吳 剛

(天津市北洋水運(yùn)水利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300222)

載荷試驗(yàn)與標(biāo)準(zhǔn)貫入對(duì)地基承載力判別的研究

吳 剛

(天津市北洋水運(yùn)水利勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300222)

地基承載力的判別一直是地基處理效果評(píng)價(jià)的最重要的指標(biāo)，載荷試驗(yàn)作為最可靠的承載力判別方法在實(shí)際工程中得到了廣泛的應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)作為地基承載力判別的手段之一，也能對(duì)地基處理效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過實(shí)際工程，選取同條件的地質(zhì)分別用兩種方法進(jìn)行地基承載力的判別，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。

地基承載力,載荷試驗(yàn),標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),處理效果

地基承載力是指在上部荷載作用下，保證地基在允許承載力作用范圍內(nèi)不發(fā)生地基失穩(wěn)破壞，同時(shí)不超出建筑物允許沉降的最大地基壓力。伴隨著天津地區(qū)圍海造陸工程的快速發(fā)展，軟基加固在地基處理中的應(yīng)用越來越多，尤其以真空預(yù)壓和堆載預(yù)壓最為常見，對(duì)于地基處理效果不但要滿足固結(jié)度和沉降速率的卸載標(biāo)準(zhǔn)，地基承載力也是作為一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)對(duì)地基處理效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 試驗(yàn)方法

1.1平板載荷試驗(yàn)

平板載荷試驗(yàn)作為最可靠的一種土工原位測(cè)試方法進(jìn)行承載力判別。通過在剛性承壓板上分級(jí)加載的方法，觀測(cè)各級(jí)荷載作用下承壓板下地基土的變形，再通過試驗(yàn)所得到的荷載p與沉降s的關(guān)系曲線圖，按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范確定出地基土的承載能力。平板載荷試驗(yàn)的常用設(shè)備主要由承壓板、加荷及反力裝置、沉降量測(cè)裝置3部分組成。

1)承壓板：現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)一般采用正方形或者圓形的鋼板，鋼板的尺寸應(yīng)大于土中最大粒徑的10倍。

2)加荷及反力裝置：加荷裝置一般采取千斤頂加荷，既簡(jiǎn)單又安全。反力裝置最常見的為壓重平臺(tái)及地錨反力裝置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇合適的反力裝置進(jìn)行試驗(yàn)。

3)沉降量測(cè)裝置：一般采用百分表或者位移傳感器自動(dòng)記錄沉降的變化。

對(duì)于平板載荷試驗(yàn)的加荷方式，目前主要有三種：常規(guī)慢速維持荷載法、快速法、等沉降速率法。一般情況下都采取慢速維持荷載法進(jìn)行加荷，這種方法雖然耗時(shí)比較長(zhǎng)，但是也是最接近真實(shí)結(jié)果的一種方式。慢速維持荷載法的加載過程中，每級(jí)荷載讀數(shù)時(shí)間為第10分鐘、第20分鐘、第30分鐘、第45分鐘、第60分鐘，以后為每隔30 min測(cè)讀一次沉降量，當(dāng)在連續(xù)2 h內(nèi)，每小時(shí)的沉降量均小于0.1 mm時(shí)，可以判定當(dāng)級(jí)荷載已經(jīng)趨于穩(wěn)定，進(jìn)行下一級(jí)荷載的加載。

加荷方式選定后，試驗(yàn)的終止條件參照GB 50007—2011建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范。試驗(yàn)加載過程中如果出現(xiàn)以下情況之一即可終止：

2)試驗(yàn)過程中觀測(cè)到沉降有急驟增大的趨勢(shì)，荷載—沉降曲線有明顯的陡降段；

3)在某一級(jí)荷載加載過程中，連續(xù)24 h內(nèi)觀測(cè)到的沉降速率都不能達(dá)到穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)；

