淺層平板載荷試驗(yàn)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(xué)資源學(xué)院，河北邯鄲 056038）

隨著城市的發(fā)展，高、大、新奇的建筑物不斷興起，人們追求美觀的同時(shí)，工程師們漸漸關(guān)注建筑物的安全，特別是地基及基礎(chǔ)的變形與強(qiáng)度的問題。地基承載力值的確定在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中尤為重要，從而技術(shù)人員對(duì)地基承載力值要求越來越嚴(yán)格。在實(shí)際工程中一般由原位測(cè)試（載荷試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)等）、公式計(jì)算，且結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等方法綜合確定地基承載力特征值［1］。其中載荷試驗(yàn)是較準(zhǔn)確、直接的方法，雖然此原位測(cè)試試驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但在重要工程中，一般會(huì)優(yōu)先考慮做載荷試驗(yàn)［2］。當(dāng)然只有合理地安排載荷試驗(yàn)及整理分析其試驗(yàn)資料［3］，才能得到有效的地基承載力值。本文以邯鄲地區(qū)豐源小區(qū)工程為例，簡(jiǎn)述淺層平板試驗(yàn)過程，以及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的淺析，最后與靜力觸探試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而得到符合實(shí)際的地基承載力特征值。

1 載荷試驗(yàn)介紹

載荷試驗(yàn)是在指定深度的試坑內(nèi)，逐級(jí)加荷在一個(gè)剛性承壓板，來測(cè)定不同荷載與不同時(shí)間下，承壓板下的被測(cè)對(duì)象（地基或單樁）的沉降量，經(jīng)過整理試驗(yàn)結(jié)果，最后確定它的承載力值和地基土的強(qiáng)度及變形特性的原位測(cè)試試驗(yàn)［4－5］。它反映了承壓板下，在1.5～2倍的承壓板直徑（或?qū)挾龋┓秶鷥?nèi)的地基土性質(zhì)［5］。根據(jù)承壓板的形式和指定深度的不同，載荷試驗(yàn)可分為淺、深層（深度大于3 m）平板載荷試驗(yàn)和螺旋板載荷試驗(yàn)。本文只論述淺層平板載荷試驗(yàn)，其試驗(yàn)深度小于3 m。

淺層平板載荷試驗(yàn)技術(shù)要求:

（1）剛性承壓板可為方形或圓形，宜選圓形，其面積應(yīng)大于0.25 m2（如果在軟土或粒徑較大的填土上試驗(yàn)，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(cè)對(duì)象（僅考慮土體）應(yīng)避免擾動(dòng)，盡量保持原狀，在試坑底部鋪設(shè)厚度低于20 mm的砂墊層找平，迅速安裝設(shè)備。沉降測(cè)量?jī)x（百分表或位移傳感器）均勻安裝。

（3）最大加荷不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的兩倍，加荷分級(jí)應(yīng)大于7級(jí)，一般所施加等增量荷載為預(yù)估極限荷載的1/10左右，荷載的量測(cè)精度應(yīng)在±1%最大荷載。

（4）加荷方式有常規(guī)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(jí)荷載后，記下間隔10、10、10、15、15、30、30、30 min…沉降量的讀數(shù)，滿足穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，即當(dāng)連續(xù)兩個(gè)小時(shí)，每小時(shí)的沉降量小于0.1 mm時(shí)，可加下一荷載，以此類推，直到加荷結(jié)束。

（5）當(dāng)出現(xiàn)下面情況之一，試驗(yàn)可終止，終止時(shí)的荷載量為此試點(diǎn)極限荷載。當(dāng)承壓板四周的土明顯側(cè)向擠出時(shí);本級(jí)載荷的沉降量急劇增大，大于上一級(jí)載荷沉降量的5倍，即p－s曲線出現(xiàn)陡降段;當(dāng)某級(jí)載荷24小時(shí)都不滿足穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí);當(dāng)總沉降量與承壓板直徑（或邊長(zhǎng)）之比s/b＞0.06 時(shí)。

2 工程實(shí)例

2.1 載荷試驗(yàn)說明

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

A1點(diǎn)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(jí)。（試驗(yàn)設(shè)備為全自動(dòng)）當(dāng)加荷至140 kPa時(shí)，24小時(shí)未達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

