浅层平板载荷试验尺寸效应研究

浅层平板载荷试验尺寸效应研究

杜铭

身份证号码：440682198309246072

摘要：平板荷载试验是一项使用最早、应用最广泛的原位试验方法，该试验是在一定尺寸的刚性承压板上分级施加荷载，观测各级荷载作用下天然地基土随压力和变形的原位试验，但不少开发商很大程度上考虑经济因素，认为岩土工程钻探资料中已提供有土层承载力值，不需再重复该项工作，殊不知，在卵石地区，钻探施工难度大，取样困难，圆锥形动力触探仅进行重型动力触探，且十分影响钻探进度，施工队的偷懒及不重视导致动探数据不准确，影响地基土承载力的确定，因此必须进行地基检测才能合理地确定承载力。

关键词：浅层平板载荷；试验尺寸；效应研究

引言

平板载荷试验是一种使用较早、应用广泛的原位测试，主要用来测定承压板下一定范围内岩土体的承载力及变形特性。常规的平板载荷试验适用于地表浅层地基和地下水位以上的地层，多用于各类填土和含碎石土类。试验通过模拟建筑物荷载通过基础作用于地基的形式，在一定尺寸的刚性承压板上，分级施加竖向静荷载，并观测承压板的沉降量。试验能直观地反映出各级荷载作用下，天然地基土随压力变化而沉降变形的情况，并用以确定地基承载力特征值、计算土的变形模量、估算土的不排水抗剪强度及极限填土高度等。下面就平板载荷试验的相关技术要求、试验方法、结果处理等方面进行分析总结。

1试验方法

1.1 加荷方式

通过加荷系统，将千斤顶施加的荷载传递至承压板，对地基施加竖向静压力，加荷等级宜取10～12级，并不少于8级。根据加荷方式的不同，一般分为慢速法、快速法和等沉降速率法三种：

1.1.1 慢速法。其每级加荷量按预估极限荷载的1/8～1/12或为临塑荷载的1/4～1/5施加。每级加荷后，先按3个10min、2个15min的间隔测读沉降量，以后每30min测读一次，直到在连续2h时内每1h的沉降量不超过0.1mm或连续1h内每30min沉降量不超过0.05mm，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。

1.1.2 快速法。即分级加荷沉降非稳定法，其加荷方式与慢速法一致，但沉降观测时间不同。每级加荷后按间隔15min观测沉降量，维持荷载2h后再施加下一级荷载。

1.1.3 等沉降速率法。是在每一级荷载作用下，以一定的沉降速率作为加荷条件，直到试验结束。

常规载荷试验采用慢速法；有地区经验时，可采用快速法或等沉降速率法，以加快试验周期，但其结果只反映不排水条件的变形特性，不反映排水条件的固结变形特性。

1.2 试验终止条件

当出现下列情况之一时，则认为已达破坏阶段，可终止试验：

1.2.1 板周围出现隆起或破坏性裂缝。

1.2.2 沉降量急剧增大，本级沉降量超过前级沉降量5倍。

1.2.3 在荷载不变的情况下，24h内沉降速率几乎不变或加速发展。

1.2.4 相对沉降量（s/d）超过0.06。有时还表现为荷载加不上去，或加上去后很快降下来。对于前三种情况，其上一级荷载作为极限荷载。当板周围地基土出现明显侧向挤出隆起或裂缝时，是受荷地层发生了整体剪切破坏，这属于强度破坏极限状态；等速沉降或加速沉降时，是板下产生塑性破坏或刺入破坏，这是变形破坏极限状态；过大的沉降（超过承压板直径或宽度的0.06倍）量，是属于超过限制变形的正常使用极限状态。

