处理后地基静载荷试验成果分析

张高其

摘 要：通过处理后地基静载荷试验得出的处理后地基承载力特征值，是上部荷载通过承压板引起的土应力主要影响范围内土层的承载力，受试验中承压板大小的限制和下卧软弱土层深度的影响，与设计时建筑主体地基承载力验算中的地基承载力特征值并不相等，文章通过实例分析来明确一下两者之间的区别。

关键词：处理后地基承载力特征值；承压板；分析

引言

当天然地基承载力不满足要求时，部分地基通过换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基和注浆加固等处理后的地基承载力得以提高。部分经地基处理后形成的复合地基基础下卧处理前的软弱土层，通过符合现行标准设计的处理后地基承载力验算，同时在地基验收时平板静载荷试验也满足设计要求的情况下，曾出现建筑主体沉降过大、开裂变形等工程质量事故。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）中第一次单独列出了处理后地基静载荷试验要点并确定了其适用范围是地基承压板应力主要影响范围内土层的承载力和变形参数，正确理解本条款成为解释此类工程质量事故的原因。

设计单位根据《建筑地基设计规范》（GB50007-2011）进行处理后地基承载力与变形验算，计算出符合要求的基础底面土层的地基承载力特征值fak设计。检测单位依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）通过处理后地基静载荷试验（承压板）确定处理后地基承载力特征值fak检测，受承压板面积大小一般不可能与基础底面积相同的限制，因此fak设计值与fak检测值两者并不相等。尤其是在软弱土层部分处理和上下两层地基土承载力相差很大的情况下，如果地基基础验收时将两者混淆不清，建筑主体完工之后的地基基础质量将得不到保证，难免会出现上述工程质量事故。

文章通过实例来分析fak设计值与fak检测值的不同之处，加深对《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）附录A处理后地基静载荷试验要点中第A.0.1条的理解，即“本试验要点适用于确定换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基和注浆加固等处理后地基承压板应力主要影响范围内土层的承载力和变形参数”。处理后地基土的承载力是文章分析的主要内容。

1 处理后地基静载荷试验实例

1.1工程概况

丰盛·瀚海嘉园22#楼工程地点位于××市新袁镇中心小学对面，地基处理类型为砂石垫层（部分换填②粉土），垫层厚度0.5m，设计处理后地基承载力特征值150kPa，地基换填处理结束日期2013年4月21日，依据JGJ79-2012采用处理后地基静载荷试验检测处理后地基承载力，要求最大加载极限300kN，检测数量3组，现场检测日期为2013年6月7日～9日。

1.2 地质条件描述（见表1）

1.3 现场检测过程

（1）试验采用慢速维持荷载法。（2）加、卸载分级：复合地基设计承载力特征值150kPa，极限加载按300kN考虑，共分八级加载，第一级加载37kN，然后按每级38kN递增直至加载300kN为止。卸载时每级卸载分级量为加载分级量的2倍，逐级卸载至零。（3）配重在试验前一次性置于压重平台上，均匀稳固放置，且压重量大于预估最大试验荷载的1.2倍。（4）通过置于荷载板顶面中心的千斤顶，把压重平台荷载分级传递到试桩，沉降通过置于荷载板顶面2只正交直径方向4只50mm量程位移传感器观测；（5）复合地基试验步骤按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）附录A处理后地基静载荷试验要点进行。

1.4 静载试验曲线图表

附试验点号1的静载试验曲线图表，其余两个试验点曲线图略。（见表2）

1.5 检测结果

表3

综上所述，所测各试验点实测值的极差不超过其平均值的30%，承压板应力主要影响范围内土层的处理后地基承载力特征值取其平均值150kPa。

2地基承载力特征值分析

2.1 静载荷试验结果的理论验算

2.1.1 已知条件

如图1所示，试验采用方形承压板，宽度B为1m；换填砂石垫层厚度Z为0.5m；垫层顶面距自然地面高度D为1m；承压板下地基土的附加压力Pz0取试验结果150kPa；垫层底面处②层粉土的地基承载力特征值fa为85kPa，重度19kN/m3。

2.1.2 压力扩散角的选择

根据JGJ79-2012规范中表4.2.2采用，砂石垫层，Z/b=0.50，取θ=30°。

2.1.3 垫层底面处地基承载力验算

根据GB50007-2011第5.2.4条，垫层底面处经修正后的地基承载力特征值faz=85+0+1.5×（19+0.5×20）×（1.5-0.5）/1.5=114kPa。

垫层底面处土的自重压力值pcz=19×1.5=28.5kPa；

根据JGJ79-2012第4.2.2条第2款，方形承压板采用式1进行垫层底面处附加压力计算：

（1）

式中：pz-相应于作用的标准组合时，垫层底面处的附加压力值（kPa）；b-矩形基础或条形基础底面的宽度（m）；l-矩形基础底面的长度（m）；pk-相应于作用的标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）；pc-基础底面处土的自重压力值（kPa）；z-基础底面下垫层的厚度（m）；θ-垫层（材料）的压力扩散角（°）。

计算垫层底面处的附加压力值pz=150/（1+2×0.5×tan30°）2=60kPa；

pz+pcz=88.5kPa

综上所述，理论计算值与现场地基静载荷试验结果相符。

2.2 改变基础类型，其它条件不变

2.2.1 基础类型为条形基础

根据JGJ79-2012第4.2.2条第2款，条形基础采用式2进行垫层底面处附加压力计算：

P■=■（2）

按平板静载试验条件，垫层底面处的附加压力值pz为60kPa，顶面处的附加压力值pz0为150kPa，计算此时条形基础的宽度b条1=60×2×0.5×tan30°/（150-60）=0.38m，即平板静载试验所提供的地基承载力150kPa只能满足条形基础宽度不大于0.38m的宽度。

