周恒

摘 要： 為了確保地基在載荷作用下不會(huì)引起剪切破壞，導(dǎo)致地基過(guò)度變形影響建筑物的正常使用，因此，合理確定地基的承載力非常重要。本文對(duì)常見的地基承載力原位測(cè)試方法以及理論進(jìn)行了分析。研究表明;地基土質(zhì)存在不確定性，用不同方法確定的承載力值有很大差異，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同土的工作狀態(tài)選擇不同的地基承載力確定方法。載荷試驗(yàn)適用于大部分土地基，但是需注意平板載荷試驗(yàn)的承壓板面積應(yīng)大于0.25m2，對(duì)于軟土，承壓板面積應(yīng)大于0.5m2;靜力觸探試驗(yàn)主要適用于粘性土、粉土和中等密實(shí)度以下的砂土，對(duì)于含較多碎石、礫石和很密實(shí)的砂土不適用;標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)可能液化的砂土、粉土不適用，對(duì)于粘性土而言，當(dāng)錘擊數(shù)小于17時(shí)，運(yùn)用插值法求得的地基承載力要比標(biāo)準(zhǔn)貫入經(jīng)驗(yàn)公式確定的地基承載力要小，反之則要大;理論公式對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ的精度要求較高。

關(guān)鍵詞： 工程地質(zhì)勘察;地基承載力;原位測(cè)試;理論公式

【中圖分類號(hào)】K826.16???? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A???? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）17-0008-02

1 引言

地基承載力是指在強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性可以滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，地基土承受載荷的能力[1-2]。附加應(yīng)力導(dǎo)致地基土變形并且建筑物沉降，如果土體中某個(gè)點(diǎn)的剪切應(yīng)力等于該點(diǎn)下地基土的剪切強(qiáng)度，則該點(diǎn)將達(dá)到臨界平衡，并發(fā)生剪切破壞。在確定地基的承載力時(shí)，必須滿足以下兩個(gè)條件：變形和強(qiáng)度同時(shí)滿足規(guī)范規(guī)定的要求。確定地基的承載力時(shí)應(yīng)考慮以下因素[3-4]：（1）土的物理力學(xué)性質(zhì)，地基土的物理性質(zhì)直接影響承載力。（2）地基土的堆積年代及其成因。地質(zhì)對(duì)地基工程性能的影響是顆粒組成、顆粒形狀、礦物組成，化學(xué)組成和成巖程度的函數(shù)，堆積時(shí)間越長(zhǎng)，承載力一般就越高。（3）地下水。當(dāng)?shù)叵滤仙龝r(shí)，土體的自然重度變?yōu)橛行е囟?，從而相?yīng)地降低了承載能力。此外，地下水的升降會(huì)影響地基的變形，濕陷性黃土與水接觸時(shí)會(huì)塌陷，膨脹土在失去水分時(shí)會(huì)收縮，遇水時(shí)會(huì)膨脹吧，這些都會(huì)影響承載力。（4）荷載作用方向。載荷的作用方向嚴(yán)重影響基礎(chǔ)的承載力，而傾斜載荷是不利的因素。通過(guò)上述分析可知，合理確定計(jì)算地基承載力的方法對(duì)于項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益和安全性至關(guān)重要。

2 原位測(cè)試方法

原位測(cè)試是在沒有或基本沒有干擾的情況下對(duì)土體進(jìn)行測(cè)試，以獲得土層的物理力學(xué)指標(biāo)，該測(cè)試可以在場(chǎng)地上進(jìn)行，而無(wú)需抽樣，這樣可以減少壓力，避免在運(yùn)輸過(guò)程中樣品碰撞[5]。通常用于確定地基承載力的原位測(cè)試包括現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)和靜力觸探試驗(yàn)。每種方法都有其優(yōu)勢(shì)和局限性。因此，分析每種試驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，確定適用范圍并選擇科學(xué)、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)方法非常重要。

2.1 現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)。

現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)是在剛性承壓板上施加載荷和測(cè)量設(shè)備，通過(guò)承壓板逐漸加載測(cè)量地基土的壓力和變形特性。確定地基土的承載力及其沉降值的理想方法是執(zhí)行與基礎(chǔ)大小相同的承壓板測(cè)試，但是，對(duì)于大面積的筏式和箱形基礎(chǔ)，此方法可能不切實(shí)際，因?yàn)闇y(cè)試尺寸與實(shí)際基礎(chǔ)尺寸有很大不同，并且應(yīng)力分布和破壞模式也有很大差異。為了避免試坑底部的土體受到擾動(dòng)而破壞原有的結(jié)構(gòu)，應(yīng)在承壓板下鋪小于20cm厚的中粗砂作墊層;同時(shí)，平板載荷試驗(yàn)的承壓板面積應(yīng)大于0.25m2，對(duì)于軟土，為防止在加荷過(guò)程中發(fā)生傾斜，承壓板面積應(yīng)大于0.5m2。

