用淺層平板載荷試驗確定地基巖土參數的實踐

楊 慧

（廣東省地質局第三地質大隊，廣東 韶關 512026）

0 引言

地基基礎包括地基和基礎兩個部分，而地基的設計包括地基土承載力的確定、地基變形的計算以及地基穩定性計算，其中地基承載力特征值是地基設計考慮的關鍵指標[1]。

地基承載力是指地基承受荷載的能力，在地基設計中要求地基承載力設計值要小于地基承載力特征值[2-3]。關于地基承載力特征值的確定方法有很多，目前常用的載荷試驗[4-7]、靜力觸探試驗[8]、公式計算[9]，但是這些方法都需要結合工程實踐經驗綜合確定地基承載力特征值。其中載荷試驗對地基土不產生擾動，能夠較好地反映天然土體的壓縮性，測試成果準確、可靠，是世界各國用以確定地基承載力的最主要方法。

針對肇慶地區的工程地質條件，結合工程實例，應用淺層平板載荷試驗的方法，得到該地區砂質黏土層地基承載力特征值及變形模量。本文對該試驗進行總結分析。

1 試驗方法介紹

1.1 試驗原理

平板載荷試驗是在一定面積的承壓板上向地基土逐級施加豎向荷載，同時觀測承壓板沉降，測定巖土體承載力和變形特性的巖土工程勘察原位測試方法[10-11]。可分為淺層平板載荷試驗和深層平板載荷試驗，淺層平板載荷試驗適用于淺層地基上，而深層平板載荷試驗的試驗深度不應小于5m[10]。

1.2 實施要點

結合本項目的實際情況，主要采用淺層平板載荷試驗，其技術要求為：

（1）淺層平板載荷試驗剛性承壓板可采用圓形、方形或矩形，壓板面積為天然地基不應小于0.50m2；

（2）試驗前應采取防水和排水措施，防止試驗場地地基土含水量變化或地基土擾動，影響試驗結果；

（3）淺層平板載荷試驗加荷分級不應小于8 級，最大加載值不小于設計要求的承載力特征值的2 倍。正式試驗前宜進行預壓，預壓荷載為最大加載量的5%，預壓時間宜為5min，預壓后卸載至零；

（4）每級荷載施加后應按第10min、20min、30min、45min、60min測讀承壓板的沉降量，以后應每隔半小時測讀一次沉降量，當在連續2h 內每小時的沉降量差值小于0.1mm 時，則認為已趨穩定，可加下一級荷載。以此類推，直到加荷結束。

1.3 終止加載條件

當出現下列情況之一時，即可終止加載：

（1）承壓板周邊的土出現明顯側向擠出、隆起或徑向裂縫持續發展；

（2）本級荷載的沉降量大于前級荷載沉降量的5倍，荷載與沉降曲線（p-s）出現明顯陡降；

（3）在某一級荷載下，24h 內沉降速率不能達到相對穩定標準；

（4）沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06；

（5）加載至要求的最大試驗荷載且承壓板沉降達到相對穩定。

1.4 特征值的確定原則

單個試驗點的地基承載力特征值確定應符合下列規定：

（1）當曲線上有比例界限時，應取該比例界限所對應的荷載值；

（2）地基土平板載荷試驗，當極限荷載小于對應比例界限荷載值的2倍時，應取極限荷載值的一半；

（3）當滿足1.3 條中第（5）款情況，且p-s曲線上無法確定比例界限，承載力又未達到極限時，地基土平板載荷試驗應取最大試驗荷載的一半所對應的荷載值。

2 工程實例

擬建場地位于肇慶市鼎湖區坑口，鄰近桃園路。場地屬于低山丘陵和三角洲沖積平原地貌結合部，沖積相地層發育場地，周邊環境較空曠，場地現狀為垃圾堆填場和魚塘，測得鉆孔標高介于3.64～5.94m，平均標高5.05m。該區域的工程地質條件是穩定的，是良好的建筑物擬建場地。經鉆探揭露，場地內地層自上而下為：人工填土層（Qml）、第四系沖積層（Qal）、第四系殘積層（Qel）、燕山期（γ）基巖及石炭系（C）基巖。其中第四系殘積層以砂質黏土和粉質黏土為主。

2.1 載荷試驗說明

根據《建筑地基基礎設計規范》要求同一土層參加統計的試驗點不應少于3 點[11]，本文共計選擇3 個點，編號分別為S01，S02，S03，試驗點的選擇均得到了總圖、結構專業及業主的認可。試驗點的承壓板均為圓形，面積為0.5m2，坑為4.0m×4.0m，試驗前將試驗點處的松軟泥土清除，清理至原狀結構土層，同時用中砂找平，其厚度不超過20mm，然后安裝承壓板、千斤頂、位移傳感器及橫梁堆重平臺反力裝置等，最大加載值不小于設計要求的承載力特征值的2 倍，分8 級加載和4級卸載，每級38kPa，加載設備為全自動加載。

