基于地基土承載力試驗研究

杜方江 陳恩茂

摘 要：針對地基土的承載力試驗研究，挖掘地基土潛力、合理選擇地基土持力層、提高地基土承載力。本文結(jié)合寧夏自治區(qū)工程實例，應(yīng)用慢速維持荷載法進(jìn)行靜載荷試驗研究。研究表明：當(dāng)?shù)鼗脸休d力較低時，為了減小工程上的資金，又可以取得良好的經(jīng)濟和社會效益。在滿足地基穩(wěn)定、安全的條件下，利用粉細(xì)砂替換軟土層，即可以提高地基土的承載力。

關(guān)鍵詞：地基土承載力 靜載荷試驗 機理分析

中圖分類號：TU473 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（c）-0041-04

勘察地基土承載力，是地基土基礎(chǔ)設(shè)計所需的重要指標(biāo)?？辈煸囼灱夹g(shù)是確定地基承載力的最直接、最可靠的手段。所以進(jìn)行地基土承載力試驗研究具有重要意義。本文在確定地基土承載力特征值時，根據(jù)巖土工程勘察等級、地基土基礎(chǔ)設(shè)計等級、土質(zhì)條件選擇靜載荷試驗、室內(nèi)土工試驗、靜力觸探試驗、動力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等測試方法，結(jié)合理論計算和設(shè)計需要進(jìn)行綜合探討，揭示了貴陽市市地基土的承載力，提出了地基土承載力的處理建議，供巖土工程設(shè)計人員參考。

1 工程概況

寧夏回族自治區(qū)農(nóng)牧廳綜合服務(wù)中心大樓總占地面積14666.52m2，建筑總面積258830.0m2。地上建筑面積23342.8m2，地下室建筑面積2260.2.0m2。擬建的綜合服務(wù)中心由主樓和裙樓構(gòu)成，為高低層聯(lián)體建筑物，層數(shù)相差超過10層，主樓層數(shù)為地上21層，呈矩形分布，長58.6m，寬18.4m，高度85m，基礎(chǔ)埋深±0以下6.0m，基底荷載400kPa；裙樓分布于主樓南側(cè)，層數(shù)為地上3層，呈矩形分布，東西長50.0m，南北寬25.0m、高度14.5m，基礎(chǔ)埋深±0以下6.0m，基底荷載180kPa，地基土承載力特征值為270kPa。勘察場區(qū)位于銀川平原的中部，“喜山”構(gòu)造運動使賀蘭山褶皺帶與鄂爾多斯地臺相對上升，形成“銀川地塹”。該地塹長約170km，寬50km，呈北東向延伸，地塹在新構(gòu)造運動期一直處于比較活躍狀態(tài)，經(jīng)歷多次構(gòu)造運動，導(dǎo)致斷裂發(fā)育，歷史上地震活動頻繁。分布于賀蘭山的東側(cè)的次生斷裂帶，至今尚未發(fā)現(xiàn)活動痕跡，所以該區(qū)域工程地質(zhì)條件穩(wěn)定，是良好的建筑場地。場區(qū)地層除淺層為雜填土、素填土外，其下均系第四系黃河沖積及湖積地層，以粘性土、砂土為主。具體內(nèi)容詳如表1所示。

2 試驗研究設(shè)計

2.1 試驗方法及設(shè)備

利用慢速維持荷載法進(jìn)行試驗，壓重平臺反力裝置；320kN、500kN油壓千斤頂，并聯(lián)于千斤頂油路的壓力表；30～50mm量程百分表；圓形承壓板，直徑60.0cm和56.4cm。

2.2 試驗參數(shù)及檢測方法

（1）試驗深度：承壓板底部標(biāo)高為高程1102.0m處。

（2）壓重平臺反力裝置提供加載反力。

（3）采用并聯(lián)于千斤頂油路的壓力表測量荷載，根據(jù)千斤頂率定曲線換算荷載。

（4）手動加壓，平板載荷試驗加荷分級加載，首級荷載為40kPa，各級荷載增量為40kPa，最大加載量為960kPa。

（5）兩側(cè)安裝百分表量測，人工或自動讀記，每級荷載施加后按第10min、10min、10min、15min、15min測讀一次沉降量，以后每隔30min測讀一次。

（6）沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)連續(xù)2h內(nèi)，每1h的下沉量小于0.10mm時，認(rèn)為壓板下沉已趨穩(wěn)定，即可加下一級荷載，且每級荷載的間隔時間不應(yīng)少于2h。

3 地基土的工程性能

依據(jù)《工程地質(zhì)手冊》第4版和土工試驗規(guī)程，結(jié)合室內(nèi)試驗，查表得到地基土粉細(xì)砂層錘擊數(shù)修正值N63.5統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表3所示，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)按下式計算：

N63.5=aN

式中：N63.5為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗錘擊數(shù)；

N為實測錘擊數(shù)；

a為觸探干長度修正系數(shù)。

由表2、表3統(tǒng)計結(jié)果可知，②素填土：厚度變化較大，a1-2=0.30MPa-1，Il=0.33，可塑，結(jié)合標(biāo)貫試驗，確定為中、高壓縮性。③粉質(zhì)粘土：厚度變化較大，a1-2=0.27MPa-1，Il=0.23，可塑-硬塑，結(jié)合標(biāo)貫試驗，確定為中壓縮性。④粉土：呈透鏡體分布，結(jié)合標(biāo)貫試驗，中密，確定為中壓縮性。⑤細(xì)砂：高程1102.0m以上，濕-飽和，中密，局部稍密，中、低壓縮性土；高程1102.0m以下，飽和，密實，低壓縮性土。

