閑話軟巖地基載荷試驗—巖土感悟（26）

緣起

長、株、潭地區，普遍分布著古近系-白堊系內陸湖相沉積紅色巖系，俗稱紅層。

據其巖性，可分為粘土巖、砂巖和礫巖三類。

除鈣質礫巖強度較高外，其它均屬極軟巖-軟巖。按規范，利用巖石抗壓強度折減所得承載力極低，不能客觀反映巖基承載能力。通常，采用載荷試驗或旁壓試驗等手段來測定。對于旁壓試驗，本地完成項目數十個，已為工程實踐所證實，在此不作多述。

載荷試驗，本地常用之者有：淺層平板載荷試驗、深層載荷試驗、巖基載荷試驗、大直徑樁端阻力載荷試驗。承壓板面積有0.07m²、0.5m²、1m²。

不同的壓板面積、不同的加載方式、不同的加載量，其試驗費用與試驗時間不可同日而語。那么，它們對試驗結果有什么影響？筆者試圖管中窺豹：對當前規范試驗要點進行了羅列，提供了具體案例，或許對同行有所啟發？

載荷試驗方法異同辨

平板載荷試驗是在保持地基土之天然狀態下，在一定面積承壓板上逐級向地基土施加靜力荷載，通過測定各級荷載下的沉降，由荷載-沉降關系（p-s）曲線確定地基強度變形參數（承載力、變形模量、基床系數）的、既原始又客觀的測試方法。它起源于上世紀20～30年代的蘇、美等國。1949年以后，我國在工程建設中延用了蘇聯規范（即“66國標規范”），后經補充完善，至今已積累了一定經驗，并衍生了系列載荷試驗方法。

對于不同載荷試驗的適用條件、技術要求、成果分析與應用，《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）（2009年版）在“原位測試”一章有明確規定?！督ㄖ鼗A設計規范》（GB50007-2011）更是針對淺層平板載荷試驗、深層平板載荷、巖石地基載荷試驗分別提供了試驗要點?！陡邔咏ㄖr土工程勘察規程》（JGJ72-2004）則提供了大直徑樁端阻力載荷試驗要點。

它們的異同比較如表1。

從上表不難看出，四類載荷試驗，除了試驗適用地層不同，試驗目的、要求不同，試驗條件與壓板面積不同外，其最大差別在于如何確定：最大加載量、終止加載條件、承載力極限值與特征值對應的相對沉降量?？上У氖?，規范、規程讓執行者知其然而不知其所以然，巖土工作者們在實踐中唯有依葫蘆畫瓢，難免有鄭人買履的嫌疑。

不可諱言，一些行業規范在修編時關注到部分問題，吸收了部分成果，如JGJ72-2004和《冶金工業巖土勘察原位測試規范》（GB/T 50480-2008）。后者，更是明確把軟巖和極軟巖納入了淺層與深層載荷的試驗范圍，明確p-s曲線無明顯拐點時對不同壓縮性地基確定承載力特征值時的s/d值：淺層平板載荷試驗，強風化巖取s/d=0.006～0.010、軟質巖石取0.006；深層平板載荷試驗，取s/d=0.01～0.02（粘性土取較大值，砂類土取中值，卵石、強風化巖取較小值）。

誠然，s/d取值是一個經驗值，缺乏準確的理論關系。不同規范、不同地區取值不同，如廣東省建筑地基設計規范取值0.015～0.02。宰金珉教授（2008）對中低壓縮土的研究認為可取更大值，當壓板面積為0.25m²、0.5m²、1.0m² 時，s/d可取0.04、0.35、0.03。

那么，該如何完善我們的試驗方法，更好地確定地基土的承載力呢？楊光華教授（2013）慧眼獨具，提出了由壓板試驗反算地基強度和變形指標，采用切線模量法計算基礎的p-s曲線，進而確定滿足沉降和強度要求的地基承載力的新方法，而不是直接由壓板載荷試驗曲線來確定承載力，可以說是另辟蹊徑。

