用浅层平板载荷试验确定地基岩土参数的实践

杨 慧

（广东省地质局第三地质大队，广东 韶关 512026）

地基基础包括地基和基础两个部分，而地基的设计包括地基土承载力的确定、地基变形的计算以及地基稳定性计算，其中地基承载力特征值是地基设计考虑的关键指标[1]。

地基承载力是指地基承受荷载的能力，在地基设计中要求地基承载力设计值要小于地基承载力特征值[2-3]。关于地基承载力特征值的确定方法有很多，目前常用的载荷试验[4-7]、静力触探试验[8]、公式计算[9]，但是这些方法都需要结合工程实践经验综合确定地基承载力特征值。其中载荷试验对地基土不产生扰动，能够较好地反映天然土体的压缩性，测试成果准确、可靠，是世界各国用以确定地基承载力的最主要方法。

针对肇庆地区的工程地质条件，结合工程实例，应用浅层平板载荷试验的方法，得到该地区砂质黏土层地基承载力特征值及变形模量。本文对该试验进行总结分析。

1.1 试验原理

平板载荷试验是在一定面积的承压板上向地基土逐级施加竖向荷载，同时观测承压板沉降，测定岩土体承载力和变形特性的岩土工程勘察原位测试方法[10-11]。可分为浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验，浅层平板载荷试验适用于浅层地基上，而深层平板载荷试验的试验深度不应小于5m[10]。

1.2 实施要点

结合本项目的实际情况，主要采用浅层平板载荷试验，其技术要求为：

（1）浅层平板载荷试验刚性承压板可采用圆形、方形或矩形，压板面积为天然地基不应小于0.50m2；

（2）试验前应采取防水和排水措施，防止试验场地地基土含水量变化或地基土扰动，影响试验结果；

（3）浅层平板载荷试验加荷分级不应小于8 级，最大加载值不小于设计要求的承载力特征值的2 倍。正式试验前宜进行预压，预压荷载为最大加载量的5%，预压时间宜为5min，预压后卸载至零；

（4）每级荷载施加后应按第10min、20min、30min、45min、60min测读承压板的沉降量，以后应每隔半小时测读一次沉降量，当在连续2h 内每小时的沉降量差值小于0.1mm 时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。以此类推，直到加荷结束。

1.3 终止加载条件

当出现下列情况之一时，即可终止加载：

（1）承压板周边的土出现明显侧向挤出、隆起或径向裂缝持续发展；

（2）本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载与沉降曲线（p-s）出现明显陡降；

（3）在某一级荷载下，24h 内沉降速率不能达到相对稳定标准；

（4）沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06；

（5）加载至要求的最大试验荷载且承压板沉降达到相对稳定。

1.4 特征值的确定原则

单个试验点的地基承载力特征值确定应符合下列规定：

（1）当曲线上有比例界限时，应取该比例界限所对应的荷载值；

（2）地基土平板载荷试验，当极限荷载小于对应比例界限荷载值的2倍时，应取极限荷载值的一半；

（3）当满足1.3 条中第（5）款情况，且p-s曲线上无法确定比例界限，承载力又未达到极限时，地基土平板载荷试验应取最大试验荷载的一半所对应的荷载值。

拟建场地位于肇庆市鼎湖区坑口，邻近桃园路。场地属于低山丘陵和三角洲冲积平原地貌结合部，冲积相地层发育场地，周边环境较空旷，场地现状为垃圾堆填场和鱼塘，测得钻孔标高介于3.64～5.94m，平均标高5.05m。该区域的工程地质条件是稳定的，是良好的建筑物拟建场地。经钻探揭露，场地内地层自上而下为：人工填土层（Qml）、第四系冲积层（Qal）、第四系残积层（Qel）、燕山期（γ）基岩及石炭系（C）基岩。其中第四系残积层以砂质黏土和粉质黏土为主。

2.1 载荷试验说明

根据《建筑地基基础设计规范》要求同一土层参加统计的试验点不应少于3 点[11]，本文共计选择3 个点，编号分别为S01，S02，S03，试验点的选择均得到了总图、结构专业及业主的认可。试验点的承压板均为圆形，面积为0.5m2，坑为4.0m×4.0m，试验前将试验点处的松软泥土清除，清理至原状结构土层，同时用中砂找平，其厚度不超过20mm，然后安装承压板、千斤顶、位移传感器及横梁堆重平台反力装置等，最大加载值不小于设计要求的承载力特征值的2 倍，分8 级加载和4级卸载，每级38kPa，加载设备为全自动加载。