2.1.1 載荷試驗(yàn)確定地基承載力。

在載荷試驗(yàn)中，土體發(fā)生破壞時(shí)，沉降迅速增加，土體被側(cè)向推出。因此，如果滿足以下兩個(gè)條件中的任何一個(gè)，則在任何給定的荷載下，都被視為破壞，相應(yīng)的荷載是極限荷載：（1）承壓板周圍的土體被擠壓;（2）沉降-載荷曲線急劇下降。《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）[6]規(guī)定：載荷試驗(yàn)應(yīng)設(shè)置在典型的部位，每個(gè)場(chǎng)地至少有3個(gè)測(cè)試點(diǎn)，如果現(xiàn)場(chǎng)地基土不是均質(zhì)的，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)試點(diǎn)，每次試驗(yàn)的測(cè)量值范圍不得超過(guò)平均值的30%，平均值就是地基承載力特征值。

工程實(shí)踐表明，基礎(chǔ)的埋深、形狀和大小對(duì)地基的承載力有重要影響，載荷試驗(yàn)在特定條件下完成，試驗(yàn)結(jié)果直接用于工程實(shí)踐。在工程實(shí)踐中，通常使用經(jīng)驗(yàn)校正方法來(lái)研究實(shí)際基礎(chǔ)埋深和基礎(chǔ)寬度對(duì)基礎(chǔ)承載力的影響?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）[7]采用以下公式進(jìn)行地基承載力的修正：

2.1.2 載荷試驗(yàn)存在的問(wèn)題

載荷試驗(yàn)被認(rèn)為是測(cè)試地基承載力的最可靠方法，但是由于成本高昂，存在如下問(wèn)題：

（1）測(cè)點(diǎn)問(wèn)題。測(cè)試位置選擇仍然存在隨機(jī)性，無(wú)法準(zhǔn)確評(píng)估項(xiàng)目的施工質(zhì)量，并且在代表性場(chǎng)地中選擇適當(dāng)數(shù)量的測(cè)量點(diǎn)來(lái)突出關(guān)鍵點(diǎn)并反映項(xiàng)目的整體質(zhì)量水平很重要。

（2）承壓板剛度問(wèn)題。未能選擇合理的承壓板剛度會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性和實(shí)際結(jié)構(gòu)模擬的合理性。

（3）地基的尺寸效應(yīng)，承壓板的面積通常比實(shí)際地基的面積小得多。在剛性承壓板邊緣的下方，地基土體的塑性區(qū)域很容易發(fā)展并形成連續(xù)的滑動(dòng)表面，從而導(dǎo)致破壞。因此，載荷試驗(yàn)的影響范圍小于對(duì)實(shí)際基礎(chǔ)對(duì)深度的影響范圍，并且測(cè)得的極限承載力小于地基的實(shí)際承載力。

（4）測(cè)試加載速率與施工速度不匹配。施工過(guò)程是分階段的加載過(guò)程，此過(guò)程非常緩慢，并且與加載測(cè)試機(jī)制完全不同。與建筑施工荷載相比，載荷試驗(yàn)對(duì)地基土有一定“沖擊效應(yīng)”。

（5）土層的分布通常沿深度不同，此時(shí)載荷試驗(yàn)將受到限制。

（6）設(shè)備較重、技術(shù)要求、測(cè)試周期長(zhǎng)，在地基處理過(guò)程中無(wú)法檢查施工質(zhì)量，無(wú)法綜合評(píng)價(jià)地基處理的效果。

可以看出，上述差異不可避免地引起測(cè)試值與地基承載力的實(shí)際值之間的偏差。

2.2 靜力觸探試驗(yàn)。

靜力觸探試主要適用于粘性土、粉土和中等密實(shí)度以下的砂土，對(duì)于含較多碎石、礫石和很密實(shí)的砂土不適用[6]。

由于探頭的阻力直接反映了土的強(qiáng)度，因此貫入阻力ps通常與地基承載力的特性值有關(guān)，可以根據(jù)貫入阻力確定計(jì)地基承載力特征值。靜力觸探技術(shù)具有高精度、經(jīng)濟(jì)性和連續(xù)性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于地層巖性變化很大的復(fù)雜地區(qū)和難以獲得原狀土樣的飽和砂土和的軟粘土地基的勘察。