按地质勘探报告提供的条件②层粉土的地基承载力特征值fa为85kPa，计算垫层底面处所能承受的附加压力值为114-28.5=85.5kPa，当垫层顶面处的附加压力值为150kPa时，计算条形基础的宽度b条2=85.5×2×0.5×tan30°/（150-85.5）=0.76m，即地质勘探报告提供的地基承载力能满足条形基础宽度不大于0.76m的宽度。

因此，当条形基础宽度设计值范围在大于0.38m而小于0.76m时，可通过设计验证。但垫层顶面处条形基础附加压力150kPa扩散作用于垫层底面处土层的附加压力值大于60kPa。然而处理后地基静载试验（承压板）中检验得出的垫层承载力特征值150kPa扩散作用于垫层底面处土层附加压力值为60kPa。垫层底面处的软弱土层②层粉土没达到静载试验的检验目的，可能出现失稳破坏，引起建筑工程主体沉降过大或沉降不均。

2.2.2 基础类型为矩形独立基础

因平板静载试验承压板采用的是方形1m×1m的承压板，当矩形独立基础面积小于1m×1m时，主体结构是偏向于安全；当独立基础面积等于1m×1m时，此时垫层的fak设计值与fak检测值相同；当独立基础面积大于1m×1m时，就会出现平板静载试验没起到检验目的的情况。

基础类型换为1m×2m宽的矩形独立基础，根据JGJ79-2012第4.2.2条第2款，矩形承压板采用式1计算垫层底面处的附加压力值pz矩=2×150/（1+2×0.5×tan30°）（2+2×0.5×tan30°）=74kPa；

pz矩+pcz=102.5kPa

进一步扩大独立基础的面积为2m×2m的方形基础时，pz方+pcz=118.8kPa>faz=114kPa，此时，不满足设计要求，不能通过设计验证。

综上所述，当软弱地基部分处理，基础类型与平板静载荷试验中所使用的方形承压板形状、大小不同时，外理后地基静载试验中预定的最大地基承载力检测值等于设计中使用的地基承载力特征值，静载试验无法满足预期的检验目的。相当于外理后地基静载试验时仅检验了垫层的承载力特征值，而忽略了下卧软弱层的承载力。同时如果设计时直接引用处理后地基静载试验提供的垫层承载力特征值而不考虑试验中所使用的承压板大小因素，就可能出现下卧软弱层的承载力不足而失稳破坏，导致建筑工程主体沉降过大或沉降不均，引起工程质量事故的发生。

3 设计与处理后地基静载荷试验应注意的事项

换填垫层、预压地基、压实地基、夯实地基和注浆加固等处理后的地基，当软弱土层只是部分处理，或处理后的基底下存在软弱下卧土层时，采用处理后地基静载荷试验（承压板）的方法检验基底承载力和变形参数的结论在引用时应谨慎，与试验时所选用的承压板大小息息相关，应注意前提条件是承压板下土层应力影响范围内的地基土承载力，特别注意需验算加固土体或垫层下软弱层所承受的附加压力。

3.1 设计

设计验收时，可通过两种方法来保障地基承载力的要求。

（1）工程质量地基承载力验收时，尽可能指定出承压板的大小与加载极限值。避免由于承压板面积比基础面积小，其它条件相同的情形下，承压板上的压力扩散至下卧软弱层时将会不足，试验得不到检验的真正目的。

（2）做两层土体的平板静载荷试验。先检验原位软弱土层的地基承载力特征值，然后检验加固土体或垫层的地基承载力特征值。

总之试验时应及时沟通，掌握处理后地基承载力特征值的使用条件，压板面积和基础面积不同，应力扩散的快慢不同，避免工程质量事故的发生。

3.2 处理后地基静载荷试验

试验前，应充分收集设计资料。主要包括地质勘察报告、基础类型、地基处理的详细资料、上部结构的形式。

确定满足设计要求的加载极限值。根据加固土体或垫层的材料确定压力扩散角，然后根据基础的类型、加固土体或垫层的厚度，以及所提供的设计地基承载力特征值，计算下卧软弱层顶面的附加压力值。然后根据试验时所使用的承压板，反算出承压板上应该加载的极限值。

3.3 关于承压板的面积大小讨论

JGJ79-2012中对平板静载荷试验中采用承压板的大小规定是：“压板面积应按需检验土层的厚度确定，且不应小于1.0m2，对夯实地基，不宜小于2.0m2”。在地基静载试验过程中，承压板大小直接影响试验加载荷载值。而建筑工程主体地基基础底面的大小相对承压板来说均很大，地基静载试验时，要达到垫层底面相对软弱土层的建筑工程主体所产生的附加压力值，有时需要很大的压力，甚至可能试验时垫层顶面破坏时垫层底面的附加压力还达不到要求。

为达到检验下卧软弱层承载力，是否可以考虑通过不同途径达到目的：一是增加承压板的面积，会直接增加试验费用；二是可以减小承压板到垫层底面的深度，需要开挖出地基处理层中的试坑，对地基处理层有影响；三是当前两者都不可行时，既增加承压板面积，又减小承压板到垫层底面的深度。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ79-2012.建筑地基处理技术规范[S].2013.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50007-2011.建筑地基基础设计规范[S].2013.

[3]工程地质手册（第四版）[M].中国建筑工业出版社，2009.

[4]王珊.岩土工程检测、试验与监测新技术应用手册[M].中国科技文化出版社.