平板荷載試驗(yàn)中外標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用對(duì)比

雷先順 李漪

(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司 湖北武漢 430040)

巖土工程中，地基承載力和變形模量是地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，平板載荷試驗(yàn)（Plate Load Test，PLT）以其直觀、準(zhǔn)確、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)成為國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的原位試驗(yàn)之一。

國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)平板載荷試驗(yàn)中作用載荷、載荷板尺寸、試驗(yàn)結(jié)果分析等方面進(jìn)行了研究。朱幸科等人[1]研究了邊載效應(yīng)對(duì)淺層平板載荷試驗(yàn)的影響。張亮[2]對(duì)CFG樁復(fù)合地基承載及變形性狀進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和數(shù)字模擬研究。張玉成等人[3]分析了載荷試驗(yàn)的尺寸效應(yīng)，總結(jié)了利用小壓板載荷試驗(yàn)確定實(shí)際基礎(chǔ)的p-s曲線，從而確定淺層和深層地基承載力。崔夢(mèng)麟[4]通過(guò)某城市垃圾填埋場(chǎng)項(xiàng)目，對(duì)大尺寸平板載荷試驗(yàn)與數(shù)值模擬進(jìn)行了研究。張文龍等人[5]等對(duì)內(nèi)蒙古地區(qū)，某粉細(xì)砂地基平板載荷試驗(yàn)中尺寸效應(yīng)分析進(jìn)行了研究。辛明靜[6]通過(guò)FLAC 模擬了載荷試驗(yàn)中基準(zhǔn)點(diǎn)、堆載位置等因素對(duì)結(jié)果的影響。婁俊慶等人[7]總結(jié)了中美平板載荷試驗(yàn)規(guī)程的對(duì)比，有很好的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。唐譯等人[8]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)研究了含水率對(duì)含黏粒砂土承載力的影響規(guī)律。程永輝等人[9]利用超大尺寸的平板載荷試驗(yàn)，研究了垃圾填埋場(chǎng)變形特性研究。秦振華[10]對(duì)于在軟土地基中開展平板載荷試驗(yàn)，其試驗(yàn)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了研究。楊光華[11]依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)原位壓板載荷試驗(yàn)，建立了一套地基設(shè)計(jì)的新理論。

國(guó)外工程中，受歷史影響，建設(shè)方、設(shè)計(jì)、勘察、施工方和監(jiān)理方大多參照美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)，尤以美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)較多。其中部分條款和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)存在差異，可能會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果有所差別。另外，在國(guó)外的工程體系中，監(jiān)理方權(quán)力較大，且往往不認(rèn)同中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，如若溝通不順利，常常會(huì)對(duì)工程設(shè)計(jì)和施工產(chǎn)生較大阻礙。該文分析了中美歐平板載荷試驗(yàn)的異同點(diǎn)，結(jié)合筆者負(fù)責(zé)的實(shí)際工程案例，總結(jié)了相關(guān)的工程經(jīng)驗(yàn)，以便更好地解決在國(guó)外工程中遇到的此類問(wèn)題。

1 國(guó)標(biāo)和美標(biāo)的異同點(diǎn)

在國(guó)內(nèi)規(guī)范中，如《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）、《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）和《建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》（JGJ 340—2015）等規(guī)范，均對(duì)平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行了比較詳細(xì)的說(shuō)明。美標(biāo)ASTM 是在筆者在國(guó)外工程中遇到最多的標(biāo)準(zhǔn)，如越南、緬甸、泰國(guó)、孟加拉等國(guó)均采用ASTM 標(biāo)準(zhǔn)。在美標(biāo)ASTMD1195（Standard Test Method for Bearing Capacity of Soil for Static Load and Spread Footings）中亦對(duì)該試驗(yàn)進(jìn)行了比較詳盡的說(shuō)明。主要總結(jié)一下兩種規(guī)范中的主要不同點(diǎn)，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 中、美平板載荷試驗(yàn)規(guī)定的區(qū)別

