用淺層平板載荷試驗(yàn)確定地基巖土參數(shù)的實(shí)踐

楊 慧

（廣東省地質(zhì)局第三地質(zhì)大隊(duì)，廣東 韶關(guān) 512026）

0 引言

地基基礎(chǔ)包括地基和基礎(chǔ)兩個(gè)部分，而地基的設(shè)計(jì)包括地基土承載力的確定、地基變形的計(jì)算以及地基穩(wěn)定性計(jì)算，其中地基承載力特征值是地基設(shè)計(jì)考慮的關(guān)鍵指標(biāo)[1]。

地基承載力是指地基承受荷載的能力，在地基設(shè)計(jì)中要求地基承載力設(shè)計(jì)值要小于地基承載力特征值[2-3]。關(guān)于地基承載力特征值的確定方法有很多，目前常用的載荷試驗(yàn)[4-7]、靜力觸探試驗(yàn)[8]、公式計(jì)算[9]，但是這些方法都需要結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)綜合確定地基承載力特征值。其中載荷試驗(yàn)對(duì)地基土不產(chǎn)生擾動(dòng)，能夠較好地反映天然土體的壓縮性，測(cè)試成果準(zhǔn)確、可靠，是世界各國(guó)用以確定地基承載力的最主要方法。

針對(duì)肇慶地區(qū)的工程地質(zhì)條件，結(jié)合工程實(shí)例，應(yīng)用淺層平板載荷試驗(yàn)的方法，得到該地區(qū)砂質(zhì)黏土層地基承載力特征值及變形模量。本文對(duì)該試驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)分析。

1 試驗(yàn)方法介紹

1.1 試驗(yàn)原理

平板載荷試驗(yàn)是在一定面積的承壓板上向地基土逐級(jí)施加豎向荷載，同時(shí)觀測(cè)承壓板沉降，測(cè)定巖土體承載力和變形特性的巖土工程勘察原位測(cè)試方法[10-11]。可分為淺層平板載荷試驗(yàn)和深層平板載荷試驗(yàn)，淺層平板載荷試驗(yàn)適用于淺層地基上，而深層平板載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)深度不應(yīng)小于5m[10]。

1.2 實(shí)施要點(diǎn)

結(jié)合本項(xiàng)目的實(shí)際情況，主要采用淺層平板載荷試驗(yàn)，其技術(shù)要求為：

（1）淺層平板載荷試驗(yàn)剛性承壓板可采用圓形、方形或矩形，壓板面積為天然地基不應(yīng)小于0.50m2；

（2）試驗(yàn)前應(yīng)采取防水和排水措施，防止試驗(yàn)場(chǎng)地地基土含水量變化或地基土擾動(dòng)，影響試驗(yàn)結(jié)果；

（3）淺層平板載荷試驗(yàn)加荷分級(jí)不應(yīng)小于8 級(jí)，最大加載值不小于設(shè)計(jì)要求的承載力特征值的2 倍。正式試驗(yàn)前宜進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載為最大加載量的5%，預(yù)壓時(shí)間宜為5min，預(yù)壓后卸載至零；

（4）每級(jí)荷載施加后應(yīng)按第10min、20min、30min、45min、60min測(cè)讀承壓板的沉降量，以后應(yīng)每隔半小時(shí)測(cè)讀一次沉降量，當(dāng)在連續(xù)2h 內(nèi)每小時(shí)的沉降量差值小于0.1mm 時(shí)，則認(rèn)為已趨穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。以此類推，直到加荷結(jié)束。

1.3 終止加載條件

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，即可終止加載：

（1）承壓板周邊的土出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出、隆起或徑向裂縫持續(xù)發(fā)展；

（2）本級(jí)荷載的沉降量大于前級(jí)荷載沉降量的5倍，荷載與沉降曲線（p-s）出現(xiàn)明顯陡降；

（3）在某一級(jí)荷載下，24h 內(nèi)沉降速率不能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；

（4）沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06；

（5）加載至要求的最大試驗(yàn)荷載且承壓板沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。

1.4 特征值的確定原則

單個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值確定應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）當(dāng)曲線上有比例界限時(shí)，應(yīng)取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值；

（2）地基土平板載荷試驗(yàn)，當(dāng)極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限荷載值的2倍時(shí)，應(yīng)取極限荷載值的一半；

