工程地质勘察中地基承载力确定方法评述

周恒

摘 要： 为了确保地基在载荷作用下不会引起剪切破坏，导致地基过度变形影响建筑物的正常使用，因此，合理确定地基的承载力非常重要。本文对常见的地基承载力原位测试方法以及理论进行了分析。研究表明;地基土质存在不确定性，用不同方法确定的承载力值有很大差异，应当根据不同土的工作状态选择不同的地基承载力确定方法。载荷试验适用于大部分土地基，但是需注意平板载荷试验的承压板面积应大于0.25m2，对于软土，承压板面积应大于0.5m2;静力触探试验主要适用于粘性土、粉土和中等密实度以下的砂土，对于含较多碎石、砾石和很密实的砂土不适用;标准贯入试验对可能液化的砂土、粉土不适用，对于粘性土而言，当锤击数小于17时，运用插值法求得的地基承载力要比标准贯入经验公式确定的地基承载力要小，反之则要大;理论公式对抗剪强度指标c、φ的精度要求较高。

关键词： 工程地质勘察;地基承载力;原位测试;理论公式

【中图分类号】K826.16     【文献标识码】A     【文章编号】1674-3733（2020）17-0008-02

1 引言

地基承载力是指在强度、变形和稳定性可以满足设计要求的条件下，地基土承受载荷的能力[1-2]。附加应力导致地基土变形并且建筑物沉降，如果土体中某个点的剪切应力等于该点下地基土的剪切强度，则该点将达到临界平衡，并发生剪切破坏。在确定地基的承载力时，必须满足以下两个条件：变形和强度同时满足规范规定的要求。确定地基的承载力时应考虑以下因素[3-4]：（1）土的物理力學性质，地基土的物理性质直接影响承载力。（2）地基土的堆积年代及其成因。地质对地基工程性能的影响是颗粒组成、颗粒形状、矿物组成，化学组成和成岩程度的函数，堆积时间越长，承载力一般就越高。（3）地下水。当地下水上升时，土体的自然重度变为有效重度，从而相应地降低了承载能力。此外，地下水的升降会影响地基的变形，湿陷性黄土与水接触时会塌陷，膨胀土在失去水分时会收缩，遇水时会膨胀吧，这些都会影响承载力。（4）荷载作用方向。载荷的作用方向严重影响基础的承载力，而倾斜载荷是不利的因素。通过上述分析可知，合理确定计算地基承载力的方法对于项目的经济效益和安全性至关重要。

2 原位测试方法

原位测试是在没有或基本没有干扰的情况下对土体进行测试，以获得土层的物理力学指标，该测试可以在场地上进行，而无需抽样，这样可以减少压力，避免在运输过程中样品碰撞[5]。通常用于确定地基承载力的原位测试包括现场载荷试验、标准贯入试验和静力触探试验。每种方法都有其优势和局限性。因此，分析每种试验方法的优缺点，确定适用范围并选择科学、经济的试验方法非常重要。

2.1 现场载荷试验。

现场载荷试验是在刚性承压板上施加载荷和测量设备，通过承压板逐渐加载测量地基土的压力和变形特性。确定地基土的承载力及其沉降值的理想方法是执行与基础大小相同的承压板测试，但是，对于大面积的筏式和箱形基础，此方法可能不切实际，因为测试尺寸与实际基础尺寸有很大不同，并且应力分布和破坏模式也有很大差异。为了避免试坑底部的土体受到扰动而破坏原有的结构，应在承压板下铺小于20cm厚的中粗砂作垫层;同时，平板载荷试验的承压板面积应大于0.25m2，对于软土，为防止在加荷过程中发生倾斜，承压板面积应大于0.5m2。

2.1.1 载荷试验确定地基承载力。

在载荷试验中，土体发生破坏时，沉降迅速增加，土体被侧向推出。因此，如果满足以下两个条件中的任何一个，则在任何给定的荷载下，都被视为破坏，相应的荷载是极限荷载：（1）承压板周围的土体被挤压;（2）沉降-载荷曲线急剧下降。《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）[6]规定：载荷试验应设置在典型的部位，每个场地至少有3个测试点，如果现场地基土不是均质的，应适当增加测试点，每次试验的测量值范围不得超过平均值的30%，平均值就是地基承载力特征值。

工程实践表明，基础的埋深、形状和大小对地基的承载力有重要影响，载荷试验在特定条件下完成，试验结果直接用于工程实践。在工程实践中，通常使用经验校正方法来研究实际基础埋深和基础宽度对基础承载力的影响。《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）[7]采用以下公式进行地基承载力的修正：

2.1.2 载荷试验存在的问题

载荷试验被认为是测试地基承载力的最可靠方法，但是由于成本高昂，存在如下问题：

（1）测点问题。测试位置选择仍然存在随机性，无法准确评估项目的施工质量，并且在代表性场地中选择适当数量的测量点来突出关键点并反映项目的整体质量水平很重要。

（2）承压板刚度问题。未能选择合理的承压板刚度会严重影响测量数据的可靠性和实际结构模拟的合理性。

（3）地基的尺寸效应，承压板的面积通常比实际地基的面积小得多。在刚性承压板边缘的下方，地基土体的塑性区域很容易发展并形成连续的滑动表面，从而导致破坏。因此，载荷试验的影响范围小于对实际基础对深度的影响范围，并且测得的极限承载力小于地基的实际承载力。

