赵 鹏 赵守良 吕 超

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳 550081)

地基土载荷试验的试验原理是将一定尺寸和几何形状(圆形或方形)的刚性板，安放在被测的地基持力层上，逐级增加荷载，并测得每一级荷载下的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载(p)-沉降(s)曲线(即p-s曲线)，参照典型的载荷试验p-s曲线的直线变形、剪切变形和破坏3个阶段的内在规律确定地基承载力，是一项使用最早、应用最广泛的原位试验方法，其优点是：在目前按理论公式确定、按地基载荷试验确定、按地基规范承载力表确定和根据相邻条件相似的建筑物经验确定地基承载力的4种方法中，地基载荷试验确定的方法被认为是确定地基承载力最可靠的方法。其缺点是：成本高，且耗时长，对试验坑尺寸、实验人员熟练程度，以及试验时的天气等都有严格的要求。实践中发现，在做有关既有地基载荷试验时，由于受既有建筑的影响，载荷试验的的缺点尤为凸显，易产生不能满足规范的无效试验，不得不增加试验点，增加了整个试验的经济和时间成本。

徐建平等[1]对《建筑地基基础设计规范》中的承载力系数进行拟合后，用灰色关联理论对影响地基承载力的因素进行分析研究，结果显示各因素对地基承载力影响程度从大到小的排序为：内摩擦角φ、土的重度γ、基础的埋深d、基础的宽度b、黏聚力c。既有地基在长期荷载作用下，地基土压密固结，地基承载力得以提高[2-3]，压密固结的过程是压密核内孔隙水压从正值趋近于0的过程,是压密核抗力从小于外荷趋近于等于外荷的过程[4]，在既有地基承载力变化中，压密效应直接改变土的重度。地基承载力与土的重度关联最大，即与土的密度关联度最大(γ=ρg)。

以贵州某地基土承载试验为例，尝试利用灰色关联理论分析，通过与密度关联度的大小，淘汰不合理的试验数据组合，在不符合规范的要求下探讨数据合理性的新方法，为现场条件复杂的既有地基载荷试验提供一种新的数据处理办法，以供类似案例参考。

1 某既有地基载荷试验简介

1.1 试验过程

贵州某地分别于1971，1981，1986和1991年在天然的红黏土地基上修建了层高、结构和基础形式基本相同的A，B，C，D 4座工业厂房。为了探究既有地基的持载时间和承载力的关系，对每个工业厂房选3个基础进行深层平板试验，试验方法采用慢速维持荷载法，通过基础提供反力，仪器埋深在3.0 m左右(基础底面往下1 m左右)，设计承载力按300 kPa计算，极限加载按600 kPa考虑，首级荷载80 kPa，以后每级加载40 kPa，共分14级加载，同一厂房依据已完成试验点的情况，可适当调整首级荷载和每级加载大小，具体实施步骤按GB 50007-2011 《建筑地基设计技术规范》 附录D实施要点进行。另外还选取了以天然无荷载场地，进行了浅层平板试验，试坑深度2 m，按经验设计承载力165 kPa计算，极限加载按330 kPa考虑，首级荷载60 kPa，以后每级加载30 kPa，共分9级加载。步骤按GB 50007-2011 《建筑地基设计技术规范》 附录C实施要点进行。各厂房相对位置见图1。

图1 厂房相对位置图

载荷试验为2015年4-7月，历时3个月，前后分别完成了A，B，C，D厂房和天然场地的载荷试验。除天然场地外，试验期间适逢雨季，若试验时间安排不当，雨水会从厂房外地表流入或地下渗入到试验基坑内，影响现场载荷试验，另外，试验工作量较大，试验人员的熟练程度也对试验的结果的可靠性产生影响。

1.2 试验结果

实验结果见表1。

表1 载荷试验结果 kPa

GB 50007-2011 《建筑地基基础设计规范》规定平板载荷试验中“对同一土层参数统计的试验点不应少于3点，当试验实测值的极差不超过平均值的30 %时，取平均值作为该土层的地基承载力特征值(fak)”，由表1可见，除天然场地外，各车间地基承载力特征值并不能满足规范要求。

