平板静载试验实测值极差较大原因分析及处理方案

摘 要：我国建筑工程的日益繁杂，对建筑基础的稳定性也越来越高。随着深基坑支护技术的发展，基础埋深越来越深，设计将厚度大、承载力高、分布均匀的天然地基直接作为持力层，用平板静载试验来确定地基土承载力的特征值，但有时对天然地层局部软弱夹层未能及时发现，因此在平板静载试验时出现个别试验点不合格，需二次开挖处理。该文结合张家川回族自治县某工程实例，分析平板静载试验点不合格原因（如检测设备出现故障，现场存在软弱下卧层），提出局部不均匀地基处理措施（如地基土换填，挤密桩加强），总结勘察、钎探、平板静载试验过程判断软弱下卧层的方法与经验。

关健词：平板静载；试验；软弱夹层；持力层；承载力

中图分类号：TU473.1 文献标志码：A 文章编号：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

建筑物的地基基础设计首先必须满足地基承载力、沉降变形和稳定性的要求，勘察、土工试验作为划分地层的方法起到了很大的作用。在GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》发布执行以前，由于我国经济条件的限制，除甲级建筑地基承载力需要做静载试验确定外，其余地基均采用土工试验间接确定地基承载力，新规范颁布实施后，人工地基和天然地基都要通过静载试验确定承载力特征值，为地基基础设计提供科学可靠的依据。虽然在近年的试验过程中也发现了不少问题，但都及时进行了返工处理，复核试验，达到了预期效果。本文以张家川回族自治县某工程为例，在拟建建筑物场地上将一定尺寸和几何形状（圆形或方形）的刚性板安放在被测的地基持力层上，通过逐级增加荷载，测得每一级荷载下的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载（p）－沉降（s）曲线（即p－s曲线）。通过现场平板静载试验，分析基础承载力不合格的原因及处理方案。

1 工程概况及地质情况

1.1 工程概况

某工程位于张家川回族自治县，拟建建筑为15层的框架剪力墙结构住宅，对该工程地基进行换填碾压处理，地基换填材料为砂夹石，换填处理厚度约为1.20 m。基础形式采用大开挖筏板基础，建筑面积8 663.42 m2，建筑总高度为49.80 m。基坑深度6.7 m，深基坑开挖支护设计采用咬合桩加锚索的复合型式，支护桩打至隔水底板以下，咬合桩同时形成隔水的厚地下连续墙，阻止基坑周边地下水渗入基坑。除在基坑外布置少量的降水井，通过降水井抽水降低咬合桩外侧水头压力外，基坑内不需要降水井。

1.2 地质情况

本次勘察在钻探深度范围内，场地地层以第四系全新统杂填土、粉质黏土、中粗砂、冲洪积物圆砾和泥岩为主。现将场地工程地质层自上而下分述如下。

①杂填土（Q4ml）：以大量建筑垃圾为主，杂色，稍湿，松散，不均匀。混合大量砖块、混凝土块、植物根系、腐殖质和砾石等。层厚为1.00～3.20 m，层顶标高为1 666.64～1 667.02。

②粉质黏土（Q4al+pl）：灰黄色，湿，呈硬塑～可塑状态。土质较均匀，刀切面稍有光泽，干强度中等，韧性中等，摇振反应无。含砂粒、褐黄色斑点、植物根系和腐殖质等。层厚为0.80～5.00 m；层顶埋深为1.00～3.20 m；层顶标高为1 663.64～1 665.84。

③细～粗砂（Q4al+pl）：杂色，湿～饱和，中密，骨架颗粒成分以云母、石英、长石为主。含砾粒、铁锈黄团块、粉土团块等。粒径大于0.25 mm的占39.3%～86.6%，小于0.075 mm的细粒土含量占总土重的4.8%～9.9%。层厚为0.50～5.60 m；层顶埋深为3.10～8.30 m；层顶标高为1 660.83～1 663.71。

③-1粉质黏土（Q4al+pl）：灰黄色～青灰色，仅在部分勘探孔内分布，湿，呈可塑状态。土质较均匀，刀切面稍有光泽，摇振反应无。含铁锈黄团块、植物根系、腐殖质和砂粒等。层厚为0.30～2.00 m；层顶埋深为5.30～9.20 m；层顶标高为1 658.79～1 661.50。

