平板靜載試驗(yàn)實(shí)測(cè)值極差較大原因分析及處理方案

摘 要：我國(guó)建筑工程的日益繁雜，對(duì)建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定性也越來(lái)越高。隨著深基坑支護(hù)技術(shù)的發(fā)展，基礎(chǔ)埋深越來(lái)越深，設(shè)計(jì)將厚度大、承載力高、分布均勻的天然地基直接作為持力層，用平板靜載試驗(yàn)來(lái)確定地基土承載力的特征值，但有時(shí)對(duì)天然地層局部軟弱夾層未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因此在平板靜載試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)個(gè)別試驗(yàn)點(diǎn)不合格，需二次開(kāi)挖處理。該文結(jié)合張家川回族自治縣某工程實(shí)例，分析平板靜載試驗(yàn)點(diǎn)不合格原因（如檢測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障，現(xiàn)場(chǎng)存在軟弱下臥層），提出局部不均勻地基處理措施（如地基土換填，擠密樁加強(qiáng)），總結(jié)勘察、釬探、平板靜載試驗(yàn)過(guò)程判斷軟弱下臥層的方法與經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)健詞：平板靜載；試驗(yàn)；軟弱夾層；持力層；承載力

中圖分類號(hào)：TU473.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）28-0066-04

Abstract： With the increasing complexity of construction projects in our country， the stability of the foundation is getting higher and higher. With the development of deep foundation pit support technology， the foundation is buried deeper and deeper. The natural foundation with large thickness， high bearing capacity， and evenly distributed is designed directly as the bearing layer. The characteristic value of the bearing capacity of the foundation soil is determined by flat plate static load test. However， sometimes local weak interlayers in the natural formation are not discovered in time， and some test points fail during the flat plate static load test， requiring secondary excavation treatment. Based on an example of a project in Zhangjiachuan Hui Autonomous County， this paper analyzes the reasons for the failure of the flat plate static load test points （failure of the testing equipment; weak underlying layers exist on site）， proposes local uneven foundation treatment measures （replacement of foundation soil; strengthening of compacted piles）， and summarizes the methods and experience in judging the weak underlying layers during survey， drill exploration， and flat plate static load test.

Keywords： flat plate static load; test; weak interlayer; bearing layer; bearing capacity

建筑物的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)首先必須滿足地基承載力、沉降變形和穩(wěn)定性的要求，勘察、土工試驗(yàn)作為劃分地層的方法起到了很大的作用。在GB 50007—2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》發(fā)布執(zhí)行以前，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)條件的限制，除甲級(jí)建筑地基承載力需要做靜載試驗(yàn)確定外，其余地基均采用土工試驗(yàn)間接確定地基承載力，新規(guī)范頒布實(shí)施后，人工地基和天然地基都要通過(guò)靜載試驗(yàn)確定承載力特征值，為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供科學(xué)可靠的依據(jù)。雖然在近年的試驗(yàn)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了不少問(wèn)題，但都及時(shí)進(jìn)行了返工處理，復(fù)核試驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期效果。本文以張家川回族自治縣某工程為例，在擬建建筑物場(chǎng)地上將一定尺寸和幾何形狀（圓形或方形）的剛性板安放在被測(cè)的地基持力層上，通過(guò)逐級(jí)增加荷載，測(cè)得每一級(jí)荷載下的穩(wěn)定沉降，直至達(dá)到地基破壞標(biāo)準(zhǔn)，由此可得到荷載（p）－沉降（s）曲線（即p－s曲線）。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)平板靜載試驗(yàn)，分析基礎(chǔ)承載力不合格的原因及處理方案。

