层平板载荷试验在确定某工程地基承载力中的应用

陈康太

（浙江山川有色勘察设计有限公司，浙江 绍兴 312000）

层平板载荷试验在确定某工程地基承载力中的应用

陈康太

（浙江山川有色勘察设计有限公司，浙江 绍兴 312000）

当勘察单位提供的浅部土层地基承载力特征值存有较大争议时，可应用浅层平板载荷试验来确定或验证其地基承载力特征值。文章根据具体工程实例，介绍了浅层平板载荷试验的试验设备、试验要求、试验方法，并通过分析浅层平板载荷试验的试验成果，确定了浅部土层的地基承载力特征值及其地基变形模量，为工程建设及安全使用提供质量保障。

浅层平板载荷试验;全风化土;地基承载力特征值;勘察;浅基础

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

1 引言

在岩土工程勘察报告中提供的地基承载力特征值是重要的设计参数，其数值大小会影响拟建建筑物基础型式、基础持力层的选用、能否直接采用浅基础、工程安全以及工程造价等一系列问题，因此,地基承载力的大小是各相关单位都关注的问题。虽然地基承载力可由理论公式计算法、规范表格法、地区经验法及原位测试（载荷板试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等）等方法来确定，但每种方法得出的地基承载力均不尽相同，这给地基设计带来了一定的困扰。但经过多年的发展，载荷板试验法是现行业内普遍认同的直观、准确、可靠的测定地基承载力的方法，其中的浅层平板载荷试验适合测定地表浅层地基承载力和变形特征[1]。如浙江山川有色勘察设计有限公司勘察的绍兴新昌的某工程，因该公司依据地区经验法提供的浅基础持力层全风化土层的地基承载力特征值与建设单位期许的数值相差较大，从工程造价、工程质量及使用安全等多角度考虑，最后双方均同意采用浅层平板载荷试验来确定其地基承载力特征值。

2 工程实例

2.1 工程概况

拟建场地位于新昌县西北侧的山顶平台上，总用地面积120 000m2，总建筑面积138 000m2，主要由78幢3～4层的类别墅及整个场地联通的地下车库组成，框架结构，单柱荷载1500～3000kN/柱，各建筑物拟采用浅基础。场地现状标高145～146.5m，地下车库基础底标高143.0m，整个场地基础底标高143.0m以上的土层全部挖除。

受新昌某建设单位的委托，工程场地勘察设计有限公司对该场地进行了详细勘察工作，并提交了完整的详细勘察报告。当建设单位收到勘察报告1周后，希望勘察设计公司把浅基础持力层③号黏土（全风化土）的地基承载力特征值从160kPa提高到240kPa，最后，双方决定采用浅层平板载荷试验测定其地基承载力特征值，共试验6个点。

2.2 工程地质概况

拟建场地属剥蚀丘陵地貌，场地现状标高145～146.5m，场地内地形较平坦，场地征地红线以外为30～50°的山坡。场地在15.0m深度范围内按成因类型及物理力学性质可分为4个工程地质层，主要地基土物理力学指标设计参数见表1。其工程地质特征自上而下是：

表1 地基土物理力学指标设计参数表

①黏土（坡积土）（Q3dl）：黄灰色，硬可塑状，高压缩性，成分以黏粒、粉粒为主，具铁锰质渲染。层厚0.50～1.00m。

②黏土（残积土）（Q3el）：灰黄、砖红色，硬可塑状，高压缩性，成分以黏粒、粉粒为主，具铁锰质渲染。层厚1.00～1.50m。

③黏土（全风化土）（N2）：紫灰色，硬可塑状，高压缩性，为玄武岩全风化形成，主要风化成黏土。层厚8.00～12.50m，埋深约2.00～2.90m。

④-1强风化玄武岩（N2S）：黑、墨绿色，岩性为玄武岩，属岩浆岩，第三系形成，岩芯呈碎块状，含少量短柱状，RQD值低，岩石裂隙发育强烈，含杏仁状气孔构造。

④-2中风化玄武岩（N2S）：黑、墨绿色，岩性为玄武岩，属岩浆岩，第三系形成，岩石构造节理呈垂直状，岩芯以5～ 30cm柱状为主，含杏仁状气孔构造，岩石为坚硬岩。