④圆砾（Q4al+pl）：杂色，饱和，稍密～密实，骨架颗粒成分以灰岩、砂岩为主，微～中等风化，呈亚圆状，磨圆状一般，级配良好，分选性差。骨架颗粒缝隙主要由中、粗砂及少量粉质粘土填充。圆砾粒径大于2 mm占51.6%～80.0%，最大粒径90 mm，一般粒径2.2～15.0 mm，小于0.075 mm的细粒土含量占总土重的6.2%～9.2%。从浅部到深部颗粒粒径呈从小到大的变化趋势。层厚为2.00～8.00 m；层顶埋深为6.80～9.80 m；层顶标高为1 656.98～1 659.97。

⑤泥岩：棕红色，局部风化为粉质黏土及黏土，硬塑～坚硬，该层分布连续，夹有砂岩薄层。钻进较困难，岩芯呈短柱状。泥质结构，层理构造，层里面近乎水平，泥质胶结，顶部有约0.60～1.50 m厚的强风化壳，强度较低；其下致密坚硬，中等风化，岩体完整，多呈碎块状、薄饼状。渗水性差，为相对隔水层。岩芯均匀多呈短柱状或长柱状。该层系本区的基岩，层厚稳定，厚度大，力学性能好。

本次勘察最大揭露厚度为7.40 m，层顶埋深为11.00～15.00 m，层顶标高为1 651.83～1 655.84。

1.3 地基土承载力及参数的选用

根据现场鉴定、原位测试、室内土工试验各项成果综合分析计算，给出场地各层地基土的承载力特征值（fak）及压缩模量（Es）、变形模量（E0）值，见表1。

2 静载试验及结果分析

2.1 静载试验

建筑场地位于高河漫滩，为2条河流交替冲积或河流冲积与洪积扇洪积物、河流凸岸点坝沉积物，主要持力层中分布软弱夹层。对该区软弱夹层的分布规律进行分析，条状软弱夹层主要分布在2条河流交替冲积或河流冲积与洪积扇复合部位，厚度约1 m；局部分布的软弱夹层主要分布于高河漫滩河流泛滥沉积、点坝沉积处，厚度较薄；均匀分布的软弱夹层主要分布在河流阶地。工程勘察表现为进尺快，有时取土器连续几次都取不上岩芯，特别在水位以下更为明显，如果不仔细量钻探进尺，不容易发现，易造成隐患。

本次静载试验在该拟建筑物基底标高-6.70 m处，根据规范要求选试验点及进行平板静载荷现场试验，确定天然圆砾层地基土的承载力特征值并进行基础设计。现场按规范布置了3个试验点（如图1至图3所示），试验结果表明，1#、3#试验点在天然含水量状态下的承载力特征值可取280 kPa；2#试验点在天然含水量状态下的承载力特征值为217 kPa。由于试验实测值极差较大，故又增加4#试验点（如图4所示）。4#试验点在天然含水量状态下的承载力特征值可取280 kPa。

2.2 静载试验数据分析

本项目测试根据规范条款规定先布置3个试验点，后因其中2#试验点承载力的特征值异常低，这一现象引起了工程师的高度关注。通过深入分析，确定了不合格原因主要有以下2点。

一是检测设备可能出现了故障。①设备老化或损坏可能导致读数不准确。②传感器或数据记录系统的误差可能影响结果的可靠性。

二是现场存在软弱下卧层。①如果测试区域下存在未被探测到的软弱层，如软土、淤泥或其他松散材料，这些层可能在荷载作用下发生不均匀的压缩，导致试验点不合格。②地基不均匀性，如局部地区土质差异显著（如砂土和黏土的混合区域），也会影响试验结果的一致性。

这些因素的存在，直接影响了试验的准确性和地基承载力的评估结果。与另外2个试验点试验结果极差较大，在预定的试验区域内增加试验点，特别是在地质条件复杂或预期可能存在问题的区域。经现场开挖验证2#测试点所在位置下方存在软弱淤泥夹层，故又增加1个试验点，先后共布4个测试点，天然地基土承载力特征值1#、3#、4#试验点地基土承载力的特征值均为280 kPa，2#试验点满足不了设计要求，且局部软硬差别较大，初步评定为存在软土地层，在具体工程中，对于软土地层，应采用软土地基的治理技术，软土地基的施工设计方案是在软土地基的力学性能基础上制定的。由于软土地基含水率高，土体疏松，承载力低，容易产生沉降，对工程建设造成很大影响。在处理软土地基时，要从结构上考虑，选择不会对建筑物整体机械性能造成影响的处理材料。软土地基因其特殊的土质特性，会产生较大的抗压性，因此在设计时要充分考虑工程后期的不均匀沉降。在进行地基处理的材料选择时，要保证工程的整体安全，既要降低工程造价，又要保证工程质量。由于软土地基的不稳定性，在工程建设中会给工程建设带来难以预料的安全和质量问题。

