覃倬

（廣西壯族自治區(qū)建筑工程質(zhì)量檢測中心）

前言

所謂淺層平板載荷試驗(yàn)，就是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，逐級增加荷載，并測得每一級荷載下的穩(wěn)定沉降，直至達(dá)到地基破壞標(biāo)準(zhǔn)，由此可得到荷載（p）-沉降（s）曲線（即p-s曲線）。下面先制訂好相應(yīng)檢測方案，并將結(jié)合實(shí)際案例分析該試驗(yàn)方法。

1 對于淺層平板載荷試驗(yàn)的檢測方案分述

1.1 檢測目的

采用淺層平板載荷試驗(yàn)方法，能夠有效地判定淺部地基土層的承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)的承載力和變形參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求。

1.2 檢測依據(jù)

①設(shè)計(jì)圖紙；②《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）；③《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ340-2015）（以下簡稱《地基檢規(guī)》）；④國家和行業(yè)頒布的有關(guān)檢測規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)；⑤工程所在地的相關(guān)法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 檢測數(shù)量

1.3.1 淺層平板載荷試驗(yàn)數(shù)量

依據(jù)《地基檢規(guī)》第4.1.4條規(guī)定：土（巖）地基載荷試驗(yàn)的檢測數(shù)量應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）每單位工程檢測具體數(shù)量是每500m2要≥1個點(diǎn)，且總點(diǎn)數(shù)不應(yīng)少于3點(diǎn)；

（2）如果遇到重要公共建筑又或者是復(fù)雜場地的地基應(yīng)該要適當(dāng)增加檢測數(shù)量。

1.3.2 淺層平板載荷試驗(yàn)抽樣原則

依據(jù)《地基檢規(guī)》第3.2.8條規(guī)定，驗(yàn)收檢驗(yàn)時，地基測試點(diǎn)位置的最終確定要符合下面的幾點(diǎn)要求：①同地基基礎(chǔ)類型隨機(jī)均勻分布；②由于局部巖土條件較為復(fù)雜化，將有可能對施工質(zhì)量產(chǎn)生重要影響的部位；③在施工中凸顯出非正常情況或?qū)|(zhì)量有異議的一些部位；④設(shè)計(jì)標(biāo)記為重點(diǎn)注意的地方；⑤要使用≥2種檢測方法的時候，要在前一種方法檢測數(shù)據(jù)結(jié)論的基礎(chǔ)上來選擇后一種方法的檢測位置。此外，淺層平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)位由設(shè)計(jì)、監(jiān)理、甲方等參建方共同選定。

1.4 關(guān)于淺層平板載荷試驗(yàn)的概述

1.4.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備工作

進(jìn)行試驗(yàn)時，其承壓板可采用圓形、正方形鋼板或鋼筋混凝土板，承壓板面積要等于或大于0.25m2。

載荷試驗(yàn)的試坑底標(biāo)高應(yīng)與地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基底標(biāo)高一致，且試坑尺寸滿足要求。當(dāng)設(shè)計(jì)有要求時，承壓板應(yīng)設(shè)置于設(shè)計(jì)要求的受檢土層。承壓板應(yīng)有足夠剛度。擬試壓的表面和承壓板之間應(yīng)當(dāng)用中砂漿或是粗砂漿層進(jìn)行找平，其厚度不超過20mm。

試驗(yàn)之前就要做好預(yù)防措施，保持試坑或試井底巖土的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度，預(yù)防在試驗(yàn)過程中，地基土發(fā)生擾動或者是地基土含水量發(fā)生改變，影響試驗(yàn)效果。要注意的一點(diǎn)是，地下水位一定要低于試驗(yàn)標(biāo)高，再安裝設(shè)備，待水位恢復(fù)后或在（局部）浸水狀態(tài)下方可進(jìn)行試驗(yàn)。

另外，要保證試坑的直徑（或者是寬度）要等于或大于承壓板的直徑（或者是邊寬）的3倍。

1.4.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

（1）反力裝置

壓重平臺安裝示意圖參照圖1所示。且反力裝置應(yīng)符合下列規(guī)定：①加載反力裝置可以輸出的反力必須要等于或大于最大加載量的1.2倍；②必須要做加載反力裝置中一些主要受力構(gòu)件的變形以及強(qiáng)度的驗(yàn)算工作；③要在檢測前一次性地加足壓重，而且在放置于平臺上的時候要注意穩(wěn)固、均勻；④地基承受壓重平臺支墩的實(shí)際壓應(yīng)力盡可能小于地基承載數(shù)值的1.5倍，如果現(xiàn)場地基土承載力較低時，需要進(jìn)行換填處理。