2.2 試驗成果及分析

2.2.1 試驗結果

場地共計3個試驗點，其中S01試驗點試驗累計歷時960min，當加載至第7 級542kPa 時，沉降量穩定，本級沉降量為4.03mm，累計沉降量為22.38mm，繼續向第8 級616kPa 加載時，荷載與沉降（p-s）曲線出現明顯陡降，本級沉降量為29.42mm，累計沉降量為51.80mm，本級荷載的沉降量大于前級荷載沉降量的5 倍，沉降量與承壓板寬度或直徑之比≥0.06，滿足試驗終止條件。

S02 試驗點試驗累計歷時840min，當加載至第6 級467kPa 時，沉降量穩定，本級沉降量為8.71mm，累計沉降量為26.88mm，繼續向第7 級542kPa 加載時，荷載與沉降（p-s）曲線出現明顯陡降，本級沉降量為42.68mm，累計沉降量為69.56mm，本級荷載的沉降量大于前級荷載沉降量的5 倍，沉降量與承壓板寬度或直徑之比≥0.06，滿足試驗終止條件。

S03 試驗點試驗累計歷時840min，當加載至第6 級467kPa 時，沉降量穩定，本級沉降量為6.82mm，累計沉降量為24.10mm，繼續向第7 級542kPa 加載時，荷載與沉降（p-s）曲線出現明顯陡降，本級沉降量為36.21mm，累計沉降量為60.31mm，本級荷載的沉降量大于前級荷載沉降量的5 倍，沉降量與承壓板寬度或直徑之比≥0.06，滿足試驗終止條件。

原始數據整理后，得到淺層平板載荷試驗匯總如表1所示，地基土淺層平板荷載-沉降（p-s）曲線見圖1。

表1 淺層平板載荷試驗匯總

圖1 不同試驗點的荷載-沉降曲線

2.2.2 成果分析

3 個試驗點的p-s曲線呈緩變形，曲線上有明顯的比例界線，按1.4 節中特征值的確定原則相關規定，S01比例界限為7.02mm，對應的荷載值為245kPa。該試驗點在616kPa 荷載作用下的變形量超過前一級的5 倍，故取該試驗荷載的前一級荷載為極限荷載，即極限荷載為542kPa，對應的沉降變形量為22.38mm，取比例界限所對應的荷載值為承載力特征值，即245kPa；S02 比例界限為8.26mm，對應的荷載值為245kPa，該試驗點在542kPa 荷載作用下的變形量超過前一級的5 倍，故取該試驗荷載的前一級荷載為極限荷載，即極限荷載為467kPa，對應的沉降變形量為26.88mm，由于極限荷載小于對應比例界限荷載值的2 倍，故取極限荷載值的一半作為承載力特征值為233kPa；S03 比例界限為8.00mm，對應的荷載值為245kPa，該試驗點在542kPa荷載作用下的變形量超過前一級的5 倍，故取該試驗荷載的前一級荷載為極限荷載，即極限荷載為467kPa，對應的沉降變形量為24.10mm，由于極限荷載小于對應比例界限荷載值的2 倍，故取極限荷載值的一半作為承載力特征值為233kPa。

3 地基承載力特征值的確定

由《建筑地基基礎設計規范》可知[11]：同一土層參加統計的試驗點不應少于3 點，當其極差不超過平均值的30%時，取其平均值作為該土層的地基承載力特征值。本次試驗3個點的承載力特征值的極差為:245-233=12kPa，3 個 點 的 平 均 值 為 :（245+233+233）/3=237kPa，而3個試驗點極差值占平均值的比例為12/237=5.06%＜30%，故取3 個點的平均值作為該場地的承載力特征值。

淺層平板載荷試驗的變形模量E0可按下式計算[5]：

式中：I0——剛性承壓板的形狀系數，圓形承壓板取0.785；方形承壓板取0.886；

μ——土的泊松比（碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉質黏土取0.38，黏土取0.42）；

d——承壓板直徑或邊長，m；

p——p-s曲線線性段的壓力，kPa；

s——與p對應的沉降，mm；

地基土變形模量的計算結果見表2，該場地土承載力的特征值為237kPa，變形模量為16.41MPa。

表2 地基土變形模量計算結果

4 結束語

本文以廣東省肇慶市地區某項目為例，對砂質黏土層地基土承載力特征值進行了淺層平板載荷試驗，并根據《建筑地基基礎設計規范》中明確規定載荷試驗成果來確定地基土承載力特征值。通過試驗得出以下結論：

（1）通過試驗方法確定該地基土承載力特征值為237kPa，變形模量為16.41MPa，該值可供給設計人員參考。

（2）為保證試驗結果的可靠性，在今后的工程中應將淺層平板荷載試驗以及其他試驗方法相結合進行對比研究分析，可以更合理地選擇準確而可靠的地基土承載力特征值，以降低工程造價。

（3）淺層平板載荷試驗雖然是獲得地基承載力特征值最可靠的方法，但是在試驗過程中仍存在一些干擾因素會影響靜載荷試驗結果的準確性，為保證建筑物的安全，在設計過程中仍需要對所提特征值進行必要的修正。