地基土淺層平板載荷試驗實例分析

覃倬

（廣西壯族自治區建筑工程質量檢測中心）

前言

所謂淺層平板載荷試驗，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定沉降，直至達到地基破壞標準，由此可得到荷載（p）-沉降（s）曲線（即p-s曲線）。下面先制訂好相應檢測方案，并將結合實際案例分析該試驗方法。

1 對于淺層平板載荷試驗的檢測方案分述

1.1 檢測目的

采用淺層平板載荷試驗方法，能夠有效地判定淺部地基土層的承壓板下應力主要影響范圍內的承載力和變形參數是否滿足設計要求。

1.2 檢測依據

①設計圖紙；②《建筑地基基礎設計規范》（GB50007-2011）；③《建筑地基檢測技術規范》（JGJ340-2015）（以下簡稱《地基檢規》）；④國家和行業頒布的有關檢測規范和標準；⑤工程所在地的相關法規及標準。

1.3 檢測數量

1.3.1 淺層平板載荷試驗數量

依據《地基檢規》第4.1.4條規定：土（巖）地基載荷試驗的檢測數量應符合下列規定：

（1）每單位工程檢測具體數量是每500m2要≥1個點，且總點數不應少于3點；

（2）如果遇到重要公共建筑又或者是復雜場地的地基應該要適當增加檢測數量。

1.3.2 淺層平板載荷試驗抽樣原則

依據《地基檢規》第3.2.8條規定，驗收檢驗時，地基測試點位置的最終確定要符合下面的幾點要求：①同地基基礎類型隨機均勻分布；②由于局部巖土條件較為復雜化，將有可能對施工質量產生重要影響的部位；③在施工中凸顯出非正常情況或對質量有異議的一些部位；④設計標記為重點注意的地方；⑤要使用≥2種檢測方法的時候，要在前一種方法檢測數據結論的基礎上來選擇后一種方法的檢測位置。此外，淺層平板載荷試驗點位由設計、監理、甲方等參建方共同選定。

1.4 關于淺層平板載荷試驗的概述

1.4.1 試驗準備工作

進行試驗時，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。

載荷試驗的試坑底標高應與地基基礎設計基底標高一致，且試坑尺寸滿足要求。當設計有要求時，承壓板應設置于設計要求的受檢土層。承壓板應有足夠剛度。擬試壓的表面和承壓板之間應當用中砂漿或是粗砂漿層進行找平，其厚度不超過20mm。

試驗之前就要做好預防措施，保持試坑或試井底巖土的原狀結構和天然濕度，預防在試驗過程中，地基土發生擾動或者是地基土含水量發生改變，影響試驗效果。要注意的一點是，地下水位一定要低于試驗標高，再安裝設備，待水位恢復后或在（局部）浸水狀態下方可進行試驗。

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 試驗儀器設備

（1）反力裝置

壓重平臺安裝示意圖參照圖1所示。且反力裝置應符合下列規定：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件的變形以及強度的驗算工作；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固、均勻；④地基承受壓重平臺支墩的實際壓應力盡可能小于地基承載數值的1.5倍，如果現場地基土承載力較低時，需要進行換填處理。

圖1 堆載試驗裝置立面圖

（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；或采用并聯于千斤頂油路的壓力表或壓力傳感器測定油壓，根據千斤頂校準結果換算荷載。為保證靜載試驗測量精度，壓力傳感器的測量誤差不應大于1%，壓力表精度應優于或等于0.4級；試驗用千斤頂、油泵、油管在最大加載時的壓力不應超過規定工作壓力的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行加載的話，那就必須并聯同步才行，并且，千斤頂的規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，其安裝應符合下列規定：

①承壓板面積大于0.5m2時，應在其兩個方向對稱安置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位移測量儀表應安裝在承壓板上。承壓板上的各位移測量點距承壓板邊緣的距離應一致，宜為25～50mm；對于方形板，位移測量點應位于承壓板每邊中點；

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

圖2 堆載試驗裝置平面示意圖

1.4.3 現場檢測

淺層平板載荷試驗，應當使用慢速維持荷載的方法。

（1）試驗加卸載方式

正式試驗前宜進行預壓。預壓荷載不用太大，建議是最大加載量的5%即可，預壓時間為5min。預壓后卸載至零，測讀位移測量儀表的初始讀數或重新調整零位。試驗加卸載分級，要遵循以下幾點：

①地基土載荷試驗的分級荷載，應當是最大試驗荷載的1/8～1/12。②要分級進行加載，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卸載也要分級進行才可以，每個級別卸載量為分級的2倍左右，逐級地進行等量卸載操作；當加載等級為奇數級時，首級的取值可以是分級荷載的3倍。

④實際工作過程中，加、卸載的時候，要盡可能地讓荷載傳遞得比較連續、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）試驗加卸載步驟

試驗加載步驟應符合下列規定：

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承壓板沉降相對穩定標準：在連續2h內，每小時的沉降量應小于0.1mm；

③當承壓板沉降速率達到相對穩定標準時，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

當出現下列情況之一時，可終止加載：

①當淺層載荷試驗承壓板周邊的土出現明顯側向擠出，周邊土體出現明顯隆起；

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明顯陡降；

③在某一級荷載下，24h內沉降速率不能達到相對穩定標準；

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

⑤加載至要求的最大試驗荷載且承壓板沉降達到相對穩定標準。

1.4.4 檢測數據分析

地基承載力確定時，應繪制壓力-沉降（p-s）、沉降-時間對數（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出現本方案第4.3.3節第1、2、3款情況時，取前一級荷載值；

