載荷試驗與標準貫入對地基承載力判別的研究

吳 剛

(天津市北洋水運水利勘察設(shè)計研究院有限公司，天津 300222)

載荷試驗與標準貫入對地基承載力判別的研究

吳 剛

(天津市北洋水運水利勘察設(shè)計研究院有限公司，天津 300222)

地基承載力的判別一直是地基處理效果評價的最重要的指標，載荷試驗作為最可靠的承載力判別方法在實際工程中得到了廣泛的應(yīng)用，標準貫入試驗作為地基承載力判別的手段之一，也能對地基處理效果進行評價。通過實際工程，選取同條件的地質(zhì)分別用兩種方法進行地基承載力的判別，對數(shù)據(jù)進行了分析。

地基承載力,載荷試驗,標準貫入試驗,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，尤其以真空預壓和堆載預壓最為常見，對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準，地基承載力也是作為一項非常重要的指標對地基處理效果進行評價。

1 試驗方法

1.1平板載荷試驗

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

1)承壓板：現(xiàn)場試驗時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，既簡單又安全。反力裝置最常見的為壓重平臺及地錨反力裝置，根據(jù)現(xiàn)場情況選擇合適的反力裝置進行試驗。

3)沉降量測裝置：一般采用百分表或者位移傳感器自動記錄沉降的變化。

對于平板載荷試驗的加荷方式，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行加荷，這種方法雖然耗時比較長，但是也是最接近真實結(jié)果的一種方式。慢速維持荷載法的加載過程中，每級荷載讀數(shù)時間為第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測讀一次沉降量，當在連續(xù)2 h內(nèi)，每小時的沉降量均小于0.1 mm時，可以判定當級荷載已經(jīng)趨于穩(wěn)定，進行下一級荷載的加載。

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

2)試驗過程中觀測到沉降有急驟增大的趨勢，荷載—沉降曲線有明顯的陡降段；

3)在某一級荷載加載過程中，連續(xù)24 h內(nèi)觀測到的沉降速率都不能達到穩(wěn)定的標準；

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

1.2標準貫入試驗

標準貫入試驗是一種動力觸探試驗的方法，由于其設(shè)備簡單，操作簡易，是目前應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場原位測試之一。在對地區(qū)條件比較了解或者有相關(guān)的類似工程設(shè)計經(jīng)驗時，標準貫入試驗對于地基承載力判別能取得更加接近真實值的效果。

現(xiàn)場進行標準貫入試驗時，一般選用質(zhì)量為63.5 kg的穿心錘，以76 cm的落距，將標準貫入器打入土中，開始打入的深度為15 cm，接著繼續(xù)打入30 cm，現(xiàn)場記錄打入30 cm的錘擊數(shù)，并且將此作為標準貫入試驗的指標。標準貫入器在土中受到的阻力越大，說明地基承載力越高，標準貫入擊數(shù)就越大。因此通過標準貫入試驗的標準貫入擊數(shù)，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗參數(shù)，就可以對地基承載力做出評價。

2 實際工程案例

2.1工程背景

中國石化天津液化天然氣(LNG)項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地塊，原有泥面標高約為-5.0 m～-4.0 m。其中造陸三區(qū)采用“淺層抽水固結(jié)+深層真空預壓聯(lián)合處理”的方案進行軟基加固處理。本次對于造陸三區(qū)分別進行了平板載荷試驗和標準貫入試驗，以此來評價地基承載力。

2.1.1平板載荷試驗

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

試驗加載采用人工手動進行，荷載值通過手動油泵上的精密壓力表測讀出來。沉降采用對稱安裝于荷載板兩側(cè)的百分表測定。百分表測量精度為0.01 mm，在荷載板的正交直徑方向?qū)ΨQ安置4個百分表，基準梁采用100 mm寬度的槽鋼，長度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、振動及其他外界因素影響而發(fā)生豎向變位。

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試驗記錄：采用手動加載方法，人工觀測和記錄沉降。

試驗加載裝置示意圖如圖1所示。

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

2.1.2標準貫入試驗

1)鉆機鉆至設(shè)計標高以上一定高度時，對殘土進行清理。由于本次試驗為現(xiàn)場原位測試，所以在殘土的清理過程中避免擾動土層。

2)采用自動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，進行錘擊數(shù)的記錄，以30 cm的總錘擊數(shù)作為標準貫入擊數(shù)。

3)按照以上操作步驟進行不同深度的標準貫入試驗。

2.2實際工程數(shù)據(jù)分析

對于本區(qū)域的地基承載力特征值預估不小于80 kPa，所以本次平板載荷試驗最大加荷量為160 kPa，本次試驗最終沉降量為14.25 mm。載荷試驗檢測點在加載到最大加載量、對應(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對應(yīng)的荷載值取值并不大于最大加荷量的1/2。試驗曲線詳見圖2。

表1 平板載荷試驗結(jié)果匯總表

通過平板載荷試驗曲線圖p—s曲線可以看出在加載到最大荷載160 kPa時候，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，這一點通過s—lgt曲線也可以很明顯的看出，在最后160 kPa這一級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。綜合以上兩個方面的判斷，本次地基承載力小于160 kPa。

通過對標準貫入試驗數(shù)據(jù)綜合統(tǒng)計、分析，其成果表見表2。

舍去異常值后，提供標準貫入實測錘擊數(shù)最大值、最小值、算術(shù)平均值如表2所示。

表2 標準貫入試驗指標統(tǒng)計表

本次選取的載荷試驗點和標準貫入試驗點均處于同一地質(zhì)條件，通過平板載荷試驗數(shù)據(jù)及載荷試驗曲線圖可以判斷，地基承載力特征值不小于80 kPa。根據(jù)標準貫入試驗數(shù)據(jù)來看，標貫實測擊數(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

1)平板載荷試驗和標準貫入試驗均可以作為地基承載力評價的原位測試實驗，工程應(yīng)用中可以根據(jù)實際情況選擇相應(yīng)的方法進行判別。

2)標準貫入試驗是根據(jù)大量的實際經(jīng)驗積累通過標貫擊數(shù)進行的估算地基承載力，嚴格意義上來看不是一個完全定量的計算結(jié)果，平板載荷試驗相對于標準貫入試驗來看，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為主，以標準貫入試驗輔助進行地基承載力的評價。

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

[1] JS 133—2013,水運工程巖土勘察規(guī)范[S].

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

[3] JGJ 340—2015，建筑地基檢測技術(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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