地基土承載力特征值檢測方法與取值研究

鄧少權

（東莞市建設工程檢測中心，廣東 東莞 523809）

0 引言

隨著建筑物的高度、跨度、重量的不斷增加，地基基礎的安全穩定性受到了業界的廣泛關注和重視，尤其是地基土承載力特征值的準確性，直接關乎到整個建筑物的安穩。因此，如何優化對地基土承載力特征值正確取值和驗證工作迫在眉睫。

地基土承載力特征值的大小不僅與土質息息相關，還取決于基礎的設計型式、埋置深度、地下水位高低、荷載作用等因素。而勘察初期，基礎尺寸與上部荷載尚未明確，所以地勘報告中提供的承載力特征值應進行修正和現場原位測試驗證，才能進行后續施工，采取合適的檢測方法確定承載力特征值變得尤為重要。

1 特征值檢測方法

1.1 壓板檢測

壓板荷載試驗是一項應用廣泛、結果可靠的原位試驗方法，該試驗是通過搭設堆載平臺為反力裝置，在一定尺寸的剛性承壓板上采用千斤頂分級施加荷載，檢測每級荷載作用下地基土隨壓力而產生的沉降，可較準確地測出地基的承載力。檢測結果因未考慮基礎類型和埋置深度，所以最后數值應進行修正處理。該檢測項目的實施內容主要如下。

1）適用范圍。天然地基和人工地基。

2）試驗要點。工程施工前的地基驗收檢測的壓板試驗（土層）最大試驗荷載不小于設計承載力特征值的 2 倍，巖石地基不小于 3 倍；承壓板的面積應結合土質情況綜合計算；加載方式應采用慢速維持荷載法；點位試驗標高與基礎底設計標高一致，當有地下水時，應先進行降水處理，再安裝儀器設備，待地下水位恢復后才能開機檢測；承壓板、壓重平臺、基準樁的間距應符合規范要求；荷載加壓要滿足承壓板沉降相對穩定標準；終止加載和特征值判定應滿足規范要求。

3）影響因素。承壓板的面積、檢測點位標高 、設備運行情況、天氣等。

4）結果修正。按 GB 50007－2011《建筑地基基礎設計規范》計算公式修正。

式中：fa為修正后的地基承載力特征值；fak為地基承載力特征值；ηb、ηd為基礎寬度和埋置深度的修正系數；rm為基礎底面以上土的加權平均重度；b、d為基礎寬度和埋置深度。

1.2 室內檢測與特征值計算

通過對地基土芯樣進行室內試驗，測試出基礎底面以上土層的加權平均重度、內摩擦角、粘聚力等土性參數。依據塑性狀態或極限狀態公式，通過理論公式計算法求出地基土承載力特征值。

1）按塑性狀態計算，特征值求解公式如下。

式中：fa為地基承載力特征值；ck、φk為黏聚力和內摩擦角標準值。

2）按極限狀態計算，特征值求解公式如下。

式中：fu為極限承載力；Nc、Nb、Nd為承載力系數；εd、εd、εb為基礎形狀系數。

以上公式中的符號定義詳見《工程地質手冊》（第五版）第四篇地基評價與計算。

1.3 標準貫入法

標貫試驗采用 63.5 kg 的穿心錘按照規定的落距（76 cm）沿著觸探桿自由下落，記錄貫入器的錘擊數，通過查表或插入法計算出地基土承載力的特征值，用來判定土層性質。采用標貫試驗評價或確定地基承載力是個相對較復雜的問題，涉及的不確定性因素太多。因此，該試驗結果一般用于參考對比，不宜直接作為唯一判定值。該檢測項目內容如下。

1）適用范圍。粉土、砂土和黏性土。

2）試驗要點。先鉆進至需要進行試驗的土層標高以上約 15 cm，清孔后再換標準貫入器，以 15～30 擊/分鐘的貫入速度打入試驗土層中，做好擊數記錄；將初次打入 15 cm 的擊數不計，繼續貫入土中 30 cm 的錘擊數N作為試驗結果。若土層較密實，可用下列計算公式換算。

式中：n為實際錘擊數；?S為對應貫入量。

3）影響因素。觸探桿長度和垂直度、土的自重壓力影響、地下水影響。

4）結果修正。桿長修正可通過查找相關規范，通過公式N′=αN修正；修正后的數值可評價砂土、粉土的密實度（見表 1）和黏性土的狀態。

表1 天然狀態砂土密實度分類

1.4 動力觸探

動力觸探試驗是地質勘察中常見的一種土質工程特性的測試手段。該檢測是根據土質密實度，利用規定質量的落錘，將標準尺寸、標準形狀的探頭打入土中，并記錄錘擊數，用來判定土層工程物理性質。動力觸探試驗可分為輕型、重型、超重型三種類別，操作方法類似，主要區別在于錘重、落距、探桿直徑不同。該檢測項目的內容如下。

