1.   问题由来

近年遇到一些存在争议的地基承载力确定的问题：一些地质条件较好的场地想做天然地基，为确保地基承载力的安全可靠，通常会在基础底高程位置进行现场压板载荷试验，以确定地基的承载力，图 1为一个工程的压板载荷试验曲线^[1]，设计要求地基承载力特征值300 kPa，试验做到了900 kPa，最后检测报告依据规范^[2]用沉降比s/b=0.01认定特征值247 kPa，地基承载力不满足设计要求。图 2为另一个工程的压板试验曲线，场地为强风化砂岩地基，标惯击数50~70击，平均56击，勘察报告提供的地基承载力特征值为600 kPa，强风化下为中风化岩。设计想采用天然地基筏板基础，要求地基承载力特征值为500 kPa，压板试验压力做到设计值的2倍，即1000 kPa。检测单位依据检测规范^[3]，认为强风化是低压缩性土，用沉降比s/b=0.01认定地基承载力特征值为374 kPa，地基承载力不合格。检测报告给出了地基承载力为不合格的结论，自然设计师是难以用超过检测给定的承载力了！难道是真不合格吗？显然，如果沉降比按s/b=0.015取定承载力，则地基承载力是达到设计要求值的，可以合格的，强度安全系数也大于2，为什么不可以呢？这就提出值得讨论的两个问题：①地基承载力应该如何合理确定？②地基承载力由谁来确定更合理？

图  1  压板载荷试验曲线（工程一）

Figure  1.  Curves of pressure plate load tests

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图  2  压板载荷试验曲线（工程二）

Figure  2.  Curves of pressure plate load tests

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2.   地基承载力如何合理确定

地基承载力其实包含两部分，即强度安全和变形控制。强度安全通常要求保证取定的承载力值对应于极限承载力要有不少于2倍的安全系数。以上两个试验显然是满足的，试验压力均大于设计压力的两倍和3倍，而地基还没有破坏，地基的强度是没有问题的。问题关键是变形控制，也即按沉降比取定承载力值时，国家规范^[2]规定是s/b=0.01~0.015，那么取什么沉降比值合适呢？广东的地基设计规范^[4]的沉降比规定则为s/b=0.015~0.02，以上两个试验案例，如果按沉降比0.015取定地基承载力特征值，地基强度还能保证安全系数大于2。如果对应实际基础的沉降是满足要求的，则显然保证了强度安全和变形安全，这样确定的承载力是可行的。如果按半无限弹性体进行变形估算，对于2 m的基础，沉降比为0.01时沉降为2 cm，0.02时沉降为4 cm，尚可接受，但对于更大尺寸的基础呢？如4 m宽的基础，则0.01对应为4 cm，0.02时对应8 cm，可能就会偏大了，当然如果压缩层的厚度小，则沉降会减少。上海展览馆按沉降比0.02确定的地基承载力，基础为40 m宽的箱型基础，最后沉降达160 cm^[5]，沉降显然是超出预想。因此，按压板试验的沉降比确定的承载力，对于尺寸较小的独立基础还可以，但对于尺寸较大的基础，尤其是大尺寸的筏板基础等，沉降可能会较大，其并不能保证所有的基础尺寸的沉降变形是满足要求的，也还会有风险！因此，用现场压板载荷试验确定地基承载力时，强度保证是很明确的，关键是沉降，这时可能是按变形确定承载力。如何用压板载荷试验合理确定地基的承载力呢？杨光华的方法可能是比较科学合理的方法^[6-7]，就是依据压板载荷试验，确定地基土的初始切线模量${E_0}$，由试验并结合勘察确定土的强度指标$c$，$\varphi$值。这3个参数是土性指标，与压板或基础尺寸无关。由这3个参数，对不同基础，应用切线模量法^[8]，计算其对应的荷载沉降p-s曲线，由p-s曲线，按强度和变形双控确定地基的承载力，而不是用压板试验的曲线去确定承载力，这样才可以确保实际基础的强度安全和变形安全，同时可以取定更合理的承载力。

如图 3所示，对同一场地，不同基础尺寸对应的p-s曲线是不同的。设定基础允许沉降为${s_{\text{a}}}$，对小尺寸基础，由图 3可见，${s_{\text{a}}}$对应p₁，极限承载力为${p_{{\text{u1}}}}$，如果$K = {p_{{\text{u1}}}}/{p_{\text{1}}} < 2$，则不满足强度安全K > 2的要求。这时可取${p_{{\text{a1}}}}$，使$K = {p_{{\text{u1}}}}/{p_{{\text{a1}}}} \geqslant {\text{2}}$，同时${s_{\text{1}}} < {s_{\text{a}}}$，则允许地基承载力应取为${p_{{\text{a1}}}}$。对于大尺寸基础，极限承载力${p_{{\text{u2}}}}$比较大，对应其沉降${s_{\text{a}}}$时的p₂时$K = {p_{{\text{u2}}}}/{p_{{\text{a2}}}} \geqslant {\text{2}}$，则此时取地基允许承载力为${p_{{\text{a2}}}}$。这样，对于小尺寸基础，控制承载力的可能是强度。而对于大尺寸的基础，控制承载力的可能是变形。但不管如何，由实际基础的p-s曲线确定的地基承载力，才可以保证强度和变形安全，同时可以取定更合理的允许承载力。

图  3  不同基础尺寸的p-s曲线

Figure  3.  p-s curves of foundation with different sizes

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因此，由压板试验的沉降比取定的承载力并不能保证所有实际基础的沉降都能满足要求的，必须要由实际基础的沉降控制。建议由压板试验反算其土的变形与强度指标，对实际基础计算其p-s曲线，由p-s曲线再按强度和变形双控确定地基承载力，这才是安全、可靠和更科学的方法。

3.   地基承载力由谁来确定更合理？

由以上分析可知，地基承载力合理确定是对实际基础按强度和变形双控确定。比较实际基础和压板试验的地基强度（通常土力学教材为地基极限承载力）和变形，由地基承载力计算理论可知，地基极限承载力除与土性有关外，还与基础尺寸和埋深有关。基础尺寸和埋深增大，极限承载力增大，而同样，在相同应力下，基础尺寸大，沉降大。压板试验是小尺寸无埋深的压力试验，其尺寸和埋深一般小于实际基础，这样，压板试验的对应的地基极限承载力小于实际基础的极限承载力，而相同基底压力下，实际基础的沉降大于压板试验的沉降。因此，压板试验的强度满足，则实际基础的地基强度必然可以满足，但压板试验的沉降则不能保证实际基础的沉降可以满足要求，必须要对实际基础的沉降进行计算确定。因此，目前规范方法压板试验确定的承载力只可以保证强度安全，难以保证变形安全。因此，实际工程中，如果在基础尺寸未知、沉降控制标准未知的情况下，由检测或勘察来定的承载力是不合适的，也是定不准的。也即如果要由变形来确定地基承载力，进行变形控制设计时，地基承载力取值应由基础设计工程师取定才是更科学合理的做法。而检测和勘察应主要是提供土的变形参数与强度指标，设计人员依据土性指标和基础尺寸、埋深等计算其强度和变形，然后由强度和变形双控取定合理的地基承载力。这样，可能是破解困扰承载力合理确定问题的方法，这就涉及到目前的工程体制问题了。目前的岩土工程体制是检测、勘察和设计各自独立，检测和勘察给定承载力，设计用承载力，但如果要实现变形控制设计，这个机制可能是不适宜的。但愿行业能正视目前这种勘察设计体制的问题，逐步改进完善，使工程设计更科学合理。