②出現本方案第4.3.3節第5款情況時，取最大試驗荷載。

（2）單個試驗點地基土承載力特征值的確定

單個試驗點的地基土承載力特征值確定應符合下列規定：

①當p-s曲線上有比例界限時，取該比例界限所對應的荷載值；

②對于地基土平板載荷試驗，當極限荷載小于對應比例界限的荷載值的2倍時，取極限荷載值的一半；

③出現本方案第4.3.5節第5款情況，且p-s曲線上無法確定比例界限，承載力又沒達到極限時，地基土平板載荷試驗取最大試驗荷載的一半所對應的荷載值；

④當按相對變形值確定地基承載力特征值時，可按《地基檢規》表1規定的地基變形取值確定，且所取的承載力特征值應不大于最大試驗荷載的一半。當地基土性質不確定時，對應變形值宜取0.010b；對有經驗的地區，可按當地經驗確定對應變形值。

（3）單位工程地基土承載力特征值的確定

①同一土層參加統計的試驗點應不少于3點，當試驗實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當極差超過平均值的30%時，應分析原因，結合工程實際綜合分析判別，可增加試驗點數量。

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，主體為框剪結構。工程獨立基礎底部設計持力層為泥巖：灰黃色，強風化，泥質結構，層狀構造，巖質軟，遇水易軟化，風干易裂，節理裂隙較發育，沖擊進尺慢，送水鉆進快，巖芯呈柱狀，采取率中等。

2.2 檢測概述

2.2.1 檢測目的

該工程獨立基礎底部設計持力層為泥巖，設計地基承載力特征值為350kPa，地基承載力試驗荷載700kPa，應委托方要求，檢測方采用淺層平板載荷試驗進行檢測，以確定承壓板應力影響范圍內土層的承載力是否滿足設計要求。

2.2.2 試驗儀器設備

試驗所用儀器設備有：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 抽檢數量

（1）依據《地基檢規》第4.1.4條規定及委托方要求，本次抽檢3個試驗點。

（2）抽檢試驗點基本參數見表2。

表2 淺層平板載荷試驗基本參數表

2.3 現場檢測

試驗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、主梁等構成，壓重平臺總重不少于預估最大試驗荷載的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機上進行分級率定。各級荷載根據千斤頂率定曲線、通過并聯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，分辨力優于或等于0.01mm。試驗基坑寬度不應小于承壓板寬度或直徑的3倍，應保持試驗土層的原狀結構和天然濕度，宜在試壓表面用中砂找平，其厚度不應超過20mm，支點（或錨樁）應當設置于試坑之外的位置，另外，跟承壓板邊的距離在要2m以上。整個試驗過程均按照《建筑地基檢測技術規范》（JGJ340-2015）的有關規定進行。

2.4 檢測結果與分析

2.4.1 承載力特征值的確定應符合下列規定

單個試驗點的地基土承載力特征值確定應符合下列規定：①當p-s曲線上有比例界限時，取該比例界限所對應的荷載值；②對于地基土平板載荷試驗，當極限荷載小于對應比例界限的荷載值的2倍時，取極限荷載值的一半；③出現本報告第3.4節第5款情況，且p-s曲線上無法確定比例界限，承載力又沒達到極限時，地基土平板載荷試驗取最大試驗荷載的一半所對應的荷載值；④當按相對變形值確定地基承載力特征值時，可按《地基檢規》表3規定的地基變形取值確定，且所取的承載力特征值應不大于最大試驗荷載的一半。當地基土性質不確定時，對應變形值宜取0.010b；對有經驗的地區，可按當地經驗確定對應變形值。

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 試驗過程簡述

1#試驗點，當試驗荷載加至700kPa，歷時120min觀測，承壓板沉降已達到穩定標準，其最大加載壓力，已經等于或大于設計數值的2倍，故終止加荷。此時承壓板頂的總沉降值為3.95mm，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所對應的壓力大于最大加載壓力的一半，故本試驗點的承載力特征值，實際應該是最大加載壓力的一半，即350kPa。

2#試驗點，當試驗荷載加至700kPa，歷時120min觀測，承壓板沉降已達到穩定標準，其最大加載壓力，已經等于或大于設計數值的2倍，故終止加荷。此時承壓板頂的總沉降值為3.00mm，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所對應的壓力大于最大加載壓力的一半，故本試驗點的承載力特征值，實際應該是最大加載壓力的一半，即350kPa。

3#試驗點，當試驗荷載加至700kPa，歷時360min觀測，承壓板沉降已達到穩定標準，其最大加載壓力，已經等于或大于設計數值的2倍，故終止加荷。此時承壓板頂的總沉降值為6.19mm，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所對應的壓力大于最大加載壓力的一半，故本試驗點的承載力特征值，實際應該是最大加載壓力的一半，即350kPa。

2.4.3 檢測結果（見表4）

表4 淺層平板載荷檢測結果的匯總表

2.4.4 結果分析

根據國家行業標準《地基檢規》的規定，本次所抽檢的1#、2#、3#試驗點的承載力特征值均為350kPa，滿足設計要求。

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