1 工程概況及地質(zhì)情況

1.1 工程概況

某工程位于張家川回族自治縣，擬建建筑為15層的框架剪力墻結(jié)構(gòu)住宅，對(duì)該工程地基進(jìn)行換填碾壓處理，地基換填材料為砂夾石，換填處理厚度約為1.20 m?；A(chǔ)形式采用大開(kāi)挖筏板基礎(chǔ)，建筑面積8 663.42 m2，建筑總高度為49.80 m?；由疃?.7 m，深基坑開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)采用咬合樁加錨索的復(fù)合型式，支護(hù)樁打至隔水底板以下，咬合樁同時(shí)形成隔水的厚地下連續(xù)墻，阻止基坑周邊地下水滲入基坑。除在基坑外布置少量的降水井，通過(guò)降水井抽水降低咬合樁外側(cè)水頭壓力外，基坑內(nèi)不需要降水井。

1.2 地質(zhì)情況

本次勘察在鉆探深度范圍內(nèi)，場(chǎng)地地層以第四系全新統(tǒng)雜填土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、沖洪積物圓礫和泥巖為主?，F(xiàn)將場(chǎng)地工程地質(zhì)層自上而下分述如下。

①雜填土（Q4ml）：以大量建筑垃圾為主，雜色，稍濕，松散，不均勻。混合大量磚塊、混凝土塊、植物根系、腐殖質(zhì)和礫石等。層厚為1.00～3.20 m，層頂標(biāo)高為1 666.64～1 667.02。

②粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）：灰黃色，濕，呈硬塑～可塑狀態(tài)。土質(zhì)較均勻，刀切面稍有光澤，干強(qiáng)度中等，韌性中等，搖振反應(yīng)無(wú)。含砂粒、褐黃色斑點(diǎn)、植物根系和腐殖質(zhì)等。層厚為0.80～5.00 m；層頂埋深為1.00～3.20 m；層頂標(biāo)高為1 663.64～1 665.84。

③細(xì)～粗砂（Q4al+pl）：雜色，濕～飽和，中密，骨架顆粒成分以云母、石英、長(zhǎng)石為主。含礫粒、鐵銹黃團(tuán)塊、粉土團(tuán)塊等。粒徑大于0.25 mm的占39.3%～86.6%，小于0.075 mm的細(xì)粒土含量占總土重的4.8%～9.9%。層厚為0.50～5.60 m；層頂埋深為3.10～8.30 m；層頂標(biāo)高為1 660.83～1 663.71。

③-1粉質(zhì)黏土（Q4al+pl）：灰黃色～青灰色，僅在部分勘探孔內(nèi)分布，濕，呈可塑狀態(tài)。土質(zhì)較均勻，刀切面稍有光澤，搖振反應(yīng)無(wú)。含鐵銹黃團(tuán)塊、植物根系、腐殖質(zhì)和砂粒等。層厚為0.30～2.00 m；層頂埋深為5.30～9.20 m；層頂標(biāo)高為1 658.79～1 661.50。

④圓礫（Q4al+pl）：雜色，飽和，稍密～密實(shí)，骨架顆粒成分以灰?guī)r、砂巖為主，微～中等風(fēng)化，呈亞圓狀，磨圓狀一般，級(jí)配良好，分選性差。骨架顆?？p隙主要由中、粗砂及少量粉質(zhì)粘土填充。圓礫粒徑大于2 mm占51.6%～80.0%，最大粒徑90 mm，一般粒徑2.2～15.0 mm，小于0.075 mm的細(xì)粒土含量占總土重的6.2%～9.2%。從淺部到深部顆粒粒徑呈從小到大的變化趨勢(shì)。層厚為2.00～8.00 m；層頂埋深為6.80～9.80 m；層頂標(biāo)高為1 656.98～1 659.97。

⑤泥巖：棕紅色，局部風(fēng)化為粉質(zhì)黏土及黏土，硬塑～堅(jiān)硬，該層分布連續(xù)，夾有砂巖薄層。鉆進(jìn)較困難，巖芯呈短柱狀。泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造，層里面近乎水平，泥質(zhì)膠結(jié)，頂部有約0.60～1.50 m厚的強(qiáng)風(fēng)化殼，強(qiáng)度較低；其下致密堅(jiān)硬，中等風(fēng)化，巖體完整，多呈碎塊狀、薄餅狀。滲水性差，為相對(duì)隔水層。巖芯均勻多呈短柱狀或長(zhǎng)柱狀。該層系本區(qū)的基巖，層厚穩(wěn)定，厚度大，力學(xué)性能好。