圖1 堆載試驗(yàn)裝置立面圖

（2）荷載測量裝置

荷載測量可用放置在千斤頂上的荷重傳感器直接測定；或采用并聯(lián)于千斤頂油路的壓力表或壓力傳感器測定油壓，根據(jù)千斤頂校準(zhǔn)結(jié)果換算荷載。為保證靜載試驗(yàn)測量精度，壓力傳感器的測量誤差不應(yīng)大于1%，壓力表精度應(yīng)優(yōu)于或等于0.4級；試驗(yàn)用千斤頂、油泵、油管在最大加載時的壓力不應(yīng)超過規(guī)定工作壓力的80%；荷重傳感器、千斤頂、壓力表或壓力傳感器的量程不應(yīng)大于最大加載量的3.0倍，且要等于或大于最大加載量1.2倍。試驗(yàn)加載宜采用油壓千斤頂，多臺千斤頂形成合力中心、承壓板中心要在同一鉛垂線上。如果使用多臺千斤頂進(jìn)行加載的話，那就必須并聯(lián)同步才行，并且，千斤頂?shù)囊?guī)格以及型號要保持一致。

（3）沉降測量裝置

承壓板與沉降觀測裝置設(shè)置示意圖詳見圖2所示，沉降測量宜采用位移傳感器或大量程百分表，其安裝應(yīng)符合下列規(guī)定：

①承壓板面積大于0.5m2時，應(yīng)在其兩個方向?qū)ΨQ安置4個位移測量儀表，承壓板面積小于等于0.5m2時，可對稱安置2個位移測量儀表；

②位移測量儀表應(yīng)安裝在承壓板上。承壓板上的各位移測量點(diǎn)距承壓板邊緣的距離應(yīng)一致，宜為25～50mm；對于方形板，位移測量點(diǎn)應(yīng)位于承壓板每邊中點(diǎn)；

③固定和支撐位移測量儀表的夾具及基準(zhǔn)梁應(yīng)避免氣溫、振動及其他外界因素的影響。

圖2 堆載試驗(yàn)裝置平面示意圖

1.4.3 現(xiàn)場檢測

淺層平板載荷試驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)使用慢速維持荷載的方法。

（1）試驗(yàn)加卸載方式

正式試驗(yàn)前宜進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓荷載不用太大，建議是最大加載量的5%即可，預(yù)壓時間為5min。預(yù)壓后卸載至零，測讀位移測量儀表的初始讀數(shù)或重新調(diào)整零位。試驗(yàn)加卸載分級，要遵循以下幾點(diǎn)：

①地基土載荷試驗(yàn)的分級荷載，應(yīng)當(dāng)是最大試驗(yàn)荷載的1/8～1/12。②要分級進(jìn)行加載，而且要采取逐級等量加載的方式，首級的取值可以是分級荷載的2倍。

③卸載也要分級進(jìn)行才可以，每個級別卸載量為分級的2倍左右，逐級地進(jìn)行等量卸載操作；當(dāng)加載等級為奇數(shù)級時，首級的取值可以是分級荷載的3倍。

④實(shí)際工作過程中，加、卸載的時候，要盡可能地讓荷載傳遞得比較連續(xù)、均勻和無沖擊，每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過該級增減量的±10%。

（2）試驗(yàn)加卸載步驟

試驗(yàn)加載步驟應(yīng)符合下列規(guī)定：

①每級荷載施加后按第 10min、20min、30min、45min、60min 測讀承壓板的沉降量，以后為每隔半小時測讀一次；

②承壓板沉降相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：在連續(xù)2h內(nèi)，每小時的沉降量應(yīng)小于0.1mm；

③當(dāng)承壓板沉降速率達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時，再施加下一級荷載；

④卸載時，每級荷載維持1h，按第10min、30min、60min測讀承壓板沉降量；卸載至零后，應(yīng)測讀承壓板殘余沉降量，維持時間為3h。測讀時間為第 10min、30min、60min、120min、180min。

（3）終止加載條件

當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時，可終止加載：

①當(dāng)淺層載荷試驗(yàn)承壓板周邊的土出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出，周邊土體出現(xiàn)明顯隆起；