2.2.1 靜力觸探的經(jīng)驗(yàn)公式

使用靜力觸探試驗(yàn)確定地基的承載力會(huì)導(dǎo)致土體在沒有壓密的情況下就發(fā)生剪切破壞。當(dāng)使用靜力觸探試驗(yàn)確定地基的承載力時(shí)，應(yīng)仔細(xì)考慮土體質(zhì)量差異的影響。根據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第4版）[8]，使用靜力觸探確定地基承載力的經(jīng)驗(yàn)公式為：

2.2.2 靜力觸探試驗(yàn)存在的問(wèn)題。

靜力觸探試驗(yàn)成功應(yīng)用受到工程勘察界的廣泛關(guān)注，靜力觸探具有探查和測(cè)試能力強(qiáng)、連續(xù)、高速、高效、多功能、測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)。但是，靜力觸探試驗(yàn)也有一些主要局限性：

（1）作為一種測(cè)試手段，靜力觸探只能通過(guò)直接作用于土層來(lái)描述土的性狀。

（2）在施工過(guò)程中，土體應(yīng)力條件很復(fù)雜，只能測(cè)量貫入阻力，這是一個(gè)綜合指標(biāo)，但不能測(cè)量某些物理參數(shù)，例如密度、壓縮模量和抗剪強(qiáng)度。

（3）很難貫入碎石類土的土體，并且經(jīng)常有必要將鉆探結(jié)合起來(lái)完成勘測(cè)任務(wù)。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是使用錘擊的動(dòng)能（錘重63.5kg±0.5kg，落距76cm±2cm）將特定規(guī)格的貫入器打入土體中，根據(jù)貫入阻力來(lái)區(qū)分土層變化和工程特性的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法。貫入阻力用貫入器穿透土壤30cm的錘擊數(shù)N來(lái)表示，稱為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。除砂土外，還可用于粘土和軟巖，貫入器可以攜帶受干擾的土樣來(lái)進(jìn)行相關(guān)的室內(nèi)測(cè)試。

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)公式。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)可能液化的砂土、粉土不適用，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)之前，需要判別土體液化的可能性。在工程實(shí)踐中，通過(guò)大量標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)積累更多的測(cè)試數(shù)據(jù)以及在貫入測(cè)試結(jié)果與強(qiáng)度之間找到更可靠的關(guān)系是非常有意義的。根據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第4版）[8]，地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入數(shù)確定的，可以按照下式計(jì)算：

此外，對(duì)于粘性土而言，可以根據(jù)錘擊數(shù)查表采用插值法進(jìn)行地基承載力的估算，見表1所示。插值法與標(biāo)準(zhǔn)貫入經(jīng)驗(yàn)公式的比較見圖1所示，從圖中可以知道，當(dāng)N小于17時(shí)，運(yùn)用插值法求得的地基承載力要比標(biāo)準(zhǔn)貫入經(jīng)驗(yàn)公式確定的地基承載力要小，反之則要大。

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)存在的問(wèn)題。

使用標(biāo)準(zhǔn)貫入測(cè)試結(jié)果時(shí)，應(yīng)該注意以下問(wèn)題：

（1）有許多因素會(huì)影響標(biāo)準(zhǔn)貫擊數(shù)，這可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)較大差異，并可能導(dǎo)致承載力取值出現(xiàn)偏差，測(cè)試重現(xiàn)性很差。

（2）工程應(yīng)用中不能僅基于單個(gè)孔的標(biāo)準(zhǔn)貫擊數(shù)來(lái)確定設(shè)計(jì)參數(shù)。

3 理論公式

根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011）[7]可知，可以根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)確定地基承載力特征值，可按下式計(jì)算：

使用公式（4）計(jì)算地基的承載力對(duì)c和φ的精度要求較高，并且試驗(yàn)方法必須與土的性狀相適應(yīng)。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析表明，地基土質(zhì)存在不確定性，用不同方法確定的承載力值有很大差異，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同土的工作狀態(tài)選擇不同的地基承載力確定方法。載荷試驗(yàn)適用于大部分土地基，但是需注意平板載荷試驗(yàn)的承壓板面積應(yīng)大于0.25m2，對(duì)于軟土，為防止在加載過(guò)程中發(fā)生傾斜，承壓板面積應(yīng)大于0.5m2;靜力觸探試驗(yàn)主要適用于粘性土、粉土和中等密實(shí)度以下的砂土，對(duì)于含較多碎石、礫石和很密實(shí)的砂土不適用;標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)可能液化的砂土、粉土不適用;理論公式對(duì)抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ的精度要求較高。

參考文獻(xiàn)

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[7] 《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50007-2011），中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[8] 《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第4版），中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1992.