淺談平板載荷試驗測定地基承載力方法_secret

1、淺談平板載荷試驗測定地基承載力方法引言在巖土工程勘察中,原位測試是十分重要的手段,在探測地層分布,測定巖土特性,確定地基承載力方面,有突出的優(yōu)點,原位測試結(jié)果的應(yīng)用,應(yīng)以地區(qū)經(jīng)驗的積累為依據(jù)。一般認(rèn)為,現(xiàn)場平板載荷試驗是取得基礎(chǔ)土壤工程力學(xué)特性的最好、最直接的方法 。國內(nèi)外工程設(shè)計人員在此方面已作了大量的試驗研究工作，如美國的卡爾·太沙基、俄羅 斯的普列斯·崔托維奇、中國的原冶金部等都對靜力載荷試驗作了大量研究，后者還制定了 試驗規(guī)程。但由于各地地質(zhì)情況不同，結(jié)構(gòu)物的類型、尺寸不同，故所用承壓板的大小不同 ，試驗結(jié)果也就不盡相同。 1 平板載荷試驗平板載荷試驗是模擬建筑物基

2、礎(chǔ)地基土受荷條件的一種測試方法。在保持地基土的天然狀態(tài)下，在一定面積的承壓板上向地基土逐級施加荷載，并觀測每級荷載下地基土的變形特性。測試所反映的是承壓板以下大約1.52倍承壓板寬深度內(nèi)土層的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，比較直觀地反映地基土的變形特性。用以評定地基土的承載力，計算地基土的變形模量并預(yù)估建筑基礎(chǔ)的沉降量。 11 試驗準(zhǔn)備平板載荷試驗通常在試坑中進(jìn)行。試坑底的寬度應(yīng)不小于承壓板寬度(或直徑)的3倍，以消除側(cè)向土自重引起的超載影響。 為了保持測試時地基土的天然濕度與原狀結(jié)構(gòu)，在坑底頂留20-30cm厚的原土層，試驗前再挖去，并在坑底鋪設(shè)2 cm厚的砂墊層，放入載荷板。 12試驗設(shè)備(1)承壓板

3、承壓板要有足夠的剛度，一般為特制厚鋼板。在加荷過程中要求承壓板變形小，而且中心和邊緣不能產(chǎn)生彎曲和翹起。承壓板為板厚2cm、邊長1.0 m的方形鋼板。 (2)加荷裝置 加荷裝置包括油壓千斤頂、荷重傳感器、載荷平臺。加荷方式為堆載法。堆載法是在載荷平臺(如鋼梁)上放置預(yù)制混凝土塊（0.8m×1.0m×2.0m）；此法笨重，勞動強(qiáng)度大，加荷不便，其優(yōu)點是荷載穩(wěn)定。采用油壓千斤頂加壓，必須注意以下問題： 千斤頂及襯墊物必須保持垂直，以免加壓時千斤頂傾倒發(fā)生事故并影響測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。 用千斤頂加荷時，啟動杠桿要輕抬慢壓，以免對地基造成脈沖荷載，增大沉降量。接近儀表最大行程時，一般

4、在該級荷載沉降達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)后，施加下一級荷載前將儀表調(diào)至0并記錄。 隨時注意鋼梁有無頂起、傾斜等不安全因素，否則需及時采取措施，必要時可終止試驗以策安全。 (3)沉降觀測裝置 沉降觀測儀表為百分表。 13設(shè)備安裝(1)承壓板 承壓板底高程與基礎(chǔ)底面設(shè)計高程應(yīng)相同，承壓板下鋪設(shè)1-2 cm厚中粗砂找平，保證承壓板與試驗面平整均勻接觸。 (2)千斤頂 安裝千斤頂、載荷平臺或反力構(gòu)架時，其中心應(yīng)與承壓板中心一致。 (3)沉降觀測裝置 百分表由磁力表座固定在基準(zhǔn)梁上，基準(zhǔn)梁兩端由基準(zhǔn)樁固定，基準(zhǔn)樁距荷載板邊大于1 m。其支架固定點設(shè)在不受變形影響的位置上，沉降觀測點應(yīng)對稱放置。14試驗方法試驗采用慢速