2.3 水文地质概况

场地位于山顶平台上，周边为山坡，排水条件较好。山顶平台上无水塘分布，地下水主要为基岩裂隙水和孔隙潜水，其水量均较小，水位一般在 6.20～9.60m之间 （标高136.5～139.2m），地下水以雨水补给为主，水位变化幅度约1.0m，基础位于地下水位以上，基础以上土层均为不透水层。

2.4 浅层平板载荷试验概况

2.4.1 试验要求

1）要求整个场地进行6个浅层平板载荷试验点，其具体位置由勘察单位随机选定，总体上要求试验点覆盖整个场地；

2）要求加载分级为12级，加载方式采用慢速维持荷载法；

3）要求试验点的深度位于③号层，试坑开挖中应保持被测处③号层的原状结构和天然湿度及坑底平整，试验标高处的试坑的长度、宽度应不小于3倍的承压板尺寸；

4）要求选用方形刚性承压板，其规格为1m×1m；

5）要求各试验点按最大试压荷载480kPa试压；

6）要求确定③号黏土（全风化土）层的地基承载力特征值及各试验点地基变形模量；

7）试验须按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）附录C的相关规定进行。

2.4.2 试验设备

试验采用堆载法，堆载材料为现场挖的泥土；试验承压板规格为1m×1m的厚钢板；加压压力由置于试验点顶部的一个100t油压千斤顶通过手动油泵加压，用联接于油压千斤顶和手动油泵油路上压力表测量油路压强，再根据压强值和千斤顶压强-压力率定表转换为试验点处的压力值；沉降量由4个50mm量程百分表测定，测试结果由人工进行记录。

2.4.3 试验点地基承载力特征值的确定方法[2]

1）当P-s曲线上有比例界限P0时，取该比例界限P0所对应的荷载值；

2）当极限荷载PU小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半；

3）参与统计的试验点不应少于3个点，各试验点实测的地基承载力特征值的极差不得超过其平均值的30%时，取此平均值作为场地地基承载力特征值。

2.5 浅层平板载荷试验成果分析

场地浅层平板载荷试验针对③号黏土（全风化土）层进行，共随机选定6个试验点，均按最大试压荷载480kPa试压，加载等级分12级，加载方式采用慢速维持荷载法。根据现场试验数据绘出的1#、2#、3#、4#、5#、6#试验点的荷载-沉降曲线(P-s曲线)见图1。

图1 1#～6#试验点P-S曲线图

1）根据1#～6#各试验点荷载-沉降曲线（以下简称P-s曲线），分析确定各个试验点的地基承载力特征值

1#试验点：从该点P-s曲线可以看出，P-s曲线上从线性关系变成非线形关系（即P-s曲线第一拐点处）时对应的沉降量为6.68mm，相对应的比例界限荷载值PU为200kPa；当加到最大荷载480kPa时，可以看出地基发生了整体剪切破坏，其沉降量已达69.91mm，其总沉降量与承压板宽度之比（以下简称s/d）超过0.06，其前一级荷载440kPa即为极限荷载PU（即P-s曲线第二拐点处），PU处沉降量为34.71mm；根据地基承载力特征值的确定方法综合判定，地基承载力特征值取比例界限对应的荷载值P0，即取200kPa。

2#试验点：从该点P-s曲线可以看出，P-s曲线上从线性关系变成非线形关系（即P-s曲线第一拐点处）时对应的沉降量为7.63mm，相对应的比例界限荷载值P0为240kPa；当加到最大荷载480kPa时，地基未发生整体剪切破坏，其沉降量为35.21mm；根据地基承载力特征值的确定方法综合判定，地基承载力特征值取比例界限对应的荷载值P0，即取240kPa。

3#试验点：从该点P-s曲线可以看出，P-s曲线上从线性关系变成非线形关系（即P-s曲线第一拐点处）时对应的沉降量为7.38mm，相对应的比例界限荷载值P0为200kPa；当加到最大荷载480kPa时，地基未发生整体剪切破坏，其沉降量为36.81mm；根据地基承载力特征值的确定方法综合判定，地基承载力特征值取比例界限对应的荷载值P0，即取200kPa。