3 处理方案

通过对局部较软弱的天然地基土进行开挖，发现局部存在松散或软弱的下卧层，对软弱的下卧层进行换填碾压处理或者灰土挤密桩进行处理，以增强地基的承载能力。由于挤密桩适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基。处理深度宜为5～15 m，是湿陷性黄土地基常用的处理方法之一。本项目根据现场踏勘及地勘报告分析，采用换填碾压处理方法对局部较软弱地基处理，重新试验后，处理后的地基土能满足设计要求。

通过勘察软土的土质等各种因素，计算出不同的土型、特征，进而分析、计算软土地基的抗剪强度等参数，从而构建软土地基的结构模式。鉴于探井发现了青灰色粉质黏土夹层，用小型挖掘机沿软弱夹层表面拓展开挖范围，沿其长、宽2个方向进行追踪，直至软弱层消失，查明其在持力层内的分布范围、延伸方向、长度和宽度。采用边探边观察边清理的方式，将局部软弱夹层挖除干净后，对比地质报告中的剖面图、柱状图，看该区域有没有软弱夹层，同时再进行钎探或施工勘察，确定主要持力层范围内无软弱层分布，如果钎探有软弱层，将继续清理。设计院根据基坑平面图，详细绘制二次开挖清理粉质黏土的平面，标明定位尺寸、深度。施工单位根据设计院出具的变更图（图5），采用换土垫层法处理，用同级配的砂石换填，对换填后的区域重新做了静载荷试验，最大加载560 kPa，承载力特征值可取280 kPa，对局部软弱夹层处理后承载力特征值能达到设计要求。

4 静载试验的应用

一般情况下，探查工作应在建筑物承重墙、柱及主要设备位置完全确定后进行。管道下墓坑的探查工作，可在基槽开挖后进行。场地挖方较多的地区，可在挖好后进行，在处理工作量不大及施工进度允许的情况下，以结合基槽开挖，一并处理为宜。在填方较大地区，应在填方开始前进行。在勘察和钎探没有发现冲沟丶沟堑、古井、古墓、洞穴及局部软弱夹层后，通过对天然地基平板静载试验承载力特征值，不满足设计要求点的沉降量及变化规律分析判断，对局部分布软弱夹层进行换填处理，符合规范设计要求。平板载荷试验作为地基检测的重要方法，主要目的是确定地基土承载力的特征值，为基础设计提供依据。发现冲沟、沟堑、古井、古墓、洞穴及局部软弱夹层时，应加深探孔至夹层最大深度以下外，并应沿周围补加探孔一行，深度同加深之探孔相等，以免漏掉夹层，透镜体钎探孔布置。对藏于地下且影响建筑物质量的墓坑的位置、形状、深度、坑内填土的空实情况以及墓葬年代等要探查清楚，然后根据工程需要加以处理。在探查或处理过程中，如发现有文物古迹时，应即按照文物古迹管理的有关规定办理。墓坑探查与处理时应以满足施工进度、节约费用、避免冬雨季施工为原则。本文提出的局部不均匀地基处理措施包括地基土换填和挤密桩加强。通过这些方法，可以有效改善地基土的承载性能，从而确保地基的稳定性和建筑物安全。

本文总结了在勘察、钎探和平板静载试验过程中判断软弱下卧层的方法与经验，为未来类似问题的及时发现和处理提供了宝贵的参考。在GB 50007—2002《建筑地基基础设计规范》的指导下，通过静载试验确定地基承载力特征值已成为地基基础设计的科学方法。然而，实际操作中仍然存在不少问题，需要结合具体工程实例，及时进行返工处理和复核试验，以确保试验结果的准确性和工程质量。

5 结束语

综上所述，近年来随着我国社会和经济的发展，建筑工程技术得到了最大程度的改善。建筑基础的稳定性直接影响到整个工程的质量和安全，因此，在施工中应加强对地基处理技术的质量管理，以保证后续的施工。为确保项目的正常进行，必须在设计前进行实地踏勘，并进行平板静载试验，以保证工程建设的正常进行。当出现土质疏松、黏性大及局部软弱夹层等时，可及时调整地基处理方案，以保证整体结构的稳定，保证工程的质量和安全性，为建设项目安全实施排查隐患。通过本文对某工程实例的分析，我们认识到了平板静载试验在基础工程中的重要性，以及在试验过程中应对不合格试验点采取的相应处理措施。这不仅有助于提升地基工程的设计质量和施工质量，也为今后类似工程提供了重要的经验和技术支持。

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