杜 磊

（甘肃省水利水电勘测设计研究院有限责任公司，甘肃 兰州 730000）

1 前言

甘肃中部生态移民扶贫开发供水工程北干渠武家沙河2 号渡槽位于白银市平川区北滩镇境内，渡槽为新建渡槽，包含进口6 m 渐变段总长552 m。

渡槽整体走向正北略偏西与武家沙河该段河床正交，进、出口为武家砂河Ⅰ级阶地前缘，地形较平坦，中段跨武家沙河河沟，河沟宽约500 m，沟深10 m～12 m，沟道呈宽浅的“U”形，沟道两岸边坡为土质边坡，自然边坡稳定。

渡槽左岸（进口段）布置于武家沙左岸Ⅰ级阶地，该段地层岩性上部为全新统洪积（Q42pL）砂壤土[1]，土层厚1 m～4.5 m，具中压缩性、轻微～强烈湿陷性；下部为青灰色洪积（Q42pL）砂砾石，厚11 m～13 m。河沟内地层岩性表层为全新统洪积（Q43pL）砂壤土，土黄色，厚1 m～2 m，结构松散；下部为洪积（Q43pL）砂砾石，厚9 m～12 m。出口段布置于武家沙左岸Ⅰ级阶地，地层岩性从上至下依次为：第一层为洪积（Q42pL）砂壤土，土黄色，厚2 m～3 m，结构松散；第二层为松散的洪积（Q42pL）粉细砂，褐黄色，厚1m～1.6 m；第三层为洪积（Q42pL）砂砾石，厚2 m～3 m。武家沙河属季节性洪水河道，地下水埋深约15 m，对工程的影响较小。

北干渠2# 渡槽断面型式为U 形断面，断面尺寸宽×高=1.8 m×1.6 m；主要建筑物有：基础工程含垫层、基础；支撑工程含支墩、墩帽、支座；槽身工程含槽顶栏杆等附件。基础共设计47 个重力墩，基础形式主要有桩基础和钢筋混凝土扩展基础。武家沙河右岸湿陷性土层段主要采用桩基础，河床及漫滩砾砂段和左岸砂砾石段主要采用钢筋混凝土扩展基础，重力墩高度4.3 m～11 m。

渡槽桩号0＋514～0＋693.8 段位于河流Ⅰ级阶地与山前冲洪积裙的接合部位，地层岩性层位不稳定不均一，上部砂壤土施工时基本挖除，对工程无影响，下部洪积（Q4PL）砂砾石，厚11 m～13 m，青灰色，颗粒级配：粒径200 mm～60mm 占4.9%，60 mm～2 mm 占56.2%，2 mm～0.075 mm 占37%，＜0.075 mm 占1.9%，d50＝6.65 mm，不均匀系数Cu＝38.5，曲率系数Cc＝0.3，级配不良，相对密度0.41，属中密，渡槽钢筋混凝土基础坐落于其上。根据钻孔及施工开挖揭示，其下局部夹砾砂和粉质壤土夹层或者透镜体，所夹粉质壤土厚度0.2～0.8 m，结构松散，所夹砾砂厚度一般1 m～3.5 m，颗粒级配：60 mm～2 mm 占40.5%～45.6%，2 mm～0.075 mm 占50.2%～53.9%，＜0.075 mm占4.2%～5.6%，d50＝1.16 mm～1.59 mm，该土层不均匀系数Cu＝8.9～12.7，曲率系数Cc＝0.4～0.5，属于级配不良，相对密度0.17～0.35，表层属松散～中密。其下依次为洪积（Q42nL）粉质壤土、洪积（Q4PL）砂砾石以及新近系含砾砂岩夹砂质泥岩。因此有必要对该承力层下部透镜体对地基承载力和地基沉降的影响进行试验研究论证，以保证安全。

2 试验方法

浅层平板载荷试验测定的是承压板下应力主要影响范围内浅部地基土层的承载力和变形参数[2]。该地质单元内地基土最大颗粒不超过200 mm，选择采用承压板面积0.25 m2进行试验以确定地质和设计要求的地基土相关参数。地基浅层平板主要试验参数见表1。

表1 武家沙河浅层平板载荷试验主要参数

3 试验点布置

在武家沙河左岸已开挖的渡槽建基面上，依据现场开挖后建基面地层情况，试验点布置于具有代表性的2 号渡槽轴线上41、42、43号重力墩基础部位，桩号0+627.85、0+639.85、0+651.84，地层岩性为冲洪积砾砂，局部夹细砂层透镜体，试验点高程与基础底面高程一致。试验点布置图及点位信息见图1。

图1 试验点布置示意图

4 平板载荷试验成果

按照制定的试验检测方案，对布置的3 个试验检测点，采用慢速维持荷载法，进行不同荷载下的变形数据采集。

根据采集的数据分别绘制静载1#、2#、3#试验点的p-s、slgt 曲线。见图2～图4。

图2 1#试点p-s、s-lgt 曲线

图3 2#试点p-s、s-lgt 曲线

图4 3#试点p-s、s-lgt 曲线

静载3# 试验点试验时预估最大荷载1200 kPa，分8 级施荷，加载至900 kPa 时，根据载荷试验的破坏判定标准，地基土体已破坏，遂终止试验，因此该点p-s 曲线采集的数据点较少，为验证特征点取值的合理性，对p-s 曲线用外插作图法进行了拟合延伸。外插拟合的原则为：①拟合曲线不改变原曲线的整体状态和具体趋势；②因位置相近，地层特性基本一致，拟合曲线的变化与1#、2# 点具备类似性；③拟合的插值函数作为被插值函数的近似值应符合该类土体静载试验p-s 曲线的一般规律；④插值函数应尽可能考虑前后级的继承和传递，建立插值函数所需之邻近表列个数应反复验算推理以确定合理的函数阶；⑤拟合函数的相关系数应尽可能高，以考察模型假设的合理性和拟合数据的可靠性。经反复推演后满足要求的3# 点多项式拟合曲线见图5。

