Question

平板载荷试验的基本方法

Answer 1

一、试验仪器设备

载荷测试设备由：①承压板；②加荷装置；③沉降观测装置等部件组成(图2-1)。

1.承压板

承压板是模拟基础传力给地基的设备，为了获得比较准确的地基测试参数，理论上承压板的刚度和尺寸应尽量与基础相近。在实测中，刚度相近比较容易达到，采用刚性大的加筋厚钢板或钢筋混凝土板即可；但承压板尺寸与实际基础相近则难于达到，由于整个地基土的测试面积太大，其上施加的总荷载势必加大，既造成试验设备庞大又使试验条件难以达到。而承压板面积太小，则影响地基土沉降量预测和极限荷载值的准确性。

图2-1 静力平板载荷试验系统

1—承压板；2—量测系统；3—堆载；4—地锚反力系统；5—载荷台；6—混凝土载荷台；7—桁架；8—千斤顶；9—反力拉杆；10—传力柱

国内外对承压板尺寸效应作了大量研究，当承压板面积在一定范围内时，沉降值S随承压板直径D增加而加大，但当承压板直径D过小，则出现沉降值S随D减小而增加的现象。而当承压板直径D大于一定值后，沉降值S随D值增加而加大的趋势变得不明显。处于上述两个明显转折点的承压板直径D值分别为30cm和50cm左右，这也是静力载荷试验中经常选用直径30～50cm承压板的原因。

承压板是平板载荷试验系统中的重要部件，一般为铸钢件。受现场条件限制，承压板也有采用现场混凝土浇筑和预制两种，其底面一般用厚钢板。对承压板的要求是：要有足够的刚度；满足在加荷过程中承压板本身的变形小；而且其中心和边缘不能产生弯曲和翘起的要求，故其形状一般为圆形(也可为方形)。根据经验，土质松软(如：软土、新近沉积土、人工杂填土)或上硬下软的双层地基土，宜采用较大尺寸；土质较硬时，承压板宜选用较小尺寸；对密实粘性土和砂土，承压板面积一般为1000～2500cm²；对一般土，承压板面积多采用2500～5000cm²。

为计算方便，我们给出几种常用不同面积的圆形—方形承压板直径和边长换算值(表2-1)。

2.加荷装置

加荷装置包括：压力源(千斤顶、堆载物)；载荷台架；反力构架等。加荷方式有两种，即：重物静力加荷和液压千斤顶加荷。

重物静力加荷法：在载荷台上放置重物(如钢锭、铅块、建筑砌块等)，以此向地基土加荷载。此法虽显笨重，劳动强度大，但其荷载稳定，常在大荷载测试时采用。

表2-1 圆形—方形承压板直径和边长换算表

液压千斤顶反力加荷法：用液压千斤顶加荷，用地锚系统提供反力，其加荷控制及搬运方便，劳动强度相对较小，但可提供的反力有限，故适于小荷载测试。采用液压千斤顶加荷，必须注意两个问题：①液压千斤顶的行程必须满足地基沉降量的要求，必要时，可采用上、下两个千斤顶重叠放置，以增加液压千斤顶行程，来满足特殊地基沉降量要求；②地锚系统反力要大于最大加荷。由于受力后地锚上拔，设备本身变形，千斤顶漏油和承压板下沉，使试验过程中千斤顶的压力不易稳定，会出现压力减退现象。为保持相对恒压，一般采用千斤顶液压自动伺服系统，以保持压力稳定。

地锚系统、反力构架或载荷台架，其构件和总体组合强度不能过低，应是试验最大荷载1.5～2倍。

3.沉降量测系统

沉降量测系统由千分表(以前多使用指针式千分表，现在一般使用带计算机数据接口的电子千分表，既可以观测，又可以实现数据自动采集)及固定支架或沉降传感器及自动记录仪组成。其量测精度不应低于±0.01mm。

