載荷試驗承載力取值與試驗方法探討

載荷試驗承載力取值與試驗方法探討摘要：本文主要對載荷試驗承載力如何取值、地基承載力的介紹以及載荷試驗方法進(jìn)行了具體分析研究。關(guān)鍵詞：載荷試驗承載力取值；地基承載力；試驗方法一、工程概況本工程是某市的勘察設(shè)計有限公司對某建筑物地基進(jìn)行檢測。本工程擬建工程基坑已開挖至設(shè)計標(biāo)高并于基坑底部換填碎石墊層。勘察完成后，組織相關(guān)技術(shù)人員制定地基檢測方案，并安排相關(guān)試驗人員進(jìn)場，采用現(xiàn)場淺層荷載板試驗對地基的承載力進(jìn)行原位測試。本次測試共進(jìn)行靜載荷試驗3臺。試驗深度為2.0m左右，試驗土層為粘性土。二、載荷試驗的概述1、載荷試驗的定義所謂載荷試驗是指樁的打基方法，它的特點是在樁的頂端直接安裝一種特制的油壓千斤頂，進(jìn)行樁的承載力試驗；取代以往的堆載法和千斤頂。它屬于單樁試驗的一種方法，用來測試單樁（摩擦樁）承載力的。載荷試驗可用于測定承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)巖土的承載力和變形特性。淺層平板載荷試驗適用于淺層地基土；深層平板載荷試驗適用于埋深等于或大于5m地基土；螺旋板載荷試驗適用于深層地基土或地下水位以下的地基土[1]；復(fù)合地基載荷試驗用于測定承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)復(fù)合土層的承載力和變形參數(shù)，巖基載荷試驗用于確定完整、較完整、較破碎巖基作為天然地基或樁基礎(chǔ)持力層時的承載力。2、載荷試驗的分類2.1按照用途可分為兩類：一是基本試驗，即就是確定承載力，為設(shè)計提供設(shè)計依據(jù)，應(yīng)進(jìn)行破壞性試驗。二是驗收試驗，即就是按設(shè)計參數(shù)進(jìn)行試驗，驗證承載力是否滿足設(shè)計要求。2.2按照工程性質(zhì)分類可包括：一是地基土靜載試驗，其中又可分為螺旋板載荷試驗、淺層板載荷試驗以及深層半載荷試驗三類。二是復(fù)合地基載荷試驗，包括素填土載荷試驗、單樁載荷試驗、多樁載荷試驗和樁周土載荷試驗。三是巖基載荷試驗。其中主要包括單樁豎向抗壓靜載試驗、單樁豎向抗拔靜載試驗、單樁水平靜載試驗。三、載荷試驗承載力的取值應(yīng)注意的問題1、載荷試驗承載力1.1淺層板載荷試驗的試坑寬度或直徑不應(yīng)小于承壓板寬度或直徑的三倍；深層平板載荷試驗的試井直徑應(yīng)等于承壓板的直徑；當(dāng)試井直徑大于承壓板直徑時，緊靠承壓板周圍土的高度不應(yīng)小于承壓板直徑（0.8m）。1.2載荷試驗宜采用圓形剛性承壓板，根據(jù)土的軟硬或巖體裂隙密度采用合適的尺寸；土的淺層平板載荷試驗承壓板面積不應(yīng)小于0.25m2，，對軟土和粒徑較大的填土不應(yīng)小于0.5m2；土的深層平板載荷試驗承壓板面積宜選用0.5m2；巖石載荷試驗承壓板的面積不宜小于0.07m2。復(fù)合地基載荷試驗承壓板應(yīng)具有足夠剛度[2]。單樁復(fù)合地基載荷試驗的承壓板可用圓形或方形，面積為一根樁承擔(dān)的處理面積；多樁復(fù)合地基載荷試驗的承壓板可用方形或矩形，其尺寸按實際樁數(shù)所承擔(dān)的處理面積確定。樁的中心（或形心）應(yīng)與承壓板保持一致，并與荷載作用點相重合。1.3載荷試驗應(yīng)布置在有代表性的地點，每個場地不宜少于3個，當(dāng)場地內(nèi)巖土體不均時，應(yīng)適當(dāng)增加。淺層平板載荷試驗應(yīng)布置在基礎(chǔ)底面標(biāo)高處。儀器設(shè)備要定期檢驗和標(biāo)定，選定適合量程的千斤頂進(jìn)行載荷試驗。1.4地基受力變形特征。坑內(nèi)載荷試驗一般分為開挖基坑、安裝設(shè)備、加荷試驗等三個步驟:第一，開挖基坑,安裝設(shè)備;第二，加荷至挖去土自重;第三，加荷至破壞;相應(yīng)于以上階段,各階段相應(yīng)的地基變形特征如下:第一，由于基坑開挖,地基土卸荷從而發(fā)生回彈變形;第二，在相當(dāng)于上覆土自重的荷載作用下,地基土發(fā)生彈性再壓縮變形;第三，在附加壓力作用下發(fā)生彈性、塑性變形直至破壞。壓力-沉降曲線見圖1：圖1壓力(p）一(s)沉降曲線關(guān)系圖2、地基承載力分析地基承載力是指地基承擔(dān)荷載的能力。