淺層平板載荷試驗確定承載力特征值淺析

李雪萍，程祖峰，李娟，徐光兵

（河北工程大學資源學院，河北邯鄲 056038）

隨著城市的發展，高、大、新奇的建筑物不斷興起，人們追求美觀的同時，工程師們漸漸關注建筑物的安全，特別是地基及基礎的變形與強度的問題。地基承載力值的確定在基礎設計中尤為重要，從而技術人員對地基承載力值要求越來越嚴格。在實際工程中一般由原位測試（載荷試驗、靜力觸探試驗等）、公式計算，且結合工程實踐經驗等方法綜合確定地基承載力特征值［1］。其中載荷試驗是較準確、直接的方法，雖然此原位測試試驗費時費力，但在重要工程中，一般會優先考慮做載荷試驗［2］。當然只有合理地安排載荷試驗及整理分析其試驗資料［3］，才能得到有效的地基承載力值。本文以邯鄲地區豐源小區工程為例，簡述淺層平板試驗過程，以及對試驗結果的淺析，最后與靜力觸探試驗結果進行對比，從而得到符合實際的地基承載力特征值。

1 載荷試驗介紹

載荷試驗是在指定深度的試坑內，逐級加荷在一個剛性承壓板，來測定不同荷載與不同時間下，承壓板下的被測對象（地基或單樁）的沉降量，經過整理試驗結果，最后確定它的承載力值和地基土的強度及變形特性的原位測試試驗［4－5］。它反映了承壓板下，在1.5～2倍的承壓板直徑（或寬度）范圍內的地基土性質［5］。根據承壓板的形式和指定深度的不同，載荷試驗可分為淺、深層（深度大于3 m）平板載荷試驗和螺旋板載荷試驗。本文只論述淺層平板載荷試驗，其試驗深度小于3 m。

淺層平板載荷試驗技術要求:

（1）剛性承壓板可為方形或圓形，宜選圓形，其面積應大于0.25 m2（如果在軟土或粒徑較大的填土上試驗，需大于0.5 m2）。

（2）試坑可以是方形和圓形，它的寬度大于3倍承壓板的寬度，它的直徑也是如此;被測對象（僅考慮土體）應避免擾動，盡量保持原狀，在試坑底部鋪設厚度低于20 mm的砂墊層找平，迅速安裝設備。沉降測量儀（百分表或位移傳感器）均勻安裝。

（3）最大加荷不應小于設計要求的兩倍，加荷分級應大于7級，一般所施加等增量荷載為預估極限荷載的1/10左右，荷載的量測精度應在±1%最大荷載。

（4）加荷方式有常規慢速法、快速法和等沉降速率法，本文僅介紹慢速法。施加各級荷載后，記下間隔10、10、10、15、15、30、30、30 min…沉降量的讀數，滿足穩定標準，即當連續兩個小時，每小時的沉降量小于0.1 mm時，可加下一荷載，以此類推，直到加荷結束。

（5）當出現下面情況之一，試驗可終止，終止時的荷載量為此試點極限荷載。當承壓板四周的土明顯側向擠出時;本級載荷的沉降量急劇增大，大于上一級載荷沉降量的5倍，即p－s曲線出現陡降段;當某級載荷24小時都不滿足穩定標準時;當總沉降量與承壓板直徑（或邊長）之比s/b＞0.06 時。

2 工程實例

2.1 載荷試驗說明

在邯鄲市區豐源小區工程（1～7#）場地中，共布置三個淺層平板載荷試驗點A1、A2、A3，為了使三點更具代表性，分別在1#、3#、6#住宅樓北側。三點同時開始試驗，均在同一粉土土層中，在三試點附近各做兩個靜力觸探試驗（單橋探頭），共六個靜力觸探孔J1～J6。具體情況如下:

A1點坑深為1.4 m，承壓板為圓形，面積為0.5 m2，坑為2.5 m ×2.5 m，總加荷154 kPa，分11級。（試驗設備為全自動）當加荷至140 kPa時，24小時未達到穩定標準。

A2點坑深為1.2 m，承壓板為圓形，面積為0.635 m2，坑為2.7 m ×2.7 m，總加荷189 kPa，分12級。（加壓設備為手動加壓系統）當加荷至158 kPa時，24小時未達到穩定標準。

A3點坑深為1.4 m，承壓板為圓形，面積為0.635 m2，坑為2.7 m ×2.7 m，總加荷174 kPa，分11級。（加壓設備為手動加壓系統）當加荷至174 kPa時，24小時未達到穩定標準。

J1～J6孔深均4.5 m，A1點附近為 J1、J2，A2點附近為J3、J4，A3點附近為J5、J6。探頭系數kp為0.01，從孔口處每探入10 cm記錄一次，本文僅給出載荷試驗土層范圍內的數據，整理后如表3。

2.2 載荷試驗結果與靜力觸探部分結果

原始數據整理后，得到淺層平板載荷試驗匯總如表1、2所示。

表1 A1點平板載荷試驗匯總表Tab.1 Table of plate loading test of A1 point

表2 A2、A3點平板載荷試驗匯總表Tab.2 Table of plate loading test of A2 and A3 points

靜力觸探記錄表包括J1～J6，如表3:

