平板靜載試驗實測值極差較大原因分析及處理方案

摘 要：我國建筑工程的日益繁雜，對建筑基礎的穩定性也越來越高。隨著深基坑支護技術的發展，基礎埋深越來越深，設計將厚度大、承載力高、分布均勻的天然地基直接作為持力層，用平板靜載試驗來確定地基土承載力的特征值，但有時對天然地層局部軟弱夾層未能及時發現，因此在平板靜載試驗時出現個別試驗點不合格，需二次開挖處理。該文結合張家川回族自治縣某工程實例，分析平板靜載試驗點不合格原因（如檢測設備出現故障，現場存在軟弱下臥層），提出局部不均勻地基處理措施（如地基土換填，擠密樁加強），總結勘察、釬探、平板靜載試驗過程判斷軟弱下臥層的方法與經驗。

關健詞：平板靜載；試驗；軟弱夾層；持力層；承載力

中圖分類號：TU473.1 文獻標志碼：A 文章編號：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

建筑物的地基基礎設計首先必須滿足地基承載力、沉降變形和穩定性的要求，勘察、土工試驗作為劃分地層的方法起到了很大的作用。在GB 50007—2002《建筑地基基礎設計規范》發布執行以前，由于我國經濟條件的限制，除甲級建筑地基承載力需要做靜載試驗確定外，其余地基均采用土工試驗間接確定地基承載力，新規范頒布實施后，人工地基和天然地基都要通過靜載試驗確定承載力特征值，為地基基礎設計提供科學可靠的依據。雖然在近年的試驗過程中也發現了不少問題，但都及時進行了返工處理，復核試驗，達到了預期效果。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的地基持力層上，通過逐級增加荷載，測得每一級荷載下的穩定沉降，直至達到地基破壞標準，由此可得到荷載（p）－沉降（s）曲線（即p－s曲線）。通過現場平板靜載試驗，分析基礎承載力不合格的原因及處理方案。

1 工程概況及地質情況

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層的框架剪力墻結構住宅，對該工程地基進行換填碾壓處理，地基換填材料為砂夾石，換填處理厚度約為1.20 m。基礎形式采用大開挖筏板基礎，建筑面積8 663.42 m2，建筑總高度為49.80 m。基坑深度6.7 m，深基坑開挖支護設計采用咬合樁加錨索的復合型式，支護樁打至隔水底板以下，咬合樁同時形成隔水的厚地下連續墻，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，通過降水井抽水降低咬合樁外側水頭壓力外，基坑內不需要降水井。

1.2 地質情況

本次勘察在鉆探深度范圍內，場地地層以第四系全新統雜填土、粉質黏土、中粗砂、沖洪積物圓礫和泥巖為主。現將場地工程地質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、腐殖質和礫石等。層厚為1.00～3.20 m，層頂標高為1 666.64～1 667.02。

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

③細～粗砂（Q4al+pl）：雜色，濕～飽和，中密，骨架顆粒成分以云母、石英、長石為主。含礫粒、鐵銹黃團塊、粉土團塊等。粒徑大于0.25 mm的占39.3%～86.6%，小于0.075 mm的細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；層頂標高為1 660.83～1 663.71。

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

④圓礫（Q4al+pl）：雜色，飽和，稍密～密實，骨架顆粒成分以灰巖、砂巖為主，微～中等風化，呈亞圓狀，磨圓狀一般，級配良好，分選性差。骨架顆粒縫隙主要由中、粗砂及少量粉質粘土填充。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。層厚為2.00～8.00 m；層頂埋深為6.80～9.80 m；層頂標高為1 656.98～1 659.97。

⑤泥巖：棕紅色，局部風化為粉質黏土及黏土，硬塑～堅硬，該層分布連續，夾有砂巖薄層。鉆進較困難，巖芯呈短柱狀。泥質結構，層理構造，層里面近乎水平，泥質膠結，頂部有約0.60～1.50 m厚的強風化殼，強度較低；其下致密堅硬，中等風化，巖體完整，多呈碎塊狀、薄餅狀。滲水性差，為相對隔水層。巖芯均勻多呈短柱狀或長柱狀。該層系本區的基巖，層厚穩定，厚度大，力學性能好。