（3）當(dāng)滿足1.3 條中第（5）款情況，且p-s曲線上無(wú)法確定比例界限，承載力又未達(dá)到極限時(shí)，地基土平板載荷試驗(yàn)應(yīng)取最大試驗(yàn)荷載的一半所對(duì)應(yīng)的荷載值。

2 工程實(shí)例

擬建場(chǎng)地位于肇慶市鼎湖區(qū)坑口，鄰近桃園路。場(chǎng)地屬于低山丘陵和三角洲沖積平原地貌結(jié)合部，沖積相地層發(fā)育場(chǎng)地，周邊環(huán)境較空曠，場(chǎng)地現(xiàn)狀為垃圾堆填場(chǎng)和魚塘，測(cè)得鉆孔標(biāo)高介于3.64～5.94m，平均標(biāo)高5.05m。該區(qū)域的工程地質(zhì)條件是穩(wěn)定的，是良好的建筑物擬建場(chǎng)地。經(jīng)鉆探揭露，場(chǎng)地內(nèi)地層自上而下為：人工填土層（Qml）、第四系沖積層（Qal）、第四系殘積層（Qel）、燕山期（γ）基巖及石炭系（C）基巖。其中第四系殘積層以砂質(zhì)黏土和粉質(zhì)黏土為主。

2.1 載荷試驗(yàn)說(shuō)明

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3 點(diǎn)[11]，本文共計(jì)選擇3 個(gè)點(diǎn)，編號(hào)分別為S01，S02，S03，試驗(yàn)點(diǎn)的選擇均得到了總圖、結(jié)構(gòu)專業(yè)及業(yè)主的認(rèn)可。試驗(yàn)點(diǎn)的承壓板均為圓形，面積為0.5m2，坑為4.0m×4.0m，試驗(yàn)前將試驗(yàn)點(diǎn)處的松軟泥土清除，清理至原狀結(jié)構(gòu)土層，同時(shí)用中砂找平，其厚度不超過(guò)20mm，然后安裝承壓板、千斤頂、位移傳感器及橫梁堆重平臺(tái)反力裝置等，最大加載值不小于設(shè)計(jì)要求的承載力特征值的2 倍，分8 級(jí)加載和4級(jí)卸載，每級(jí)38kPa，加載設(shè)備為全自動(dòng)加載。

2.2 試驗(yàn)成果及分析

2.2.1 試驗(yàn)結(jié)果

場(chǎng)地共計(jì)3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，其中S01試驗(yàn)點(diǎn)試驗(yàn)累計(jì)歷時(shí)960min，當(dāng)加載至第7 級(jí)542kPa 時(shí)，沉降量穩(wěn)定，本級(jí)沉降量為4.03mm，累計(jì)沉降量為22.38mm，繼續(xù)向第8 級(jí)616kPa 加載時(shí)，荷載與沉降（p-s）曲線出現(xiàn)明顯陡降，本級(jí)沉降量為29.42mm，累計(jì)沉降量為51.80mm，本級(jí)荷載的沉降量大于前級(jí)荷載沉降量的5 倍，沉降量與承壓板寬度或直徑之比≥0.06，滿足試驗(yàn)終止條件。

S02 試驗(yàn)點(diǎn)試驗(yàn)累計(jì)歷時(shí)840min，當(dāng)加載至第6 級(jí)467kPa 時(shí)，沉降量穩(wěn)定，本級(jí)沉降量為8.71mm，累計(jì)沉降量為26.88mm，繼續(xù)向第7 級(jí)542kPa 加載時(shí)，荷載與沉降（p-s）曲線出現(xiàn)明顯陡降，本級(jí)沉降量為42.68mm，累計(jì)沉降量為69.56mm，本級(jí)荷載的沉降量大于前級(jí)荷載沉降量的5 倍，沉降量與承壓板寬度或直徑之比≥0.06，滿足試驗(yàn)終止條件。

S03 試驗(yàn)點(diǎn)試驗(yàn)累計(jì)歷時(shí)840min，當(dāng)加載至第6 級(jí)467kPa 時(shí)，沉降量穩(wěn)定，本級(jí)沉降量為6.82mm，累計(jì)沉降量為24.10mm，繼續(xù)向第7 級(jí)542kPa 加載時(shí)，荷載與沉降（p-s）曲線出現(xiàn)明顯陡降，本級(jí)沉降量為36.21mm，累計(jì)沉降量為60.31mm，本級(jí)荷載的沉降量大于前級(jí)荷載沉降量的5 倍，沉降量與承壓板寬度或直徑之比≥0.06，滿足試驗(yàn)終止條件。