一管之見

古人說，窺一斑可知全豹。

還是以具體工程為例。

筆者曾在《工程勘察》（2015年第6期），針對長沙國際金融中心T1大樓巖石地基承載力專項試驗報告，對場地巖石抗壓試驗、旁壓試驗與載荷試驗（d=1130mm）成果進行了綜合分析，對不同方法確定的巖基承載力特征值進行分析與探討，提出了承載力的取值原則。按文中思路，該大樓的中風化泥質粉砂巖承載力特征值可取比例界限壓力與載荷試驗最大加載量的1/2之間的小值（3750 kPa），該結果較設計取值（2500 kPa）提高了50%，與巖石天然抗壓強度標準值接近。

最近，筆者收集到該項目完成的第一次載荷試驗數據（2012年7月），試驗井采用直徑9000～12750mm，壓板直徑d=800mm、1130mm。井口標高31.95m、井底標高15.55～16.25m（圖1、圖2）。同時，也收集到九龍倉對面王府井商業廣場二期的中風化泥質粉砂巖巖基載荷試驗成果（2004年8月），d=300mm。兩個工程場地的巖石天然抗壓強度基本相同。

    
圖1 載荷試驗井示意圖                    

   圖2  試驗堆載照片

圖3 不同壓板直徑的p-s曲線                

 圖4 不同壓板直徑的s/p-s擬合曲線

從p-s曲線（圖3）可知，無論承壓板是Ф300mm、Ф800mm還是Ф1130mm，三者所獲的載荷-沉降曲線均為緩變形曲線。同級荷載作用下，沉降量隨壓板尺寸增大而增加。因其比例界線點不明顯，試驗報告按最大加載之1/3取值，其承載力特征值分別為3500kPa(王府井)、2500kPa（九龍倉），其相對沉降值遠低于JGJ72-2004之限值。

假設其符合雙曲線方程，采用s/p-s曲線擬合（圖4），可得其擬合方程，并得到其承載力極限值為13245～14493kPa，三者差異并不大，該結果與旁壓試驗所推測的極限承載力庶幾接近。

兩則故事

由載荷試驗，想起自己親身經歷的兩件事。

都與載荷試驗有關。

其一，是上世紀90年代末（96年或97年）。我院承擔了四方坪立交橋的地基土載荷試驗任務。試驗是為了確定橋臺獨立柱基持力層（中更新世粉質黏土）的承載力?；垡验_挖，深近5m、長約10 m、寬近6m。值班的是畢業不久的某知名院校兩位高才生。那時候四方坪尚很荒涼，多是菜畦與農田，試驗、照明都靠柴油機發電。無巧不成書，在我與另一同事剛到試坑邊準備下去替班時，發電機突發大火！

原因何在？柴油機快沒油了?？蓯鄣母卟派谷稽c著打火機，試圖燒脫礦泉水瓶的底蓋，擬用作加油漏斗，且發電機沒熄火。結果…..幸虧岸上土方施工者及時用土滅火，不然，后果不堪設想?？梢?，有時候，知識不等于常識，有知識不等于有常識。

其二，仍與載荷試驗有關。本世紀初，我負責瀟湘風光帶某擋墻持力層全新世粉質黏土的淺層平板載荷試驗。分別采用壓板面積為0.5m²、1.0m²，按常規慢速法加載，獲得其承載力特征值約160kPa，該結果與按抗剪指標計算值相近。后來，我在審查該場地附近的某項目之勘察報告發現，該單位竟然將承載力特征值提高到240kPa，其理由是室內土工試驗所得壓縮模量超過7MPa。原來，項目負責人把全新世地層作為更新世了。有此經歷后，每當自己去外地處理巖土工程問題時，我常常會告誡自己，會更多地征詢與尊重當地專家意見。

這次載荷試驗，還有些花絮，至今讓我想來仍倍感溫暖。那時，瀟湘大道尚是土堤，除了菜地、田疇，就是稀稀落落的幾個村子，而且多為湘江漁戶。我們借租的是正是這樣一戶人家。記得房東大嫂聽說市政建設到了家門口，非常熱情，不僅不計較房租多少，而且把大伙的生活安排得滋滋有味。還不時地讓輪班回家的同事，帶點蔬菜、雞蛋，魚蝦什么的，不收費用。不似數年后，進行其它市政項目勘測時，我們常常要為了青苗補償、噪聲干擾、泥漿污染等事情向周圍的人們費盡口舌…….