4 試驗成果及機理分析

4.1 地基土承載力特征值

根據(jù)室內(nèi)土工試驗和原位測試統(tǒng)計結(jié)果，參考《工程地質(zhì)手冊》第3版的相關(guān)資料，綜合確定的各層地基土承載力特征值列于表4。

確定承載力時應(yīng)考慮地基土的壓縮模量，壓縮模量的大小直接決定地基土的變形，因此當(dāng)壓縮模量相對較小時，承載力相應(yīng)較低，反之則較高。由表4可知，素填土的壓縮模量最小為6.4MPa，承載力特征值為110kPa；粉質(zhì)粘土的壓縮模量為6.9MkPa；承載力特征值為160kPa；高程為1095m以下的粉細(xì)砂壓縮模量最大為35.0MPa，承載力特征值340kPa。

4.2 地基土承載力修正系數(shù)

地基土承載力修正系數(shù)是根據(jù)實際基礎(chǔ)埋深，并考慮多種因素綜合確定，深、寬修正系數(shù)的起始值應(yīng)根據(jù)載荷試驗中的范圍確定，地基土承載力修正系數(shù)見表4所示，計算公式為：

fa=fka+ηbγ（b-3）+ηdγ0（d-1.5）

式中：fa為深寬修正后的地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

fka為深寬修正前的地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；

ηb、ηd為基礎(chǔ)寬度及深度的承載力修正系數(shù)，可根據(jù)土的類比與性質(zhì)查表或根據(jù)實際經(jīng)驗確定；

γ、λ0為基礎(chǔ)底面以上和以下土的平均重度（地下水位以下為有效重度），kN/m3；

b為基礎(chǔ)底面寬度（小于3m時，按3m計算；大于6m時，按6m計算），m；

d為基礎(chǔ)埋置深度，m。

4.3 機理分析

根據(jù)地基土靜載荷試驗，試驗結(jié)果曲線繪制如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2靜載荷試驗結(jié)果P-S曲線可知，圖1當(dāng)荷載為0～720kPa，圖2當(dāng)荷載為0～400kPa時，P-S曲線近似呈線性關(guān)系，地基土處于彈性段，此時地基土中的孔隙壓縮并伴隨有氣體與液體的消散，圖1隨著荷載逐漸遞增為720～880kPa，圖2隨著荷載逐漸遞增為400～600kPa時，P-S曲線開始向下彎曲，呈非線性關(guān)系，地基土處于塑性階段，此時地基土中的孔隙進(jìn)一步壓縮并出現(xiàn)了局部剪切破壞。地基土出現(xiàn)了塑性變形。當(dāng)荷載P繼續(xù)增大時，P-S又近似呈線性關(guān)系，地基土達(dá)到滑動破壞階段。由此可見，地基土的變形呈現(xiàn)階段性特征，即隨著荷載的增加地基土的變形將經(jīng)歷擬彈性階段、塑性階段與滑動破壞階段。

綜上所述，在確定地基土承載力特征值時，應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察等級、地基土基礎(chǔ)設(shè)計等級、土質(zhì)條件選擇靜載荷試驗、室內(nèi)土工試驗、靜力觸探試驗、動力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等測試方法，結(jié)合理論計算和設(shè)計進(jìn)行綜合評價。當(dāng)?shù)鼗脸休d力較低時，為了減小工程上的資金，又可以取得良好的經(jīng)濟和社會效益。在滿足地基穩(wěn)定、安全的條件下，利用粉細(xì)砂替換軟土層，這樣可以提高地基土的承載力。

5 結(jié)語

（1）素填土：厚度變化較大，a1-2=0.30MPa-1，Il=0.33，可塑，結(jié)合標(biāo)貫試驗，確定為中、高壓縮性。層粉質(zhì)粘土：厚度變化較大，a1-2=0.27MPa-1，Il=0.23，可塑-硬塑，結(jié)合標(biāo)貫試驗，確定為中壓縮性。粉土：呈透鏡體分布，結(jié)合標(biāo)貫試驗，中密，確定為中壓縮性。層細(xì)砂：高程1102.0m以上，濕-飽和，中密，局部稍密，中、低壓縮性土；高程1102.0m以下，飽和，密實，低壓縮性土。

（2）確定地基土承載力時應(yīng)考慮地基土的壓縮模量，壓縮模量的大小直接決定地基土的變形，因此當(dāng)壓縮模量相對較小時，承載力相應(yīng)較低，反之則較高。

（3）地基土基礎(chǔ)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)實際的基礎(chǔ)埋深與寬度對地基土承載力進(jìn)行修正。

（4）在確定地基土承載力特征值時，應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察等級、地基土基礎(chǔ)設(shè)計等級、土質(zhì)條件選擇靜載荷試驗、室內(nèi)土工試驗、靜力觸探試驗、動力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗等測試方法，結(jié)合理論計算和設(shè)計需要進(jìn)行綜合評價。當(dāng)?shù)鼗休d力較低時，為了減小工程上的資金，又可以取得良好的經(jīng)濟和社會效益。在滿足地基穩(wěn)定、安全的條件下，利用粉細(xì)砂替換軟土層，即可以提高地基土的承載力。

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