载荷试验一般应做到破坏，当试验目的为验证地基承载力时，可只加荷到设计值的两倍；当加荷已达加荷系统的最大能力时，则只能终止试验，但应分析是否已达到试验目的。

1.3 试验注意事项

1.3.1 尽量保证受力方向与承壓板中心垂直，以免试验中承压板或加荷系统发生歪斜。

1.3.2 试验中加荷要均匀平稳，避免脉冲荷载对沉降产生影响。

1.3.3 仪表安装时要调整好行程，试验中若发现行程不够时，应在本级沉降稳定后，及时调整并记录。

1.3.4 必须保证加荷系统的整体稳定性，并做好相关的安全防护措施。试验中要随时注意加荷系统是否出现顶起、倾斜、变形等情况，必要时可终止试验以保证安全。

2高速公路路基检测中平板载荷试验的应用要点

2.1试验设备选择

严格控制平板载荷试验的设备，能确保相关试验工作的有序开展，提升试验检测的效率和质量。在具体试验中，土层硬度、压板大小、试验土层深度等都是影响测试设备选择和试验结果准确性的重要因素。但从整体而言，平板载荷试验的设备可大致范围四个部分，即除承压板、加荷系统外，反力系统、观测系统等都是平板载荷试验设备的重要组成。在承压板选择过程中，先应注重板材材质的系统考虑。常见的承压板不仅包括混凝土、钢筋混凝土材质，而且涉及钢板、铸铁板等材质，其中，多肋加固钢板的应用较为常见。在使用这些承压板过程中，需严格控制承压板的刚度，确保承压板无破损、挠曲现象，同时应保证承办板的底部光滑、平整，且尺寸和传力中心准确，在施工试验中能快速、方便地搬运和放置。承压板的基本形式为正方形和圆形。其中，圆形压板的受力条件较好，使用频率较高。承压板的尺寸因土质而发生变化。一般对浅层土壤实施平板载荷试验时，承压板的尺寸应不小于0.25m2；土层均质密实时，所选择承压板的规格不小于0.1m2；施工区域的路基存在软土或人工填土时，承压板规格应超过0.5m2；深层平板载荷试验中，要求所选择承压板面积超过0.5m2，或者承压板的直径超过80cm。加荷系统能通过承压板对地基施加荷载，其包含堆重加荷装置和千斤顶加荷装置两种形态。就堆重加荷装置而言，其多使用沙袋、砌块、钢钉等重物，应按照对称分布的方式将这些重物放在加荷板上，严格按照逐级加荷的装置进行操作，并积极预防偏压问题，以有效提升地基承载力试验检测的规范性。千斤顶加荷多使用不同规格的液压千斤顶，该设备使用过程中会配合使用压力表、测量计完成对加荷值的检测。在试验过程中，可使用一个或多个千斤顶，避免出现冲击荷载问题。反力系统、量测系统也是平板载荷试验装置的重要组成，其在平板载荷试验中起到至关重要的作用。一般反力系统包含锚固式、撑壁式、平洞式三种形态。不论使用哪种形态的反力系统，均需做好其与加荷系统的配合。量测系统不仅包含基准梁、位移计，而且设计有磁性表座、油压表等。在量测系统使用中，若使用机械类的位移计，则需保证其最小刻度保持在0.01mm，而量程需保持在5～30mm。新时期，还应深化电子类位移计的使用，以扩大有效量程，降低读数误差。

2.2试验方法

平板载荷试验具有较强的专业性、综合性和复杂性，试验操作的规范性对于总体的检测效率和精度具有深刻影响。在完成试验设备安装后，应严格开展设备安装调试工作。在设备调试中，要避免测试土层受到扰动，要精心安装平板载荷试验设备的各个单元，承压板、反力系统、加荷系统的传力重心应保持在一条垂线或直线上，同时，部件应连接牢固，地基土不受预压。测量系统安装中，应保证其观测的基准点稳定可靠，使系统各部件处于最佳工作状态。常规载荷试验和快速载荷试验是高速公路平板载荷试验的两种基本方式。在试验操作阶段，先应注重加荷等级标准的严格控制，选择地基基本承载能力的1/5或者界限承载能力的1/10作为试验的使用值。同时，高速公路平板载荷试验多将加荷等级分为10～12级，加荷等级应不小于8级。为保证试验结果精准性，需严格控制平板载荷试验的细节操作过程。如在常规载荷试验中，严格按照逐级加荷的操作要求，在既有荷载下地基沉降相对稳定后，即连续2h内，每小时沉降量小于0.1mm时，实施下一级的加荷操作。快速荷载试验在岩石、碎石类土、粗砂地层中的应用较多，一般该试验方式同样是按照逐级加荷的方式进行操作的，前两级荷载的加载时间应控制在10min。沉降量测中，若连续三次的测值不超过0.01mm时，认定公路基础稳定。应严格控制平板载荷试验的终止标准。试验检测中，若岩土因挤压出现隆起、裂缝，或在某一荷载下，24h内沉降速率仍有较大变化，则需终止试验，另外，若最大压力已经超过设计荷载的2倍，应停止载荷试验，进行路基增强处理。完成平板载荷试验操作后，开展试验资料、数据的整理和应用。该环节中，首先对原始的数据进行复核，确保基础读数准确无误；同时，在数据分析阶段，应注意异常数据的处理应用，若异常数据对测定结果的判定没有较大影响，则应将这些异常数据舍去，而当测试点中的异常数据明显较多时，应判定测试数据不准确，应再次进行试验测量。为获得较为精准的平板载荷试验数据，还需要准确绘制P-S曲线对试验数据进行修正。数据修正中，应注重图解法、最小二乘法等方法的应用，继而保证试验数据结果的准确性。

结语

平板载荷试验是高速公路路基检测的重要方式，能准确了解公路路基承载能力，提升高速公路建设整体质量。应充分认识高速公路路基检测中开展平板载荷试验的重要性，结合工程实际，严格控制平板载荷试验操作的各个过程，有效提升平板载荷试验操作规范性，提升实验结果精准性，满足高速公路路基施工需要。

参考文献

[1]吴起星，陈晓平，胡辉.平板载荷试验确定桩端承载力的方法[J].岩土力学，2004，25（Z2）：594-597.