1）適用范圍。輕型觸探試驗適用于黏性土、粉土、粉砂、細砂等地基；重型觸探試驗適用于碎石土、砂土、黏性土等地基；超重型觸探試驗適用于軟巖、碎石土等地基。

2）試驗要點。動力觸探試驗應采用自由落錘；地面上觸桿高度應≤1.5 m，并防止偏心、傾斜和搖晃；每貫入 1 m，探桿轉動一圈半。

3）影響因素。錘重、落距、探桿垂直度。

1.5 靜力觸探

靜力觸探試驗是以靜壓力將圓錐形探頭按設定速率勻速壓入土中，測量其貫入阻力（包括錐尖阻力、側壁摩阻力或摩阻比），并按其所受阻力大小劃分土層，通過計算確定土的工程性質。靜力觸探試驗野外現場操作簡單、方便、測試時間短，在地勘中廣泛采用。該檢測項目的內容如下。

1）適用范圍。適用于軟土、黏土、粉土、砂類土及含少量碎石的土層。

2）試驗要點。探桿長度應超過測試孔深 2.0 m；反力應大于預估的最大貫入阻力；探頭應在標定期內，均勻垂直壓入；終止貫入應符合規范要求。

3）影響因素。桿長、反力、探頭、操作。

2 工程實例

某工程為多層住宅，基礎型式為獨立基礎，地質情況如表 2 所示，地下水位在持力層以下，分別擬將 3 種不同土層作持力層，用多種檢測方法測試對應持力層承載力特征值，總結出各檢測方法的適用范圍和工程定位。

表2 工程地質特征表

2.1 擬持力層為砂土層時

1）根據表 3 的P-s曲線數據（加載后 5 級）確定。

表3 壓板檢測 P-s 曲線表

曲線比例界限為 240 kPa；加壓至 480 kPa，承壓板周圍土體明顯擠出，取前一級荷載為極限荷載，其一半為 210 kPa；特征值取兩者較小值，即fa=210 kPa。

2）根據室內土工試驗數據確定。根據土工試驗測得ck=15kPa、φk=22°、rm=19 kN/m3、e=0.984。

結合理論公式求得：fa=189 kPa。

3）根據標貫試驗數據確定。修正后的試驗錘擊數N=18.6，通過查表和內插法求得fa=240 kPa。

4）根據動力觸探試驗數據確定。采用重型圓錐動力觸探，通過查表和內插法測得fa=235 kPa。

5）根據靜力觸探試驗數據確定。fa=40Ps+70 =207 kPa。

根據以上結果匯總如表 4 所示。

表4 砂土層不同檢測方法測試數據對比

對于砂土，通過數據分析可知：壓板檢測結果基本能真實反映持力層的承載力特性，影響因素較少（除天氣、地下水位等）；砂土的室內試驗結果偏差較大，主要在于取樣、封樣、運輸等過程會對樣品產生擾動，破壞樣品結構，導致試驗結果存在非規律性差異。室內試驗結合理論計算的結果可作為參考數值，為其他檢測方法測試結果起到比對驗證作用；動力觸探和標貫試驗宜使用套管檢測，否則易產生塌孔、清底渣困難，造成試驗結果偏大；在砂性土中，只要控制好設備不偏位，靜力觸探檢測數據較真實，試驗結果與壓板檢測數據相近，可作為確定性結果。

2.2 擬持力層為黏土層時

依照砂土計算過程，將計算結果匯總如表 5 所示。

表5 黏土層不同檢測方法測試數據對比

對于黏土，通過數據分析可知：壓板檢測與動探、靜探檢測結果相差較小，而室內試驗和標貫測試檢測離散型相對較大?？蛇x壓板檢測、動探、靜力觸探為特征值檢測首選方法，用室內試驗計算法和標貫試驗做對比。

2.3 擬持力層為強風化巖層時

依照砂土計算過程，將計算結果匯總如表 6 所示。

表6 強風化巖層不同檢測方法測試數據對比

對于強風化巖，壓板檢測與動探檢測結果較接近，而室內試驗和標貫測試結果具有較大離散型，靜探結果偏差最大?？蛇x壓板、動探檢測為特征值檢測首選方法，用室內試驗計算法和標貫試驗做對比，靜力觸探測試強風化巖結果精確度較低，建議慎選。

3 結語

1）通過不同檢測方法的對比分析，壓板檢測結果可靠，適用范圍廣，其結果可作為工程設計與驗收標準。該結果未考慮建筑物的重量、基礎型式和埋置深度等，所以設計時應選用修正后的特征值。因場地原因，無法開展壓板檢測時，宜采用適合相應土質的檢測方法。

2）地基土承載力的各種檢測方法的測定結果均不同，可借鑒本論文實例總結，對各值進行評估和取舍，比如壓板檢測對于軟土、填土應合理選擇承壓板和反力裝置，避免引起非試驗位移；室內試驗樣品在切取、封樣、運輸、試驗方法等方面影響較大，其結果可做參考；標準貫入試驗在不同土層中會出現結果離散型較大，宜對比后選取；動力觸探應控制好影響因素，可作為壓板替選方案；靜力觸探結果與土質均勻性、夾層厚度、設備精度有關，對于砂土、黏性土測試結果較準，對于風化巖層或有孤石土層宜慎重選擇。 Q