通過(guò)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)承壓板尺寸的規(guī)定比較詳細(xì)，特別是對(duì)于軟土和填土均做出了明確的規(guī)定。而在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM 中，對(duì)承壓板尺寸只是給定了一個(gè)范圍值，沒(méi)有統(tǒng)一的尺寸要求。此外，對(duì)于試驗(yàn)沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)論是快速法和慢速法，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)均有嚴(yán)格規(guī)定；美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM的加荷速率較快，沒(méi)有明確沉降穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。可見，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求更具有實(shí)操性，便于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

同時(shí)，在中國(guó)規(guī)范中，還可以根據(jù)p-s曲線計(jì)算地基土的變形模量、基床系數(shù)等參數(shù)。很多地方地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中，還有相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)表格，可以直接查詢相關(guān)的巖土物理和力學(xué)參數(shù)。

2 工程實(shí)例

結(jié)合筆者已處理的一項(xiàng)國(guó)外工程實(shí)例，簡(jiǎn)單交流一下現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)時(shí)的一些體會(huì)。某泰國(guó)500 kV 變電站EPC 擴(kuò)建項(xiàng)目位于泰國(guó)南部，由國(guó)內(nèi)某設(shè)計(jì)院進(jìn)行勘測(cè)、設(shè)計(jì)和施工。前期勘測(cè)工作直接委托了泰國(guó)當(dāng)?shù)匾患規(guī)r土勘察公司完成。基礎(chǔ)設(shè)計(jì)采用天然地基、板式基礎(chǔ)，根據(jù)該工程合同要求，進(jìn)行基礎(chǔ)施工前，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，以驗(yàn)證地基承載力滿足設(shè)計(jì)要求。明確了該項(xiàng)目的勘察和設(shè)計(jì)均采用美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)明確執(zhí)行ASTMD1195標(biāo)準(zhǔn)。

在泰國(guó)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)操作中，一般首先選擇試驗(yàn)點(diǎn)位，在場(chǎng)地用挖機(jī)開挖一試坑，清除表層擾動(dòng)土。為保證承壓板水平、并與土層均勻接觸，在承壓板與土層接觸處鋪設(shè)厚度不超過(guò)20 mm中砂或粗砂找平層，然后放置承壓板。承壓板盡可能設(shè)置在試坑中間位置。然后利用挖機(jī)自重作為加載反力裝置（類似于國(guó)內(nèi)的混凝土試塊壓重平臺(tái)），挖機(jī)兩個(gè)履帶作為支墩，其操作相對(duì)國(guó)內(nèi)較簡(jiǎn)單。一個(gè)完整的試驗(yàn)大概需要3 h。

EPC項(xiàng)目部在基礎(chǔ)施工前邀請(qǐng)了當(dāng)?shù)匾患业鼗鶛z測(cè)公司對(duì)場(chǎng)地地基進(jìn)行了平板載荷試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示地基承載力僅為前期地勘報(bào)告提供承載力的1/3，不能滿足設(shè)計(jì)要求。

如果業(yè)主認(rèn)可了該地基檢測(cè)結(jié)果，則會(huì)涉及變電站主變壓器基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的重大變更。筆者在獲知該消息后，第一時(shí)間從國(guó)內(nèi)趕赴項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)，和EPC項(xiàng)目部討論了上一次平板載荷試驗(yàn)的詳細(xì)情況，決定重新邀請(qǐng)了另一家地基檢測(cè)公司，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理和業(yè)主的監(jiān)督下，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)順利完成。試驗(yàn)結(jié)果顯示，場(chǎng)地地基承載力完全滿足原基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求，前期勘察報(bào)告無(wú)誤。針對(duì)兩次試驗(yàn)結(jié)果的明顯差異，分析了主要的原因。