4)當(dāng)在加載過程中，觀測(cè)到的沉降量不小于0.06倍的承壓板寬度或直徑時(shí)，終止加載。

1.2標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是一種動(dòng)力觸探試驗(yàn)的方法，由于其設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)易，是目前應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試之一。在對(duì)地區(qū)條件比較了解或者有相關(guān)的類似工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)對(duì)于地基承載力判別能取得更加接近真實(shí)值的效果。

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)時(shí)，一般選用質(zhì)量為63.5 kg的穿心錘，以76 cm的落距，將標(biāo)準(zhǔn)貫入器打入土中，開始打入的深度為15 cm，接著繼續(xù)打入30 cm，現(xiàn)場(chǎng)記錄打入30 cm的錘擊數(shù)，并且將此作為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的指標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)貫入器在土中受到的阻力越大，說明地基承載力越高，標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)就越大。因此通過標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，就可以對(duì)地基承載力做出評(píng)價(jià)。

2 實(shí)際工程案例

2.1工程背景

中國(guó)石化天津液化天然氣(LNG)項(xiàng)目一次陸域形成工程位于大港港區(qū)東港池東突堤北端。一次陸域形成工程共分為三個(gè)地塊，原有泥面標(biāo)高約為-5.0 m～-4.0 m。其中造陸三區(qū)采用“淺層抽水固結(jié)+深層真空預(yù)壓聯(lián)合處理”的方案進(jìn)行軟基加固處理。本次對(duì)于造陸三區(qū)分別進(jìn)行了平板載荷試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，以此來評(píng)價(jià)地基承載力。

2.1.1平板載荷試驗(yàn)

本次試驗(yàn)采用的裝置為錨桿反力裝置，試驗(yàn)加載是通過油壓千斤頂頂承力板實(shí)現(xiàn)的。為了保證試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，現(xiàn)場(chǎng)試坑一般采用不超過20 mm厚度的中粗砂進(jìn)行找平。

試驗(yàn)加載采用人工手動(dòng)進(jìn)行，荷載值通過手動(dòng)油泵上的精密壓力表測(cè)讀出來。沉降采用對(duì)稱安裝于荷載板兩側(cè)的百分表測(cè)定。百分表測(cè)量精度為0.01 mm，在荷載板的正交直徑方向?qū)ΨQ安置4個(gè)百分表，基準(zhǔn)梁采用100 mm寬度的槽鋼，長(zhǎng)度5 m，采用專用的磁性表座固定和支撐百分表，從而確保百分表不受氣溫、振動(dòng)及其他外界因素影響而發(fā)生豎向變位。

Cordova是一款允許開發(fā)者使用標(biāo)準(zhǔn)Web技術(shù)(HTML5、CSS3、JavaScript)進(jìn)行跨平臺(tái)開發(fā)的開源移動(dòng)框架[4]。Cordova應(yīng)用由三部分組成：HTML渲染引擎、Web應(yīng)用層、Cordova插件。Cordova框架不提供任何UI組件庫(kù)或MV*框架，它只提供所需的運(yùn)行時(shí)，所以需要將Cordova框架與其他諸如Ionic、On?sen UI、Framework7等的UI框架相結(jié)合能夠更高效、出色的開發(fā)出一款Hybrid App。

試驗(yàn)記錄：采用手動(dòng)加載方法，人工觀測(cè)和記錄沉降。

試驗(yàn)加載裝置示意圖如圖1所示。

本次平板載荷試驗(yàn)采用的承壓板面積為0.72 m2(邊長(zhǎng)850 mm的方形板)。試驗(yàn)分10級(jí)加載，每級(jí)16 kPa，首級(jí)加載32 kPa，最大加載160 kPa。

2.1.2標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)

1)鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)標(biāo)高以上一定高度時(shí)，對(duì)殘土進(jìn)行清理。由于本次試驗(yàn)為現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，所以在殘土的清理過程中避免擾動(dòng)土層。

2)采用自動(dòng)落錘法將貫入器以每分鐘15擊～30擊打入土中0.15 m后，每打入10 cm時(shí)，進(jìn)行錘擊數(shù)的記錄，以30 cm的總錘擊數(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)。

