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        層平板載荷試驗(yàn)在確定某工程地基承載力中的應(yīng)用

        2016-12-02 13:02:31陳康太

        陳康太

        (浙江山川有色勘察設(shè)計(jì)有限公司,浙江 紹興 312000)

        層平板載荷試驗(yàn)在確定某工程地基承載力中的應(yīng)用

        陳康太

        (浙江山川有色勘察設(shè)計(jì)有限公司,浙江 紹興 312000)

        當(dāng)勘察單位提供的淺部土層地基承載力特征值存有較大爭議時(shí),可應(yīng)用淺層平板載荷試驗(yàn)來確定或驗(yàn)證其地基承載力特征值。文章根據(jù)具體工程實(shí)例,介紹了淺層平板載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)要求、試驗(yàn)方法,并通過分析淺層平板載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)成果,確定了淺部土層的地基承載力特征值及其地基變形模量,為工程建設(shè)及安全使用提供質(zhì)量保障。

        淺層平板載荷試驗(yàn);全風(fēng)化土;地基承載力特征值;勘察;淺基礎(chǔ)

        【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.07.012

        1 引言

        在巖土工程勘察報(bào)告中提供的地基承載力特征值是重要的設(shè)計(jì)參數(shù),其數(shù)值大小會影響擬建建筑物基礎(chǔ)型式、基礎(chǔ)持力層的選用、能否直接采用淺基礎(chǔ)、工程安全以及工程造價(jià)等一系列問題,因此,地基承載力的大小是各相關(guān)單位都關(guān)注的問題。雖然地基承載力可由理論公式計(jì)算法、規(guī)范表格法、地區(qū)經(jīng)驗(yàn)法及原位測試(載荷板試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、旁壓試驗(yàn)等)等方法來確定,但每種方法得出的地基承載力均不盡相同,這給地基設(shè)計(jì)帶來了一定的困擾。但經(jīng)過多年的發(fā)展,載荷板試驗(yàn)法是現(xiàn)行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同的直觀、準(zhǔn)確、可靠的測定地基承載力的方法,其中的淺層平板載荷試驗(yàn)適合測定地表淺層地基承載力和變形特征[1]。如浙江山川有色勘察設(shè)計(jì)有限公司勘察的紹興新昌的某工程,因該公司依據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)法提供的淺基礎(chǔ)持力層全風(fēng)化土層的地基承載力特征值與建設(shè)單位期許的數(shù)值相差較大,從工程造價(jià)、工程質(zhì)量及使用安全等多角度考慮,最后雙方均同意采用淺層平板載荷試驗(yàn)來確定其地基承載力特征值。

        2 工程實(shí)例

        2.1 工程概況

        擬建場地位于新昌縣西北側(cè)的山頂平臺上,總用地面積120 000m2,總建筑面積138 000m2,主要由78幢3~4層的類別墅及整個(gè)場地聯(lián)通的地下車庫組成,框架結(jié)構(gòu),單柱荷載1500~3000kN/柱,各建筑物擬采用淺基礎(chǔ)。場地現(xiàn)狀標(biāo)高145~146.5m,地下車庫基礎(chǔ)底標(biāo)高143.0m,整個(gè)場地基礎(chǔ)底標(biāo)高143.0m以上的土層全部挖除。

        受新昌某建設(shè)單位的委托,工程場地勘察設(shè)計(jì)有限公司對該場地進(jìn)行了詳細(xì)勘察工作,并提交了完整的詳細(xì)勘察報(bào)告。當(dāng)建設(shè)單位收到勘察報(bào)告1周后,希望勘察設(shè)計(jì)公司把淺基礎(chǔ)持力層③號黏土(全風(fēng)化土)的地基承載力特征值從160kPa提高到240kPa,最后,雙方?jīng)Q定采用淺層平板載荷試驗(yàn)測定其地基承載力特征值,共試驗(yàn)6個(gè)點(diǎn)。

        2.2 工程地質(zhì)概況

        擬建場地屬剝蝕丘陵地貌,場地現(xiàn)狀標(biāo)高145~146.5m,場地內(nèi)地形較平坦,場地征地紅線以外為30~50°的山坡。場地在15.0m深度范圍內(nèi)按成因類型及物理力學(xué)性質(zhì)可分為4個(gè)工程地質(zhì)層,主要地基土物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。其工程地質(zhì)特征自上而下是:

