基于地基土承载力试验研究

杜方江 陈恩茂

摘 要：针对地基土的承载力试验研究，挖掘地基土潜力、合理选择地基土持力层、提高地基土承载力。本文结合宁夏自治区工程实例，应用慢速维持荷载法进行静载荷试验研究。研究表明：当地基土承载力较低时，为了减小工程上的资金，又可以取得良好的经济和社会效益。在满足地基稳定、安全的条件下，利用粉细砂替换软土层，即可以提高地基土的承载力。

关键词：地基土承载力 静载荷试验 机理分析

中图分类号：TU473 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（c）-0041-04

勘察地基土承载力，是地基土基础设计所需的重要指标。勘察试验技术是确定地基承载力的最直接、最可靠的手段。所以进行地基土承载力试验研究具有重要意义。本文在确定地基土承载力特征值时，根据岩土工程勘察等级、地基土基础设计等级、土质条件选择静载荷试验、室内土工试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验等测试方法，结合理论计算和设计需要进行综合探讨，揭示了贵阳市市地基土的承载力，提出了地基土承载力的处理建议，供岩土工程設计人员参考。

1 工程概况

宁夏回族自治区农牧厅综合服务中心大楼总占地面积14666.52m2，建筑总面积258830.0m2。地上建筑面积23342.8m2，地下室建筑面积2260.2.0m2。拟建的综合服务中心由主楼和裙楼构成，为高低层联体建筑物，层数相差超过10层，主楼层数为地上21层，呈矩形分布，长58.6m，宽18.4m，高度85m，基础埋深±0以下6.0m，基底荷载400kPa；裙楼分布于主楼南侧，层数为地上3层，呈矩形分布，东西长50.0m，南北宽25.0m、高度14.5m，基础埋深±0以下6.0m，基底荷载180kPa，地基土承载力特征值为270kPa。勘察场区位于银川平原的中部，“喜山”构造运动使贺兰山褶皱带与鄂尔多斯地台相对上升，形成“银川地堑”。该地堑长约170km，宽50km，呈北东向延伸，地堑在新构造运动期一直处于比较活跃状态，经历多次构造运动，导致断裂发育，历史上地震活动频繁。分布于贺兰山的东侧的次生断裂带，至今尚未发现活动痕迹，所以该区域工程地质条件稳定，是良好的建筑场地。场区地层除浅层为杂填土、素填土外，其下均系第四系黄河冲积及湖积地层，以粘性土、砂土为主。具体内容详如表1所示。

2 试验研究设计

2.1 试验方法及设备

利用慢速维持荷载法进行试验，压重平台反力装置；320kN、500kN油压千斤顶，并联于千斤顶油路的压力表；30～50mm量程百分表；圆形承压板，直径60.0cm和56.4cm。

2.2 试验参数及检测方法

（1）试验深度：承压板底部标高为高程1102.0m处。

（2）压重平台反力装置提供加载反力。

（3）采用并联于千斤顶油路的压力表测量荷载，根据千斤顶率定曲线换算荷载。

（4）手动加压，平板载荷试验加荷分级加载，首级荷载为40kPa，各级荷载增量为40kPa，最大加载量为960kPa。

（5）两侧安装百分表量测，人工或自动读记，每级荷载施加后按第10min、10min、10min、15min、15min测读一次沉降量，以后每隔30min测读一次。

（6）沉降相对稳定标准：当连续2h内，每1h的下沉量小于0.10mm时，认为压板下沉已趋稳定，即可加下一级荷载，且每级荷载的间隔时间不应少于2h。

3 地基土的工程性能

依据《工程地质手册》第4版和土工试验规程，结合室内试验，查表得到地基土粉细砂层锤击数修正值N63.5统计数据如表3所示，标准贯入试验锤击数按下式计算：

N63.5=aN

式中：N63.5为标准贯入试验锤击数；

N为实测锤击数；

a为触探干长度修正系数。

由表2、表3统计结果可知，②素填土：厚度变化较大，a1-2=0.30MPa-1，Il=0.33，可塑，结合标贯试验，确定为中、高压缩性。③粉质粘土：厚度变化较大，a1-2=0.27MPa-1，Il=0.23，可塑-硬塑，结合标贯试验，确定为中压缩性。④粉土：呈透镜体分布，结合标贯试验，中密，确定为中压缩性。⑤细砂：高程1102.0m以上，湿-饱和，中密，局部稍密，中、低压缩性土；高程1102.0m以下，饱和，密实，低压缩性土。