（4）测试加载速率与施工速度不匹配。施工过程是分阶段的加载过程，此过程非常缓慢，并且与加载测试机制完全不同。与建筑施工荷载相比，载荷试验对地基土有一定“冲击效应”。

（5）土层的分布通常沿深度不同，此时载荷试验将受到限制。

（6）设备较重、技术要求、测试周期长，在地基处理过程中无法检查施工质量，无法综合评价地基处理的效果。

可以看出，上述差异不可避免地引起测试值与地基承载力的实际值之间的偏差。

2.2 静力触探试验。

静力触探试主要适用于粘性土、粉土和中等密实度以下的砂土，对于含较多碎石、砾石和很密实的砂土不适用[6]。

由于探头的阻力直接反映了土的强度，因此贯入阻力ps通常与地基承载力的特性值有关，可以根据贯入阻力确定计地基承载力特征值。静力触探技术具有高精度、经济性和连续性等优点，广泛用于地层岩性变化很大的复杂地区和难以获得原状土样的饱和砂土和的软粘土地基的勘察。

2.2.1 静力触探的经验公式

使用静力触探试验确定地基的承载力会导致土体在没有压密的情况下就发生剪切破坏。当使用静力触探试验确定地基的承载力时，应仔细考虑土体质量差异的影响。根据《工程地质手册》（第4版）[8]，使用静力触探确定地基承载力的经验公式为：

2.2.2 静力触探试验存在的问题。

静力触探试验成功应用受到工程勘察界的广泛关注，静力触探具有探查和测试能力强、连续、高速、高效、多功能、测试数据准确性高等优点。但是，静力触探试验也有一些主要局限性：

（1）作为一种测试手段，静力触探只能通过直接作用于土层来描述土的性状。

（2）在施工过程中，土体应力条件很复杂，只能测量贯入阻力，这是一个综合指标，但不能测量某些物理参数，例如密度、压缩模量和抗剪强度。

（3）很难贯入碎石类土的土体，并且经常有必要将钻探结合起来完成勘测任务。

2.3 标准贯入试验。

标准贯入试验是使用錘击的动能（锤重63.5kg±0.5kg，落距76cm±2cm）将特定规格的贯入器打入土体中，根据贯入阻力来区分土层变化和工程特性的现场测试方法。贯入阻力用贯入器穿透土壤30cm的锤击数N来表示，称为标准贯入击数。除砂土外，还可用于粘土和软岩，贯入器可以携带受干扰的土样来进行相关的室内测试。

2.3.1 标准贯入试验的经验公式。

标准贯入试验对可能液化的砂土、粉土不适用，在进行标准贯入试验之前，需要判别土体液化的可能性。在工程实践中，通过大量标准贯入试验积累更多的测试数据以及在贯入测试结果与强度之间找到更可靠的关系是非常有意义的。根据《工程地质手册》（第4版）[8]，地基承载力的标准值是根据标准贯入数确定的，可以按照下式计算：

此外，对于粘性土而言，可以根据锤击数查表采用插值法进行地基承载力的估算，见表1所示。插值法与标准贯入经验公式的比较见图1所示，从图中可以知道，当N小于17时，运用插值法求得的地基承载力要比标准贯入经验公式确定的地基承载力要小，反之则要大。

2.3.2 标准贯入试验存在的问题。

使用标准贯入测试结果时，应该注意以下问题：

（1）有许多因素会影响标准贯击数，这可能会导致结果出现较大差异，并可能导致承载力取值出现偏差，测试重现性很差。

（2）工程应用中不能仅基于单个孔的标准贯击数来确定设计参数。

3 理论公式

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）[7]可知，可以根据土的抗剪强度指标确定地基承载力特征值，可按下式计算：

使用公式（4）计算地基的承载力对c和φ的精度要求较高，并且试验方法必须与土的性状相适应。

4 结论

通过以上分析表明，地基土质存在不确定性，用不同方法确定的承载力值有很大差异，应当根据不同土的工作状态选择不同的地基承载力确定方法。载荷试验适用于大部分土地基，但是需注意平板载荷试验的承压板面积应大于0.25m2，对于软土，为防止在加载过程中发生倾斜，承压板面积应大于0.5m2;静力触探试验主要适用于粘性土、粉土和中等密实度以下的砂土，对于含较多碎石、砾石和很密实的砂土不适用;标准贯入试验对可能液化的砂土、粉土不适用;理论公式对抗剪强度指标c、φ的精度要求较高。

参考文献

[1] 沈银斌，朱大勇，卢坤林.基于滑面正应力修正的浅埋矩形基础地基承载力计算[J].岩石力学与工程学报，2014，33（11）：2351-2359.

[2] 陈乐意，姜安龙，李镜培.考虑地基土自重影响的地基承载力系数[J].岩土力学，2012，33（1）：215-219.

[3] 张玉成，杨光华，胡海英等.载荷试验尺寸效应及地基承载力确定方法探讨[J].岩土力学，2016，37（S2）：263-272.

[4] 杨光华，黄致兴，姜燕等.地基承载力的双控确定方法[J].岩土力学，2016，37（S2）：232-242.

[5] 沈秋武，龙照，何腊平.风化砂岩地基承载力确定方法研究[J].工程勘察，2019，47（02）：31-36.

[6] 《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），中国建筑工业出版社.

[7] 《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），中国建筑工业出版社.

[8] 《工程地质手册》（第4版），中国建筑工业出版社，1992.