基于地基土承載力試驗(yàn)研究

　　摘 要：針對(duì)地基土的承載力試驗(yàn)研究，挖掘地基土潛力、合理選擇地基土持力層、提高地基土承載力。本文結(jié)合寧夏自治區(qū)工程實(shí)例，應(yīng)用慢速維持荷載法進(jìn)行靜載荷試驗(yàn)研究。研究表明：當(dāng)?shù)鼗脸休d力較低時(shí)，為了減小工程上的資金，又可以取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在滿足地基穩(wěn)定、安全的條件下，利用粉細(xì)砂替換軟土層，即可以提高地基土的承載力。

　　關(guān)鍵詞：地基土承載力 靜載荷試驗(yàn) 機(jī)理分析

　　勘察地基土承載力，是地基土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)所需的重要指標(biāo)?？辈煸囼?yàn)技術(shù)是確定地基承載力的最直接、最可靠的手段。所以進(jìn)行地基土承載力試驗(yàn)研究具有重要意義。本文在確定地基土承載力特征值時(shí)，根據(jù)巖土工程勘察等級(jí)、地基土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)、土質(zhì)條件選擇靜載荷試驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等測試方法，結(jié)合理論計(jì)算和設(shè)計(jì)需要進(jìn)行綜合探討，揭示了貴陽市市地基土的承載力，提出了地基土承載力的處理建議，供巖土工程設(shè)計(jì)人員參考。

　　1 工程概況

　　寧夏回族自治區(qū)農(nóng)牧廳綜合服務(wù)中心大樓總占地面積14666.52m2 ，建筑總面積258830.0m2 。地上建筑面積 23342.8m2 ，地下室建筑面積2260.2.0m2 。擬建的綜合服務(wù)中心由主樓和裙樓構(gòu)成，為高低層聯(lián)體建筑物，層數(shù)相差超過10層，主樓層數(shù)為地上21層，呈矩形分布，長 58.6m，寬18.4m，高度85m，基礎(chǔ)埋深±0以下6.0m，基底荷載400kPa;裙樓分布于主樓南側(cè)，層數(shù)為地上3層，呈矩形分布，東西長50.0m，南北寬25.0m、高度14.5m，基礎(chǔ)埋深 ±0以下6.0m，基底荷載180kPa，地基土承載力特征值為 270kPa?？辈靾鰠^(qū)位于銀川平原的中部，“喜山”構(gòu)造運(yùn)動(dòng)使賀蘭山褶皺帶與鄂爾多斯地臺(tái)相對(duì)上升，形成“銀川地塹”。該地塹長約170km，寬50km，呈北東向延伸，地塹在新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)期一直處于比較活躍狀態(tài)，經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致斷裂發(fā)育，歷史上地震活動(dòng)頻繁。分布于賀蘭山的東側(cè)的次生斷裂帶，至今尚未發(fā)現(xiàn)活動(dòng)痕跡，所以該區(qū)域工程地質(zhì)條件穩(wěn)定，是良好的建筑場地。場區(qū)地層除淺層為雜填土、素填土外，其下均系第四系黃河沖積及湖積地層，以粘性土、砂土為主。具體內(nèi)容詳如表1所示。

　　2 試驗(yàn)研究設(shè)計(jì)

　　2.1 試驗(yàn)方法及設(shè)備

　　利用慢速維持荷載法進(jìn)行 試驗(yàn)，壓重平臺(tái)反力裝置;320kN、500kN油壓千斤頂,并聯(lián)于千斤頂油路的壓力表;30 ~50mm量程百分表;圓形承壓板，直徑6 0.0cm和 56.4cm。

　　2.2 試驗(yàn)參數(shù)及檢測方法

　　(1)試驗(yàn)深度：承壓板底部標(biāo)高為高程1102.0m處。

　　(2)壓重平臺(tái)反力裝置提供加載反力。

　　(3)采用并聯(lián)于千斤頂油路的壓力表測量荷載，根據(jù)千斤頂率定曲線換算荷載。

　　(4)手動(dòng)加壓，平板載荷試驗(yàn)加荷分級(jí)加載，首級(jí)荷載為40kPa，各級(jí)荷載增量為40kPa，最大加載量為960kPa。

　　(5)兩側(cè)安裝百分表量測，人工或自動(dòng)讀記，每級(jí)荷載施加后按第10min、10min、10min、15min、15min測讀一次沉降量，以后每隔30min測讀一次。

　　(6)沉降相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)連續(xù)2h內(nèi)，每1h的下沉量小于0.10mm時(shí)，認(rèn)為壓板下沉已趨穩(wěn)定，即可加下一級(jí)荷載，且每級(jí)荷載的間隔時(shí)間不應(yīng)少于2h。

　　3 地基土的工程性能

　　依據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》第4版和土工試驗(yàn)規(guī)程，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)，查表得到地基土粉細(xì)砂層錘擊數(shù)修正值N 63.5統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表3所示，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù)按下式計(jì)算：

　　N 63.5=aN

　　式中：N 63.5為標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)錘擊數(shù);

　　N為實(shí)測錘擊數(shù);

　　a為觸探干長度修正系數(shù)。

　　由表2、表3統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，②素填土：厚度變化較大，a 1-2=0.30MPa-1，I l =0.33，可塑，結(jié)合標(biāo)貫試驗(yàn)，確定為中、高壓縮性。③粉質(zhì)粘土：厚度變化較大，a 1-2=0.27MPa-1， I l=0.23，可塑-硬塑，結(jié)合標(biāo)貫試驗(yàn)，確定為中壓縮性。④ 粉土：呈透鏡體分布，結(jié)合標(biāo)貫試驗(yàn)，中密，確定為中壓縮性。⑤細(xì)砂：高程1102.0m以上，濕-飽和，中密，局部稍密，中、低壓縮性土;高程1102.0m以下，飽和，密實(shí)，低壓縮性土。