②本級荷載的沉降量大于前級荷載沉降量的5倍，荷載與沉降曲線出現(xiàn)明顯陡降；

③在某一級荷載下，24h內(nèi)沉降速率不能達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；

④淺層平板載荷試驗(yàn)的累計(jì)沉降量已大于等于承壓板邊寬或直徑的6%或累計(jì)沉降量大于等于150mm；

⑤加載至要求的最大試驗(yàn)荷載且承壓板沉降達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。

1.4.4 檢測數(shù)據(jù)分析

地基承載力確定時，應(yīng)繪制壓力-沉降（p-s）、沉降-時間對數(shù)（s-lgt）曲線，必要時可繪制其他輔助分析曲線。

（1）地基土極限荷載的確定

地基極限荷載可按下列方法分析確定：

①出現(xiàn)本方案第4.3.3節(jié)第1、2、3款情況時，取前一級荷載值；

②出現(xiàn)本方案第4.3.3節(jié)第5款情況時，取最大試驗(yàn)荷載。

（2）單個試驗(yàn)點(diǎn)地基土承載力特征值的確定

單個試驗(yàn)點(diǎn)的地基土承載力特征值確定應(yīng)符合下列規(guī)定：

①當(dāng)p-s曲線上有比例界限時，取該比例界限所對應(yīng)的荷載值；

②對于地基土平板載荷試驗(yàn)，當(dāng)極限荷載小于對應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時，取極限荷載值的一半；

③出現(xiàn)本方案第4.3.5節(jié)第5款情況，且p-s曲線上無法確定比例界限，承載力又沒達(dá)到極限時，地基土平板載荷試驗(yàn)取最大試驗(yàn)荷載的一半所對應(yīng)的荷載值；

④當(dāng)按相對變形值確定地基承載力特征值時，可按《地基檢規(guī)》表1規(guī)定的地基變形取值確定，且所取的承載力特征值應(yīng)不大于最大試驗(yàn)荷載的一半。當(dāng)?shù)鼗列再|(zhì)不確定時，對應(yīng)變形值宜取0.010b；對有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定對應(yīng)變形值。

（3）單位工程地基土承載力特征值的確定

①同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)不少于3點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)實(shí)測值的極差不超過其平均值的30%時，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值fak；

②當(dāng)極差超過平均值的30%時，應(yīng)分析原因，結(jié)合工程實(shí)際綜合分析判別，可增加試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)量。

表1 按相對變形值確定天然地基及人工地基承載力特征值

2 工程實(shí)際案例分析

2.1 工程概況

某工程地上為12層，主體為框剪結(jié)構(gòu)。工程獨(dú)立基礎(chǔ)底部設(shè)計(jì)持力層為泥巖：灰黃色，強(qiáng)風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，巖質(zhì)軟，遇水易軟化，風(fēng)干易裂，節(jié)理裂隙較發(fā)育，沖擊進(jìn)尺慢，送水鉆進(jìn)快，巖芯呈柱狀，采取率中等。

2.2 檢測概述

2.2.1 檢測目的

該工程獨(dú)立基礎(chǔ)底部設(shè)計(jì)持力層為泥巖，設(shè)計(jì)地基承載力特征值為350kPa，地基承載力試驗(yàn)荷載700kPa，應(yīng)委托方要求，檢測方采用淺層平板載荷試驗(yàn)進(jìn)行檢測，以確定承壓板應(yīng)力影響范圍內(nèi)土層的承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備

試驗(yàn)所用儀器設(shè)備有：千斤頂2個；靜載荷測試儀（壓力傳感器）2個；靜載荷測試儀（位移傳感器）4個。

2.2.3 抽檢數(shù)量

（1）依據(jù)《地基檢規(guī)》第4.1.4條規(guī)定及委托方要求，本次抽檢3個試驗(yàn)點(diǎn)。

（2）抽檢試驗(yàn)點(diǎn)基本參數(shù)見表2。

表2 淺層平板載荷試驗(yàn)基本參數(shù)表

2.3 現(xiàn)場檢測

試驗(yàn)加載是以壓重平臺作為反力裝置，壓重平臺由混凝土配重塊、次梁、主梁等構(gòu)成，壓重平臺總重不少于預(yù)估最大試驗(yàn)荷載的1.2倍，由千斤頂逐級加載，千斤頂、油泵、壓力傳感器連接在壓力試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行分級率定。各級荷載根據(jù)千斤頂率定曲線、通過并聯(lián)于千斤頂油路的壓力傳感器量測。采用承壓面積為0.5m2（邊長為708mm的正方形板）的剛性板作為承載板，在承壓板上對稱安置2個位移傳感器觀測承壓板頂沉降，位移傳感器測量誤差不大于0.1%FS，分辨力優(yōu)于或等于0.01mm。試驗(yàn)基坑寬度不應(yīng)小于承壓板寬度或直徑的3倍，應(yīng)保持試驗(yàn)土層的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度，宜在試壓表面用中砂找平，其厚度不應(yīng)超過20mm，支點(diǎn)（或錨樁）應(yīng)當(dāng)設(shè)置于試坑之外的位置，另外，跟承壓板邊的距離在要2m以上。整個試驗(yàn)過程均按照《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ340-2015）的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

