層平板載荷試驗(yàn)在確定某工程地基承載力中的應(yīng)用

陳康太

（浙江山川有色勘察設(shè)計(jì)有限公司，浙江 紹興 312000）

層平板載荷試驗(yàn)在確定某工程地基承載力中的應(yīng)用

陳康太

（浙江山川有色勘察設(shè)計(jì)有限公司，浙江 紹興 312000）

當(dāng)勘察單位提供的淺部土層地基承載力特征值存有較大爭議時(shí)，可應(yīng)用淺層平板載荷試驗(yàn)來確定或驗(yàn)證其地基承載力特征值。文章根據(jù)具體工程實(shí)例，介紹了淺層平板載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)要求、試驗(yàn)方法，并通過分析淺層平板載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)成果，確定了淺部土層的地基承載力特征值及其地基變形模量，為工程建設(shè)及安全使用提供質(zhì)量保障。

淺層平板載荷試驗(yàn);全風(fēng)化土;地基承載力特征值;勘察;淺基礎(chǔ)

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.012

1 引言

在巖土工程勘察報(bào)告中提供的地基承載力特征值是重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，其數(shù)值大小會(huì)影響擬建建筑物基礎(chǔ)型式、基礎(chǔ)持力層的選用、能否直接采用淺基礎(chǔ)、工程安全以及工程造價(jià)等一系列問題，因此,地基承載力的大小是各相關(guān)單位都關(guān)注的問題。雖然地基承載力可由理論公式計(jì)算法、規(guī)范表格法、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)法及原位測試（載荷板試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等）等方法來確定，但每種方法得出的地基承載力均不盡相同，這給地基設(shè)計(jì)帶來了一定的困擾。但經(jīng)過多年的發(fā)展，載荷板試驗(yàn)法是現(xiàn)行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同的直觀、準(zhǔn)確、可靠的測定地基承載力的方法，其中的淺層平板載荷試驗(yàn)適合測定地表淺層地基承載力和變形特征[1]。如浙江山川有色勘察設(shè)計(jì)有限公司勘察的紹興新昌的某工程，因該公司依據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)法提供的淺基礎(chǔ)持力層全風(fēng)化土層的地基承載力特征值與建設(shè)單位期許的數(shù)值相差較大，從工程造價(jià)、工程質(zhì)量及使用安全等多角度考慮，最后雙方均同意采用淺層平板載荷試驗(yàn)來確定其地基承載力特征值。

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

擬建場地位于新昌縣西北側(cè)的山頂平臺(tái)上，總用地面積120 000m2，總建筑面積138 000m2，主要由78幢3～4層的類別墅及整個(gè)場地聯(lián)通的地下車庫組成，框架結(jié)構(gòu)，單柱荷載1500～3000kN/柱，各建筑物擬采用淺基礎(chǔ)。場地現(xiàn)狀標(biāo)高145～146.5m，地下車庫基礎(chǔ)底標(biāo)高143.0m，整個(gè)場地基礎(chǔ)底標(biāo)高143.0m以上的土層全部挖除。

受新昌某建設(shè)單位的委托，工程場地勘察設(shè)計(jì)有限公司對(duì)該場地進(jìn)行了詳細(xì)勘察工作，并提交了完整的詳細(xì)勘察報(bào)告。當(dāng)建設(shè)單位收到勘察報(bào)告1周后，希望勘察設(shè)計(jì)公司把淺基礎(chǔ)持力層③號(hào)黏土（全風(fēng)化土）的地基承載力特征值從160kPa提高到240kPa，最后，雙方?jīng)Q定采用淺層平板載荷試驗(yàn)測定其地基承載力特征值，共試驗(yàn)6個(gè)點(diǎn)。

2.2 工程地質(zhì)概況

擬建場地屬剝蝕丘陵地貌，場地現(xiàn)狀標(biāo)高145～146.5m，場地內(nèi)地形較平坦，場地征地紅線以外為30～50°的山坡。場地在15.0m深度范圍內(nèi)按成因類型及物理力學(xué)性質(zhì)可分為4個(gè)工程地質(zhì)層，主要地基土物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。其工程地質(zhì)特征自上而下是：