图5 多项式拟合3#试点后段p-s 曲线

4.1 平板载荷试验结果分析

（1）1#试验点试验结果分析

43 号重力墩基础静载荷试验点，位于基槽X=2688044.221，Y=279166.558，H=1742.75 处，其实测p-s 关系曲线见图2。该点p-s 关系曲线呈缓变渐降型，曲线前端呈线性，比例界限拐点为400 kPa，后段变形加大但无明显陡降。s-lgt 曲线整体呈大致平行排列，各级压力下的曲线体现等差递进式规律，其曲线类型与p-s 的缓变渐降相互映证呼应。该试验点加荷至800 kPa 维荷稳定期间，周边土体出现裂纹并逐渐扩展，判定为土体出现剪切破坏，此时相应沉降量6.79 mm，遂终止试验。该点破坏荷载为800 kPa，按规范规定取值要求，该试验点的承载力特征值为360 kPa。在比例界限和极限荷载的0.5 倍折减值中取小值，综合分析确定1#试验点承载力特征值取360 kPa。

（2）2#试验点试验结果分析

42 号重力墩坝基基础静载荷试验点，位于基槽X=2688033.359，Y=279170.72，H=1742.946 位置，其实测p-s 关系曲线见图2。p-s 关系曲线前段呈直线型，比例界限拐点为700 kPa，后段变形加大，直至破坏，但无明显陡降段。s-lgt 曲线呈平行规律排列，破坏荷载前各级曲线随时间延续呈线性且各级间间距基本相等，加载至960 kPa 时与上一级曲线间距陡然加大，周边土体亦出现鼓出隆起，因此判断试验点已出现破坏的特征，遂终止试验。该试验点最大加荷量960 kPa，相应沉降量3.98 mm。该点破坏荷载为960 kPa，按规范规定取其极限荷载为前一级压力800 kPa，该试验点的承载力特征值为400 kPa。在比例界限和极限荷载的0.5 倍折减值中取舍，综合分析确定2#试验点承载力特征值取400 kPa。

（3）3#试验点试验结果分析

41 号重力墩基础静载荷试验点，位于基槽X=2688022.496，Y=279166.558，H=1743.326 位置，其实测p-s关系曲线见图3。该点p-s 关系曲线整体呈曲线状，近似圆弧，无明显直线段（比例界限拐点），后段变形量加大。s-lgt曲线呈扇骨状排列，各级压力下线段的水平夹角较上一级顺时针逐步加大；该试验点加荷至900 kPa 时，相应沉降量16.96 mm，沉降速率明显增大，承压板周边土层有鼓起和裂缝出现，且该级荷载下s-lgt 曲线尾段陡降掉尾，出现明显向下弯曲；诸多现象表明该点已经破坏，遂终止试验。

该试验点的承载力特征值取极限荷载的一半，该点极限荷载为破坏压力的前一级750 kPa，所以综合分析确定3#试验点承载力特征值为375 kPa。

综上，武家沙河2 号渡槽静载荷试验成果见表2。

表2 武家沙河2 号渡槽静载荷试验成果表

4.2 承载力特征值的统计分析

对比表2 中载荷试验确定的承载力特征值，结合试验采集的p-s 曲线，对试验结果进行统计分析，以便为重力墩基础承载力标准值的确定提供依据。在3 个试验点中，1#试验点在800 kPa 的压力下已明显破坏，3#试验点在900 kPa的压力下也出现破坏，而2#试验点的p-s 曲线直线段较长，说明2#试验点的地基土在700 kPa～800 kPa 的压力范围内仍基本处于弹塑性阶段，这与试验前被测土体的干密度为三者中较大及试验后开挖探坑了解的地层实际情况相符。

依据《岩土工程勘察规范》计算承载力特征值的统计指标及标准值[3]。

式中：Φk为岩土参数的标准值；Φm为岩土参数的平均值；γs为统计修正系数；n 为试验组数；δ 为岩土参数的变异系数。

3 个试验点承载力特征值平均值为X=378 kPa，三点其他统计参数见表3。

表3 武家沙河2 号渡槽静载荷试验成果统计分析表

5 结语

（1）2 号渡槽重力墩基础建基面地基承载力特征值范围为360 kPa～400 kPa，平均值为378 kPa；变形模量范围为44.8 MPa～103.4 MPa,平均值为70.1 MPa；最终确定的地基承载力标准值为348 kPa，变形模量标准值为24.9 MPa。

（2）本次平板载荷试验针对的是以砂土为主的地层；试验得出的结论较为科学，同类地层具有一定的代表性，可在同类地层的地基基础设计中参考使用。