5、維持荷載法。由載荷平臺及預(yù)制混凝土塊組成反力系統(tǒng)。通過反力系統(tǒng)，由液壓油泵及千斤頂施加荷載至承壓板，對地基施加豎向壓力。荷載逐級加在樁頂上，放置在千斤頂上的荷重傳感器時刻顯示承壓板所受荷載大小。地基產(chǎn)生變形沉降時，通過放置在承壓板上對稱分布的百分表，隨時記錄各級荷載作用下地基的沉降量。 (1)荷載分級 加荷等級不小于8級，第一級為2倍的加荷量，以后逐級加荷，總加荷量不小于設(shè)計要求的2倍。 (2)變形觀測 每加一級荷載的前后，各測讀承壓板沉降量1次。加荷后的第1 h內(nèi)，按間隔10 rain、10 min、10 min、15min、15 min觀測，以后每0.5 h測讀1次；當(dāng)1 h的沉降量小于0

6、.10 mm，達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)時，即可加下一級荷載。 (3)終止加載條件 當(dāng)出現(xiàn)下列現(xiàn)象之一時，即可終止加載： 載荷板周圍的土被擠出隆起或出現(xiàn)明顯的裂縫。沉降急劇增大，荷載一沉降(PS)曲線出現(xiàn)陡降段。 在某級荷載作用下，24 h沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。 達(dá)不到極限荷載，但最大加載已大于地基承載力設(shè)計值的2倍。 總沉降量大于等于承壓板寬度(或直徑)的006。 2平板載荷試驗成果的應(yīng)用2.1 P-S關(guān)系曲線修正首先，應(yīng)對載荷測試的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查和校對，整理出荷載與沉降量匯總表，繪制荷載P與沉降量s 的關(guān)系曲線。在載荷試驗中，由于各種因素的影響，會使P-S曲線偏離坐標(biāo)原點。這時，應(yīng)對P-S關(guān)系

7、曲線加以校正，也就是校正沉降量觀測值。 2.2 P-S關(guān)系曲線分析及承載力特征值的確定地基受壓破壞形式通常為整體剪切破壞，P-S曲線具有兩個明顯特征點。P-S曲線的特征點是決定地基承載力的重要參數(shù)，這兩個特征點可以把P-S曲線分為3段，分別反映了地基土逐級受壓以至破壞的3個變形階段。 直線變形壓密階段：此階段中土體顆粒主要產(chǎn)生豎向位移，地基土所受壓力較小，主要以壓密變形或彈性變形為主，變形較小，處于穩(wěn)定狀態(tài)，PS關(guān)系接近線性關(guān)系。直線段端點所對應(yīng)的壓力即為比例界限，可作為地基土的承載力特征值。 局部剪切變形或塑性變形階段：此階段中土體顆粒有側(cè)向位移。當(dāng)壓力繼續(xù)增大超過比例界限時，在承壓板邊緣，

8、土體出現(xiàn)剪切破裂或稱塑性破壞，實際進(jìn)入了屈服狀態(tài)；隨著壓力繼續(xù)增大，剪切破裂區(qū)不斷向縱深發(fā)展，此段PS關(guān)系呈曲線形狀，曲線末端所對應(yīng)的壓力即為極限界限，可作為地基土極限承載力。當(dāng)極限荷載值小于比例界限荷載值的2倍時，可取極限荷載值的一半，作為地基土承載力特征值。 整體剪切破壞階段：如果壓力繼續(xù)增加，承壓板會急劇下沉。即使壓力不再增加，承壓板仍會不斷急劇下沉，說明地基發(fā)生了整體剪切破壞。 2.3 地基土變形模量計算由載荷試驗成果P-S曲線的直線變形段，依據(jù)公式(1)，計算地基土的變形模量。E0= Pb(1-2 )S （1） 式中 E0地基土變形模量（無側(cè)限）； -與承壓板形狀有關(guān)的參數(shù)，方形板取