2 平板载荷试验数据灰色关联分析

在进行载荷试验的同时对各试验点的地基土进行了物理指标测定，试验数据见表2。

表2 各厂房的物理指标

表3 与地基承载力特征值关联度大的组合

通过设置关联度的大小，淘汰了多数的不合理组合，仅剩10组与密度关联较大的数据，可推荐为该既有地基土载荷试验的较为合理的试验数据组合，在10组数据中，有1321，2123，2133和2331的排列组合密度与承载力特征值的关联度为所有组合中最大的，结合压密效应的特点，本文推荐1321的承载力特征值组合为载荷试验的最终数据组合，见表4。

表4 地基承载力特征值推荐值 kPa

3 方法合理性分析

对既有建筑的研究成果表明，凭地区经验考虑地基土的压密效应而适当提高地基承载力，提高的幅度应根据既有建筑基底平均压力值、地基土类别、使用年限和当地成熟经验来确定。当无成熟经验时，可采用下列公式确定地基承载力：

原房屋修建时间为5～15年

fk=[R][1+(0.05～0.2)]

原房屋修建时间为15～25年

fk=[R][1+(0.15～0.3)]

原房屋修建时间为25～35年

fk=[R][1+(0.25～0.4)]

原房屋修建时间为35～50年

fk=[R][1+(0.35～0.5)]

式中：fk为原房屋增层后地基承载力标准值；R为原房屋设计时采用的地基承载力值。

按照以上经验公式，D厂房，C厂房，B厂房，A厂房的承载力分别为138～156，150～168，150～168，162～180 kPa(根据该地地勘报告R=120 kPa)，用内插值的方法还可以得到图2所示的变化规律。

图2 承载力特征值的灰色关联推荐值和经验公式内插值

由图2可见，用经验公式确定的地基承载力和通过灰色关联处理筛选后的地基承载力，变化趋势相似，侧面反映了灰色关联用作试验数据处理的合理性。另外，在系统理论中，系统分为黑色系统、白色系统和灰色系统。黑色系统信息缺乏，对系统各因素的确定关系并无定论；白色系统信息充实，系统各因素关系明确；而灰色系统介于白色系统和黑色系统之间，系统各因素的关系部分明确、部分不明确。可以知道影响地基承载力大小的所有因素构成了一个灰色系统，我们能明确知道其大小和基础尺寸，地基土的黏聚力、内摩擦角和重度有关，但并不能明确还有哪些因素与它相关，哪些因素与它无关，具体的定量关系还需要借助经验、规范等约束，才能最终确定地基承载力的大小，所以运用灰色系统理论确定地基承载力是合理的。

4 结语

按照既有建筑地基承载力时间效应主要是通过改变地基土密实程度的观点，应用灰色关联理论处理不理想的既有地基的载荷试验数据，从而选取天然密度ρ与地基承载力特征值关联度较高的几组数据，作为计算地基承载力特征值的参考值，使得在不能满足规范要求的情况下，也能提出相对可靠的既有地基土承载力特征值，该方法较为合理，能科学并有效地规避既有地基载荷试验中增补试验引起的经济成本高、耗时长等缺点。为人们在情况较复杂的既有建筑地基做相关承载力现场试验研究中，对异常数据的分析、处理和实验方案优化，提供了一条经济快捷且行之有效的途经。

[1] 徐建平,梁茹.基于灰色关联理论的地基承载力影响因素研究[J].科技信息,2014(5):98,143.

[2] 郭忠贤,杨志红.既有建筑物地基土压密效应的研究[J].岩土工程技术,2000(1):47-50,54.

[3] 赵蕾,陈筠,郑莆,等.既有红黏土地基压密固结效应研究[J].科学技术与工程,2016,16(2):229-234,248.

[4] 任家陶,冯浩.粘土地基压密固结的理论分析与研究[J].长沙铁道学院学报,1999(2):99-105.

[5] 邓聚龙.灰色系统基本方法[M].武汉：华中理工大学出版社，1987.

[6] 邓聚龙.灰色控制系统[M].武汉：华中理工大学出版社，1985.

[7] 傅立.灰色系统理论及其应用[M].北京：科学技术文献出版社，1992.

[8] 王婉秋,方守恩,孙道成,等.基于灰色关联度的道路交通安全管理设施多层模糊综合评价[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2010,34(4):652-656.