處理后地基靜載荷試驗成果分析

張高其

摘 要：通過處理后地基靜載荷試驗得出的處理后地基承載力特征值，是上部荷載通過承壓板引起的土應力主要影響范圍內土層的承載力，受試驗中承壓板大小的限制和下臥軟弱土層深度的影響，與設計時建筑主體地基承載力驗算中的地基承載力特征值并不相等，文章通過實例分析來明確一下兩者之間的區別。

關鍵詞：處理后地基承載力特征值；承壓板；分析

引言

當天然地基承載力不滿足要求時，部分地基通過換填墊層、預壓地基、壓實地基、夯實地基和注漿加固等處理后的地基承載力得以提高。部分經地基處理后形成的復合地基基礎下臥處理前的軟弱土層，通過符合現行標準設計的處理后地基承載力驗算，同時在地基驗收時平板靜載荷試驗也滿足設計要求的情況下，曾出現建筑主體沉降過大、開裂變形等工程質量事故。《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）中第一次單獨列出了處理后地基靜載荷試驗要點并確定了其適用范圍是地基承壓板應力主要影響范圍內土層的承載力和變形參數，正確理解本條款成為解釋此類工程質量事故的原因。

設計單位根據《建筑地基設計規范》（GB50007-2011）進行處理后地基承載力與變形驗算，計算出符合要求的基礎底面土層的地基承載力特征值fak設計。檢測單位依據《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）通過處理后地基靜載荷試驗（承壓板）確定處理后地基承載力特征值fak檢測，受承壓板面積大小一般不可能與基礎底面積相同的限制，因此fak設計值與fak檢測值兩者并不相等。尤其是在軟弱土層部分處理和上下兩層地基土承載力相差很大的情況下，如果地基基礎驗收時將兩者混淆不清，建筑主體完工之后的地基基礎質量將得不到保證，難免會出現上述工程質量事故。

文章通過實例來分析fak設計值與fak檢測值的不同之處，加深對《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）附錄A處理后地基靜載荷試驗要點中第A.0.1條的理解，即“本試驗要點適用于確定換填墊層、預壓地基、壓實地基、夯實地基和注漿加固等處理后地基承壓板應力主要影響范圍內土層的承載力和變形參數”。處理后地基土的承載力是文章分析的主要內容。

1 處理后地基靜載荷試驗實例

1.1工程概況

豐盛·瀚海嘉園22#樓工程地點位于××市新袁鎮中心小學對面，地基處理類型為砂石墊層（部分換填②粉土），墊層厚度0.5m，設計處理后地基承載力特征值150kPa，地基換填處理結束日期2013年4月21日，依據JGJ79-2012采用處理后地基靜載荷試驗檢測處理后地基承載力，要求最大加載極限300kN，檢測數量3組，現場檢測日期為2013年6月7日～9日。

1.2 地質條件描述（見表1）

1.3 現場檢測過程

（1）試驗采用慢速維持荷載法。（2）加、卸載分級：復合地基設計承載力特征值150kPa，極限加載按300kN考慮，共分八級加載，第一級加載37kN，然后按每級38kN遞增直至加載300kN為止。卸載時每級卸載分級量為加載分級量的2倍，逐級卸載至零。（3）配重在試驗前一次性置于壓重平臺上，均勻穩固放置，且壓重量大于預估最大試驗荷載的1.2倍。（4）通過置于荷載板頂面中心的千斤頂，把壓重平臺荷載分級傳遞到試樁，沉降通過置于荷載板頂面2只正交直徑方向4只50mm量程位移傳感器觀測；（5）復合地基試驗步驟按《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）附錄A處理后地基靜載荷試驗要點進行。

1.4 靜載試驗曲線圖表

附試驗點號1的靜載試驗曲線圖表，其余兩個試驗點曲線圖略。（見表2）

1.5 檢測結果

表3

綜上所述，所測各試驗點實測值的極差不超過其平均值的30%，承壓板應力主要影響范圍內土層的處理后地基承載力特征值取其平均值150kPa。

2地基承載力特征值分析

2.1 靜載荷試驗結果的理論驗算

2.1.1 已知條件

如圖1所示，試驗采用方形承壓板，寬度B為1m；換填砂石墊層厚度Z為0.5m；墊層頂面距自然地面高度D為1m；承壓板下地基土的附加壓力Pz0取試驗結果150kPa；墊層底面處②層粉土的地基承載力特征值fa為85kPa，重度19kN/m3。