4 试验成果及机理分析

4.1 地基土承载力特征值

根据室内土工试验和原位测试统计结果，参考《工程地质手册》第3版的相关资料，综合确定的各层地基土承载力特征值列于表4。

确定承载力时应考虑地基土的压缩模量，压缩模量的大小直接决定地基土的变形，因此当压缩模量相对较小时，承载力相应较低，反之则较高。由表4可知，素填土的压缩模量最小为6.4MPa，承载力特征值为110kPa；粉质粘土的压缩模量为6.9MkPa；承载力特征值为160kPa；高程为1095m以下的粉细砂压缩模量最大为35.0MPa，承载力特征值340kPa。

4.2 地基土承载力修正系数

地基土承载力修正系数是根据实际基础埋深，并考虑多种因素综合确定，深、宽修正系数的起始值应根据载荷试验中的范围确定，地基土承载力修正系数见表4所示，计算公式为：

fa=fka+ηbγ（b-3）+ηdγ0（d-1.5）

式中：fa为深宽修正后的地基土承载力标准值，kPa；

fka为深宽修正前的地基土承载力标准值，kPa；

ηb、ηd为基础宽度及深度的承载力修正系数，可根据土的类比与性质查表或根据实际经验确定；

γ、λ0为基础底面以上和以下土的平均重度（地下水位以下为有效重度），kN/m3；

b为基础底面宽度（小于3m时，按3m计算；大于6m时，按6m计算），m；

d为基础埋置深度，m。

4.3 机理分析

根据地基土静载荷试验，试验结果曲线绘制如图1、图2所示。

由图1、图2静载荷试验结果P-S曲线可知，图1当荷载为0～720kPa，图2当荷载为0～400kPa时，P-S曲线近似呈线性关系，地基土处于弹性段，此时地基土中的孔隙压缩并伴随有气体与液体的消散，图1随着荷载逐渐递增为720～880kPa，图2随着荷载逐渐递增为400～600kPa时，P-S曲线开始向下弯曲，呈非线性关系，地基土处于塑性阶段，此時地基土中的孔隙进一步压缩并出现了局部剪切破坏。地基土出现了塑性变形。当荷载P继续增大时，P-S又近似呈线性关系，地基土达到滑动破坏阶段。由此可见，地基土的变形呈现阶段性特征，即随着荷载的增加地基土的变形将经历拟弹性阶段、塑性阶段与滑动破坏阶段。

综上所述，在确定地基土承载力特征值时，应根据岩土工程勘察等级、地基土基础设计等级、土质条件选择静载荷试验、室内土工试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验等测试方法，结合理论计算和设计进行综合评价。当地基土承载力较低时，为了减小工程上的资金，又可以取得良好的经济和社会效益。在满足地基稳定、安全的条件下，利用粉细砂替换软土层，这样可以提高地基土的承载力。

5 结语

（1）素填土：厚度变化较大，a1-2=0.30MPa-1，Il=0.33，可塑，结合标贯试验，确定为中、高压缩性。层粉质粘土：厚度变化较大，a1-2=0.27MPa-1，Il=0.23，可塑-硬塑，结合标贯试验，确定为中压缩性。粉土：呈透镜体分布，结合标贯试验，中密，确定为中压缩性。层细砂：高程1102.0m以上，湿-饱和，中密，局部稍密，中、低压缩性土；高程1102.0m以下，饱和，密实，低压缩性土。

（2）确定地基土承载力时应考虑地基土的压缩模量，压缩模量的大小直接决定地基土的变形，因此当压缩模量相对较小时，承载力相应较低，反之则较高。

（3）地基土基础设计时，应根据实际的基础埋深与宽度对地基土承载力进行修正。

（4）在确定地基土承载力特征值时，应根据岩土工程勘察等级、地基土基础设计等级、土质条件选择静载荷试验、室内土工试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验等测试方法，结合理论计算和设计需要进行综合评价。当地基承载力较低时，为了减小工程上的资金，又可以取得良好的经济和社会效益。在满足地基稳定、安全的条件下，利用粉细砂替换软土层，即可以提高地基土的承载力。

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