表1 地基土物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)表

①黏土（坡積土）（Q3dl）：黃灰色，硬可塑狀，高壓縮性，成分以黏粒、粉粒為主，具鐵錳質(zhì)渲染。層厚0.50～1.00m。

②黏土（殘積土）（Q3el）：灰黃、磚紅色，硬可塑狀，高壓縮性，成分以黏粒、粉粒為主，具鐵錳質(zhì)渲染。層厚1.00～1.50m。

③黏土（全風(fēng)化土）（N2）：紫灰色，硬可塑狀，高壓縮性，為玄武巖全風(fēng)化形成，主要風(fēng)化成黏土。層厚8.00～12.50m，埋深約2.00～2.90m。

④-1強(qiáng)風(fēng)化玄武巖（N2S）：黑、墨綠色，巖性為玄武巖，屬巖漿巖，第三系形成，巖芯呈碎塊狀，含少量短柱狀，RQD值低，巖石裂隙發(fā)育強(qiáng)烈，含杏仁狀氣孔構(gòu)造。

④-2中風(fēng)化玄武巖（N2S）：黑、墨綠色，巖性為玄武巖，屬巖漿巖，第三系形成，巖石構(gòu)造節(jié)理呈垂直狀，巖芯以5～ 30cm柱狀為主，含杏仁狀氣孔構(gòu)造，巖石為堅(jiān)硬巖。

2.3 水文地質(zhì)概況

場地位于山頂平臺(tái)上，周邊為山坡，排水條件較好。山頂平臺(tái)上無水塘分布，地下水主要為基巖裂隙水和孔隙潛水，其水量均較小，水位一般在 6.20～9.60m之間 （標(biāo)高136.5～139.2m），地下水以雨水補(bǔ)給為主，水位變化幅度約1.0m，基礎(chǔ)位于地下水位以上，基礎(chǔ)以上土層均為不透水層。

2.4 淺層平板載荷試驗(yàn)概況

2.4.1 試驗(yàn)要求

1）要求整個(gè)場地進(jìn)行6個(gè)淺層平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)，其具體位置由勘察單位隨機(jī)選定，總體上要求試驗(yàn)點(diǎn)覆蓋整個(gè)場地；

2）要求加載分級(jí)為12級(jí)，加載方式采用慢速維持荷載法；

3）要求試驗(yàn)點(diǎn)的深度位于③號(hào)層，試坑開挖中應(yīng)保持被測處③號(hào)層的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度及坑底平整，試驗(yàn)標(biāo)高處的試坑的長度、寬度應(yīng)不小于3倍的承壓板尺寸；

4）要求選用方形剛性承壓板，其規(guī)格為1m×1m；

5）要求各試驗(yàn)點(diǎn)按最大試壓荷載480kPa試壓；

6）要求確定③號(hào)黏土（全風(fēng)化土）層的地基承載力特征值及各試驗(yàn)點(diǎn)地基變形模量；

7）試驗(yàn)須按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）附錄C的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2.4.2 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)采用堆載法，堆載材料為現(xiàn)場挖的泥土；試驗(yàn)承壓板規(guī)格為1m×1m的厚鋼板；加壓壓力由置于試驗(yàn)點(diǎn)頂部的一個(gè)100t油壓千斤頂通過手動(dòng)油泵加壓，用聯(lián)接于油壓千斤頂和手動(dòng)油泵油路上壓力表測量油路壓強(qiáng)，再根據(jù)壓強(qiáng)值和千斤頂壓強(qiáng)-壓力率定表轉(zhuǎn)換為試驗(yàn)點(diǎn)處的壓力值；沉降量由4個(gè)50mm量程百分表測定，測試結(jié)果由人工進(jìn)行記錄。

2.4.3 試驗(yàn)點(diǎn)地基承載力特征值的確定方法[2]

1）當(dāng)P-s曲線上有比例界限P0時(shí)，取該比例界限P0所對(duì)應(yīng)的荷載值；

2）當(dāng)極限荷載PU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；

3）參與統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)點(diǎn)，各試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測的地基承載力特征值的極差不得超過其平均值的30%時(shí)，取此平均值作為場地地基承載力特征值。

