鄧少權(quán)

（東莞市建設(shè)工程檢測(cè)中心，廣東 東莞 523809）

0 引言

隨著建筑物的高度、跨度、重量的不斷增加，地基基礎(chǔ)的安全穩(wěn)定性受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注和重視，尤其是地基土承載力特征值的準(zhǔn)確性，直接關(guān)乎到整個(gè)建筑物的安穩(wěn)。因此，如何優(yōu)化對(duì)地基土承載力特征值正確取值和驗(yàn)證工作迫在眉睫。

地基土承載力特征值的大小不僅與土質(zhì)息息相關(guān)，還取決于基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)型式、埋置深度、地下水位高低、荷載作用等因素。而勘察初期，基礎(chǔ)尺寸與上部荷載尚未明確，所以地勘報(bào)告中提供的承載力特征值應(yīng)進(jìn)行修正和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試驗(yàn)證，才能進(jìn)行后續(xù)施工，采取合適的檢測(cè)方法確定承載力特征值變得尤為重要。

1 特征值檢測(cè)方法

1.1 壓板檢測(cè)

壓板荷載試驗(yàn)是一項(xiàng)應(yīng)用廣泛、結(jié)果可靠的原位試驗(yàn)方法，該試驗(yàn)是通過搭設(shè)堆載平臺(tái)為反力裝置，在一定尺寸的剛性承壓板上采用千斤頂分級(jí)施加荷載，檢測(cè)每級(jí)荷載作用下地基土隨壓力而產(chǎn)生的沉降，可較準(zhǔn)確地測(cè)出地基的承載力。檢測(cè)結(jié)果因未考慮基礎(chǔ)類型和埋置深度，所以最后數(shù)值應(yīng)進(jìn)行修正處理。該檢測(cè)項(xiàng)目的實(shí)施內(nèi)容主要如下。

1）適用范圍。天然地基和人工地基。

2）試驗(yàn)要點(diǎn)。工程施工前的地基驗(yàn)收檢測(cè)的壓板試驗(yàn)（土層）最大試驗(yàn)荷載不小于設(shè)計(jì)承載力特征值的 2 倍，巖石地基不小于 3 倍；承壓板的面積應(yīng)結(jié)合土質(zhì)情況綜合計(jì)算；加載方式應(yīng)采用慢速維持荷載法；點(diǎn)位試驗(yàn)標(biāo)高與基礎(chǔ)底設(shè)計(jì)標(biāo)高一致，當(dāng)有地下水時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行降水處理，再安裝儀器設(shè)備，待地下水位恢復(fù)后才能開機(jī)檢測(cè)；承壓板、壓重平臺(tái)、基準(zhǔn)樁的間距應(yīng)符合規(guī)范要求；荷載加壓要滿足承壓板沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；終止加載和特征值判定應(yīng)滿足規(guī)范要求。

3）影響因素。承壓板的面積、檢測(cè)點(diǎn)位標(biāo)高 、設(shè)備運(yùn)行情況、天氣等。

4）結(jié)果修正。按 GB 50007－2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》計(jì)算公式修正。

式中：fa為修正后的地基承載力特征值；fak為地基承載力特征值；ηb、ηd為基礎(chǔ)寬度和埋置深度的修正系數(shù)；rm為基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度；b、d為基礎(chǔ)寬度和埋置深度。

1.2 室內(nèi)檢測(cè)與特征值計(jì)算

通過對(duì)地基土芯樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，測(cè)試出基礎(chǔ)底面以上土層的加權(quán)平均重度、內(nèi)摩擦角、粘聚力等土性參數(shù)。依據(jù)塑性狀態(tài)或極限狀態(tài)公式，通過理論公式計(jì)算法求出地基土承載力特征值。

1）按塑性狀態(tài)計(jì)算，特征值求解公式如下。

式中：fa為地基承載力特征值；ck、φk為黏聚力和內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值。

2）按極限狀態(tài)計(jì)算，特征值求解公式如下。

式中：fu為極限承載力；Nc、Nb、Nd為承載力系數(shù)；εd、εd、εb為基礎(chǔ)形狀系數(shù)。

以上公式中的符號(hào)定義詳見《工程地質(zhì)手冊(cè)》（第五版）第四篇地基評(píng)價(jià)與計(jì)算。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)貫入法

標(biāo)貫試驗(yàn)采用 63.5 kg 的穿心錘按照規(guī)定的落距（76 cm）沿著觸探桿自由下落，記錄貫入器的錘擊數(shù)，通過查表或插入法計(jì)算出地基土承載力的特征值，用來判定土層性質(zhì)。采用標(biāo)貫試驗(yàn)評(píng)價(jià)或確定地基承載力是個(gè)相對(duì)較復(fù)雜的問題，涉及的不確定性因素太多。因此，該試驗(yàn)結(jié)果一般用于參考對(duì)比，不宜直接作為唯一判定值。該檢測(cè)項(xiàng)目?jī)?nèi)容如下。