本次勘察最大揭露厚度為7.40 m，層頂埋深為11.00～15.00 m，層頂標(biāo)高為1 651.83～1 655.84。

1.3 地基土承載力及參數(shù)的選用

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)鑒定、原位測(cè)試、室內(nèi)土工試驗(yàn)各項(xiàng)成果綜合分析計(jì)算，給出場(chǎng)地各層地基土的承載力特征值（fak）及壓縮模量（Es）、變形模量（E0）值，見(jiàn)表1。

2 靜載試驗(yàn)及結(jié)果分析

2.1 靜載試驗(yàn)

建筑場(chǎng)地位于高河漫灘，為2條河流交替沖積或河流沖積與洪積扇洪積物、河流凸岸點(diǎn)壩沉積物，主要持力層中分布軟弱夾層。對(duì)該區(qū)軟弱夾層的分布規(guī)律進(jìn)行分析，條狀軟弱夾層主要分布在2條河流交替沖積或河流沖積與洪積扇復(fù)合部位，厚度約1 m；局部分布的軟弱夾層主要分布于高河漫灘河流泛濫沉積、點(diǎn)壩沉積處，厚度較?。痪鶆蚍植嫉能浫鯅A層主要分布在河流階地。工程勘察表現(xiàn)為進(jìn)尺快，有時(shí)取土器連續(xù)幾次都取不上巖芯，特別在水位以下更為明顯，如果不仔細(xì)量鉆探進(jìn)尺，不容易發(fā)現(xiàn)，易造成隱患。

本次靜載試驗(yàn)在該擬建筑物基底標(biāo)高-6.70 m處，根據(jù)規(guī)范要求選試驗(yàn)點(diǎn)及進(jìn)行平板靜載荷現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定天然圓礫層地基土的承載力特征值并進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)按規(guī)范布置了3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)（如圖1至圖3所示），試驗(yàn)結(jié)果表明，1#、3#試驗(yàn)點(diǎn)在天然含水量狀態(tài)下的承載力特征值可取280 kPa；2#試驗(yàn)點(diǎn)在天然含水量狀態(tài)下的承載力特征值為217 kPa。由于試驗(yàn)實(shí)測(cè)值極差較大，故又增加4#試驗(yàn)點(diǎn)（如圖4所示）。4#試驗(yàn)點(diǎn)在天然含水量狀態(tài)下的承載力特征值可取280 kPa。

2.2 靜載試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本項(xiàng)目測(cè)試根據(jù)規(guī)范條款規(guī)定先布置3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，后因其中2#試驗(yàn)點(diǎn)承載力的特征值異常低，這一現(xiàn)象引起了工程師的高度關(guān)注。通過(guò)深入分析，確定了不合格原因主要有以下2點(diǎn)。

一是檢測(cè)設(shè)備可能出現(xiàn)了故障。①設(shè)備老化或損壞可能導(dǎo)致讀數(shù)不準(zhǔn)確。②傳感器或數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的誤差可能影響結(jié)果的可靠性。

二是現(xiàn)場(chǎng)存在軟弱下臥層。①如果測(cè)試區(qū)域下存在未被探測(cè)到的軟弱層，如軟土、淤泥或其他松散材料，這些層可能在荷載作用下發(fā)生不均勻的壓縮，導(dǎo)致試驗(yàn)點(diǎn)不合格。②地基不均勻性，如局部地區(qū)土質(zhì)差異顯著（如砂土和黏土的混合區(qū)域），也會(huì)影響試驗(yàn)結(jié)果的一致性。

