平板載荷試驗大數(shù)據(jù)分析

蘇靜宜

（廣州市花都區(qū)建設工程質量監(jiān)督檢測室 廣州510800）

0 前言

《建筑地基基礎檢測規(guī)范（廣東省標準）：DBJ/T 15-60—2019》［1］已于2019 年9 月1 日正式實施，在檢測方法的選擇、檢測數(shù)量的確定以及部分檢測方法的現(xiàn)場檢測方面，文獻［1］在《建筑地基基礎檢測規(guī)范（廣東省標準）：DBJ/T 15-60—2008》［2］的基礎上做了補充、完善和優(yōu)化，受到廣大檢測人員的積極肯定。文獻［1］有很多亮點，比如對單樁豎向抗壓/抗拔靜載試驗的卸載測試進行了優(yōu)化，并增加了快速維持荷載法單樁豎向抗拔靜載試驗。

對于單樁豎向抗壓/抗拔靜載試驗，卸載測試時間在荷載未至零時，慢速維持荷載法的每級荷載維持時間為1 h，快速維持荷載法的每級荷載維持時間為15 min，快速法比慢速法大大節(jié)省測試時間，在確保安全性的前提下更好地體現(xiàn)了經(jīng)濟性。

對于平板載荷試驗，文獻［1-2］在試驗步驟的規(guī)定上與國內其他標準有所不同，如表1所示。由表1可知：

表1 平板載荷試驗荷載維持時間及相對穩(wěn)定標準對照Tab.1 Comparison of Load Maintenance Time and Relative Stability Standard for Plate Loading Test

⑴文獻［1-2］的荷載維持時間相對較短，沉降相對穩(wěn)定標準也放寬，屬于快速維持荷載法［3］，說明在建筑地基基礎檢測應用研究方面走在了全國前列。

⑵文獻［1］與文獻［2］在卸載總的測試時間上沒有變化，卸載測試時間在荷載未至零時，每級荷載維持30 min，卸載至零時，維持時間為2 h。

從廣東省平板載荷試驗的驗收檢測實踐來看，加載基本分為8級，其中第一級荷載取分級荷載的2倍，卸載分4級，假設每級加載均能在第一小時內穩(wěn)定，則加載時間累計為455 min，卸載時間累計為210 min，卸載時間約占總檢測時間的31.6%。

平板載荷試驗驗收檢測的目的是確定地基承載力是否滿足設計要求，按照文獻［1-2］關于檢測數(shù)據(jù)分析與判定條文的規(guī)定，地基承載力特征值的判定只與加載時承壓板的沉降量、沉降速率以及受荷土層是否發(fā)生整體剪切破壞有關，與卸載時測讀的殘余沉降量無關。地基基礎檢測既要優(yōu)先考慮安全可靠性，也要適當兼顧經(jīng)濟合理性，力求做到安全與經(jīng)濟的統(tǒng)一，如果卸載時間太長，會顯得不夠經(jīng)濟合理。

為了研究平板載荷試驗荷載、沉降量、回彈率三者之間的關系，以及卸載過程中回彈量、回彈率與荷載、時間之間的變化特性，探索是否存在更優(yōu)化、更合理的卸載測試時間，對2017 年2 月～2019 年8 月（執(zhí)行標準為文獻［2］）實時上傳到廣州市花都區(qū)質監(jiān)站監(jiān)管平臺的平板載荷試驗數(shù)據(jù)進行了大數(shù)據(jù)分析，獲得了一些統(tǒng)計結果。所有用于分析的原始數(shù)據(jù)均從花都區(qū)質監(jiān)站地基基礎檢測信息管理系統(tǒng)下載，全部是可以溯源的真實檢測數(shù)據(jù)。

1 統(tǒng)計概況

一共統(tǒng)計了92 項工程822 個檢測點數(shù)據(jù)，最大沉降量范圍為0.52～102.66 mm，獲取了荷載、沉降量、回彈率三者之間關系的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