1）適用范圍。粉土、砂土和黏性土。

2）試驗(yàn)要點(diǎn)。先鉆進(jìn)至需要進(jìn)行試驗(yàn)的土層標(biāo)高以上約 15 cm，清孔后再換標(biāo)準(zhǔn)貫入器，以 15～30 擊/分鐘的貫入速度打入試驗(yàn)土層中，做好擊數(shù)記錄；將初次打入 15 cm 的擊數(shù)不計(jì)，繼續(xù)貫入土中 30 cm 的錘擊數(shù)N作為試驗(yàn)結(jié)果。若土層較密實(shí)，可用下列計(jì)算公式換算。

式中：n為實(shí)際錘擊數(shù)；?S為對(duì)應(yīng)貫入量。

3）影響因素。觸探桿長(zhǎng)度和垂直度、土的自重壓力影響、地下水影響。

4）結(jié)果修正。桿長(zhǎng)修正可通過查找相關(guān)規(guī)范，通過公式N′=αN修正；修正后的數(shù)值可評(píng)價(jià)砂土、粉土的密實(shí)度（見表 1）和黏性土的狀態(tài)。

表1 天然狀態(tài)砂土密實(shí)度分類

1.4 動(dòng)力觸探

動(dòng)力觸探試驗(yàn)是地質(zhì)勘察中常見的一種土質(zhì)工程特性的測(cè)試手段。該檢測(cè)是根據(jù)土質(zhì)密實(shí)度，利用規(guī)定質(zhì)量的落錘，將標(biāo)準(zhǔn)尺寸、標(biāo)準(zhǔn)形狀的探頭打入土中，并記錄錘擊數(shù)，用來判定土層工程物理性質(zhì)。動(dòng)力觸探試驗(yàn)可分為輕型、重型、超重型三種類別，操作方法類似，主要區(qū)別在于錘重、落距、探桿直徑不同。該檢測(cè)項(xiàng)目的內(nèi)容如下。

1）適用范圍。輕型觸探試驗(yàn)適用于黏性土、粉土、粉砂、細(xì)砂等地基；重型觸探試驗(yàn)適用于碎石土、砂土、黏性土等地基；超重型觸探試驗(yàn)適用于軟巖、碎石土等地基。

2）試驗(yàn)要點(diǎn)。動(dòng)力觸探試驗(yàn)應(yīng)采用自由落錘；地面上觸桿高度應(yīng)≤1.5 m，并防止偏心、傾斜和搖晃；每貫入 1 m，探桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈半。

3）影響因素。錘重、落距、探桿垂直度。

1.5 靜力觸探

靜力觸探試驗(yàn)是以靜壓力將圓錐形探頭按設(shè)定速率勻速壓入土中，測(cè)量其貫入阻力（包括錐尖阻力、側(cè)壁摩阻力或摩阻比），并按其所受阻力大小劃分土層，通過計(jì)算確定土的工程性質(zhì)。靜力觸探試驗(yàn)野外現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單、方便、測(cè)試時(shí)間短，在地勘中廣泛采用。該檢測(cè)項(xiàng)目的內(nèi)容如下。

1）適用范圍。適用于軟土、黏土、粉土、砂類土及含少量碎石的土層。

2）試驗(yàn)要點(diǎn)。探桿長(zhǎng)度應(yīng)超過測(cè)試孔深 2.0 m；反力應(yīng)大于預(yù)估的最大貫入阻力；探頭應(yīng)在標(biāo)定期內(nèi)，均勻垂直壓入；終止貫入應(yīng)符合規(guī)范要求。

3）影響因素。桿長(zhǎng)、反力、探頭、操作。

2 工程實(shí)例

某工程為多層住宅，基礎(chǔ)型式為獨(dú)立基礎(chǔ)，地質(zhì)情況如表 2 所示，地下水位在持力層以下，分別擬將 3 種不同土層作持力層，用多種檢測(cè)方法測(cè)試對(duì)應(yīng)持力層承載力特征值，總結(jié)出各檢測(cè)方法的適用范圍和工程定位。

表2 工程地質(zhì)特征表

2.1 擬持力層為砂土層時(shí)

1）根據(jù)表 3 的P-s曲線數(shù)據(jù)（加載后 5 級(jí)）確定。

表3 壓板檢測(cè) P-s 曲線表

曲線比例界限為 240 kPa；加壓至 480 kPa，承壓板周圍土體明顯擠出，取前一級(jí)荷載為極限荷載，其一半為 210 kPa；特征值取兩者較小值，即fa=210 kPa。

2）根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。根據(jù)土工試驗(yàn)測(cè)得ck=15kPa、φk=22°、rm=19 kN/m3、e=0.984。

