平板荷载试验中外标准应用对比

时间：2024-05-18

雷先顺李漪

(湖北省电力勘测设计院有限公司湖北武汉 430040)

岩土工程中，地基承载力和变形模量是地基基础设计中的重要内容，平板载荷试验（Plate Load Test，PLT）以其直观、准确、可操作性强等特点成为国内外应用最广泛的原位试验之一。

国内学者对平板载荷试验中作用载荷、载荷板尺寸、试验结果分析等方面进行了研究。朱幸科等人[1]研究了边载效应对浅层平板载荷试验的影响。张亮[2]对CFG桩复合地基承载及变形性状进行了现场试验和数字模拟研究。张玉成等人[3]分析了载荷试验的尺寸效应，总结了利用小压板载荷试验确定实际基础的p-s曲线，从而确定浅层和深层地基承载力。崔梦麟[4]通过某城市垃圾填埋场项目，对大尺寸平板载荷试验与数值模拟进行了研究。张文龙等人[5]等对内蒙古地区，某粉细砂地基平板载荷试验中尺寸效应分析进行了研究。辛明静[6]通过FLAC 模拟了载荷试验中基准点、堆载位置等因素对结果的影响。娄俊庆等人[7]总结了中美平板载荷试验规程的对比，有很好的实际工程应用价值。唐译等人[8]通过现场平板载荷试验研究了含水率对含黏粒砂土承载力的影响规律。程永辉等人[9]利用超大尺寸的平板载荷试验，研究了垃圾填埋场变形特性研究。秦振华[10]对于在软土地基中开展平板载荷试验，其试验稳定的标准进行了研究。杨光华[11]依据现场原位压板载荷试验，建立了一套地基设计的新理论。

国外工程中，受历史影响，建设方、设计、勘察、施工方和监理方大多参照美国标准和欧洲标准，尤以美国标准较多。其中部分条款和中国标准存在差异，可能会导致试验结果有所差别。另外，在国外的工程体系中，监理方权力较大，且往往不认同中国标准，如若沟通不顺利，常常会对工程设计和施工产生较大阻碍。该文分析了中美欧平板载荷试验的异同点，结合笔者负责的实际工程案例，总结了相关的工程经验，以便更好地解决在国外工程中遇到的此类问题。

1 国标和美标的异同点

在国内规范中，如《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）、《建筑地基基础设计规范》（GB 50007—2011）和《建筑地基检测技术规范》（JGJ 340—2015）等规范，均对平板载荷试验进行了比较详细的说明。美标ASTM 是在笔者在国外工程中遇到最多的标准，如越南、缅甸、泰国、孟加拉等国均采用ASTM 标准。在美标ASTMD1195（Standard Test Method for Bearing Capacity of Soil for Static Load and Spread Footings）中亦对该试验进行了比较详尽的说明。主要总结一下两种规范中的主要不同点，具体内容如表1所示。

表1 中、美平板载荷试验规定的区别

通过对比可以发现，中国标准对承压板尺寸的规定比较详细，特别是对于软土和填土均做出了明确的规定。而在美国标准ASTM 中，对承压板尺寸只是给定了一个范围值，没有统一的尺寸要求。此外，对于试验沉降稳定标准，无论是快速法和慢速法，中国标准均有严格规定；美国标准ASTM的加荷速率较快，没有明确沉降稳定标准。可见，中国标准的试验要求更具有实操性，便于统一标准。

同时，在中国规范中，还可以根据p-s曲线计算地基土的变形模量、基床系数等参数。很多地方地基基础设计规范中，还有相应的经验表格，可以直接查询相关的岩土物理和力学参数。

2 工程实例

结合笔者已处理的一项国外工程实例，简单交流一下现场进行平板载荷试验时的一些体会。某泰国500 kV 变电站EPC 扩建项目位于泰国南部，由国内某设计院进行勘测、设计和施工。前期勘测工作直接委托了泰国当地一家岩土勘察公司完成。基础设计采用天然地基、板式基础，根据该工程合同要求，进行基础施工前，需要在现场进行平板载荷试验，以验证地基承载力满足设计要求。明确了该项目的勘察和设计均采用美国标准。现场载荷试验明确执行ASTMD1195标准。

在泰国现场进行浅层平板载荷试验操作中，一般首先选择试验点位，在场地用挖机开挖一试坑，清除表层扰动土。为保证承压板水平、并与土层均匀接触，在承压板与土层接触处铺设厚度不超过20 mm中砂或粗砂找平层，然后放置承压板。承压板尽可能设置在试坑中间位置。然后利用挖机自重作为加载反力装置（类似于国内的混凝土试块压重平台），挖机两个履带作为支墩，其操作相对国内较简单。一个完整的试验大概需要3 h。

EPC项目部在基础施工前邀请了当地一家地基检测公司对场地地基进行了平板载荷试验。实验结果显示地基承载力仅为前期地勘报告提供承载力的1/3，不能满足设计要求。

如果业主认可了该地基检测结果，则会涉及变电站主变压器基础设计的重大变更。笔者在获知该消息后，第一时间从国内赶赴项目现场，和EPC项目部讨论了上一次平板载荷试验的详细情况，决定重新邀请了另一家地基检测公司，进行现场试验。在现场监理和业主的监督下，现场试验顺利完成。试验结果显示，场地地基承载力完全满足原基础设计要求，前期勘察报告无误。针对两次试验结果的明显差异，分析了主要的原因。