2.1 選的測(cè)試點(diǎn)位置要有代表性

規(guī)范規(guī)定測(cè)試點(diǎn)一般每個(gè)場(chǎng)地不宜少于3 個(gè)，淺層平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)位應(yīng)布置在基礎(chǔ)底面標(biāo)高處。當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)巖土體分布不均勻時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)試點(diǎn)數(shù)量。平板載荷試驗(yàn)是采用“以點(diǎn)帶面”的方式，檢測(cè)場(chǎng)地的地基承載力。由于場(chǎng)地巖土分布的不均勻性，會(huì)導(dǎo)致載荷試驗(yàn)結(jié)果有一定的差異，部分軟弱位置的試驗(yàn)結(jié)果不宜作為整個(gè)場(chǎng)地的代表性結(jié)果，應(yīng)該加以注明，并做出相應(yīng)處理意見。該變電站場(chǎng)地巖土分布不均勻，局部確實(shí)存在軟弱粉質(zhì)黏土層。前期試驗(yàn)位置若選擇在該處，試驗(yàn)結(jié)果則相差甚遠(yuǎn)，會(huì)造成以偏概全。

另外，我國(guó)對(duì)勘察工作的重視程度，明顯是好于國(guó)外。國(guó)內(nèi)對(duì)于巖土勘察，有非常嚴(yán)格的規(guī)范條文，有較完善的勘察報(bào)告審查程序。各種巖土勘察規(guī)范的獨(dú)立性較強(qiáng)，比如《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）（2009 版）、《變電站巖土工程勘測(cè)技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5170—2015）、《市政工程勘察規(guī)范》（CJJ 56—2012）、《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（JTG C20—2011）等。對(duì)勘探點(diǎn)的數(shù)量、布置位置、勘探方法等都有著非常具體、嚴(yán)格、量化的要求，可操作性強(qiáng)，往往一本規(guī)范就涵蓋了所有的勘察試驗(yàn)方法。但是，國(guó)外規(guī)范很多地方并未對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行明文規(guī)定，完全取決于現(xiàn)場(chǎng)巖土工程師和監(jiān)理工程師的個(gè)人技術(shù)水平?jīng)Q定。另外，國(guó)外規(guī)范會(huì)大量引用其他規(guī)范、或者學(xué)術(shù)性的成果。一方面，給予了專業(yè)技術(shù)人員較大的靈活性，非常考驗(yàn)巖土工程師的技術(shù)水平；另一方面，由于缺少勘察報(bào)告圖審環(huán)節(jié)，為節(jié)省造價(jià)，造成了相較于國(guó)內(nèi)同樣規(guī)模的變電站工程，勘探點(diǎn)數(shù)量明顯偏少。

在該項(xiàng)目中，面積約5 000 m2的變電站擴(kuò)建區(qū)。在前期勘察過(guò)程中，業(yè)主僅僅同意布置了4 個(gè)取土勘探點(diǎn)，勘探深度均為15 m。這樣的勘察工作量和國(guó)內(nèi)同規(guī)模的可研設(shè)計(jì)階段勘察工作量差不多，其勘察工作不到位明顯導(dǎo)致對(duì)該工程場(chǎng)地的地質(zhì)條件認(rèn)識(shí)不足。原鉆探揭示的地層從上到下大致是：（1）松散粉細(xì)砂，厚度約1～2 m；（2）中密粉土，厚度約3～8 m；（3）硬塑粉質(zhì)黏土，厚度大于8 m。在原勘察點(diǎn)位，并未發(fā)現(xiàn)有一層軟弱粉質(zhì)黏土層。但在后期進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)挖土機(jī)明挖試坑，發(fā)現(xiàn)了該層軟土。

2.2 應(yīng)充分考慮天氣等不利影響

為了防止試驗(yàn)過(guò)程中場(chǎng)地地基土含水率的變化或地基土的擾動(dòng)，導(dǎo)致影響試驗(yàn)效果，中美規(guī)范均要求保持試坑或試井底部巖土的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度。必要時(shí)，應(yīng)在承壓板周邊2 m 范圍內(nèi)覆蓋防水布。在第一次測(cè)試時(shí)，項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)下雨多日，地下水水位升高，地基土含水率大大提高，導(dǎo)致地基土的強(qiáng)度降低。