　　4 試驗(yàn)成果及機(jī)理分析

　　4.1 地基土承載力特征值

　　根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)和原位測試統(tǒng)計(jì)結(jié)果，參考《工程地質(zhì)手冊(cè)》第3版的相關(guān)資料，綜合確定的各層地基土承載力特征值列于表4。

　　確定承載力時(shí)應(yīng)考慮地基土的壓縮模量,壓縮模量的大小直接決定地基土的變形,因此當(dāng)壓縮模量相對(duì)較小時(shí),承載力相應(yīng)較低，反之則較高。由表4可知，素填土的壓縮模量最小為6.4MPa，承載力特征值為110kPa;粉質(zhì)粘土的壓縮模量為6.9MkPa;承載力特征值為160kPa;高程為 1095m以下的粉細(xì)砂壓縮模量最大為35.0MPa，承載力特征值340kPa。

　　4.2 地基土承載力修正系數(shù)

　　地基土承載力修正系數(shù)是根據(jù)實(shí)際基礎(chǔ)埋深,并考慮多種因素綜合確定,深、寬修正系數(shù)的起始值應(yīng)根據(jù)載荷試驗(yàn)中的范圍確定，地基土承載力修正系數(shù)見表4所示，計(jì)算公式為：

　　f a=f ka+ηb γ(b-3)+ηd γ0(d-1.5)

　　式中：f a為深寬修正后的地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值,kPa;

　　f ka為深寬修正前的地基土承載力標(biāo)準(zhǔn)值,kPa;

　　ηb、ηd為基礎(chǔ)寬度及深度的承載力修正系數(shù),可根據(jù)土的類比與性質(zhì)查表或根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定;

　　γ、λ0為基礎(chǔ)底面以上和以下土的平均重度(地下水位以下為有效重度),kN/m3 ;

　　b為基礎(chǔ)底面寬度(小于3m時(shí)，按3m計(jì)算;大于6m時(shí)，按6m計(jì)算),m;

　　d為基礎(chǔ)埋置深度,m。

　　4.3 機(jī)理分析

　　根據(jù)地基土靜載荷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果曲線繪制如圖1、圖 2所示。

　　由圖1、圖2靜載荷試驗(yàn)結(jié)果P-S曲線可知，圖1當(dāng)荷載為0~720kPa,圖2當(dāng)荷載為0~400kPa時(shí)，P-S曲線近似呈線性關(guān)系,地基土處于彈性段,此時(shí)地基土中的孔隙壓縮并伴隨有氣體與液體的消散,圖1隨著荷載逐漸遞增為 720~880kPa，圖2隨著荷載逐漸遞增為400~600kPa時(shí)， P-S曲線開始向下彎曲，呈非線性關(guān)系，地基土處于塑性階段，此時(shí)地基土中的孔隙進(jìn)一步壓縮并出現(xiàn)了局部剪切破壞。地基土出現(xiàn)了塑性變形。當(dāng)荷載P繼續(xù)增大時(shí)，P-S又近似呈線性關(guān)系，地基土達(dá)到滑動(dòng)破壞階段。由此可見，地基土的變形呈現(xiàn)階段性特征，即隨著荷載的增加地基土的變形將經(jīng)歷擬彈性階段、塑性階段與滑動(dòng)破壞階段。

　　綜上所述，在確定地基土承載力特征值時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察等級(jí)、地基土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)、土質(zhì)條件選擇靜載荷試驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等測試方法，結(jié)合理論計(jì)算和設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。當(dāng)?shù)鼗脸休d力較低時(shí)，為了減小工程上的資金，又可以取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在滿足地基穩(wěn)定、安全的條件下，利用粉細(xì)砂替換軟土層，這樣可以提高地基土的承載力。

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　　5 結(jié)語

　　(1)素填土：厚度變化較大，a 1-2=0.30MPa-1，I l =0.33，可塑，結(jié)合標(biāo)貫試驗(yàn)，確定為中、高壓縮性。層粉質(zhì)粘土：厚度變化較大，a 1-2=0.27MPa-1，I l =0.23，可塑-硬塑，結(jié)合標(biāo)貫試驗(yàn)，確定為中壓縮性。粉土：呈透鏡體分布，結(jié)合標(biāo)貫試驗(yàn)，中密，確定為中壓縮性。層細(xì)砂：高程1102.0m以上，濕-飽和，中密，局部稍密，中、低壓縮性土;高程1102.0m 以下，飽和，密實(shí)，低壓縮性土。

　　(2)確定地基土承載力時(shí)應(yīng)考慮地基土的壓縮模量，壓縮模量的大小直接決定地基土的變形，因此當(dāng)壓縮模量相對(duì)較小時(shí)，承載力相應(yīng)較低，反之則較高。

　　(3)地基土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的基礎(chǔ)埋深與寬度對(duì)地基土承載力進(jìn)行修正。

　　(4)在確定地基土承載力特征值時(shí)，應(yīng)根據(jù)巖土工程勘察等級(jí)、地基土基礎(chǔ)設(shè)計(jì)等級(jí)、土質(zhì)條件選擇靜載荷試驗(yàn)、室內(nèi)土工試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)、動(dòng)力觸探試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等測試方法，結(jié)合理論計(jì)算和設(shè)計(jì)需要進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。當(dāng)?shù)鼗休d力較低時(shí)，為了減小工程上的資金，又可以取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在滿足地基穩(wěn)定、安全的條件下，利用粉細(xì)砂替換軟土層，即可以提高地基土的承載力。

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《基于地基土承載力試驗(yàn)研究》

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