平板载荷试验大数据分析

2021-07-03苏静宜

广东土木与建筑 2021年6期

苏静宜

（广州市花都区建设工程质量监督检测室广州510800）

0 前言

《建筑地基基础检测规范（广东省标准）：DBJ/T 15-60—2019》［1］已于2019 年9 月1 日正式实施，在检测方法的选择、检测数量的确定以及部分检测方法的现场检测方面，文献［1］在《建筑地基基础检测规范（广东省标准）：DBJ/T 15-60—2008》［2］的基础上做了补充、完善和优化，受到广大检测人员的积极肯定。文献［1］有很多亮点，比如对单桩竖向抗压/抗拔静载试验的卸载测试进行了优化，并增加了快速维持荷载法单桩竖向抗拔静载试验。

对于单桩竖向抗压/抗拔静载试验，卸载测试时间在荷载未至零时，慢速维持荷载法的每级荷载维持时间为1 h，快速维持荷载法的每级荷载维持时间为15 min，快速法比慢速法大大节省测试时间，在确保安全性的前提下更好地体现了经济性。

对于平板载荷试验，文献［1-2］在试验步骤的规定上与国内其他标准有所不同，如表1所示。由表1可知：

表1 平板载荷试验荷载维持时间及相对稳定标准对照Tab.1 Comparison of Load Maintenance Time and Relative Stability Standard for Plate Loading Test

⑴文献［1-2］的荷载维持时间相对较短，沉降相对稳定标准也放宽，属于快速维持荷载法［3］，说明在建筑地基基础检测应用研究方面走在了全国前列。

⑵文献［1］与文献［2］在卸载总的测试时间上没有变化，卸载测试时间在荷载未至零时，每级荷载维持30 min，卸载至零时，维持时间为2 h。

从广东省平板载荷试验的验收检测实践来看，加载基本分为8级，其中第一级荷载取分级荷载的2倍，卸载分4级，假设每级加载均能在第一小时内稳定，则加载时间累计为455 min，卸载时间累计为210 min，卸载时间约占总检测时间的31.6%。

平板载荷试验验收检测的目的是确定地基承载力是否满足设计要求，按照文献［1-2］关于检测数据分析与判定条文的规定，地基承载力特征值的判定只与加载时承压板的沉降量、沉降速率以及受荷土层是否发生整体剪切破坏有关，与卸载时测读的残余沉降量无关。地基基础检测既要优先考虑安全可靠性，也要适当兼顾经济合理性，力求做到安全与经济的统一，如果卸载时间太长，会显得不够经济合理。

为了研究平板载荷试验荷载、沉降量、回弹率三者之间的关系，以及卸载过程中回弹量、回弹率与荷载、时间之间的变化特性，探索是否存在更优化、更合理的卸载测试时间，对2017 年2 月～2019 年8 月（执行标准为文献［2］）实时上传到广州市花都区质监站监管平台的平板载荷试验数据进行了大数据分析，获得了一些统计结果。所有用于分析的原始数据均从花都区质监站地基基础检测信息管理系统下载，全部是可以溯源的真实检测数据。

1 统计概况

一共统计了92 项工程822 个检测点数据，最大沉降量范围为0.52～102.66 mm，获取了荷载、沉降量、回弹率三者之间关系的统计数据。

1.1 沉降量与测点分布

最大沉降量从小到大排列，得到沉降量图（见图1）；按沉降量分布范围进行统计，得到测点分布图（见图2）。

图1 沉降量Fig.1 Settlement

从图1、图2 可知，在花都区开展的平板载荷试验的最大沉降量绝大部分在25 mm 以内，其中最大沉降量在20 mm 以内的测点占比为90.5%，最大沉降量在25 mm以内的测点占比达95.3%，最大沉降量大于25 mm的只有39个测点，占4.7%。

1.2 沉降量与荷载的关系

822 个检测点的最大试验荷载为110～1 575 kN，沉降量与荷载关系曲线，按荷载大小排序如图3⒜所示，按沉降量大小排序如图3⒝所示。

从图3可以看出，无论荷载大小，最大沉降量绝大部分在25 mm 以内；对原始数据分析发现，在沉降量大于25 mm 的39 个测点中，最大荷载≥1 000 kN 的有18 个点，＜1 000 kN 的有21 个点，＜500 kN 的有14 个点，可见，最大沉降量与荷载大小之间没有必然联系。