原始數(shù)據(jù)整理后，得到淺層平板載荷試驗(yàn)匯總?cè)绫?所示，地基土淺層平板荷載-沉降（p-s）曲線見圖1。

表1 淺層平板載荷試驗(yàn)匯總

圖1 不同試驗(yàn)點(diǎn)的荷載-沉降曲線

2.2.2 成果分析

3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的p-s曲線呈緩變形，曲線上有明顯的比例界線，按1.4 節(jié)中特征值的確定原則相關(guān)規(guī)定，S01比例界限為7.02mm，對(duì)應(yīng)的荷載值為245kPa。該試驗(yàn)點(diǎn)在616kPa 荷載作用下的變形量超過(guò)前一級(jí)的5 倍，故取該試驗(yàn)荷載的前一級(jí)荷載為極限荷載，即極限荷載為542kPa，對(duì)應(yīng)的沉降變形量為22.38mm，取比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值為承載力特征值，即245kPa；S02 比例界限為8.26mm，對(duì)應(yīng)的荷載值為245kPa，該試驗(yàn)點(diǎn)在542kPa 荷載作用下的變形量超過(guò)前一級(jí)的5 倍，故取該試驗(yàn)荷載的前一級(jí)荷載為極限荷載，即極限荷載為467kPa，對(duì)應(yīng)的沉降變形量為26.88mm，由于極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限荷載值的2 倍，故取極限荷載值的一半作為承載力特征值為233kPa；S03 比例界限為8.00mm，對(duì)應(yīng)的荷載值為245kPa，該試驗(yàn)點(diǎn)在542kPa荷載作用下的變形量超過(guò)前一級(jí)的5 倍，故取該試驗(yàn)荷載的前一級(jí)荷載為極限荷載，即極限荷載為467kPa，對(duì)應(yīng)的沉降變形量為24.10mm，由于極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限荷載值的2 倍，故取極限荷載值的一半作為承載力特征值為233kPa。

3 地基承載力特征值的確定

由《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》可知[11]：同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3 點(diǎn)，當(dāng)其極差不超過(guò)平均值的30%時(shí)，取其平均值作為該土層的地基承載力特征值。本次試驗(yàn)3個(gè)點(diǎn)的承載力特征值的極差為:245-233=12kPa，3 個(gè) 點(diǎn) 的 平 均 值 為 :（245+233+233）/3=237kPa，而3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)極差值占平均值的比例為12/237=5.06%＜30%，故取3 個(gè)點(diǎn)的平均值作為該場(chǎng)地的承載力特征值。

淺層平板載荷試驗(yàn)的變形模量E0可按下式計(jì)算[5]：

式中：I0——?jiǎng)傂猿袎喊宓男螤钕禂?shù)，圓形承壓板取0.785；方形承壓板取0.886；

μ——土的泊松比（碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉質(zhì)黏土取0.38，黏土取0.42）；

d——承壓板直徑或邊長(zhǎng)，m；

p——p-s曲線線性段的壓力，kPa；

s——與p對(duì)應(yīng)的沉降，mm；

地基土變形模量的計(jì)算結(jié)果見表2，該場(chǎng)地土承載力的特征值為237kPa，變形模量為16.41MPa。

表2 地基土變形模量計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

本文以廣東省肇慶市地區(qū)某項(xiàng)目為例，對(duì)砂質(zhì)黏土層地基土承載力特征值進(jìn)行了淺層平板載荷試驗(yàn)，并根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確規(guī)定載荷試驗(yàn)成果來(lái)確定地基土承載力特征值。通過(guò)試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)試驗(yàn)方法確定該地基土承載力特征值為237kPa，變形模量為16.41MPa，該值可供給設(shè)計(jì)人員參考。

（2）為保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性，在今后的工程中應(yīng)將淺層平板荷載試驗(yàn)以及其他試驗(yàn)方法相結(jié)合進(jìn)行對(duì)比研究分析，可以更合理地選擇準(zhǔn)確而可靠的地基土承載力特征值，以降低工程造價(jià)。

（3）淺層平板載荷試驗(yàn)雖然是獲得地基承載力特征值最可靠的方法，但是在試驗(yàn)過(guò)程中仍存在一些干擾因素會(huì)影響靜載荷試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，為保證建筑物的安全，在設(shè)計(jì)過(guò)程中仍需要對(duì)所提特征值進(jìn)行必要的修正。