深度的標準貫入試驗（SPT），并在試驗位置采取1組原狀土樣（每組2件）進行室內土工試驗，其物理力學指標見表1。

淺層平板載荷試驗按國標GB50021-2001規范中的相關標準進行，承壓板采用直徑為798mm（面積0.5m2），厚度為60mm的圓形鋼板，試驗采用慢速維持荷載法，分10～13級加荷，每級穩定時間不小于120分鐘。各載荷試驗點的p-s曲線見圖1。

表1 各試驗點處原狀土的物理力學指標統計

2 天然地基承載力的確定

以下通過淺層平板載荷試驗、SPT擊數及地基承載力的理論公式計算等確定地基持力層的承載力，并分析其相互關系。

2.1 載荷試驗確定地基土承載力特征值

由圖1可知，在淺層平板載荷試驗中，各試驗點終止時，地基土均未達到極限承載力，地基土的承載力特征值fa按規范取p-s曲線上的比例界限荷載，或取承壓板平均沉降與其寬度的比值s/b=0.01～0.015所對應的荷載，但其值不大于最大加荷量的一半。

2.2 理論公式確定地基承載力特征值

（1）按規范法確定地基土承載力（P1/4臨塑荷載公式）。按照規范GB50007-2011第5.2.5條文中的公式：

式中：fa1——由土的抗剪強度指標確定的地基承載力特征值kPa；γ、γm——分別為基底以下和基底以上土的平均重度（kN/m3），地下水位以下取有效重度；b——基礎底面寬度(m)；d——基礎埋深（m）；Mb、Mc、Md——承載力系數 （根據土的內摩擦角標準值查表取值）；ck——基礎以下一倍寬度范圍內土的粘聚力標準值（kPa）。

（2）極限承載力采用被列入行業標準《高層建筑巖土工程勘察規程》的魏西克（Vesic）極限承載力公式計算，公式如下：

式中：fu1——Vesic公式確定的地基土極限承載力(kPa)；ζr、ζq、ζc基礎形狀系數；Nr、Nq、Nc——承載力系數。

（3）太沙基（Terzaghi）地基極限承載力公式，對方形基礎半經驗計算公式如下：

式中：fu2——Terzaghi公式確定的地基土極限承載力(kPa)；Nc、ND、NB——承載力系數。

理論公式計算及載荷試驗確定的地基土承載力特征值統計結果見表2。

表2 實測與公式計算地基土承載力特征值表

由表2可以看出，采用室內固結快剪指標按P1/4臨塑荷載公式計算的地基土承載力特征值與載荷試驗實測值相近，比值在0.85～1.20之間，平均值1.00，說明比符合載荷試驗確定的承載力值。

采用Vesic地基極限承載力公式計算的極限承載力與實測地基土承載力特征值的比值介于3.87～5.67平均值4.75。因此，采用 Vesic地基極限承載力公式計算地基土的承載力特征值時，安全系數K可取3.5～4.0。考慮到古土壤結構性較強，試驗過程中易受擾動的特點，為充分發揮地基土的承載力，K可取3.5。強度越高，安全系數取值越大。

采用Terzaghi地基極限承載力公式計算的極限承載力與實測地基土承載力特征值的比值介于3.96～5.80平均值4.86，因此，采用Terzaghi地基極限承載力公式計算地基土承載力特征值時，安全系數可取4.0～4.5。強度越高，安全系數取值越大。

3 結論

（1）Q2古土壤具有壓縮性低、承載力高及結構性較強的特點。其承載力特征值計算時應采用與實際受力狀態基本一致的原狀土的固結快剪指標的平均值，P1/4臨塑荷載公式進行計算。

（2）當采用Vesic地基極限承載力公式計算Q2古土壤的承載力特征值時,安全系數K可取3.5～4.0；當采用Terzaghi地基極限承載力公式計算地基土承載力特征值時，安全系數可取4.0～4.5。地基土的力學指標可取原狀土的固結快剪指標的平均值，土層強度越高,安全系數取值可越大。

［1］GB50025-2004中華人民共和國國家標準.濕陷性黃土地區建筑規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2004.

［2］李大展,何頤華,隋國秀.Q2黃土大面積浸水試驗研究[J].巖土工程學報,1993,15(2)：1-11.

［3］中華人民共和國國家標準.GB50021-2001巖土工程勘察規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2009：107-108.

［4］中華人民共和國國家標準.GB50007-2011建筑地基基礎設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2011.

［5］中華人民共和國行業標準.JGJ72-2004高層建筑巖土工程勘察規程[S].北京：中國建筑工業出版社,2004.

［6］工程地質手冊編寫組.工程地質手冊[S].2版.北京：中國.

［7］常士驃,張蘇民,項勃,等.工程地質手冊[M].4版.北京：中國建筑工業出版社,2006.