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

1.3 地基土承載力及參數的選用

根據現場鑒定、原位測試、室內土工試驗各項成果綜合分析計算，給出場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，見表1。

2 靜載試驗及結果分析

2.1 靜載試驗

建筑場地位于高河漫灘，為2條河流交替沖積或河流沖積與洪積扇洪積物、河流凸岸點壩沉積物，主要持力層中分布軟弱夾層。對該區軟弱夾層的分布規律進行分析，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、點壩沉積處，厚度較薄；均勻分布的軟弱夾層主要分布在河流階地。工程勘察表現為進尺快，有時取土器連續幾次都取不上巖芯，特別在水位以下更為明顯，如果不仔細量鉆探進尺，不容易發現，易造成隱患。

本次靜載試驗在該擬建筑物基底標高-6.70 m處，根據規范要求選試驗點及進行平板靜載荷現場試驗，確定天然圓礫層地基土的承載力特征值并進行基礎設計。現場按規范布置了3個試驗點（如圖1至圖3所示），試驗結果表明，1#、3#試驗點在天然含水量狀態下的承載力特征值可取280 kPa；2#試驗點在天然含水量狀態下的承載力特征值為217 kPa。由于試驗實測值極差較大，故又增加4#試驗點（如圖4所示）。4#試驗點在天然含水量狀態下的承載力特征值可取280 kPa。

2.2 靜載試驗數據分析

本項目測試根據規范條款規定先布置3個試驗點，后因其中2#試驗點承載力的特征值異常低，這一現象引起了工程師的高度關注。通過深入分析，確定了不合格原因主要有以下2點。

一是檢測設備可能出現了故障。①設備老化或損壞可能導致讀數不準確。②傳感器或數據記錄系統的誤差可能影響結果的可靠性。

二是現場存在軟弱下臥層。①如果測試區域下存在未被探測到的軟弱層，如軟土、淤泥或其他松散材料，這些層可能在荷載作用下發生不均勻的壓縮，導致試驗點不合格。②地基不均勻性，如局部地區土質差異顯著（如砂土和黏土的混合區域），也會影響試驗結果的一致性。

這些因素的存在，直接影響了試驗的準確性和地基承載力的評估結果。與另外2個試驗點試驗結果極差較大，在預定的試驗區域內增加試驗點，特別是在地質條件復雜或預期可能存在問題的區域。經現場開挖驗證2#測試點所在位置下方存在軟弱淤泥夾層，故又增加1個試驗點，先后共布4個測試點，天然地基土承載力特征值1#、3#、4#試驗點地基土承載力的特征值均為280 kPa，2#試驗點滿足不了設計要求，且局部軟硬差別較大，初步評定為存在軟土地層，在具體工程中，對于軟土地層，應采用軟土地基的治理技術，軟土地基的施工設計方案是在軟土地基的力學性能基礎上制定的。由于軟土地基含水率高，土體疏松，承載力低，容易產生沉降，對工程建設造成很大影響。在處理軟土地基時，要從結構上考慮，選擇不會對建筑物整體機械性能造成影響的處理材料。軟土地基因其特殊的土質特性，會產生較大的抗壓性，因此在設計時要充分考慮工程后期的不均勻沉降。在進行地基處理的材料選擇時，要保證工程的整體安全，既要降低工程造價，又要保證工程質量。由于軟土地基的不穩定性，在工程建設中會給工程建設帶來難以預料的安全和質量問題。

3 處理方案

通過對局部較軟弱的天然地基土進行開挖，發現局部存在松散或軟弱的下臥層，對軟弱的下臥層進行換填碾壓處理或者灰土擠密樁進行處理，以增強地基的承載能力。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。本項目根據現場踏勘及地勘報告分析，采用換填碾壓處理方法對局部較軟弱地基處理，重新試驗后，處理后的地基土能滿足設計要求。