A2點(diǎn)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(jí)。（加壓設(shè)備為手動(dòng)加壓系統(tǒng)）當(dāng)加荷至158 kPa時(shí)，24小時(shí)未達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

A3點(diǎn)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(jí)。（加壓設(shè)備為手動(dòng)加壓系統(tǒng)）當(dāng)加荷至174 kPa時(shí)，24小時(shí)未達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

J1～J6孔深均4.5 m，A1點(diǎn)附近為 J1、J2，A2點(diǎn)附近為J3、J4，A3點(diǎn)附近為J5、J6。探頭系數(shù)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(yàn)土層范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，整理后如表3。

2.2 載荷試驗(yàn)結(jié)果與靜力觸探部分結(jié)果

原始數(shù)據(jù)整理后，得到淺層平板載荷試驗(yàn)匯總?cè)绫?、2所示。

表1 A1點(diǎn)平板載荷試驗(yàn)匯總表Tab.1 Table of plate loading test of A1 point

表2 A2、A3點(diǎn)平板載荷試驗(yàn)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(diǎn)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(yàn)結(jié)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(jù)強(qiáng)度控制的方法，另一類是根據(jù)沉降控制的方法。此工程根據(jù)以下幾種方法得到相應(yīng)的承載力特征值。

3.1 強(qiáng)度控制法

（1）在p－s曲線上有明顯的直線段時(shí)，通常此直線段的終點(diǎn)對(duì)應(yīng)的載荷量為比例界限P0，可取為承載力特征值。根據(jù)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(diǎn)的P0為56 kPa;根據(jù)表2分別作A2、A3曲線p－s，如圖2可知無明顯直線段。

（2）當(dāng)p－s曲線上沒有明顯的直線段時(shí)，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(jí)荷載沉降量（Δsn－1）的兩倍的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的載荷量為 P0。根據(jù)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(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(yīng)的沉降量）曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(dāng)極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時(shí)，取極限荷載值的一半作為承載力特征值。A1、A2、A3 點(diǎn)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(duì)沉降控制法

當(dāng)以上方法不能確定時(shí)，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(duì)應(yīng)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(dāng)s/b=0.01時(shí)，所對(duì)應(yīng)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(diǎn)試驗(yàn)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(jié)果分析

綜上所述，A1點(diǎn)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(diǎn)的地基承載力特征值為56 kPa;A2、A3點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)試驗(yàn)點(diǎn)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?yàn)?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(yàn)的靜力探頭是單橋探頭，它的有關(guān)參數(shù)為比貫入阻力ps。

在同一土層（粉土）中，參數(shù)一般取該土層厚度的算數(shù)平均值，根據(jù)表3和（1）式計(jì)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(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)應(yīng)載荷試驗(yàn)A1、A2、A3試驗(yàn)點(diǎn)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(duì)比載荷試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)方法所確定的地基承載力特征值，其結(jié)果均相近，說明淺層平板載荷試驗(yàn)過程以及試驗(yàn)資料分析確定的方法較合理。

5 結(jié)語

在規(guī)范中，雖然明確規(guī)定載荷試驗(yàn)成果確定地基土承載力特征值的方法，但試驗(yàn)成果較復(fù)雜，如何更好地應(yīng)用規(guī)范里的方法得到符合實(shí)際的地基承載力特征值尤為重要。本文以邯鄲市區(qū)豐源小區(qū)工程的三點(diǎn)淺層平板載荷試驗(yàn)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(yàn)確定的地基承載力值（71.97 kPa）與其結(jié)果相近，說明此試驗(yàn)成果分析得較合理。

［1］GB50007－2011，巖土工程勘察規(guī)范［S］.

［2］謝定義，陳存禮，胡再?gòu)?qiáng).試驗(yàn)土工學(xué)［M］.北京:高等教育出版社，2011.

［3］工程地質(zhì)手冊(cè)編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)［M］.4版.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

［4］徐超，石振明，高彥斌，等.巖土工程原位測(cè)試［M］.上海:同濟(jì)大學(xué)出版社，2005.

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

［6］薛衛(wèi)軍.淺層平板載荷試驗(yàn)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(yè)大學(xué)，2005.