第一次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)時(shí)，業(yè)主為了搶工期，不顧檢測(cè)單位的意見，強(qiáng)行開展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。這也是導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果偏低的重要原因。

2.3 應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)要求和步驟進(jìn)行試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)和現(xiàn)場(chǎng)項(xiàng)目部同事溝通。在第一次試驗(yàn)過(guò)程中，沒(méi)有完全按照相關(guān)規(guī)范要求開展試驗(yàn)，主要存在以以下問(wèn)題。

（1）試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)易、較粗糙。為了保證變形值的準(zhǔn)確性，中外試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)均要求設(shè)置基準(zhǔn)梁，且對(duì)基準(zhǔn)梁的位置、尺寸等有具體的要求。而原試驗(yàn)中，甚至沒(méi)有設(shè)置基準(zhǔn)梁，直接將百分表放在承壓板的旁邊，必然會(huì)造成較大的誤差，具體如圖1、圖2 所示。（2）試驗(yàn)深度土層擾動(dòng)嚴(yán)重、直接用挖機(jī)挖至試驗(yàn)深度，未在將到達(dá)試驗(yàn)深度前20 cm時(shí)，采用人工作業(yè)，平整試驗(yàn)位置。該項(xiàng)目場(chǎng)地檢測(cè)深度范圍內(nèi)為粉土、且地下水位較高，采用大型挖機(jī)作業(yè)，本身就會(huì)對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)位處的粉土造成較大的擾動(dòng)，加之雨水浸泡，受擾動(dòng)后的粉土強(qiáng)度迅速降低。（3）未進(jìn)行先期預(yù)壓，在安裝好儀器設(shè)備后，就立即加壓，并開始記錄承壓板沉積數(shù)據(jù)，導(dǎo)致初始沉降值明顯偏大，后期又未對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修整。（4）承壓板尺寸不合規(guī)，采用的承壓板偏小，尺寸明顯不符合規(guī)范要求，等等不規(guī)范的操作都會(huì)嚴(yán)重影響試驗(yàn)結(jié)果。

圖1 第一次現(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)

圖2 第二次現(xiàn)場(chǎng)平板載荷試驗(yàn)

2.4 需適應(yīng)當(dāng)?shù)氐墓こ塘?xí)慣

相較國(guó)內(nèi)，泰國(guó)當(dāng)?shù)毓こ處煷龊偷匚惠^高，尤其是監(jiān)理工程師，對(duì)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)所有的事情均有舉足輕重的發(fā)言權(quán)。在進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)前，務(wù)必先要將試驗(yàn)方案報(bào)監(jiān)理工程師審核簽字。邀請(qǐng)其在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行旁站監(jiān)督，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)需要其簽字。此等流程需要嚴(yán)格按照要求執(zhí)行，否則，監(jiān)理工程師就可能直接判定試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。

筆者在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)時(shí)，在一處測(cè)試點(diǎn)開挖時(shí)，發(fā)現(xiàn)了一層約1.5 m 的軟弱土層，試驗(yàn)結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于理想值。通過(guò)與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理的及時(shí)解釋溝通，另外增加了3 處試驗(yàn)點(diǎn)。并同意在后期施工中，對(duì)存在該層軟弱土的局部位置進(jìn)行地基碎石換填處理。避免了大面積進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)調(diào)整的不利結(jié)果，同時(shí)也對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)行了解釋說(shuō)明，得到了現(xiàn)場(chǎng)業(yè)主和監(jiān)理的認(rèn)可。

3 結(jié)語(yǔ)

在國(guó)外進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)時(shí)，由于采用的規(guī)范不同，各國(guó)的工程習(xí)慣不同，需要正確認(rèn)識(shí)到其差異性。個(gè)人建議，既要堅(jiān)持科學(xué)合理，也要做到入鄉(xiāng)隨俗。才能更好地得到真實(shí)的、符合當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)習(xí)慣的試驗(yàn)結(jié)果。