2.1.2 壓力擴散角的選擇

根據JGJ79-2012規范中表4.2.2采用，砂石墊層，Z/b=0.50，取θ=30°。

2.1.3 墊層底面處地基承載力驗算

根據GB50007-2011第5.2.4條，墊層底面處經修正后的地基承載力特征值faz=85+0+1.5×（19+0.5×20）×（1.5-0.5）/1.5=114kPa。

墊層底面處土的自重壓力值pcz=19×1.5=28.5kPa；

根據JGJ79-2012第4.2.2條第2款，方形承壓板采用式1進行墊層底面處附加壓力計算：

（1）

式中：pz-相應于作用的標準組合時，墊層底面處的附加壓力值（kPa）；b-矩形基礎或條形基礎底面的寬度（m）；l-矩形基礎底面的長度（m）；pk-相應于作用的標準組合時，基礎底面處的平均壓力值（kPa）；pc-基礎底面處土的自重壓力值（kPa）；z-基礎底面下墊層的厚度（m）；θ-墊層（材料）的壓力擴散角（°）。

計算墊層底面處的附加壓力值pz=150/（1+2×0.5×tan30°）2=60kPa；

pz+pcz=88.5kPa

綜上所述，理論計算值與現場地基靜載荷試驗結果相符。

2.2 改變基礎類型，其它條件不變

2.2.1 基礎類型為條形基礎

根據JGJ79-2012第4.2.2條第2款，條形基礎采用式2進行墊層底面處附加壓力計算：

P■=■（2）

按平板靜載試驗條件，墊層底面處的附加壓力值pz為60kPa，頂面處的附加壓力值pz0為150kPa，計算此時條形基礎的寬度b條1=60×2×0.5×tan30°/（150-60）=0.38m，即平板靜載試驗所提供的地基承載力150kPa只能滿足條形基礎寬度不大于0.38m的寬度。

按地質勘探報告提供的條件②層粉土的地基承載力特征值fa為85kPa，計算墊層底面處所能承受的附加壓力值為114-28.5=85.5kPa，當墊層頂面處的附加壓力值為150kPa時，計算條形基礎的寬度b條2=85.5×2×0.5×tan30°/（150-85.5）=0.76m，即地質勘探報告提供的地基承載力能滿足條形基礎寬度不大于0.76m的寬度。

因此，當條形基礎寬度設計值范圍在大于0.38m而小于0.76m時，可通過設計驗證。但墊層頂面處條形基礎附加壓力150kPa擴散作用于墊層底面處土層的附加壓力值大于60kPa。然而處理后地基靜載試驗（承壓板）中檢驗得出的墊層承載力特征值150kPa擴散作用于墊層底面處土層附加壓力值為60kPa。墊層底面處的軟弱土層②層粉土沒達到靜載試驗的檢驗目的，可能出現失穩破壞，引起建筑工程主體沉降過大或沉降不均。

2.2.2 基礎類型為矩形獨立基礎

因平板靜載試驗承壓板采用的是方形1m×1m的承壓板，當矩形獨立基礎面積小于1m×1m時，主體結構是偏向于安全；當獨立基礎面積等于1m×1m時，此時墊層的fak設計值與fak檢測值相同；當獨立基礎面積大于1m×1m時，就會出現平板靜載試驗沒起到檢驗目的的情況。