1.1 沉降量與測點分布

最大沉降量從小到大排列，得到沉降量圖（見圖1）；按沉降量分布范圍進行統(tǒng)計，得到測點分布圖（見圖2）。

圖1 沉降量Fig.1 Settlement

從圖1、圖2 可知，在花都區(qū)開展的平板載荷試驗的最大沉降量絕大部分在25 mm 以內，其中最大沉降量在20 mm 以內的測點占比為90.5%，最大沉降量在25 mm以內的測點占比達95.3%，最大沉降量大于25 mm的只有39個測點，占4.7%。

1.2 沉降量與荷載的關系

822 個檢測點的最大試驗荷載為110～1 575 kN，沉降量與荷載關系曲線，按荷載大小排序如圖3?所示，按沉降量大小排序如圖3?所示。

從圖3可以看出，無論荷載大小，最大沉降量絕大部分在25 mm 以內；對原始數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在沉降量大于25 mm 的39 個測點中，最大荷載≥1 000 kN 的有18 個點，＜1 000 kN 的有21 個點，＜500 kN 的有14 個點，可見，最大沉降量與荷載大小之間沒有必然聯(lián)系。

圖3 荷載-沉降關系曲線Fig.3 Load-settlement Relationship Curve

1.3 回彈率與最大沉降量、最大荷載的關系

⑴按沉降量從小到大繪制回彈率-最大沉降量關系曲線，如圖4所示。

圖4 回彈率-最大沉降量關系曲線Fig.4 Rebound Rate and Maximum Settlement Curve

⑵按荷載從小到大繪制回彈率-荷載關系曲線，如圖5所示。

圖5 回彈率-最大荷載關系曲線Fig.5 Rebound Rate Maximum Load Curve

從圖4、圖5可以得知：⑴沉降量在25 mm以內時，回彈率沒有規(guī)律；

⑵沉降量超過25 mm 后，隨著沉降量增大，總體回彈率減?。?/p>

⑶回彈率與試驗荷載大小之間沒有必然聯(lián)系。

2 非零卸載測試級數(shù)據(jù)分析

平板載荷試驗可用于檢測天然土地基、處理土地基和復合地基以及強風化巖和全風化巖巖石地基的承載力和變形參數(shù)，卸載觀測的目的是測讀殘余沉降量，獲取回彈率，為設計人員了解地基的彈性或塑性變形情況提供依據(jù)。

對92 項工程822 個檢測點的數(shù)據(jù)按前15 min 和15～30 min 的回彈量進行了統(tǒng)計分析，其中，非零卸載（卸載未至零）的測試級一共2 473級。

2.1 非零卸載測試級，測試時間15 min的回彈量與占比

⑴測試時間15 min的回彈量統(tǒng)計，如圖6?所示。⑵測試時間15min的回彈量各區(qū)間占比，如表2所示。

圖6 非零卸載測試級15 min及15～30 min回彈量Fig.6 Non-zero Unload Test Stage 15 Minutes and 15～30 Minutes Rebound

表2 非零卸載測試級15 min回彈量各區(qū)間占比Tab.2 Proportion of Each Interval of 15 Minutes Rebound of Non-zero Unloading Test Level

由圖6?和表2 得知，非零卸載測試級15 min 回彈量小于0.1 mm的測試級別占比為21.7%，在0.0～3.0 mm區(qū)間的測試級別占比為92.7%，在0.1～3.0 mm 區(qū)間的測試級別占比為77.1%。

2.2 非零卸載測試級，測試時間15～30 min 的回彈量與占比

⑴測試時間為15～30 min的回彈量統(tǒng)計，如圖6?所示。

⑵測試時間15～30 min的回彈量各區(qū)間占比，如表3所示。

表3 非0卸載測試級15～30 min回彈量各區(qū)間占比Tab.3 Proportion of Each Interval of 15～30 Minutes Rebound of Non-zero Unloading Test Level

從圖6?和表3 得知，非零卸載測試級在15～30 min 區(qū)間的回彈量絕大部分小于0.1 mm，根據(jù)對原始數(shù)據(jù)的分析，非零卸載測試級在15～30 min 區(qū)間回彈量小于-0.1 mm 或大于0.5 mm 的情況，基本上是壓力維持不夠準確或基準樁不夠穩(wěn)固導致的，可以不納入統(tǒng)計數(shù)據(jù)。文獻［2］第8.3.3 條第3 款規(guī)定，每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過該級增減量的±10%，當荷載在維持過程中發(fā)生變化，或者如果附近有吊車、挖掘機等大型施工機械經(jīng)過或者在附近作業(yè)，就可能會導致15～30 min的回彈量出現(xiàn)異常變化。

