關于壓板載荷試驗確定地基承載力問題的討論

 楊光華

（廣東省水利水電科學研究院/廣東省巖土工程技術研究中心，廣東 廣州 510610）

地基承載力是土力學的基本問題，但近幾年遇到一些疑惑的問題，一個是技術問題，就是地基承載力應該如何確定才合理？第二個是管理體制的問題，就是地基承載力應該由誰來取定？是檢測和勘察單位來取定，設計師用？還是由設計師來定？這是兩個值得討論的問題。

1.問題由來

近年遇到一些存在爭議的地基承載力確定的問題：一些地質條件較好的場地想做天然地基，為確保地基承載力的安全可靠，通常會在基礎底高程位置進行現場壓板載荷試驗，以確定地基的承載力，圖1為一個工程的壓板載荷試驗曲線[1]。

圖1 壓板載荷試驗曲線

設計要求地基承載力特征值300kPa，試驗做到了900kPa，最后檢測報告依據規范[2]用沉降比s/b=0.01認定特征值247kPa，地基承載力不滿足設計要求。圖2為另一個工程的壓板試驗曲線，場地為強風化砂巖地基，標慣擊數50~70

圖2 壓板載荷試驗曲線

擊，平均56擊，勘察報告提供的地基承載力特征值為600kPa，強風化下為中風化巖，設計想采用天然地基筏板基礎，要求地基承載力特征值為500kPa，壓板試驗壓力做到設計值的2倍，即1000kPa，檢測單位依據檢測規范[3]，認為強風化是低壓縮性土，用沉降比s/b=0.01認定地基承載力特征值為374kPa，地基承載力不合格。檢測報告給出了地基承載力為不合格的結論，自然設計師是難以用超過檢測給定的承載力了！難道是真不合格嗎？顯然，如果沉降比按s/b=0.015取定承載力，則地基承載力是達到設計要求值的，可以合格的，強度安全系數也大于2，為什么不可以呢？這就提出值得討論的兩個問題：

（1）地基承載力應該如何合理確定？

（2）地基承載力由誰來確定更合理？

2.地基承載力如何合理確定

地基承載力其實包含兩部分，即強度安全和變形控制，強度安全通常要求保證取定的承載力值對應于極限承載力要有不少于2倍的安全系數，以上兩個試驗顯然是滿足的，試驗壓力均大于設計壓力的兩倍和三倍，而地基還沒有破壞，地基的強度是沒有問題的。問題關鍵是變形控制，也即按沉降比取定承載力值時，國家規范[2]規定是s/b=0.01~0.015，那么取什么沉降比值合適呢？廣東的地基設計規范[4]的沉降比規定則為s/b=0.015~0.02，以上兩個試驗案例，如果按沉降比0.015取定地基承載力特征值，地基強度還能保證安全系數大于2，如果對應實際基礎的沉降是滿足要求的，則顯然是保證了強度安全和變形安全的，這樣確定的承載力是可行的。如果按半無限彈性體進行變形估算，對于2m的基礎，沉降比為0.01時沉降為2cm，0.02時沉降為4cm，尚可接受，但對于更大尺寸的基礎呢？如4m寬的基礎，則0.01對應為4cm，0.02時對應8cm，可能就會偏大了，當然如果壓縮層的厚度小，則沉降會減少。上海展覽館按沉降比0.02確定的地基承載力，基礎為40m寬的箱型基礎，最后沉降達160cm[5]，沉降顯然是超出預想了。因此，按壓板試驗的沉降比確定的承載力其實并不能保證所有的基礎尺寸的沉降變形是滿足要求的，也還會有風險！因此，用現場壓板載荷試驗確定地基承載力時，強度保證是很明確的，關鍵是沉降。如何用壓板載荷試驗合理確定地基的承載力呢？楊光華的方法可能是比較科學合理的方法[6，7]，就是依據壓板載荷試驗，確定地基土的初始切線模量E₀，由試驗并結合勘察確定土的強度指標，φ值，這三個參數是土性指標，與壓板或基礎尺寸無關，由這三個參數，對不同基礎，應用切線模量法[8]，計算其對應的荷載沉降p-s曲線，由p-s曲線，按強度和變形雙控確定地基的承載力，而不是用壓板試驗的曲線去確定承載力，這樣才可以確保實際基礎的強度安全和變形安全。