結(jié)合理論公式求得：fa=189 kPa。

3）根據(jù)標(biāo)貫試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。修正后的試驗(yàn)錘擊數(shù)N=18.6，通過查表和內(nèi)插法求得fa=240 kPa。

4）根據(jù)動(dòng)力觸探試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。采用重型圓錐動(dòng)力觸探，通過查表和內(nèi)插法測(cè)得fa=235 kPa。

5）根據(jù)靜力觸探試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定。fa=40Ps+70 =207 kPa。

根據(jù)以上結(jié)果匯總?cè)绫?4 所示。

表4 砂土層不同檢測(cè)方法測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)于砂土，通過數(shù)據(jù)分析可知：壓板檢測(cè)結(jié)果基本能真實(shí)反映持力層的承載力特性，影響因素較少（除天氣、地下水位等）；砂土的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果偏差較大，主要在于取樣、封樣、運(yùn)輸?shù)冗^程會(huì)對(duì)樣品產(chǎn)生擾動(dòng)，破壞樣品結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果存在非規(guī)律性差異。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)合理論計(jì)算的結(jié)果可作為參考數(shù)值，為其他檢測(cè)方法測(cè)試結(jié)果起到比對(duì)驗(yàn)證作用；動(dòng)力觸探和標(biāo)貫試驗(yàn)宜使用套管檢測(cè)，否則易產(chǎn)生塌孔、清底渣困難，造成試驗(yàn)結(jié)果偏大；在砂性土中，只要控制好設(shè)備不偏位，靜力觸探檢測(cè)數(shù)據(jù)較真實(shí)，試驗(yàn)結(jié)果與壓板檢測(cè)數(shù)據(jù)相近，可作為確定性結(jié)果。

2.2 擬持力層為黏土層時(shí)

依照砂土計(jì)算過程，將計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?5 所示。

表5 黏土層不同檢測(cè)方法測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)于黏土，通過數(shù)據(jù)分析可知：壓板檢測(cè)與動(dòng)探、靜探檢測(cè)結(jié)果相差較小，而室內(nèi)試驗(yàn)和標(biāo)貫測(cè)試檢測(cè)離散型相對(duì)較大?？蛇x壓板檢測(cè)、動(dòng)探、靜力觸探為特征值檢測(cè)首選方法，用室內(nèi)試驗(yàn)計(jì)算法和標(biāo)貫試驗(yàn)做對(duì)比。

2.3 擬持力層為強(qiáng)風(fēng)化巖層時(shí)

依照砂土計(jì)算過程，將計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?6 所示。

表6 強(qiáng)風(fēng)化巖層不同檢測(cè)方法測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比

對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化巖，壓板檢測(cè)與動(dòng)探檢測(cè)結(jié)果較接近，而室內(nèi)試驗(yàn)和標(biāo)貫測(cè)試結(jié)果具有較大離散型，靜探結(jié)果偏差最大。可選壓板、動(dòng)探檢測(cè)為特征值檢測(cè)首選方法，用室內(nèi)試驗(yàn)計(jì)算法和標(biāo)貫試驗(yàn)做對(duì)比，靜力觸探測(cè)試強(qiáng)風(fēng)化巖結(jié)果精確度較低，建議慎選。

3 結(jié)語

1）通過不同檢測(cè)方法的對(duì)比分析，壓板檢測(cè)結(jié)果可靠，適用范圍廣，其結(jié)果可作為工程設(shè)計(jì)與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。該結(jié)果未考慮建筑物的重量、基礎(chǔ)型式和埋置深度等，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用修正后的特征值。因場(chǎng)地原因，無法開展壓板檢測(cè)時(shí)，宜采用適合相應(yīng)土質(zhì)的檢測(cè)方法。

2）地基土承載力的各種檢測(cè)方法的測(cè)定結(jié)果均不同，可借鑒本論文實(shí)例總結(jié)，對(duì)各值進(jìn)行評(píng)估和取舍，比如壓板檢測(cè)對(duì)于軟土、填土應(yīng)合理選擇承壓板和反力裝置，避免引起非試驗(yàn)位移；室內(nèi)試驗(yàn)樣品在切取、封樣、運(yùn)輸、試驗(yàn)方法等方面影響較大，其結(jié)果可做參考；標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)在不同土層中會(huì)出現(xiàn)結(jié)果離散型較大，宜對(duì)比后選取；動(dòng)力觸探應(yīng)控制好影響因素，可作為壓板替選方案；靜力觸探結(jié)果與土質(zhì)均勻性、夾層厚度、設(shè)備精度有關(guān)，對(duì)于砂土、黏性土測(cè)試結(jié)果較準(zhǔn)，對(duì)于風(fēng)化巖層或有孤石土層宜慎重選擇。 Q