從圖6、表2、表3 的統(tǒng)計結果得知，平板載荷試驗在卸載未至零時：

⑴前15 min回彈很快，15 min之后回彈量很小。

⑵15～30 min 區(qū)間回彈量在-0.1～0.1 mm 區(qū)間的測試級別占比高達93.7%。

2.3 剔除壓力異常數(shù)據(jù)后，計算15 min、15～30 min 回彈占比（15 min 回彈量/本級回彈量×100%、15～30 min回彈量/本級回彈量×100%），如表4所示。

表4 非零卸載測試級15 min、15～30 min回彈占比Tab.4 Proportion of 15 Minutes and 15～30 minutes Rebound in Non-zero Unloading Test Level

由表4 得知，前15 min 回彈量占比較大，15～30 min的回彈量占比較小，15 min回彈占比大于80%、90%、95%的測試級分別占參與統(tǒng)計的非零卸載測試級總級數(shù)的96.1%、90.6%、83.0%，說明非零卸載在前15 min回彈已基本完成。

卸載未至零時，全部測試級的15 min 回彈占比、15～30 min回彈占比與本級回彈量的關系如圖7所示。

從圖7可看出，絕大部分非零卸載測試級的15 min回彈占比在90%～100%之間，絕大部分非零卸載測試級的15～30 min回彈占比在0%～10%之間。

圖7 15 min、15～30 min回彈占比Fig.7 15 Minutes and 15～30 Minutes Rebound Ratio

統(tǒng)計結果表明，卸載未至零時，15～30 min 的回彈量較?。ɑ貜椓吭?0.1～0.1 mm區(qū)間的卸載測試級占比為93.7%），且15～30 min回彈量占本級回彈量的比值較?。ɑ貜椓空急刃∮?0%的卸載測試級占比為90.6%），因此，非零卸載測試在第30 min 測讀承壓板沉降量意義不大，卸載未至零時，可改為每級荷載維持15 min。

3 卸載至零測試級數(shù)據(jù)分析

3.1 卸載至零后，0級回彈量與總回彈量關系

為研究卸載至零時測讀殘余沉降量的重要性，對0 級回彈量占總回彈量的百分比（0 級回彈量/總回彈量×100%）進行了計算，統(tǒng)計結果如表5所示。

表5 0級回彈量占總回彈量的百分比Tab.5 Percentage of Level 0 Rebound in Total Rebound

由表5 得知，0 級回彈量占總回彈量的百分比大于50% 和60% 的檢測點數(shù)分別占總檢測點數(shù)的75.9%和55.6%，說明卸載至零后，測讀殘余沉降量的重要性。

與此同時，對大量原始數(shù)據(jù)進行了分析，發(fā)現(xiàn)卸載至零后，前5 min 回彈量較大，多數(shù)情況下，明顯比卸載未至零時各測試級的前5 min 甚至前15 min 的回彈量更大。

各測點的0 級回彈量占總回彈量的百分比，按總回彈量從小到大排列，如圖8所示。

圖8 0級回彈量占總回彈量比與總回彈量關系曲線Fig.8 Relation Curve between Percentage of Level 0 Rebound to Total Rebound and Total Rebound

從圖8得知，卸載至零后，各測點的0級回彈量占總回彈量比呈現(xiàn)隨機漫步，與總回彈量之間沒有相關性。

3.2 卸載至零后，0級回彈量與最大沉降量的關系

0 級回彈量占總回彈量的百分比，與最大沉降量的關系，如圖9所示。

圖9 0級回彈量占總回彈量比與最大沉降量關系曲線Fig.9 Relation Curve between Percentage of Level 0 Rebound to Total Rebound and Maximum Settlement