图3 荷载-沉降关系曲线Fig.3 Load-settlement Relationship Curve

1.3 回弹率与最大沉降量、最大荷载的关系

⑴按沉降量从小到大绘制回弹率-最大沉降量关系曲线，如图4所示。

图4 回弹率-最大沉降量关系曲线Fig.4 Rebound Rate and Maximum Settlement Curve

⑵按荷载从小到大绘制回弹率-荷载关系曲线，如图5所示。

图5 回弹率-最大荷载关系曲线Fig.5 Rebound Rate Maximum Load Curve

从图4、图5可以得知：⑴沉降量在25 mm以内时，回弹率没有规律；

⑵沉降量超过25 mm 后，随着沉降量增大，总体回弹率减小；

⑶回弹率与试验荷载大小之间没有必然联系。

2 非零卸载测试级数据分析

平板载荷试验可用于检测天然土地基、处理土地基和复合地基以及强风化岩和全风化岩岩石地基的承载力和变形参数，卸载观测的目的是测读残余沉降量，获取回弹率，为设计人员了解地基的弹性或塑性变形情况提供依据。

对92 项工程822 个检测点的数据按前15 min 和15～30 min 的回弹量进行了统计分析，其中，非零卸载（卸载未至零）的测试级一共2 473级。

2.1 非零卸载测试级，测试时间15 min的回弹量与占比

⑴测试时间15 min的回弹量统计，如图6⒜所示。⑵测试时间15min的回弹量各区间占比，如表2所示。

图6 非零卸载测试级15 min及15～30 min回弹量Fig.6 Non-zero Unload Test Stage 15 Minutes and 15～30 Minutes Rebound

表2 非零卸载测试级15 min回弹量各区间占比Tab.2 Proportion of Each Interval of 15 Minutes Rebound of Non-zero Unloading Test Level

由图6⒜和表2 得知，非零卸载测试级15 min 回弹量小于0.1 mm的测试级别占比为21.7%，在0.0～3.0 mm区间的测试级别占比为92.7%，在0.1～3.0 mm 区间的测试级别占比为77.1%。

2.2 非零卸载测试级，测试时间15～30 min 的回弹量与占比

⑴测试时间为15～30 min的回弹量统计，如图6⒝所示。

⑵测试时间15～30 min的回弹量各区间占比，如表3所示。

表3 非0卸载测试级15～30 min回弹量各区间占比Tab.3 Proportion of Each Interval of 15～30 Minutes Rebound of Non-zero Unloading Test Level

从图6⒝和表3 得知，非零卸载测试级在15～30 min 区间的回弹量绝大部分小于0.1 mm，根据对原始数据的分析，非零卸载测试级在15～30 min 区间回弹量小于-0.1 mm 或大于0.5 mm 的情况，基本上是压力维持不够准确或基准桩不够稳固导致的，可以不纳入统计数据。文献［2］第8.3.3 条第3 款规定，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过该级增减量的±10%，当荷载在维持过程中发生变化，或者如果附近有吊车、挖掘机等大型施工机械经过或者在附近作业，就可能会导致15～30 min的回弹量出现异常变化。

从图6、表2、表3 的统计结果得知，平板载荷试验在卸载未至零时：

⑴前15 min回弹很快，15 min之后回弹量很小。

⑵15～30 min 区间回弹量在-0.1～0.1 mm 区间的测试级别占比高达93.7%。

2.3 剔除压力异常数据后，计算15 min、15～30 min 回弹占比（15 min 回弹量/本级回弹量×100%、15～30 min回弹量/本级回弹量×100%），如表4所示。

表4 非零卸载测试级15 min、15～30 min回弹占比Tab.4 Proportion of 15 Minutes and 15～30 minutes Rebound in Non-zero Unloading Test Level

由表4 得知，前15 min 回弹量占比较大，15～30 min的回弹量占比较小，15 min回弹占比大于80%、90%、95%的测试级分别占参与统计的非零卸载测试级总级数的96.1%、90.6%、83.0%，说明非零卸载在前15 min回弹已基本完成。

