層平板載荷試驗在確定某工程地基承載力中的應用

陳康太

（浙江山川有色勘察設計有限公司，浙江 紹興 312000）

層平板載荷試驗在確定某工程地基承載力中的應用

陳康太

（浙江山川有色勘察設計有限公司，浙江 紹興 312000）

當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，可應用淺層平板載荷試驗來確定或驗證其地基承載力特征值。文章根據具體工程實例，介紹了淺層平板載荷試驗的試驗設備、試驗要求、試驗方法，并通過分析淺層平板載荷試驗的試驗成果，確定了淺部土層的地基承載力特征值及其地基變形模量，為工程建設及安全使用提供質量保障。

淺層平板載荷試驗;全風化土;地基承載力特征值;勘察;淺基礎

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

1 引言

在巖土工程勘察報告中提供的地基承載力特征值是重要的設計參數，其數值大小會影響擬建建筑物基礎型式、基礎持力層的選用、能否直接采用淺基礎、工程安全以及工程造價等一系列問題，因此,地基承載力的大小是各相關單位都關注的問題。雖然地基承載力可由理論公式計算法、規范表格法、地區經驗法及原位測試（載荷板試驗、靜力觸探試驗、標準貫入試驗、旁壓試驗等）等方法來確定，但每種方法得出的地基承載力均不盡相同，這給地基設計帶來了一定的困擾。但經過多年的發展，載荷板試驗法是現行業內普遍認同的直觀、準確、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計有限公司勘察的紹興新昌的某工程，因該公司依據地區經驗法提供的淺基礎持力層全風化土層的地基承載力特征值與建設單位期許的數值相差較大，從工程造價、工程質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來確定其地基承載力特征值。

2 工程實例

2.1 工程概況

擬建場地位于新昌縣西北側的山頂平臺上，總用地面積120 000m2，總建筑面積138 000m2，主要由78幢3～4層的類別墅及整個場地聯通的地下車庫組成，框架結構，單柱荷載1500～3000kN/柱，各建筑物擬采用淺基礎。場地現狀標高145～146.5m，地下車庫基礎底標高143.0m，整個場地基礎底標高143.0m以上的土層全部挖除。

受新昌某建設單位的委托，工程場地勘察設計有限公司對該場地進行了詳細勘察工作，并提交了完整的詳細勘察報告。當建設單位收到勘察報告1周后，希望勘察設計公司把淺基礎持力層③號黏土（全風化土）的地基承載力特征值從160kPa提高到240kPa，最后，雙方決定采用淺層平板載荷試驗測定其地基承載力特征值，共試驗6個點。

2.2 工程地質概況

擬建場地屬剝蝕丘陵地貌，場地現狀標高145～146.5m，場地內地形較平坦，場地征地紅線以外為30～50°的山坡。場地在15.0m深度范圍內按成因類型及物理力學性質可分為4個工程地質層，主要地基土物理力學指標設計參數見表1。其工程地質特征自上而下是：

表1 地基土物理力學指標設計參數表

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，具鐵錳質渲染。層厚1.00～1.50m。

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

④-1強風化玄武巖（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，巖石裂隙發育強烈，含杏仁狀氣孔構造。

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

2.3 水文地質概況

場地位于山頂平臺上，周邊為山坡，排水條件較好。山頂平臺上無水塘分布，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 （標高136.5～139.2m），地下水以雨水補給為主，水位變化幅度約1.0m，基礎位于地下水位以上，基礎以上土層均為不透水層。

2.4 淺層平板載荷試驗概況

2.4.1 試驗要求

1）要求整個場地進行6個淺層平板載荷試驗點，其具體位置由勘察單位隨機選定，總體上要求試驗點覆蓋整個場地；

2）要求加載分級為12級，加載方式采用慢速維持荷載法；

3）要求試驗點的深度位于③號層，試坑開挖中應保持被測處③號層的原狀結構和天然濕度及坑底平整，試驗標高處的試坑的長度、寬度應不小于3倍的承壓板尺寸；

4）要求選用方形剛性承壓板，其規格為1m×1m；

5）要求各試驗點按最大試壓荷載480kPa試壓；

6）要求確定③號黏土（全風化土）層的地基承載力特征值及各試驗點地基變形模量；

7）試驗須按《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）附錄C的相關規定進行。

2.4.2 試驗設備

試驗采用堆載法，堆載材料為現場挖的泥土；試驗承壓板規格為1m×1m的厚鋼板；加壓壓力由置于試驗點頂部的一個100t油壓千斤頂通過手動油泵加壓，用聯接于油壓千斤頂和手動油泵油路上壓力表測量油路壓強，再根據壓強值和千斤頂壓強-壓力率定表轉換為試驗點處的壓力值；沉降量由4個50mm量程百分表測定，測試結果由人工進行記錄。

2.4.3 試驗點地基承載力特征值的確定方法[2]