        表1 地基土物理力學(xué)指標(biāo)設(shè)計(jì)參數(shù)表

        ①黏土(坡積土)(Q3dl):黃灰色,硬可塑狀,高壓縮性,成分以黏粒、粉粒為主,具鐵錳質(zhì)渲染。層厚0.50~1.00m。

        ②黏土(殘積土)(Q3el):灰黃、磚紅色,硬可塑狀,高壓縮性,成分以黏粒、粉粒為主,具鐵錳質(zhì)渲染。層厚1.00~1.50m。

        ③黏土(全風(fēng)化土)(N2):紫灰色,硬可塑狀,高壓縮性,為玄武巖全風(fēng)化形成,主要風(fēng)化成黏土。層厚8.00~12.50m,埋深約2.00~2.90m。

        ④-1強(qiáng)風(fēng)化玄武巖(N2S):黑、墨綠色,巖性為玄武巖,屬巖漿巖,第三系形成,巖芯呈碎塊狀,含少量短柱狀,RQD值低,巖石裂隙發(fā)育強(qiáng)烈,含杏仁狀氣孔構(gòu)造。

        ④-2中風(fēng)化玄武巖(N2S):黑、墨綠色,巖性為玄武巖,屬巖漿巖,第三系形成,巖石構(gòu)造節(jié)理呈垂直狀,巖芯以5~ 30cm柱狀為主,含杏仁狀氣孔構(gòu)造,巖石為堅(jiān)硬巖。

        2.3 水文地質(zhì)概況

        場地位于山頂平臺上,周邊為山坡,排水條件較好。山頂平臺上無水塘分布,地下水主要為基巖裂隙水和孔隙潛水,其水量均較小,水位一般在 6.20~9.60m之間 (標(biāo)高136.5~139.2m),地下水以雨水補(bǔ)給為主,水位變化幅度約1.0m,基礎(chǔ)位于地下水位以上,基礎(chǔ)以上土層均為不透水層。

        2.4 淺層平板載荷試驗(yàn)概況

        2.4.1 試驗(yàn)要求

        1)要求整個(gè)場地進(jìn)行6個(gè)淺層平板載荷試驗(yàn)點(diǎn),其具體位置由勘察單位隨機(jī)選定,總體上要求試驗(yàn)點(diǎn)覆蓋整個(gè)場地;

        2)要求加載分級為12級,加載方式采用慢速維持荷載法;

        3)要求試驗(yàn)點(diǎn)的深度位于③號層,試坑開挖中應(yīng)保持被測處③號層的原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度及坑底平整,試驗(yàn)標(biāo)高處的試坑的長度、寬度應(yīng)不小于3倍的承壓板尺寸;

        4)要求選用方形剛性承壓板,其規(guī)格為1m×1m;

        5)要求各試驗(yàn)點(diǎn)按最大試壓荷載480kPa試壓;

        6)要求確定③號黏土(全風(fēng)化土)層的地基承載力特征值及各試驗(yàn)點(diǎn)地基變形模量;

        7)試驗(yàn)須按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007—2011)附錄C的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

        2.4.2 試驗(yàn)設(shè)備

        試驗(yàn)采用堆載法,堆載材料為現(xiàn)場挖的泥土;試驗(yàn)承壓板規(guī)格為1m×1m的厚鋼板;加壓壓力由置于試驗(yàn)點(diǎn)頂部的一個(gè)100t油壓千斤頂通過手動油泵加壓,用聯(lián)接于油壓千斤頂和手動油泵油路上壓力表測量油路壓強(qiáng),再根據(jù)壓強(qiáng)值和千斤頂壓強(qiáng)-壓力率定表轉(zhuǎn)換為試驗(yàn)點(diǎn)處的壓力值;沉降量由4個(gè)50mm量程百分表測定,測試結(jié)果由人工進(jìn)行記錄。

        2.4.3 試驗(yàn)點(diǎn)地基承載力特征值的確定方法[2]

        1)當(dāng)P-s曲線上有比例界限P0時(shí),取該比例界限P0所對應(yīng)的荷載值;

        2)當(dāng)極限荷載PU小于對應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時(shí),取極限荷載值的一半;

        3)參與統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)點(diǎn),各試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測的地基承載力特征值的極差不得超過其平均值的30%時(shí),取此平均值作為場地地基承載力特征值。