這些因素的存在，直接影響了試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和地基承載力的評(píng)估結(jié)果。與另外2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果極差較大，在預(yù)定的試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)增加試驗(yàn)點(diǎn)，特別是在地質(zhì)條件復(fù)雜或預(yù)期可能存在問(wèn)題的區(qū)域。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖驗(yàn)證2#測(cè)試點(diǎn)所在位置下方存在軟弱淤泥夾層，故又增加1個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，先后共布4個(gè)測(cè)試點(diǎn)，天然地基土承載力特征值1#、3#、4#試驗(yàn)點(diǎn)地基土承載力的特征值均為280 kPa，2#試驗(yàn)點(diǎn)滿足不了設(shè)計(jì)要求，且局部軟硬差別較大，初步評(píng)定為存在軟土地層，在具體工程中，對(duì)于軟土地層，應(yīng)采用軟土地基的治理技術(shù)，軟土地基的施工設(shè)計(jì)方案是在軟土地基的力學(xué)性能基礎(chǔ)上制定的。由于軟土地基含水率高，土體疏松，承載力低，容易產(chǎn)生沉降，對(duì)工程建設(shè)造成很大影響。在處理軟土地基時(shí)，要從結(jié)構(gòu)上考慮，選擇不會(huì)對(duì)建筑物整體機(jī)械性能造成影響的處理材料。軟土地基因其特殊的土質(zhì)特性，會(huì)產(chǎn)生較大的抗壓性，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮工程后期的不均勻沉降。在進(jìn)行地基處理的材料選擇時(shí)，要保證工程的整體安全，既要降低工程造價(jià)，又要保證工程質(zhì)量。由于軟土地基的不穩(wěn)定性，在工程建設(shè)中會(huì)給工程建設(shè)帶來(lái)難以預(yù)料的安全和質(zhì)量問(wèn)題。

3 處理方案

通過(guò)對(duì)局部較軟弱的天然地基土進(jìn)行開(kāi)挖，發(fā)現(xiàn)局部存在松散或軟弱的下臥層，對(duì)軟弱的下臥層進(jìn)行換填碾壓處理或者灰土擠密樁進(jìn)行處理，以增強(qiáng)地基的承載能力。由于擠密樁適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基。處理深度宜為5～15 m，是濕陷性黃土地基常用的處理方法之一。本項(xiàng)目根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及地勘報(bào)告分析，采用換填碾壓處理方法對(duì)局部較軟弱地基處理，重新試驗(yàn)后，處理后的地基土能滿足設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)勘察軟土的土質(zhì)等各種因素，計(jì)算出不同的土型、特征，進(jìn)而分析、計(jì)算軟土地基的抗剪強(qiáng)度等參數(shù)，從而構(gòu)建軟土地基的結(jié)構(gòu)模式。鑒于探井發(fā)現(xiàn)了青灰色粉質(zhì)黏土夾層，用小型挖掘機(jī)沿軟弱夾層表面拓展開(kāi)挖范圍，沿其長(zhǎng)、寬2個(gè)方向進(jìn)行追蹤，直至軟弱層消失，查明其在持力層內(nèi)的分布范圍、延伸方向、長(zhǎng)度和寬度。采用邊探邊觀察邊清理的方式，將局部軟弱夾層挖除干凈后，對(duì)比地質(zhì)報(bào)告中的剖面圖、柱狀圖，看該區(qū)域有沒(méi)有軟弱夾層，同時(shí)再進(jìn)行釬探或施工勘察，確定主要持力層范圍內(nèi)無(wú)軟弱層分布，如果釬探有軟弱層，將繼續(xù)清理。設(shè)計(jì)院根據(jù)基坑平面圖，詳細(xì)繪制二次開(kāi)挖清理粉質(zhì)黏土的平面，標(biāo)明定位尺寸、深度。施工單位根據(jù)設(shè)計(jì)院出具的變更圖（圖5），采用換土墊層法處理，用同級(jí)配的砂石換填，對(duì)換填后的區(qū)域重新做了靜載荷試驗(yàn)，最大加載560 kPa，承載力特征值可取280 kPa，對(duì)局部軟弱夾層處理后承載力特征值能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 靜載試驗(yàn)的應(yīng)用