圖3 不同基礎尺寸的p-s曲線

如圖3所示，對同一場地，不同基礎尺寸對應的p-s曲線是不同的，設定基礎允許沉降為s_a，對小尺寸基礎，由圖可見，s_a對應p₁，極限承載力為p_u1，如果，則不滿足強度安全K>2的要求，這時可取p_a1，使，同時，則允許地基承載力應取為p_a1。對于大尺寸基礎，p_u2比較大，對應其沉降s_a時的p₂時，則此時取地基允許承載力為p_a2。這樣，對于小尺寸基礎，控制承載力的可能是強度，而對于大尺寸的基礎，控制承載力的可能是變形，但不管如何，由實際基礎的p-s曲線確定的地基承載力，才可以保證強度和變形安全。

因此，由壓板試驗的沉降比取定的承載力并不能保證實際基礎的沉降都能滿足要求的，必須要由實際基礎的沉降控制。建議由壓板試驗反算其土的變形與強度指標，對實際基礎計算其p-s曲線，由p-s曲線再按強度和變形雙控確定地基承載力，這才是安全、可靠和更科學的方法。

3.地基承載力由誰來確定更合理？

由以上的分析可知，地基承載力合理確定是對實際基礎按強度和變形雙控確定。比較實際基礎和壓板試驗的地基強度（通常土力學教材為地基極限承載力）和變形，由地基承載力計算理論可知，地基極限承載力除與土性有關外，還與基礎尺寸和埋深有關，基礎尺寸和埋深增大，極限承載力增大，而同樣，在相同應力下，基礎尺寸大，沉降大。壓板試驗是小尺寸無埋深的壓力試驗，其尺寸和埋深一般小于實際基礎，這樣，壓板試驗的對應的地基極限承載力小于實際基礎的極限承載力，而相同基底壓力下，實際基礎的沉降大于壓板試驗的沉降，因此，壓板試驗的強度滿足，則實際基礎的地基強度必然可以滿足，但壓板試驗的沉降則不能保證實際基礎的沉降可以滿足要求，必須要對實際基礎的沉降進行計算確定，因此，目前規范方法壓板試驗確定的承載力只可以保證強度安全，難以保證變形安全。因此，實際工程中，如果在基礎尺寸未知、沉降控制標準未知的情況下，由檢測或勘察來定的承載力是不合適的，也是定不準的。也即如果要由變形來確定地基承載力，進行變形控制設計時，地基承載力取值應由基礎設計工程師取定才是更科學合理的做法，而檢測和勘察主要應是提供土的變形參數與強度指標，設計人員依據土性指標和基礎尺寸、埋深等計算其強度和變形，然后由強度和變形雙控取定合理的地基承載力，這樣，可能是破解困擾承載力合理確定問題的方法，這就涉及到目前的工程體制問題了。目前的巖土工程體制是檢測、勘察和設計各自獨立，檢測和勘察給定承載力，設計用承載力，但如果要實現變形控制設計，這個機制可能是不適宜的。但愿行業能正視目前這種勘察設計體制的問題，逐步改進完善，使工程設計更科學合理。

參考文獻

[1]楊光華. 現代地基設計理論的創新與發展[J]. 巖土工程學報, 2021, 43(1): 1-18.

[2]中華人民共和國住房與城鄉建設部. 建筑地基基礎設計規范: GB 50007-2011[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2011.

[3]廣東省住房和城鄉建設廳.建筑地基基礎檢測規范: DBJ 15-60—2019［S］. 北京：中國建設工業出版社，2019

[4]廣東省住房和城鄉建設廳. 建筑地基基礎設計規范: DBJ15-31-2016[S]. 北京: 中國建筑工業出版社, 2016.

[5] 楊敏等. 樁基設計理論變革：從強度控制設計到變形控制設計[M]// 龔曉南. 巖土工程變形控制設計理論與實際. 北京: 中國建筑工業出版社, 2018.

[6]楊光華,姜燕,張玉成,王恩麒.確定地基承載力的新方法[J].巖土工程學報,2014,36(04):597-603.

[7]楊光華.確定地基承載力的p-s曲線法[J].地基處理,2022,4(02):91-98.

[8]楊光華.地基非線性沉降計算的原狀土切線模量法[J].巖土工程學報,2006(11):1927-1931.