通過勘察軟土的土質等各種因素，計算出不同的土型、特征，進而分析、計算軟土地基的抗剪強度等參數，從而構建軟土地基的結構模式。鑒于探井發現了青灰色粉質黏土夾層，用小型挖掘機沿軟弱夾層表面拓展開挖范圍，沿其長、寬2個方向進行追蹤，直至軟弱層消失，查明其在持力層內的分布范圍、延伸方向、長度和寬度。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，對比地質報告中的剖面圖、柱狀圖，看該區域有沒有軟弱夾層，同時再進行釬探或施工勘察，確定主要持力層范圍內無軟弱層分布，如果釬探有軟弱層，將繼續清理。設計院根據基坑平面圖，詳細繪制二次開挖清理粉質黏土的平面，標明定位尺寸、深度。施工單位根據設計院出具的變更圖（圖5），采用換土墊層法處理，用同級配的砂石換填，對換填后的區域重新做了靜載荷試驗，最大加載560 kPa，承載力特征值可取280 kPa，對局部軟弱夾層處理后承載力特征值能達到設計要求。

4 靜載試驗的應用

一般情況下，探查工作應在建筑物承重墻、柱及主要設備位置完全確定后進行。管道下墓坑的探查工作，可在基槽開挖后進行。場地挖方較多的地區，可在挖好后進行，在處理工作量不大及施工進度允許的情況下，以結合基槽開挖，一并處理為宜。在填方較大地區，應在填方開始前進行。在勘察和釬探沒有發現沖溝丶溝塹、古井、古墓、洞穴及局部軟弱夾層后，通過對天然地基平板靜載試驗承載力特征值，不滿足設計要求點的沉降量及變化規律分析判斷，對局部分布軟弱夾層進行換填處理，符合規范設計要求。平板載荷試驗作為地基檢測的重要方法，主要目的是確定地基土承載力的特征值，為基礎設計提供依據。發現沖溝、溝塹、古井、古墓、洞穴及局部軟弱夾層時，應加深探孔至夾層最大深度以下外，并應沿周圍補加探孔一行，深度同加深之探孔相等，以免漏掉夾層，透鏡體釬探孔布置。對藏于地下且影響建筑物質量的墓坑的位置、形狀、深度、坑內填土的空實情況以及墓葬年代等要探查清楚，然后根據工程需要加以處理。在探查或處理過程中，如發現有文物古跡時，應即按照文物古跡管理的有關規定辦理。墓坑探查與處理時應以滿足施工進度、節約費用、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。通過這些方法，可以有效改善地基土的承載性能，從而確保地基的穩定性和建筑物安全。

本文總結了在勘察、釬探和平板靜載試驗過程中判斷軟弱下臥層的方法與經驗，為未來類似問題的及時發現和處理提供了寶貴的參考。在GB 50007—2002《建筑地基基礎設計規范》的指導下，通過靜載試驗確定地基承載力特征值已成為地基基礎設計的科學方法。然而，實際操作中仍然存在不少問題，需要結合具體工程實例，及時進行返工處理和復核試驗，以確保試驗結果的準確性和工程質量。

5 結束語

綜上所述，近年來隨著我國社會和經濟的發展，建筑工程技術得到了最大程度的改善。建筑基礎的穩定性直接影響到整個工程的質量和安全，因此，在施工中應加強對地基處理技術的質量管理，以保證后續的施工。為確保項目的正常進行，必須在設計前進行實地踏勘，并進行平板靜載試驗，以保證工程建設的正常進行。當出現土質疏松、黏性大及局部軟弱夾層等時，可及時調整地基處理方案，以保證整體結構的穩定，保證工程的質量和安全性，為建設項目安全實施排查隱患。通過本文對某工程實例的分析，我們認識到了平板靜載試驗在基礎工程中的重要性，以及在試驗過程中應對不合格試驗點采取的相應處理措施。這不僅有助于提升地基工程的設計質量和施工質量，也為今后類似工程提供了重要的經驗和技術支持。

參考文獻：

[1] 池毓財.深層平板載荷試驗檢測方法分析[J].江西建材，2023，（6）：77-79，85.

[2] 辛明靜，白雪曉.淺層平板載荷試驗中若干問題的探討[J].城市建設理論研究（電子版），2018（29）：170.

[3] 馬永峰.不同能級強夯置換處理軟土地基現場試驗[J].中國海洋大學學報（自然科學版），2018，48（7）：111-122.

[4] 郭楊，孟威.自平衡法深層平板載荷試驗在基樁檢測中的應用[J].建筑技術，2007（3）：212-215.