2.5 淺層平板載荷試驗(yàn)成果分析

場地淺層平板載荷試驗(yàn)針對(duì)③號(hào)黏土（全風(fēng)化土）層進(jìn)行，共隨機(jī)選定6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，均按最大試壓荷載480kPa試壓，加載等級(jí)分12級(jí)，加載方式采用慢速維持荷載法。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的1#、2#、3#、4#、5#、6#試驗(yàn)點(diǎn)的荷載-沉降曲線(P-s曲線)見圖1。

圖1 1#～6#試驗(yàn)點(diǎn)P-S曲線圖

1）根據(jù)1#～6#各試驗(yàn)點(diǎn)荷載-沉降曲線（以下簡稱P-s曲線），分析確定各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值

1#試驗(yàn)點(diǎn)：從該點(diǎn)P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系（即P-s曲線第一拐點(diǎn)處）時(shí)對(duì)應(yīng)的沉降量為6.68mm，相對(duì)應(yīng)的比例界限荷載值PU為200kPa；當(dāng)加到最大荷載480kPa時(shí)，可以看出地基發(fā)生了整體剪切破壞，其沉降量已達(dá)69.91mm，其總沉降量與承壓板寬度之比（以下簡稱s/d）超過0.06，其前一級(jí)荷載440kPa即為極限荷載PU（即P-s曲線第二拐點(diǎn)處），PU處沉降量為34.71mm；根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定，地基承載力特征值取比例界限對(duì)應(yīng)的荷載值P0，即取200kPa。

2#試驗(yàn)點(diǎn)：從該點(diǎn)P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系（即P-s曲線第一拐點(diǎn)處）時(shí)對(duì)應(yīng)的沉降量為7.63mm，相對(duì)應(yīng)的比例界限荷載值P0為240kPa；當(dāng)加到最大荷載480kPa時(shí)，地基未發(fā)生整體剪切破壞，其沉降量為35.21mm；根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定，地基承載力特征值取比例界限對(duì)應(yīng)的荷載值P0，即取240kPa。

3#試驗(yàn)點(diǎn)：從該點(diǎn)P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系（即P-s曲線第一拐點(diǎn)處）時(shí)對(duì)應(yīng)的沉降量為7.38mm，相對(duì)應(yīng)的比例界限荷載值P0為200kPa；當(dāng)加到最大荷載480kPa時(shí)，地基未發(fā)生整體剪切破壞，其沉降量為36.81mm；根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定，地基承載力特征值取比例界限對(duì)應(yīng)的荷載值P0，即取200kPa。

4#試驗(yàn)點(diǎn)：從該點(diǎn)P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系（即P-s曲線第一拐點(diǎn)處）時(shí)對(duì)應(yīng)的沉降量為5.05mm，相對(duì)應(yīng)的比例界限荷載值P0為200kPa；當(dāng)加到最大荷載480kPa時(shí)，地基未發(fā)生整體剪切破壞，其沉降量為31.17mm；根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定，地基承載力特征值取比例界限對(duì)應(yīng)的荷載值P0，即取200kPa。

5#試驗(yàn)點(diǎn)：從該點(diǎn)P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系（即P-s曲線第一拐點(diǎn)處）時(shí)對(duì)應(yīng)的沉降量為6.47mm，相對(duì)應(yīng)的比例界限荷載值P0為160kPa；當(dāng)加到最大荷載480kPa時(shí)，可以看出地基發(fā)生了整體剪切破壞，其沉降量已達(dá)71.12mm，其s/d超過0.06，其前一級(jí)荷載440kPa即為極限荷載PU（即P-s曲線第二拐點(diǎn)處），PU處沉降量為43.55mm；根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定，地基

承載力特征值取比例界限對(duì)應(yīng)的荷載值P0，即取160kPa。

6#試驗(yàn)點(diǎn)：從該點(diǎn)P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系（即P-s曲線第一拐點(diǎn)處）時(shí)對(duì)應(yīng)的沉降量為4.24mm，相對(duì)應(yīng)的比例界限荷載值P0為160kPa；當(dāng)加到荷載440kPa時(shí)，可以看出地基發(fā)生了整體剪切破壞，其沉降量已達(dá)66.23mm，其s/d超過0.06，終止加載試驗(yàn)，其前一級(jí)荷載400kPa即為極限荷載PU（即P-s曲線第二拐點(diǎn)處），Pu處沉降量為33.18mm；根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定，地基承載力特征值取比例界限對(duì)應(yīng)的荷載值P0，即取160kPa。