3)按照以上操作步驟進(jìn)行不同深度的標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)。

2.2實(shí)際工程數(shù)據(jù)分析

對(duì)于本區(qū)域的地基承載力特征值預(yù)估不小于80 kPa，所以本次平板載荷試驗(yàn)最大加荷量為160 kPa，本次試驗(yàn)最終沉降量為14.25 mm。載荷試驗(yàn)檢測(cè)點(diǎn)在加載到最大加載量、對(duì)應(yīng)的沉降量以及承載力取值結(jié)果見表1，表中地基承載力特征值按s/b=0.015對(duì)應(yīng)的荷載值取值并不大于最大加荷量的1/2。試驗(yàn)曲線詳見圖2。

表1 平板載荷試驗(yàn)結(jié)果匯總表

通過平板載荷試驗(yàn)曲線圖p—s曲線可以看出在加載到最大荷載160 kPa時(shí)候，曲線沒有出現(xiàn)明顯的陡降段，也就是說明本次加載最大荷載值小于地基極限承載力，這一點(diǎn)通過s—lgt曲線也可以很明顯的看出，在最后160 kPa這一級(jí)荷載加載期間也處于比較平穩(wěn)的狀態(tài)，并未出現(xiàn)沉降有陡然變大的趨勢(shì)。綜合以上兩個(gè)方面的判斷，本次地基承載力小于160 kPa。

通過對(duì)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計(jì)、分析，其成果表見表2。

舍去異常值后，提供標(biāo)準(zhǔn)貫入實(shí)測(cè)錘擊數(shù)最大值、最小值、算術(shù)平均值如表2所示。

表2 標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

本次選取的載荷試驗(yàn)點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)點(diǎn)均處于同一地質(zhì)條件，通過平板載荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)及載荷試驗(yàn)曲線圖可以判斷，地基承載力特征值不小于80 kPa。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，標(biāo)貫實(shí)測(cè)擊數(shù)(經(jīng)過深度修正)算術(shù)平均值為19.5擊；根據(jù)《巖土工程技術(shù)規(guī)范》，地基承載力不小于80 kPa。

3 結(jié)語(yǔ)

1)平板載荷試驗(yàn)和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)均可以作為地基承載力評(píng)價(jià)的原位測(cè)試實(shí)驗(yàn)，工程應(yīng)用中可以根據(jù)實(shí)際情況選擇相應(yīng)的方法進(jìn)行判別。

2)標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)是根據(jù)大量的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)積累通過標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行的估算地基承載力，嚴(yán)格意義上來看不是一個(gè)完全定量的計(jì)算結(jié)果，平板載荷試驗(yàn)相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)來看，形成了一套比較成熟的數(shù)據(jù)判斷模式，所以在條件允許的情況下，盡量以平板載荷試驗(yàn)為主，以標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)輔助進(jìn)行地基承載力的評(píng)價(jià)。

3)本文僅選取了有限的點(diǎn)位進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并且是對(duì)地基承載力特征值的一個(gè)驗(yàn)證性試驗(yàn)，希望對(duì)以后進(jìn)行地基承載力極限值的研究能有所幫助。

[1] JS 133—2013,水運(yùn)工程巖土勘察規(guī)范[S].

[2] GB 50007—2011，建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] JGJ 340—2015，建筑地基檢測(cè)技術(shù)規(guī)范[S].

Discriminantoffoundationonloadtestandstandardpenetrationtest

WuGang

(TianjinBeiyangWaterTransport&HydraulicSurveyandDesignInstituteCo.,Ltd,Tianjin300222,China)

The evaluation of foundation bearing capacity has been the most important index for evaluation of foundation treatment effect. As the most reliable method of bearing capacity, load test has been widely used in practical engineering. The standard penetration test is one of the methods of foundation bearing capacity discrimination. The effect of foundation treatment can also be evaluated. In this paper, this paper is based on actual engineerin, data analysis is built in the two methods that are used to distinguish the foundation bearing capacity.

foundation bearing capacity, load test, standard penetration test, treatment effect

1009-6825(2017)29-0096-02

2017-08-24

吳 剛(1985- )，男，工程師

TU470

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