9、0.886，圓形板取0.785； PP-S曲線的直線變形段承壓板下的單位面積的壓力； S與P對應(yīng)的沉降量； b承壓板直徑或邊長mm； 土的泊松比（粘土取0.42，粉質(zhì)粘土取0.38，粉土取0.35，砂土取0.30，碎石土取0.27）。 3工程實例實例1：濰坊建筑節(jié)能孵化器主樓21層，長56米，寬18米，單位荷重350 kPa，兩層地下室，基礎(chǔ)埋深±0下8.2米（基底標(biāo)高28.70m）。該工程在勘察初期，根據(jù)濰坊地區(qū)經(jīng)驗擬采用樁基礎(chǔ)，但在勘察過程中，我們發(fā)現(xiàn)第層灰黃色粉土分布均勻穩(wěn)定，力學(xué)性質(zhì)較好，強(qiáng)度高，有一定的厚度，且其埋深與基底位置相吻合，于是考慮采用筏板基礎(chǔ)方案，又對該層土做了

10、淺層平板載荷試驗，取得更準(zhǔn)確的地基土承載力?，F(xiàn)場載荷試驗求得地基土承載力基本值為390 kPa。 按照建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-2002）當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，地基承載力的特征值按下式修正： fa=fak+b(b-3)+ dm(d-0.5) =390+0.5×18.5×(6-3)+2.0×18.5×(2-0.5)=473kPa>350kPa 式中：fa修正的地基承載力特征值； fak地基承載力特征值；b、d基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)； 基礎(chǔ)地面以下土的重度，地下水位以下取浮重度； b基礎(chǔ)地面寬度（m），當(dāng)寬

11、度小于3m時按3m取值，大于6m時，按6m取值； m基礎(chǔ)地面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度； d（m）基礎(chǔ)埋置深度,考慮周邊地下車庫取2m。 地基土承載力完全滿足設(shè)計要求。 實例2：濰坊瑞都廣場7號樓30層，長56.8米，寬16.8米，單位荷重500 kPa，一層地下室，基礎(chǔ)埋深6.2米。在勘察過程中，我們發(fā)現(xiàn)第層粉砂分布均勻穩(wěn)定，原位測試標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)較高，力學(xué)性質(zhì)較好，強(qiáng)度高，有一定的厚度，且其埋深與基底位置相吻合，對該層土做了淺層平板載荷試驗，取得更準(zhǔn)確的地基土承載力。現(xiàn)場載荷試驗求得地基土承載力基本值為400 -420kPa。 按照建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（GB50007-20

12、02）當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，地基承載力的特征值按下式修正： fa=fak+b(b-3)+ dm(d-0.5) =400+2.0×19.3×(6-3)+3.0×18.7×(2.0-0.5)=600kPa>500kPa 式中：fa修正的地基承載力特征值；fak地基承載力特征值； b、d基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)；基礎(chǔ)地面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；b基礎(chǔ)地面寬度（m），當(dāng)寬度小于3m時按3m取值，大于6m時，按6m取值； m基礎(chǔ)地面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度；d（m）基礎(chǔ)埋置深度,考慮周邊地下車庫取2.0m。 地基土承載力完全滿足設(shè)計要求。 4 結(jié)束語對于以上兩個工程平板載荷試驗布置的載荷試驗點均為3個，規(guī)范要求是不少于3個，試驗點數(shù)少，增加了試驗的隨機(jī)性和偶然性。目前確定天然地基土承載力的常規(guī)方法主要有：根據(jù)土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)由理論公式計算；據(jù)有關(guān)試驗數(shù)據(jù)查表；平板載荷試驗；借鑒已有