基礎類型換為1m×2m寬的矩形獨立基礎，根據JGJ79-2012第4.2.2條第2款，矩形承壓板采用式1計算墊層底面處的附加壓力值pz矩=2×150/（1+2×0.5×tan30°）（2+2×0.5×tan30°）=74kPa；

pz矩+pcz=102.5kPa

進一步擴大獨立基礎的面積為2m×2m的方形基礎時，pz方+pcz=118.8kPa>faz=114kPa，此時，不滿足設計要求，不能通過設計驗證。

綜上所述，當軟弱地基部分處理，基礎類型與平板靜載荷試驗中所使用的方形承壓板形狀、大小不同時，外理后地基靜載試驗中預定的最大地基承載力檢測值等于設計中使用的地基承載力特征值，靜載試驗無法滿足預期的檢驗目的。相當于外理后地基靜載試驗時僅檢驗了墊層的承載力特征值，而忽略了下臥軟弱層的承載力。同時如果設計時直接引用處理后地基靜載試驗提供的墊層承載力特征值而不考慮試驗中所使用的承壓板大小因素，就可能出現下臥軟弱層的承載力不足而失穩破壞，導致建筑工程主體沉降過大或沉降不均，引起工程質量事故的發生。

3 設計與處理后地基靜載荷試驗應注意的事項

換填墊層、預壓地基、壓實地基、夯實地基和注漿加固等處理后的地基，當軟弱土層只是部分處理，或處理后的基底下存在軟弱下臥土層時，采用處理后地基靜載荷試驗（承壓板）的方法檢驗基底承載力和變形參數的結論在引用時應謹慎，與試驗時所選用的承壓板大小息息相關，應注意前提條件是承壓板下土層應力影響范圍內的地基土承載力，特別注意需驗算加固土體或墊層下軟弱層所承受的附加壓力。

3.1 設計

設計驗收時，可通過兩種方法來保障地基承載力的要求。

（1）工程質量地基承載力驗收時，盡可能指定出承壓板的大小與加載極限值。避免由于承壓板面積比基礎面積小，其它條件相同的情形下，承壓板上的壓力擴散至下臥軟弱層時將會不足，試驗得不到檢驗的真正目的。

（2）做兩層土體的平板靜載荷試驗。先檢驗原位軟弱土層的地基承載力特征值，然后檢驗加固土體或墊層的地基承載力特征值。

總之試驗時應及時溝通，掌握處理后地基承載力特征值的使用條件，壓板面積和基礎面積不同，應力擴散的快慢不同，避免工程質量事故的發生。

3.2 處理后地基靜載荷試驗

試驗前，應充分收集設計資料。主要包括地質勘察報告、基礎類型、地基處理的詳細資料、上部結構的形式。

確定滿足設計要求的加載極限值。根據加固土體或墊層的材料確定壓力擴散角，然后根據基礎的類型、加固土體或墊層的厚度，以及所提供的設計地基承載力特征值，計算下臥軟弱層頂面的附加壓力值。然后根據試驗時所使用的承壓板，反算出承壓板上應該加載的極限值。

3.3 關于承壓板的面積大小討論

JGJ79-2012中對平板靜載荷試驗中采用承壓板的大小規定是：“壓板面積應按需檢驗土層的厚度確定，且不應小于1.0m2，對夯實地基，不宜小于2.0m2”。在地基靜載試驗過程中，承壓板大小直接影響試驗加載荷載值。而建筑工程主體地基基礎底面的大小相對承壓板來說均很大，地基靜載試驗時，要達到墊層底面相對軟弱土層的建筑工程主體所產生的附加壓力值，有時需要很大的壓力，甚至可能試驗時墊層頂面破壞時墊層底面的附加壓力還達不到要求。

為達到檢驗下臥軟弱層承載力，是否可以考慮通過不同途徑達到目的：一是增加承壓板的面積，會直接增加試驗費用；二是可以減小承壓板到墊層底面的深度，需要開挖出地基處理層中的試坑，對地基處理層有影響；三是當前兩者都不可行時，既增加承壓板面積，又減小承壓板到墊層底面的深度。

參考文獻

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.JGJ79-2012.建筑地基處理技術規范[S].2013.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50007-2011.建筑地基基礎設計規范[S].2013.

[3]工程地質手冊（第四版）[M].中國建筑工業出版社，2009.

[4]王珊.巖土工程檢測、試驗與監測新技術應用手冊[M].中國科技文化出版社.