        2.5 淺層平板載荷試驗(yàn)成果分析

        場地淺層平板載荷試驗(yàn)針對③號黏土(全風(fēng)化土)層進(jìn)行,共隨機(jī)選定6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn),均按最大試壓荷載480kPa試壓,加載等級分12級,加載方式采用慢速維持荷載法。根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的1#、2#、3#、4#、5#、6#試驗(yàn)點(diǎn)的荷載-沉降曲線(P-s曲線)見圖1。

        圖1 1#~6#試驗(yàn)點(diǎn)P-S曲線圖

        1)根據(jù)1#~6#各試驗(yàn)點(diǎn)荷載-沉降曲線(以下簡稱P-s曲線),分析確定各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基承載力特征值

        1#試驗(yàn)點(diǎn):從該點(diǎn)P-s曲線可以看出,P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系(即P-s曲線第一拐點(diǎn)處)時(shí)對應(yīng)的沉降量為6.68mm,相對應(yīng)的比例界限荷載值PU為200kPa;當(dāng)加到最大荷載480kPa時(shí),可以看出地基發(fā)生了整體剪切破壞,其沉降量已達(dá)69.91mm,其總沉降量與承壓板寬度之比(以下簡稱s/d)超過0.06,其前一級荷載440kPa即為極限荷載PU(即P-s曲線第二拐點(diǎn)處),PU處沉降量為34.71mm;根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定,地基承載力特征值取比例界限對應(yīng)的荷載值P0,即取200kPa。

        2#試驗(yàn)點(diǎn):從該點(diǎn)P-s曲線可以看出,P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系(即P-s曲線第一拐點(diǎn)處)時(shí)對應(yīng)的沉降量為7.63mm,相對應(yīng)的比例界限荷載值P0為240kPa;當(dāng)加到最大荷載480kPa時(shí),地基未發(fā)生整體剪切破壞,其沉降量為35.21mm;根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定,地基承載力特征值取比例界限對應(yīng)的荷載值P0,即取240kPa。

        3#試驗(yàn)點(diǎn):從該點(diǎn)P-s曲線可以看出,P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系(即P-s曲線第一拐點(diǎn)處)時(shí)對應(yīng)的沉降量為7.38mm,相對應(yīng)的比例界限荷載值P0為200kPa;當(dāng)加到最大荷載480kPa時(shí),地基未發(fā)生整體剪切破壞,其沉降量為36.81mm;根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定,地基承載力特征值取比例界限對應(yīng)的荷載值P0,即取200kPa。

        4#試驗(yàn)點(diǎn):從該點(diǎn)P-s曲線可以看出,P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系(即P-s曲線第一拐點(diǎn)處)時(shí)對應(yīng)的沉降量為5.05mm,相對應(yīng)的比例界限荷載值P0為200kPa;當(dāng)加到最大荷載480kPa時(shí),地基未發(fā)生整體剪切破壞,其沉降量為31.17mm;根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定,地基承載力特征值取比例界限對應(yīng)的荷載值P0,即取200kPa。

        5#試驗(yàn)點(diǎn):從該點(diǎn)P-s曲線可以看出,P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系(即P-s曲線第一拐點(diǎn)處)時(shí)對應(yīng)的沉降量為6.47mm,相對應(yīng)的比例界限荷載值P0為160kPa;當(dāng)加到最大荷載480kPa時(shí),可以看出地基發(fā)生了整體剪切破壞,其沉降量已達(dá)71.12mm,其s/d超過0.06,其前一級荷載440kPa即為極限荷載PU(即P-s曲線第二拐點(diǎn)處),PU處沉降量為43.55mm;根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定,地基

        承載力特征值取比例界限對應(yīng)的荷載值P0,即取160kPa。

        6#試驗(yàn)點(diǎn):從該點(diǎn)P-s曲線可以看出,P-s曲線上從線性關(guān)系變成非線形關(guān)系(即P-s曲線第一拐點(diǎn)處)時(shí)對應(yīng)的沉降量為4.24mm,相對應(yīng)的比例界限荷載值P0為160kPa;當(dāng)加到荷載440kPa時(shí),可以看出地基發(fā)生了整體剪切破壞,其沉降量已達(dá)66.23mm,其s/d超過0.06,終止加載試驗(yàn),其前一級荷載400kPa即為極限荷載PU(即P-s曲線第二拐點(diǎn)處),Pu處沉降量為33.18mm;根據(jù)地基承載力特征值的確定方法綜合判定,地基承載力特征值取比例界限對應(yīng)的荷載值P0,即取160kPa。