2）分析計(jì)算各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基變形模量

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)規(guī)定：地基土變形模量應(yīng)根據(jù)P-s曲線的初始直線段，按均質(zhì)各向同性半無限彈性介質(zhì)的彈性理論來計(jì)算，計(jì)算公式E0=I0（1-μ2）P0d/s，其中I0方形承壓板取0.886，μ黏土取0.42，P0為比例界限荷載，s為與P0對(duì)應(yīng)的沉降量，mm，d為承壓板寬度[3]。具體計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 淺層平板載荷試驗(yàn)成果匯總表

3）分析確定場地土層的地基承載力特征值

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007—2011）規(guī)定：場地內(nèi)同一土層參加統(tǒng)計(jì)的淺層平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)點(diǎn)，各試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測值的極差不得超過平均值的30%，取此平均值作為地基承載力特征值（fak）[2]。根據(jù)以上規(guī)定，剔除2#試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測的地基承載力特征值后，其他的1#、3#、4#、5#、6#等5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測的地基承載力特征值參與統(tǒng)計(jì)后，其極差與其平均值之比為21.7%。因此，場地③號(hào)黏土層（全風(fēng)化土）的地基承載力特征值采用1#、3#、4#、5#、6#等5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測的地基承載力特征值的平均值180kPa。

3 結(jié)語

1）本場地淺層平板載荷試驗(yàn)較好的反應(yīng)了承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)③號(hào)黏土層（全風(fēng)化土）的地基承載力和變形特征。

2）淺層平板載荷試驗(yàn)雖是行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同的直觀、準(zhǔn)確、可靠的測定淺層地基承載力的方法，但在實(shí)際工作中，由于受到多種因素的干擾，會(huì)使試驗(yàn)結(jié)果具有隨機(jī)性和偶然性，從而影響試驗(yàn)結(jié)果的精度。因此，場地內(nèi)試驗(yàn)點(diǎn)越多求取的場地內(nèi)地基土層的承載力特征值越精確，特別像本場地很大，本該再增加試驗(yàn)點(diǎn)，但由于資金及時(shí)間的原因作罷。

3）工程勘察單位提供的地基承載力特征值一般都會(huì)偏大或偏小，很多建設(shè)單位為節(jié)省工程造價(jià)，特別是采用天然地基為淺基礎(chǔ)持力層時(shí)，其希望勘察單位能夠提供很大的地基承載力特征值。在此情況下，從工程造價(jià)與安全使用方面考慮，有必要應(yīng)用淺層平板載荷試驗(yàn)來確定或驗(yàn)證場地土的地基承載力特征值。

4）本場地通過淺層平板載荷試驗(yàn)，確定了較合理、較準(zhǔn)確的③號(hào)黏土層（全風(fēng)化土）的地基承載力特征值，使建設(shè)單位及勘察單位均能接受其結(jié)果，為工程質(zhì)量與安全使用提供了保障，為該項(xiàng)目的建設(shè)節(jié)省了造價(jià)。

【1】林宗元，巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測手冊(cè)[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

【2】GB50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【3】GB50021—2001巖土工程勘察規(guī)范[S].

Application of Shallow Plate Load Testing in Measureing Certain Subsoil Bearing Capacity

CHENKang-tai
（ZhejiangShanchuan Nonferrous Survey and Design Co.Ltd.,Shaoxing 312000,China）

WhentheCharacteristicValueofSubsoilBearingCapacityprovidedbythesurveyunitismuchmorecontroversial,theShallow Plate Load Testing can be used to determine or verify the Characteristic Value of Subsoil Bearing Capacity.According to the specific engineeringexamples,introducestheShallowPlateLoadTestingoftestequipment,testrequirements,testmethods,andcarryonanalysisof the Shallow Plate Load Testing,determining the Bearing CapacityCharacteristic Value and Foundation Deformation Modulus of shallow foundation,providequalityassuranceforengineeringconstructionandsafeuse.

shallow plate load testing;fully weathered soil;characteristic value of subsoil bearing capacity;investigation;shallow foundation

TU470.3;TU411.3

B

1007-9467（2016）07-0058-04

2016-01-18

陳康太（1983～）、男，甘肅靜寧人，工程師，從事巖土工程勘察及地基檢測研究，（電子信箱）2729362906@qq.com。