4#试验点：从该点P-s曲线可以看出，P-s曲线上从线性关系变成非线形关系（即P-s曲线第一拐点处）时对应的沉降量为5.05mm，相对应的比例界限荷载值P0为200kPa；当加到最大荷载480kPa时，地基未发生整体剪切破坏，其沉降量为31.17mm；根据地基承载力特征值的确定方法综合判定，地基承载力特征值取比例界限对应的荷载值P0，即取200kPa。

5#试验点：从该点P-s曲线可以看出，P-s曲线上从线性关系变成非线形关系（即P-s曲线第一拐点处）时对应的沉降量为6.47mm，相对应的比例界限荷载值P0为160kPa；当加到最大荷载480kPa时，可以看出地基发生了整体剪切破坏，其沉降量已达71.12mm，其s/d超过0.06，其前一级荷载440kPa即为极限荷载PU（即P-s曲线第二拐点处），PU处沉降量为43.55mm；根据地基承载力特征值的确定方法综合判定，地基

承载力特征值取比例界限对应的荷载值P0，即取160kPa。

6#试验点：从该点P-s曲线可以看出，P-s曲线上从线性关系变成非线形关系（即P-s曲线第一拐点处）时对应的沉降量为4.24mm，相对应的比例界限荷载值P0为160kPa；当加到荷载440kPa时，可以看出地基发生了整体剪切破坏，其沉降量已达66.23mm，其s/d超过0.06，终止加载试验，其前一级荷载400kPa即为极限荷载PU（即P-s曲线第二拐点处），Pu处沉降量为33.18mm；根据地基承载力特征值的确定方法综合判定，地基承载力特征值取比例界限对应的荷载值P0，即取160kPa。

2）分析计算各个试验点的地基变形模量

根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)规定：地基土变形模量应根据P-s曲线的初始直线段，按均质各向同性半无限弹性介质的弹性理论来计算，计算公式E0=I0（1-μ2）P0d/s，其中I0方形承压板取0.886，μ黏土取0.42，P0为比例界限荷载，s为与P0对应的沉降量，mm，d为承压板宽度[3]。具体计算结果见表2。

表2 浅层平板载荷试验成果汇总表

3）分析确定场地土层的地基承载力特征值

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007—2011）规定：场地内同一土层参加统计的浅层平板载荷试验点不应少于3个点，各试验点实测值的极差不得超过平均值的30%，取此平均值作为地基承载力特征值（fak）[2]。根据以上规定，剔除2#试验点实测的地基承载力特征值后，其他的1#、3#、4#、5#、6#等5个试验点实测的地基承载力特征值参与统计后，其极差与其平均值之比为21.7%。因此，场地③号黏土层（全风化土）的地基承载力特征值采用1#、3#、4#、5#、6#等5个试验点实测的地基承载力特征值的平均值180kPa。

3 结语

1）本场地浅层平板载荷试验较好的反应了承压板下应力主要影响范围内③号黏土层（全风化土）的地基承载力和变形特征。

2）浅层平板载荷试验虽是行业内普遍认同的直观、准确、可靠的测定浅层地基承载力的方法，但在实际工作中，由于受到多种因素的干扰，会使试验结果具有随机性和偶然性，从而影响试验结果的精度。因此，场地内试验点越多求取的场地内地基土层的承载力特征值越精确，特别像本场地很大，本该再增加试验点，但由于资金及时间的原因作罢。

3）工程勘察单位提供的地基承载力特征值一般都会偏大或偏小，很多建设单位为节省工程造价，特别是采用天然地基为浅基础持力层时，其希望勘察单位能够提供很大的地基承载力特征值。在此情况下，从工程造价与安全使用方面考虑，有必要应用浅层平板载荷试验来确定或验证场地土的地基承载力特征值。

4）本场地通过浅层平板载荷试验，确定了较合理、较准确的③号黏土层（全风化土）的地基承载力特征值，使建设单位及勘察单位均能接受其结果，为工程质量与安全使用提供了保障，为该项目的建设节省了造价。

【1】林宗元，岩土工程试验监测手册[K].北京：中国建筑工业出版社，2005.

【2】GB50007—2011建筑地基基础设计规范[S].

【3】GB50021—2001岩土工程勘察规范[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

陈康太（1983～）、男，甘肃静宁人，工程师，从事岩土工程勘察及地基检测研究，（电子信箱）2729362906@qq.com。