時間，真的會改變很多！這是為什么呢？

且作閑話

（1）載荷試驗是各種地基承載力測試方法中最直接、客觀的，能模擬巖土原始受力狀態的試驗手段，是其它承載力測試成果的驗證依據，也是當前各國用以確定地基承載力的最主要方法。但是，其費用之高、工期之長，不能像它試驗方法（如SPT、DPT、PMT等）在同一場地大量使用和推廣。因此，需要在工程實踐中總結、歸納與優化。

（2）巖石地基較一般地基更為特殊。其堅硬程度、完整程度、風化程度以及其成因、時代等，無不對其強度、變形特性帶來影響。地基規范雖然考慮了巖體完整性，卻未考慮巖體的堅硬程度，必然給規范的執行帶來困難。從既有規范載荷試驗要點對比可知，其關鍵問題如極限荷載的選擇、相對沉降量的取值、安全系數的確定，仍停留在各自的經驗上。不同規范（程）對同一試驗對象的結果偏差是顯而易見的，設若結合規范中的相應計算公式，其矛盾將更為突出。

（3）當前的載荷試驗大多數是以復核、檢驗承載力設計值為目的，并沒有嚴格遵照規范執行。如大直徑樁端阻力載荷試驗與巖石地基載荷試驗，鮮有加到極限荷載使試驗介質破壞者，一定程度上制約了對試驗對象承載能力的準確認知。試想，以長沙國際金融中心項目為例，前后進行了9次載荷試驗，第一期采用直徑Ф800mm和Ф1130mm承壓板，第二期全部采用Ф1130mm承壓板，都僅僅是復核2500kPa的承載力設計值。我不明白，主持該試驗的專家之初衷是什么？其意義到底有多大？如果，以試驗最大配重9000KN來進行Ф800mm和Ф300mm的載荷試驗，或者干脆采用Ф1130mm的承壓板加載到破壞是否會有意外的收獲呢？記得在載荷試驗結果評審會上，我曾調侃業主，“花未全開月未圓”，其實是很有些“好鋼沒用在刀刃上”的遺憾啊。

（4）縱觀已考慮巖石地基載荷試驗的這些規范，如GB50007-2011、JGJ72-2004、GB/T 50480-2008，多多少少仍有不足。譬如缺乏對試驗對象（巖石地基）的明確定義，缺乏相對沉降量的統一尺度、缺乏巖基承載力與巖石抗壓強度間的相關性研究….這，給規范具體執行帶來不少困惑：

由GB50007-2011可知，全風化，強風化，破碎、極破碎巖石地基承載力應采用平板載荷試驗確定，應不在巖基載荷之列。事實上，仍有不少檢測單位采用巖基載荷試驗方法，知乎？不知乎？

JGJ72-2004將全風化、強風化、中風化巖石都劃入了大直徑樁端阻力載荷試驗的范疇，其實質是深層平板載荷試驗的深化和外延，對軟巖、極軟巖石，特別是全風化、強風化軟巖，φ800剛性板合符實際，可對硬質巖石或巖石強度高的中、微風化軟巖，采用φ800承壓板勢必增加試驗難度和費用，實際應用中如何共存？

GB/T50480-2008明確地將軟巖、極軟巖納入了淺層與深層載荷試驗范圍，與巖石地基載荷試驗進行了明確區分，但其相對沉降值又顯然低于JGJ72-2004。從這些標準修編、發布的時間看，編制后發布規范的專家們顯然疏忽了前期規范中相關成果，原因何在？

（5）隨著巖土理論、計算技術的發展，有限元等數值方法已逐漸成為巖土工程領域有效的實用方法，一些專家學者進行了有益的嘗試。如何進一步加強區域性巖石地基載荷試驗的數值模擬、驗證與總結，應該是值得探討的課題。

這篇隨想之所以扯上兩則與軟巖風馬牛不相及的故事，完全是為了切合標題“閑話”二字。在此，筆者不想去討論巖石地基承載力的基本原理，也不想去探討影響載荷試驗結果的諸多因素，更不想揣摸不同規范編制者的初衷，只想以自己身邊的案例，對同一試驗載體，同一試驗方法下不同尺度的試驗結果展示出來，讓同行諸君去分析、去思考，若對同行有些許啟發，則幸之甚也。

且作閑話好了。

                                              2016年4月16日22：09