        2)分析計(jì)算各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的地基變形模量

        根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)規(guī)定:地基土變形模量應(yīng)根據(jù)P-s曲線的初始直線段,按均質(zhì)各向同性半無限彈性介質(zhì)的彈性理論來計(jì)算,計(jì)算公式E0=I0(1-μ2)P0d/s,其中I0方形承壓板取0.886,μ黏土取0.42,P0為比例界限荷載,s為與P0對應(yīng)的沉降量,mm,d為承壓板寬度[3]。具體計(jì)算結(jié)果見表2。

        表2 淺層平板載荷試驗(yàn)成果匯總表

        3)分析確定場地土層的地基承載力特征值

        根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007—2011)規(guī)定:場地內(nèi)同一土層參加統(tǒng)計(jì)的淺層平板載荷試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3個(gè)點(diǎn),各試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測值的極差不得超過平均值的30%,取此平均值作為地基承載力特征值(fak)[2]。根據(jù)以上規(guī)定,剔除2#試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測的地基承載力特征值后,其他的1#、3#、4#、5#、6#等5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測的地基承載力特征值參與統(tǒng)計(jì)后,其極差與其平均值之比為21.7%。因此,場地③號黏土層(全風(fēng)化土)的地基承載力特征值采用1#、3#、4#、5#、6#等5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)實(shí)測的地基承載力特征值的平均值180kPa。

        3 結(jié)語

        1)本場地淺層平板載荷試驗(yàn)較好的反應(yīng)了承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)③號黏土層(全風(fēng)化土)的地基承載力和變形特征。

        2)淺層平板載荷試驗(yàn)雖是行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)同的直觀、準(zhǔn)確、可靠的測定淺層地基承載力的方法,但在實(shí)際工作中,由于受到多種因素的干擾,會使試驗(yàn)結(jié)果具有隨機(jī)性和偶然性,從而影響試驗(yàn)結(jié)果的精度。因此,場地內(nèi)試驗(yàn)點(diǎn)越多求取的場地內(nèi)地基土層的承載力特征值越精確,特別像本場地很大,本該再增加試驗(yàn)點(diǎn),但由于資金及時(shí)間的原因作罷。

        3)工程勘察單位提供的地基承載力特征值一般都會偏大或偏小,很多建設(shè)單位為節(jié)省工程造價(jià),特別是采用天然地基為淺基礎(chǔ)持力層時(shí),其希望勘察單位能夠提供很大的地基承載力特征值。在此情況下,從工程造價(jià)與安全使用方面考慮,有必要應(yīng)用淺層平板載荷試驗(yàn)來確定或驗(yàn)證場地土的地基承載力特征值。

        4)本場地通過淺層平板載荷試驗(yàn),確定了較合理、較準(zhǔn)確的③號黏土層(全風(fēng)化土)的地基承載力特征值,使建設(shè)單位及勘察單位均能接受其結(jié)果,為工程質(zhì)量與安全使用提供了保障,為該項(xiàng)目的建設(shè)節(jié)省了造價(jià)。

        【1】林宗元,巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測手冊[K].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.

        【2】GB50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        【3】GB50021—2001巖土工程勘察規(guī)范[S].

        Application of Shallow Plate Load Testing in Measureing Certain Subsoil Bearing Capacity

        CHENKang-tai
        (ZhejiangShanchuan Nonferrous Survey and Design Co.Ltd.,Shaoxing 312000,China)

        WhentheCharacteristicValueofSubsoilBearingCapacityprovidedbythesurveyunitismuchmorecontroversial,theShallow Plate Load Testing can be used to determine or verify the Characteristic Value of Subsoil Bearing Capacity.According to the specific engineeringexamples,introducestheShallowPlateLoadTestingoftestequipment,testrequirements,testmethods,andcarryonanalysisof the Shallow Plate Load Testing,determining the Bearing CapacityCharacteristic Value and Foundation Deformation Modulus of shallow foundation,providequalityassuranceforengineeringconstructionandsafeuse.

        shallow plate load testing;fully weathered soil;characteristic value of subsoil bearing capacity;investigation;shallow foundation

        TU470.3;TU411.3

        B

        1007-9467(2016)07-0058-04

        2016-01-18

        陳康太(1983~)、男,甘肅靜寧人,工程師,從事巖土工程勘察及地基檢測研究,(電子信箱)2729362906@qq.com。

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