2.2 试验成果及分析

2.2.1 试验结果

场地共计3个试验点，其中S01试验点试验累计历时960min，当加载至第7 级542kPa 时，沉降量稳定，本级沉降量为4.03mm，累计沉降量为22.38mm，继续向第8 级616kPa 加载时，荷载与沉降（p-s）曲线出现明显陡降，本级沉降量为29.42mm，累计沉降量为51.80mm，本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5 倍，沉降量与承压板宽度或直径之比≥0.06，满足试验终止条件。

S02 试验点试验累计历时840min，当加载至第6 级467kPa 时，沉降量稳定，本级沉降量为8.71mm，累计沉降量为26.88mm，继续向第7 级542kPa 加载时，荷载与沉降（p-s）曲线出现明显陡降，本级沉降量为42.68mm，累计沉降量为69.56mm，本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5 倍，沉降量与承压板宽度或直径之比≥0.06，满足试验终止条件。

S03 试验点试验累计历时840min，当加载至第6 级467kPa 时，沉降量稳定，本级沉降量为6.82mm，累计沉降量为24.10mm，继续向第7 级542kPa 加载时，荷载与沉降（p-s）曲线出现明显陡降，本级沉降量为36.21mm，累计沉降量为60.31mm，本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5 倍，沉降量与承压板宽度或直径之比≥0.06，满足试验终止条件。

原始数据整理后，得到浅层平板载荷试验汇总如表1所示，地基土浅层平板荷载-沉降（p-s）曲线见图1。

表1 浅层平板载荷试验汇总

图1 不同试验点的荷载-沉降曲线

2.2.2 成果分析

3 个试验点的p-s曲线呈缓变形，曲线上有明显的比例界线，按1.4 节中特征值的确定原则相关规定，S01比例界限为7.02mm，对应的荷载值为245kPa。该试验点在616kPa 荷载作用下的变形量超过前一级的5 倍，故取该试验荷载的前一级荷载为极限荷载，即极限荷载为542kPa，对应的沉降变形量为22.38mm，取比例界限所对应的荷载值为承载力特征值，即245kPa；
S02 比例界限为8.26mm，对应的荷载值为245kPa，该试验点在542kPa 荷载作用下的变形量超过前一级的5 倍，故取该试验荷载的前一级荷载为极限荷载，即极限荷载为467kPa，对应的沉降变形量为26.88mm，由于极限荷载小于对应比例界限荷载值的2 倍，故取极限荷载值的一半作为承载力特征值为233kPa；
S03 比例界限为8.00mm，对应的荷载值为245kPa，该试验点在542kPa荷载作用下的变形量超过前一级的5 倍，故取该试验荷载的前一级荷载为极限荷载，即极限荷载为467kPa，对应的沉降变形量为24.10mm，由于极限荷载小于对应比例界限荷载值的2 倍，故取极限荷载值的一半作为承载力特征值为233kPa。

由《建筑地基基础设计规范》可知[11]：同一土层参加统计的试验点不应少于3 点，当其极差不超过平均值的30%时，取其平均值作为该土层的地基承载力特征值。本次试验3个点的承载力特征值的极差为:245-233=12kPa，3 个 点 的 平 均 值 为 :（245+233+233）/3=237kPa，而3个试验点极差值占平均值的比例为12/237=5.06%＜30%，故取3 个点的平均值作为该场地的承载力特征值。

浅层平板载荷试验的变形模量E0可按下式计算[5]：

式中：I0——刚性承压板的形状系数，圆形承压板取0.785；
方形承压板取0.886；

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

d——承压板直径或边长，m；

p——p-s曲线线性段的压力，kPa；

s——与p对应的沉降，mm；

地基土变形模量的计算结果见表2，该场地土承载力的特征值为237kPa，变形模量为16.41MPa。

表2 地基土变形模量计算结果

本文以广东省肇庆市地区某项目为例，对砂质黏土层地基土承载力特征值进行了浅层平板载荷试验，并根据《建筑地基基础设计规范》中明确规定载荷试验成果来确定地基土承载力特征值。通过试验得出以下结论：

（1）通过试验方法确定该地基土承载力特征值为237kPa，变形模量为16.41MPa，该值可供给设计人员参考。

（2）为保证试验结果的可靠性，在今后的工程中应将浅层平板荷载试验以及其他试验方法相结合进行对比研究分析，可以更合理地选择准确而可靠的地基土承载力特征值，以降低工程造价。

（3）浅层平板载荷试验虽然是获得地基承载力特征值最可靠的方法，但是在试验过程中仍存在一些干扰因素会影响静载荷试验结果的准确性，为保证建筑物的安全，在设计过程中仍需要对所提特征值进行必要的修正。

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