從圖9得知，卸載至零后，各測點的0級回彈量占總回彈量比呈現(xiàn)隨機漫步，與最大沉降量之間沒有相關性。

3.3 卸載至零后，各時間段回彈數(shù)據(jù)統(tǒng)計

剔除異常點后，總共統(tǒng)計了818個點的數(shù)據(jù)，卸載至零后，測試時間從30～120 min的回彈量統(tǒng)計如圖10所示。

圖10 卸載至零各時間段回彈量統(tǒng)計Fig.10 Rebound Statistical Chart of Each Time Period after Unloading to Zero

由圖10的數(shù)據(jù)，可計算出各回彈量區(qū)間測點占總測點數(shù)的百分比，如表6所示。

表6 各回彈量區(qū)間測點占比Tab.6 Proportion of Measuring Points in Each Rebound Interval （%）

由表6可知，在30 min后，只有47.6%的檢測點的回彈量小于0.1 mm，說明30 min后仍應繼續(xù)測讀承壓板沉降量。

3.4 60～120 min、90～120 min回彈量占0級回彈量的百分比（60～120 min回彈量/本級回彈量×100%、90～120 min回彈量/本級回彈量×100%），統(tǒng)計結果如表7所示。

由表7 可知，60～120 min 回彈量占0 級回彈量的百分比≤10%的測點數(shù)占總測點數(shù)的87.2%，90～120 min回彈量占0 級回彈量的百分比≤10%的測點數(shù)占總測點數(shù)的94.2%。

表7 卸載至零后60～120 min、90～120 min回彈占比Tab.7 Proportion of Rebound in 60～120 Minutes and 90～120 Minutes after Unloading to Zero

卸載至零，各測點的60 min、60～120 min 的回彈量占0 級回彈量的百分比如圖11 所示，90 min、90～120 min的回彈量占0級回彈量的百分比如圖12所示。

圖11 60 min、60～120 min回彈量占0級回彈量的百分比Fig.11 Percentage of 60 Minutes，60～120 Minutes Rebound to Level 0 Rebound

圖12 90 min、90～120 min回彈量占0級回彈量的百分比Fig.12 Percentage of 90 minutes，90～120 Minutes Rebound to Level 0 Rebound

從圖8～圖12 和表6、表7 得知，卸載至零后，在60～120 min和90～120 min的回彈量小于0.1 mm的檢測點分別占總檢測點數(shù)的67.5%和85.0%，且60～120 min和90～120 min回彈量占0級回彈量的百分比小于10%的檢測點分別占總檢測點數(shù)的87.2%和94.2%，因此，卸載至零后在第90 min 特別是在第120 min 測讀承壓板沉降量意義不大，可改為卸載至零后，維持時間為90 min或1 h。

4 結論

⑴平板載荷試驗的回彈率與試驗荷載大小沒有相關性。

⑵平板載荷試驗的最大沉降量與荷載大小沒有必然聯(lián)系。

⑶沉降量在25 mm以內時，回彈率沒有規(guī)律；沉降量超過25 mm后，隨著沉降量增大，總體回彈率減小。

⑷平板載荷試驗卸載時，在卸載未至零測試級，回彈速度很快，測試時間在15～30 min內的回彈量很小且占本級回彈量的比值小，維持荷載時間可從30 min改為15 min。

⑸卸載至零后，測試時間在60～120 min 內特別是在90～120 min 內的回彈量很小且占本級回彈量的比值很小，維持荷載時間可從120 min 改為90 min 或1 h。

⑹根據(jù)分析，每個檢測點的卸載測試時間可減少75 min 或105 min，更能體現(xiàn)平板載荷試驗的經(jīng)濟合理性，且對該方法的安全可靠性沒有影響。

因文獻［1］與文獻［2］在卸載總的測試時間上沒有變化，所以上述大數(shù)據(jù)分析結論對文獻［1］同樣適用。

5 建議

⑴與單樁豎向抗壓靜載試驗一樣，平板載荷試驗也設定快速維持荷載法和慢速維持荷載法，快速法用于地基基礎驗收檢測，慢速法用于施工前為設計提供依據(jù)。

⑵把文獻［1］中平板載荷試驗的原試驗步驟定義為慢速維持荷載法，快速維持荷載法對卸載試驗步驟修改如下：卸載未至零時，每級荷載維持15 min；卸載至零后，荷載維持時間為90 min或1 h。