1）當P-s曲線上有比例界限P0時，取該比例界限P0所對應的荷載值；

2）當極限荷載PU小于對應比例界限的荷載值的2倍時，取極限荷載值的一半；

3）參與統計的試驗點不應少于3個點，各試驗點實測的地基承載力特征值的極差不得超過其平均值的30%時，取此平均值作為場地地基承載力特征值。

2.5 淺層平板載荷試驗成果分析

場地淺層平板載荷試驗針對③號黏土（全風化土）層進行，共隨機選定6個試驗點，均按最大試壓荷載480kPa試壓，加載等級分12級，加載方式采用慢速維持荷載法。根據現場試驗數據繪出的1#、2#、3#、4#、5#、6#試驗點的荷載-沉降曲線(P-s曲線)見圖1。

圖1 1#～6#試驗點P-S曲線圖

1）根據1#～6#各試驗點荷載-沉降曲線（以下簡稱P-s曲線），分析確定各個試驗點的地基承載力特征值

1#試驗點：從該點P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關系變成非線形關系（即P-s曲線第一拐點處）時對應的沉降量為6.68mm，相對應的比例界限荷載值PU為200kPa；當加到最大荷載480kPa時，可以看出地基發生了整體剪切破壞，其沉降量已達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，其前一級荷載440kPa即為極限荷載PU（即P-s曲線第二拐點處），PU處沉降量為34.71mm；根據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應的荷載值P0，即取200kPa。

2#試驗點：從該點P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關系變成非線形關系（即P-s曲線第一拐點處）時對應的沉降量為7.63mm，相對應的比例界限荷載值P0為240kPa；當加到最大荷載480kPa時，地基未發生整體剪切破壞，其沉降量為35.21mm；根據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應的荷載值P0，即取240kPa。

3#試驗點：從該點P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關系變成非線形關系（即P-s曲線第一拐點處）時對應的沉降量為7.38mm，相對應的比例界限荷載值P0為200kPa；當加到最大荷載480kPa時，地基未發生整體剪切破壞，其沉降量為36.81mm；根據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應的荷載值P0，即取200kPa。

4#試驗點：從該點P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關系變成非線形關系（即P-s曲線第一拐點處）時對應的沉降量為5.05mm，相對應的比例界限荷載值P0為200kPa；當加到最大荷載480kPa時，地基未發生整體剪切破壞，其沉降量為31.17mm；根據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應的荷載值P0，即取200kPa。

5#試驗點：從該點P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關系變成非線形關系（即P-s曲線第一拐點處）時對應的沉降量為6.47mm，相對應的比例界限荷載值P0為160kPa；當加到最大荷載480kPa時，可以看出地基發生了整體剪切破壞，其沉降量已達71.12mm，其s/d超過0.06，其前一級荷載440kPa即為極限荷載PU（即P-s曲線第二拐點處），PU處沉降量為43.55mm；根據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應的荷載值P0，即取160kPa。

6#試驗點：從該點P-s曲線可以看出，P-s曲線上從線性關系變成非線形關系（即P-s曲線第一拐點處）時對應的沉降量為4.24mm，相對應的比例界限荷載值P0為160kPa；當加到荷載440kPa時，可以看出地基發生了整體剪切破壞，其沉降量已達66.23mm，其s/d超過0.06，終止加載試驗，其前一級荷載400kPa即為極限荷載PU（即P-s曲線第二拐點處），Pu處沉降量為33.18mm；根據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應的荷載值P0，即取160kPa。

2）分析計算各個試驗點的地基變形模量

根據《巖土工程勘察規范》(GB50021—2001)規定：地基土變形模量應根據P-s曲線的初始直線段，按均質各向同性半無限彈性介質的彈性理論來計算，計算公式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對應的沉降量，mm，d為承壓板寬度[3]。具體計算結果見表2。

表2 淺層平板載荷試驗成果匯總表

3）分析確定場地土層的地基承載力特征值

根據《建筑地基基礎設計規范》（GB50007—2011）規定：場地內同一土層參加統計的淺層平板載荷試驗點不應少于3個點，各試驗點實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]。根據以上規定，剔除2#試驗點實測的地基承載力特征值后，其他的1#、3#、4#、5#、6#等5個試驗點實測的地基承載力特征值參與統計后，其極差與其平均值之比為21.7%。因此，場地③號黏土層（全風化土）的地基承載力特征值采用1#、3#、4#、5#、6#等5個試驗點實測的地基承載力特征值的平均值180kPa。

3 結語

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

2）淺層平板載荷試驗雖是行業內普遍認同的直觀、準確、可靠的測定淺層地基承載力的方法，但在實際工作中，由于受到多種因素的干擾，會使試驗結果具有隨機性和偶然性，從而影響試驗結果的精度。因此，場地內試驗點越多求取的場地內地基土層的承載力特征值越精確，特別像本場地很大，本該再增加試驗點，但由于資金及時間的原因作罷。

3）工程勘察單位提供的地基承載力特征值一般都會偏大或偏小，很多建設單位為節省工程造價，特別是采用天然地基為淺基礎持力層時，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，從工程造價與安全使用方面考慮，有必要應用淺層平板載荷試驗來確定或驗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，確定了較合理、較準確的③號黏土層（全風化土）的地基承載力特征值，使建設單位及勘察單位均能接受其結果，為工程質量與安全使用提供了保障，為該項目的建設節省了造價。

【1】林宗元，巖土工程試驗監測手冊[K].北京：中國建筑工業出版社，2005.

【2】GB50007—2011建筑地基基礎設計規范[S].

【3】GB50021—2001巖土工程勘察規范[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。