祁万森，杨宇

（1.甘肃省建筑科学研究院，甘肃 兰州 730000；2.山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

在实际工程中，地基主要发生剪切破坏，而地基承载力特征值是描述剪切破坏的重要参数，因此确定地基承载力特征值对工程设计和施工具有非常重要的意义。

目前工程中常用现场原位试验测试地基承载力，常用的原位试验方法有：浅层平板载荷试验[1]、深层载荷试验[2]、旁压试验[3]。地基承载力的计算方法也有很多，目前应用最广泛的就是按照规范[4]确定地基承载力，除此之外，还有一些其他的计算方法：按照土的抗剪强度进行计算[5]、斯肯普顿公式[6]、太沙基极限荷载公式[7]，还有按照工程所在地的建筑经验确定地基承载力。

黄河河流阶地下覆地层多以砂卵砾石层和红层砂岩层为主，作为高层建筑地基、地铁隧道围岩，由于岩性差异，在施工以及建筑投入使用后，非常容易发生不均匀沉降和收敛变形，通过对比不同地层岩性的地基承载力特征值，可以为设计施工提供科学依据和理论支撑，确保工程的可靠性和施工安全。

1 地层岩性与试验方法

1.1 地层岩性

本研究依托于某高层建筑的地基检测，该建筑基础采用筏板基础。通过前期勘察，发现该建筑具有2 种不同岩性的地基：卵石层、新近纪强风化砂岩层。

卵石层呈杂色，成分以石英岩、花岗岩、变质岩等为主，磨圆度较好，呈亚圆形，级配一般，粒径以20～80 mm 为主，最大150 mm，含漂石，卵石颗粒呈中风化，交错排列，充填物以粗粒土为主，骨架颗粒含量约占全重的60%～65%，中密。该层在表层分布有不同厚度的粉土、粉质黏土、细砂、圆砾夹层或透镜体，规律性差。

新近纪强风化砂岩层为半成岩，呈桔红色，以矿物成份以石英、长石为主，含少量云母、细粒结构，层状构造，泥质胶结，成岩作用差，易钻进，易塌孔，岩芯破碎，多呈3～5 cm 左右的短柱状，局部散体状，遇水或扰动极易软化，暴露地表极易风化，致密。

1.2 试验方法

该工程天然卵石及强风化砂岩层位于地下水位以下，施工过程中采用轻型井点降水。本次浅层平板载荷试验，是在降水后与基础底面同一标高的天然地基上进行的。具体的试样方法依据《建筑地基检测技术规范》（JGJ 340—2015）进行。

以工字钢及配重做为反力架，试验所用承压板为圆形刚性压板，压板底面直径564 mm，底面积为0.25 m2。用50 t 油压千斤顶加荷，油压表测读加荷量，用百分表测读沉降。每级加荷为预估最大加载量的1/8，本次试验每级加荷150 kPa。每级加荷施加后应按第10 min、20 min、30 min、45 min、60 min 测读承压板的沉降量，以后应每隔半小时测读一次。在连续2 h 内，每小时的沉降量应小于0.1 mm，当承压板沉降速率达到相对稳定标准时，应再施加下一级荷载。每级荷载维持1 h，应按第10 min、30 min、60 min 测读承压板沉降量；卸载至0 后，应测读承压板残余沉降量，维持时间3 h，测读时间应为第10 min、30 min、60 min、120 min、180 min。

2 试验结果与分析

本次试验分别在卵石层和强风化砂岩层进行，各选取了3 个不同位置进行试验。得到了不同地层的地基承载力。

2.1 卵石层地基承载力

卵石层的测试点分别为：Z2、Z3、Z4，埋深1.3～7.0 m，厚度4.0～13.2 m。通过浅层平板载荷试验，得到了卵石层的浅层平板载荷试验结果，通过对数据进行分析，分别得到了不同位置的荷载- 沉降曲线（p-s），如图1所示。

图1 天然卵石层荷载-沉降曲线

从图1 中可以看出，p-s曲线可分为4 个阶段，第1 阶段为线性变形阶段（a），在该阶段，荷载较小，卵石层主要发生纵向变形，颗粒间孔隙减小。此时地基处于弹性变形阶段，曲线的斜率表示弹性模量。在第1 阶段，3 个测试点的曲线变化一致，弹性模量相近，沉降量差异很小。第2 阶段为塑性变形阶段（b），此时p-s不再是线性关系，斜率不断增大，说明此时地基由弹性变形转变为塑性变形。第3 阶段为完全破坏阶段（c），沉降量突然增加，曲线斜率大幅增大，地基发生剪切破坏。第4 阶段为回弹阶段，当逐渐降低荷载，地基发生回弹变形，在p-s曲线中出现了回滞环，一部分沉降恢复。从图中可以看出，回弹阶段的曲线斜率与弹性变形阶段的斜率非常近似，说明卵石层具有非常好的弹性特征，强度较高。回弹后参与沉降，即为卵石层塑性变形引起的位移，该部分不可恢复，在进行工程施工时要重点关注。

通过计算，得到了卵石层的地基承载力特征值，列于表1。

表1 天然卵石层的地基承载力特征值

2.2 强风化砂岩层地基承载力

强风化砂岩层的测试点为：Z1、Z5、Z6，埋深8.0～16.6 m，厚度5.5～6.5 m。通过浅层平板载荷试验，得到了强风化砂岩层的浅层平板载荷试验结果，通过对数据进行分析，分别得到了不同位置的荷载-沉降曲线（p-s），如图2所示。

从图2可以看出，强风化砂岩层的弹性变形和塑性变形阶段分隔不太明显，但是破坏阶段非常明显。并且其回滞环变化比较缓慢，说明强风化砂岩层的变形以塑性变形为主。

图2 强风化砂岩层的荷载-沉降曲线

通过计算，得到了强风化砂岩层的地基承载力特征值，列于表2。

表2 强风化砂岩层的地基承载力特征值

3 对比与讨论

通过以上试验结果，发现天然卵石层的地基承载力普遍高于强风化砂岩层，并且从p-s曲线中可以直观地观察到二者的差异。将二者的p-s曲线进行对比，得到图3。从图3 中可以看出，强风化砂岩层的地基承载力明显低于天然卵石层，并且天然卵石层的回滞环更大，弹性模量较大。为了进行定量对比，对回弹量进行了进一步的分析，得到的结果列于表3。

图3 天然卵石层与强风化砂岩层的对比曲线

表3 天然卵石层与强风化砂岩层回弹对比

由表3 可以看出，天然卵石层的回弹最大沉降量低于强风化砂岩层，并且其回弹率高于砂岩层。由此可知，强风化砂岩层的弹性性质较弱，主要发生塑性变形。卵石层的性质较好。进行工程施工时，需要着重考虑强风化砂岩层的变形特性，对其进行特殊处理。

4 结论

通过对不同地层岩性的地基进行浅层平板载荷试验，得到了以下认识：

a）利用浅层平板载荷试验可以有效地测得地基承载力，天然卵石层的地基承载力特征值要高于强风化砂岩层。并且，两者载荷- 沉降曲线均呈现出相似的变化规律。浅层平板载荷试验前要对地基进行排水处理，这可能会导致地基岩体结构发生变化，使得最终测试结果偏低，对于此，还需要进行更深入的研究。

b）强风化砂岩层在试验中主要发生塑性变形，天然卵石层的性质较好，以弹性变形为主。在现场试验中发现，强风化砂岩遇水极易发生崩解，因此，在进行地基处理过程中需要着重考虑地下水位的影响。施工过程中，需要对强风化砂岩层地基进行特殊处理，以保证其满足工程设计要求。