2.4 檢測結(jié)果與分析

2.4.1 承載力特征值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定

單個試驗(yàn)點(diǎn)的地基土承載力特征值確定應(yīng)符合下列規(guī)定：①當(dāng)p-s曲線上有比例界限時，取該比例界限所對應(yīng)的荷載值；②對于地基土平板載荷試驗(yàn)，當(dāng)極限荷載小于對應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時，取極限荷載值的一半；③出現(xiàn)本報告第3.4節(jié)第5款情況，且p-s曲線上無法確定比例界限，承載力又沒達(dá)到極限時，地基土平板載荷試驗(yàn)取最大試驗(yàn)荷載的一半所對應(yīng)的荷載值；④當(dāng)按相對變形值確定地基承載力特征值時，可按《地基檢規(guī)》表3規(guī)定的地基變形取值確定，且所取的承載力特征值應(yīng)不大于最大試驗(yàn)荷載的一半。當(dāng)?shù)鼗列再|(zhì)不確定時，對應(yīng)變形值宜取0.010b；對有經(jīng)驗(yàn)的地區(qū)，可按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)確定對應(yīng)變形值。

表3 按相對變形值確定天然地基及人工地基承載力特征值

2.4.2 試驗(yàn)過程簡述

1#試驗(yàn)點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)荷載加至700kPa，歷時120min觀測，承壓板沉降已達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，其最大加載壓力，已經(jīng)等于或大于設(shè)計(jì)數(shù)值的2倍，故終止加荷。此時承壓板頂?shù)目偝两抵禐?.95mm，然后分級卸荷至零，承壓板頂回彈值為1.99mm，殘余沉降值為1.96mm。壓力-沉降曲線為緩變型曲線，s/b等于0.01所對應(yīng)的壓力大于最大加載壓力的一半，故本試驗(yàn)點(diǎn)的承載力特征值，實(shí)際應(yīng)該是最大加載壓力的一半，即350kPa。

2#試驗(yàn)點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)荷載加至700kPa，歷時120min觀測，承壓板沉降已達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，其最大加載壓力，已經(jīng)等于或大于設(shè)計(jì)數(shù)值的2倍，故終止加荷。此時承壓板頂?shù)目偝两抵禐?.00mm，然后分級卸荷至零，回彈值為1.42mm，殘余沉降值為1.58mm。壓力-沉降曲線為緩變型曲線，s/b等于0.01所對應(yīng)的壓力大于最大加載壓力的一半，故本試驗(yàn)點(diǎn)的承載力特征值，實(shí)際應(yīng)該是最大加載壓力的一半，即350kPa。

3#試驗(yàn)點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)荷載加至700kPa，歷時360min觀測，承壓板沉降已達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，其最大加載壓力，已經(jīng)等于或大于設(shè)計(jì)數(shù)值的2倍，故終止加荷。此時承壓板頂?shù)目偝两抵禐?.19mm，然后分級卸荷至零，承壓板頂回彈值為3.42mm，殘余沉降值為2.77mm。壓力-沉降曲線為緩變型曲線，s/b等于0.01所對應(yīng)的壓力大于最大加載壓力的一半，故本試驗(yàn)點(diǎn)的承載力特征值，實(shí)際應(yīng)該是最大加載壓力的一半，即350kPa。

2.4.3 檢測結(jié)果（見表4）

表4 淺層平板載荷檢測結(jié)果的匯總表

2.4.4 結(jié)果分析

根據(jù)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《地基檢規(guī)》的規(guī)定，本次所抽檢的1#、2#、3#試驗(yàn)點(diǎn)的承載力特征值均為350kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

[1]《建筑地基檢測技術(shù)規(guī)范》（JGJ340-2015）.

[2]汪智慧.地基土的超固結(jié)特性對淺層平板載荷試驗(yàn)的影響[J].沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2017（02）.

[3]王毅紅，高磊，白濤，肖麗麗，關(guān)宏潔.標(biāo)準(zhǔn)貫入與砂土地基承載力關(guān)系的試驗(yàn)研究[J].四川建筑科學(xué)研究，2010（03）.

[4]辛明靜.淺層平板載荷試驗(yàn)影響因素研究[D].蘭州大學(xué)，2013.

[5]李雪萍，程祖峰，李娟，徐光兵.淺層平板載荷試驗(yàn)確定承載力特征值淺析[J].河北工程大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2014（02）.