表3 J1～J6點靜力觸探匯總表Tab.2 Table of cone penetration test of J1 ～J6

3 地基承載力特征值的確定

試驗結果整理后，有以下幾種方法確定地基土承載力特征值，總體分為兩類，一類是根據強度控制的方法，另一類是根據沉降控制的方法。此工程根據以下幾種方法得到相應的承載力特征值。

3.1 強度控制法

（1）在p－s曲線上有明顯的直線段時，通常此直線段的終點對應的載荷量為比例界限P0，可取為承載力特征值。根據表1作p－s曲線如圖1，在p－s曲線上有較明顯的直線段，A1點的P0為56 kPa;根據表2分別作A2、A3曲線p－s，如圖2可知無明顯直線段。

（2）當p－s曲線上沒有明顯的直線段時，可用下面方法確定其特征值:

①某一荷載的沉降量（Δsn）超過上一級荷載沉降量（Δsn－1）的兩倍的點對應的載荷量為 P0。根據表1、2可知，A1、A2、A3的承載力特征值分別為 70、63、63 kPa。

②取lgp－lgs曲線上的轉折點對應的荷載量為 P0。如圖 3、4，可確定 A2、A3 的 P0均為79 kPa。

③取 p－Δp/Δs（Δp為荷載增量，Δs為相應的沉降量）曲線上的轉折點對應的載荷量為承載力特征值。如圖5所示，A2、A3的P0均為94 kPa。

當極限荷載小于對應比例界限的荷載值的2倍時，取極限荷載值的一半作為承載力特征值。A1、A2、A3 點的極限荷載為 140、158、174 kPa，其極限荷載值的一半為 70、79、87 kPa。

3.2 相對沉降控制法

當以上方法不能確定時，承壓板面積為0.25～0.50 m2，b為承壓板的寬度或直徑，地基土承載力的特征值可取s/b=0.01～0.015所對應的荷載量，但不超過最大荷載值的一半［6］。A1的地基承載力特征值已確定，而且當s/b=0.01時，所對應的荷載量為78 kPa，超過了最大荷載值的一半（154/2=77 kPa），均說明不能用此方法確定。A2、A3點試驗的承壓板面積均為0.635m2，也不宜采用此法確定其承載力特征值。

4 結果分析

綜上所述，A1點按照上述3.1中的（1）和3.1（2）中的①方法確定地基承載力特征值均為56 kPa，可確定 A1點的地基承載力特征值為56 kPa;A2、A3點按照上述3.1（2）中的三方法確定的地基承載力特征值分別為:63、79、94 kPa，但A2、A3點極限荷載值的一半小于94 kPa，舍去3.1（2）中③方法的取值。取前兩者的平均值為兩點的地基承載力特征值，即（63+79）/2=71 kPa。

在同一土層的A1、A2、A3三點試驗點承載力特征值的極差為:71－56=15 kPa，它們的平均值為:（56+71+71）/3=66 kPa，因為 15/66 ＜30%，該土層的地基承載力特征值fak為66 kPa［3］。

本工程所做試驗的靜力探頭是單橋探頭，它的有關參數為比貫入阻力ps。

在同一土層（粉土）中，參數一般取該土層厚度的算數平均值，根據表3和（1）式計算，J1～J6的比貫入阻力分別為 0.566 7、0.587 5、0.58、0.584、0.544、0.576 kg/cm2。由下式確定地基承載力特征值［7］:

得到J1～J6的地基承載力特征值為71.7、72.57、72.26、72.43、70.75、72.08 kPa。利用靜力觸探試驗測試結果對應載荷試驗A1、A2、A3試驗點處的地基承載力特征值分別為72.13、72.35、71.42 kPa，其平均值為 71.97kPa，即該土層的地基承載力特征值fak。 ）對比載荷試驗和靜力觸探試驗方法所確定的地基承載力特征值，其結果均相近，說明淺層平板載荷試驗過程以及試驗資料分析確定的方法較合理。

5 結語

在規范中，雖然明確規定載荷試驗成果確定地基土承載力特征值的方法，但試驗成果較復雜，如何更好地應用規范里的方法得到符合實際的地基承載力特征值尤為重要。本文以邯鄲市區豐源小區工程的三點淺層平板載荷試驗為例，采用不同方法確定地基土承載力特征值為66 kPa。最后靜力觸探試驗確定的地基承載力值（71.97 kPa）與其結果相近，說明此試驗成果分析得較合理。

［1］GB50007－2011，巖土工程勘察規范［S］.

［2］謝定義，陳存禮，胡再強.試驗土工學［M］.北京:高等教育出版社，2011.

［3］工程地質手冊編委會.工程地質手冊［M］.4版.北京:中國建筑工業出版社，2007.

［4］徐超，石振明，高彥斌，等.巖土工程原位測試［M］.上海:同濟大學出版社，2005.

［5］楊紹端，杜方江.銀川地區粉細砂層地基土承載力特征值試驗研究［J］.工程勘察，2012（4）:25－28.

［6］薛衛軍.淺層平板載荷試驗確定地基承載力特征值［J］.陜西水利，2012（5）:85－88.

［7］邵江.河北省建筑地基承載力確定方法研究［D］.天津:河北工業大學，2005.