二、试验要点和要求

载荷试验设备重、部件多、试验周期长，因此，要格外注意人身和设备安全。不同类型的仪器都配有其性能和使用说明书，使用前应仔细阅读并要配有专人掌握使用。试验步骤如下：

1.检查仪器及配套件性能

试验前检查仪器设备的性能是否正常；准备好电源、照明和试验用的各种工具。

2.试验点选择

要考虑建筑物需要和地基土的特点以及场地条件，进行试验设计和选用适合的试验方式及其承压板面积。载荷试验宜采用圆形刚性承压板，根据土的软硬不同选用合适的尺寸：土的浅层平板载荷试验承压板面积不应小于2500cm²；对软土和粒径较大的填土不应小于5000cm²；土的深层平板载荷试验承压板面积宜选用5000cm²；试验点一般应布置在有代表性的地点、二级以上工程建筑物的重要部位、地基土主要持力层及能够发挥地基潜力的关键土层上。每个场地的试验点不宜少于3个，当场地内土体不均时，应适当增加。

3.开挖试坑

浅层平板载荷试验的试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的3倍；深层平板载荷试验的试井直径应等于承压板直径。当试井直径大于承压板直径时，紧靠承压板周围土的高度不应小于承压板直径；当挖至距试验深度15～20cm处预留防扰动保护层，停止快速开挖，用平铲修整至测试深度后，在承压板下铺设不超过20mm的砂垫层找平，要求尽快安装试验设备，并减少对土的扰动。

4.安装设备

现以拉锚(杆)式千斤顶加荷静力平板载荷试验系统为例，简要介绍试验系统的安装：

(1)确定建筑场地中的试验点位置，标出试验点的中心位置。要求试验点以2m为半径的场地平整，以便操作和保证有足够和均衡的反力；

(2)按照地锚水平拉杆长度，确定各个地锚安装位置并组织安装。安装地锚时，逐一安装地锚水平拉杆并紧固之。施工时，切忌雨水流入试坑。一般应先架设防雨、防晒帐篷，并在帐篷外挖好排水沟；

(3)按要求开挖试坑、取样；平整坑底并在承压板下铺设不超过20mm的砂垫层找平；

(4)用拉线法找出试验中心点，安装承压板(应使承压板轻轻就位，既要水平，又要垂直、居中，最终通过传力柱把试验施加的载荷呈中心荷载方式作用在承压板上)→安装位移传感器→千斤顶→传力柱和拉杆帽→在地锚和传力柱间安装反力拉杆并使之均匀受力→安装电子千分表；

(5)进行试验前的全面检查，确认没有问题后，便可开始试验。

试验须填写原始记录(表2-2)：

表2-2 浅层平板载荷原位试验记录表

(1)加荷方式：载荷试验加荷方式应采用分级维持荷载沉降相对稳定法(常规慢速法)。有地区经验时，可采用分级加荷沉降非稳定法(快速法)或等沉降速率法。加荷等级宜取10～12级，不应少于8级，荷载量测精度不应低于最大荷载的± 1%；

对慢速法，当试验对象为土体时，每级荷载施加后，以间隔5min、5min、10min、10min、15min、15min测读一次沉降，以后每间隔30min测读一次沉降；当连续两小时每小时沉降量都小于0.1mm时，可认为沉降已达相对稳定标准，可施加下一级荷载。

按照经验，各类土的加荷等级增量，可参考表2-3。

(2)最终荷载的确定：应根据试验目的、设备条件等而定。如：为了确定地基变形参数、比例界限承载力，或因设备条件限制，则在比例界限压力点出现后，再加压2～3级即可终止；又如，在设备条件允许情况下，为确定地基土承载力，最好做到破坏阶段，以求出地基的极限荷载值。

表2-3 各类土加荷等级增量表

(3)终止试验条件：当出现下列现象之一者即可认为地基土达到破坏阶段，并可终止试验：①承压板周边的土出现明显侧向挤出，周边土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；②本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载与沉降曲线出现明显陡降；③在某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准；④总沉降量与承压板直径(或宽度)之比超过0.06。