2.1 选的测试点位置要有代表性

规范规定测试点一般每个场地不宜少于3 个，浅层平板载荷试验点位应布置在基础底面标高处。当场地内岩土体分布不均匀时，应适当增加测试点数量。平板载荷试验是采用“以点带面”的方式，检测场地的地基承载力。由于场地岩土分布的不均匀性，会导致载荷试验结果有一定的差异，部分软弱位置的试验结果不宜作为整个场地的代表性结果，应该加以注明，并做出相应处理意见。该变电站场地岩土分布不均匀，局部确实存在软弱粉质黏土层。前期试验位置若选择在该处，试验结果则相差甚远，会造成以偏概全。

另外，我国对勘察工作的重视程度，明显是好于国外。国内对于岩土勘察，有非常严格的规范条文，有较完善的勘察报告审查程序。各种岩土勘察规范的独立性较强，比如《岩土工程勘察规范》（GB 50021—2001）（2009 版）、《变电站岩土工程勘测技术规程》（DL/T 5170—2015）、《市政工程勘察规范》（CJJ 56—2012）、《公路工程地质勘察规范》（JTG C20—2011）等。对勘探点的数量、布置位置、勘探方法等都有着非常具体、严格、量化的要求，可操作性强，往往一本规范就涵盖了所有的勘察试验方法。但是，国外规范很多地方并未对上述问题进行明文规定，完全取决于现场岩土工程师和监理工程师的个人技术水平决定。另外，国外规范会大量引用其他规范、或者学术性的成果。一方面，给予了专业技术人员较大的灵活性，非常考验岩土工程师的技术水平；另一方面，由于缺少勘察报告图审环节，为节省造价，造成了相较于国内同样规模的变电站工程，勘探点数量明显偏少。

在该项目中，面积约5 000 m2的变电站扩建区。在前期勘察过程中，业主仅仅同意布置了4 个取土勘探点，勘探深度均为15 m。这样的勘察工作量和国内同规模的可研设计阶段勘察工作量差不多，其勘察工作不到位明显导致对该工程场地的地质条件认识不足。原钻探揭示的地层从上到下大致是：（1）松散粉细砂，厚度约1～2 m；（2）中密粉土，厚度约3～8 m；（3）硬塑粉质黏土，厚度大于8 m。在原勘察点位，并未发现有一层软弱粉质黏土层。但在后期进行平板载荷试验时，通过挖土机明挖试坑，发现了该层软土。

2.2 应充分考虑天气等不利影响

为了防止试验过程中场地地基土含水率的变化或地基土的扰动，导致影响试验效果，中美规范均要求保持试坑或试井底部岩土的原状结构和天然湿度。必要时，应在承压板周边2 m 范围内覆盖防水布。在第一次测试时，项目现场连续下雨多日，地下水水位升高，地基土含水率大大提高，导致地基土的强度降低。

第一次进行现场平板载荷试验时，业主为了抢工期，不顾检测单位的意见，强行开展现场测试。这也是导致测试结果偏低的重要原因。

2.3 应严格按照试验要求和步骤进行试验

经过和现场项目部同事沟通。在第一次试验过程中，没有完全按照相关规范要求开展试验，主要存在以以下问题。

（1）试验设备简易、较粗糙。为了保证变形值的准确性，中外试验标准均要求设置基准梁，且对基准梁的位置、尺寸等有具体的要求。而原试验中，甚至没有设置基准梁，直接将百分表放在承压板的旁边，必然会造成较大的误差，具体如图1、图2 所示。（2）试验深度土层扰动严重、直接用挖机挖至试验深度，未在将到达试验深度前20 cm时，采用人工作业，平整试验位置。该项目场地检测深度范围内为粉土、且地下水位较高，采用大型挖机作业，本身就会对试验点位处的粉土造成较大的扰动，加之雨水浸泡，受扰动后的粉土强度迅速降低。（3）未进行先期预压，在安装好仪器设备后，就立即加压，并开始记录承压板沉积数据，导致初始沉降值明显偏大，后期又未对试验结果进行适当修整。（4）承压板尺寸不合规，采用的承压板偏小，尺寸明显不符合规范要求，等等不规范的操作都会严重影响试验结果。

图1 第一次现场平板载荷试验

图2 第二次现场平板载荷试验

2.4 需适应当地的工程习惯

相较国内，泰国当地工程师待遇和地位较高，尤其是监理工程师，对项目现场所有的事情均有举足轻重的发言权。在进行现场试验前，务必先要将试验方案报监理工程师审核签字。邀请其在现场进行旁站监督，现场试验数据需要其签字。此等流程需要严格按照要求执行，否则，监理工程师就可能直接判定试验结果无效。

笔者在现场进行平板载荷试验时，在一处测试点开挖时，发现了一层约1.5 m 的软弱土层，试验结果远远低于理想值。通过与现场监理的及时解释沟通，另外增加了3 处试验点。并同意在后期施工中，对存在该层软弱土的局部位置进行地基碎石换填处理。避免了大面积进行基础设计调整的不利结果，同时也对于现场施工进行了解释说明，得到了现场业主和监理的认可。