一般情況下，探查工作應(yīng)在建筑物承重墻、柱及主要設(shè)備位置完全確定后進(jìn)行。管道下墓坑的探查工作，可在基槽開(kāi)挖后進(jìn)行。場(chǎng)地挖方較多的地區(qū)，可在挖好后進(jìn)行，在處理工作量不大及施工進(jìn)度允許的情況下，以結(jié)合基槽開(kāi)挖，一并處理為宜。在填方較大地區(qū)，應(yīng)在填方開(kāi)始前進(jìn)行。在勘察和釬探?jīng)]有發(fā)現(xiàn)沖溝丶溝塹、古井、古墓、洞穴及局部軟弱夾層后，通過(guò)對(duì)天然地基平板靜載試驗(yàn)承載力特征值，不滿足設(shè)計(jì)要求點(diǎn)的沉降量及變化規(guī)律分析判斷，對(duì)局部分布軟弱夾層進(jìn)行換填處理，符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求。平板載荷試驗(yàn)作為地基檢測(cè)的重要方法，主要目的是確定地基土承載力的特征值，為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。發(fā)現(xiàn)沖溝、溝塹、古井、古墓、洞穴及局部軟弱夾層時(shí)，應(yīng)加深探孔至夾層最大深度以下外，并應(yīng)沿周圍補(bǔ)加探孔一行，深度同加深之探孔相等，以免漏掉夾層，透鏡體釬探孔布置。對(duì)藏于地下且影響建筑物質(zhì)量的墓坑的位置、形狀、深度、坑內(nèi)填土的空實(shí)情況以及墓葬年代等要探查清楚，然后根據(jù)工程需要加以處理。在探查或處理過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)有文物古跡時(shí)，應(yīng)即按照文物古跡管理的有關(guān)規(guī)定辦理。墓坑探查與處理時(shí)應(yīng)以滿足施工進(jìn)度、節(jié)約費(fèi)用、避免冬雨季施工為原則。本文提出的局部不均勻地基處理措施包括地基土換填和擠密樁加強(qiáng)。通過(guò)這些方法，可以有效改善地基土的承載性能，從而確保地基的穩(wěn)定性和建筑物安全。

本文總結(jié)了在勘察、釬探和平板靜載試驗(yàn)過(guò)程中判斷軟弱下臥層的方法與經(jīng)驗(yàn)，為未來(lái)類似問(wèn)題的及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理提供了寶貴的參考。在GB 50007—2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》的指導(dǎo)下，通過(guò)靜載試驗(yàn)確定地基承載力特征值已成為地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的科學(xué)方法。然而，實(shí)際操作中仍然存在不少問(wèn)題，需要結(jié)合具體工程實(shí)例，及時(shí)進(jìn)行返工處理和復(fù)核試驗(yàn)，以確保試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和工程質(zhì)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，近年來(lái)隨著我國(guó)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑工程技術(shù)得到了最大程度的改善。建筑基礎(chǔ)的穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)工程的質(zhì)量和安全，因此，在施工中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地基處理技術(shù)的質(zhì)量管理，以保證后續(xù)的施工。為確保項(xiàng)目的正常進(jìn)行，必須在設(shè)計(jì)前進(jìn)行實(shí)地踏勘，并進(jìn)行平板靜載試驗(yàn)，以保證工程建設(shè)的正常進(jìn)行。當(dāng)出現(xiàn)土質(zhì)疏松、黏性大及局部軟弱夾層等時(shí)，可及時(shí)調(diào)整地基處理方案，以保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，保證工程的質(zhì)量和安全性，為建設(shè)項(xiàng)目安全實(shí)施排查隱患。通過(guò)本文對(duì)某工程實(shí)例的分析，我們認(rèn)識(shí)到了平板靜載試驗(yàn)在基礎(chǔ)工程中的重要性，以及在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)對(duì)不合格試驗(yàn)點(diǎn)采取的相應(yīng)處理措施。這不僅有助于提升地基工程的設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工質(zhì)量，也為今后類似工程提供了重要的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持。

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