卸载未至零时，全部测试级的15 min 回弹占比、15～30 min回弹占比与本级回弹量的关系如图7所示。

从图7可看出，绝大部分非零卸载测试级的15 min回弹占比在90%～100%之间，绝大部分非零卸载测试级的15～30 min回弹占比在0%～10%之间。

图7 15 min、15～30 min回弹占比Fig.7 15 Minutes and 15～30 Minutes Rebound Ratio

统计结果表明，卸载未至零时，15～30 min 的回弹量较小（回弹量在-0.1～0.1 mm区间的卸载测试级占比为93.7%），且15～30 min回弹量占本级回弹量的比值较小（回弹量占比小于10%的卸载测试级占比为90.6%），因此，非零卸载测试在第30 min 测读承压板沉降量意义不大，卸载未至零时，可改为每级荷载维持15 min。

3 卸载至零测试级数据分析

3.1 卸载至零后，0级回弹量与总回弹量关系

为研究卸载至零时测读残余沉降量的重要性，对0 级回弹量占总回弹量的百分比（0 级回弹量/总回弹量×100%）进行了计算，统计结果如表5所示。

表5 0级回弹量占总回弹量的百分比Tab.5 Percentage of Level 0 Rebound in Total Rebound

由表5 得知，0 级回弹量占总回弹量的百分比大于50% 和60% 的检测点数分别占总检测点数的75.9%和55.6%，说明卸载至零后，测读残余沉降量的重要性。

与此同时，对大量原始数据进行了分析，发现卸载至零后，前5 min 回弹量较大，多数情况下，明显比卸载未至零时各测试级的前5 min 甚至前15 min 的回弹量更大。

各测点的0 级回弹量占总回弹量的百分比，按总回弹量从小到大排列，如图8所示。

图8 0级回弹量占总回弹量比与总回弹量关系曲线Fig.8 Relation Curve between Percentage of Level 0 Rebound to Total Rebound and Total Rebound

从图8得知，卸载至零后，各测点的0级回弹量占总回弹量比呈现随机漫步，与总回弹量之间没有相关性。

3.2 卸载至零后，0级回弹量与最大沉降量的关系

0 级回弹量占总回弹量的百分比，与最大沉降量的关系，如图9所示。

图9 0级回弹量占总回弹量比与最大沉降量关系曲线Fig.9 Relation Curve between Percentage of Level 0 Rebound to Total Rebound and Maximum Settlement

从图9得知，卸载至零后，各测点的0级回弹量占总回弹量比呈现随机漫步，与最大沉降量之间没有相关性。

3.3 卸载至零后，各时间段回弹数据统计

剔除异常点后，总共统计了818个点的数据，卸载至零后，测试时间从30～120 min的回弹量统计如图10所示。

图10 卸载至零各时间段回弹量统计Fig.10 Rebound Statistical Chart of Each Time Period after Unloading to Zero

由图10的数据，可计算出各回弹量区间测点占总测点数的百分比，如表6所示。

表6 各回弹量区间测点占比Tab.6 Proportion of Measuring Points in Each Rebound Interval （%）

由表6可知，在30 min后，只有47.6%的检测点的回弹量小于0.1 mm，说明30 min后仍应继续测读承压板沉降量。

3.4 60～120 min、90～120 min回弹量占0级回弹量的百分比（60～120 min回弹量/本级回弹量×100%、90～120 min回弹量/本级回弹量×100%），统计结果如表7所示。

由表7 可知，60～120 min 回弹量占0 级回弹量的百分比≤10%的测点数占总测点数的87.2%，90～120 min回弹量占0 级回弹量的百分比≤10%的测点数占总测点数的94.2%。

表7 卸载至零后60～120 min、90～120 min回弹占比Tab.7 Proportion of Rebound in 60～120 Minutes and 90～120 Minutes after Unloading to Zero

卸载至零，各测点的60 min、60～120 min 的回弹量占0 级回弹量的百分比如图11 所示，90 min、90～120 min的回弹量占0级回弹量的百分比如图12所示。

图11 60 min、60～120 min回弹量占0级回弹量的百分比Fig.11 Percentage of 60 Minutes，60～120 Minutes Rebound to Level 0 Rebound

图12 90 min、90～120 min回弹量占0级回弹量的百分比Fig.12 Percentage of 90 minutes，90～120 Minutes Rebound to Level 0 Rebound

从图8～图12 和表6、表7 得知，卸载至零后，在60～120 min和90～120 min的回弹量小于0.1 mm的检测点分别占总检测点数的67.5%和85.0%，且60～120 min和90～120 min回弹量占0级回弹量的百分比小于10%的检测点分别占总检测点数的87.2%和94.2%，因此，卸载至零后在第90 min 特别是在第120 min 测读承压板沉降量意义不大，可改为卸载至零后，维持时间为90 min或1 h。