是針對地基基礎(chǔ)設(shè)計提出為方便評價地基強度和穩(wěn)定的專業(yè)術(shù)語，而不是土體的基本性質(zhì)指標(biāo)，土的抗剪強度理論是研究和確定地基承載力的理論基礎(chǔ)舊。地基承載力分為極限承載力和容許承載力。地基土單位面積所能夠承擔(dān)的最大荷載為極限承載力P0,考慮一定的安全儲備的承載力稱為容許承載力。四、載荷試驗承載力取值方法確定承載力的方法主要有四種：第一種是通過現(xiàn)場直接試驗確定承載力，包括(靜)載荷試驗、靜力觸探試驗、標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗、旁壓試驗等；第二種是根據(jù)土的抗剪強度指標(biāo)計算的理論公式確定承載力；第三種是根據(jù)室內(nèi)試驗指標(biāo)、現(xiàn)場測試指標(biāo)或野外鑒別指標(biāo)，通過查規(guī)范所列表格得到承載力；第四種是基于地區(qū)的使用經(jīng)驗，進(jìn)行類比判斷確定承載力。本工程的試驗深度為2.0m，所以主要采用的是淺基礎(chǔ)極限承載力方法，假設(shè)基礎(chǔ)下三角形土體I一直處于彈性狀態(tài)，當(dāng)?shù)鼗_(dá)到破壞并出現(xiàn)連續(xù)滑動面時，彈性體邊界與水平面夾角為φ，φ大小與基底粗糙程度有關(guān)，滑動體內(nèi)的徑向剪切區(qū)Ⅱ的邊界為對數(shù)螺線，朗肯被動區(qū)邊界為直線，與水平面夾角為450-φ/2[3]。如圖2所示：圖2根據(jù)平衡方程可得極限承載力為：式中-計算系數(shù)。而在進(jìn)行試驗過程中，出現(xiàn)承壓板周邊的土呈現(xiàn)明顯側(cè)向擠出，周邊巖土出現(xiàn)明顯隆起或徑向裂縫持續(xù)發(fā)展；本級荷載的沉降量大于前級荷載沉降量的5倍，荷載與沉降曲線出現(xiàn)明顯陡降；在某級荷載下24小時沉降速率不能達(dá)到相對穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)；總沉降量與承壓板直徑（或?qū)挾龋┲瘸^0.06.（深層平板為0.04）當(dāng)滿足前三種情況之一時，其對應(yīng)的前一級荷載定位極限荷載。當(dāng)P-S曲線上有比例界限時，取該比例界限所對應(yīng)的荷載值。當(dāng)極限荷載小于對應(yīng)比例界限的荷載值的兩倍時，取極限荷載值的一半。當(dāng)不能按上述二款要求確定時，當(dāng)壓板面積為0.25-0.50m2,可取s/b=0.01-0.015所對應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半?？傊?，同一土層參加統(tǒng)計的試驗點不應(yīng)少于三點，當(dāng)試驗實測值的極差不超過其平均值的30%時，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值fak。對于P-S曲線上起始直線段的終點為比例界限?？p合終止加載條件的前一級荷載為極限荷載。將極限荷載除以3的安全系數(shù)，所得值與對應(yīng)于比例界限的荷載相比較，取小值。每個場地載荷試驗的數(shù)量不應(yīng)小于3個，取最小值作為巖石地基承載力特征值。巖石地基承載力不進(jìn)行深寬修正。五、載荷試驗荷承載力試驗方法1、試驗設(shè)備載試驗的設(shè)備主要由4個部分組成：剛性承載板、加荷裝置、反力系統(tǒng)和量測荷載及沉降的系統(tǒng)等。1.1剛性承載板。承壓板的作用時將所加荷載均勻傳遞到地基土。承壓板多采用鋼板制成，也有采用鋼筋混凝土或鑄鐵板制成。承載板的大小應(yīng)根據(jù)土層的軟硬條件或巖體的裂隙發(fā)育程度來選用。承載板的大小對評定地基承載力有一定的影響，為了使實驗結(jié)果具有可比性，應(yīng)遵循《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)的規(guī)定，對于淺層平板荷載試驗，承壓板的面積不應(yīng)小于0．25m；對于軟土和粒徑較大的填土不應(yīng)小于0．50m；對于巖石荷載試驗的承壓板的面積不應(yīng)小于0．07m。剛性承載板下應(yīng)設(shè)置中砂或粗砂找平層，其厚度不超過20mm，鋪設(shè)找平層和安裝剛性承載板時，試坑內(nèi)不得積水。1.2加荷裝置。加荷系統(tǒng)的功能是借助反力系統(tǒng)向承壓板施加所需的荷載。最常見的加荷系統(tǒng)采用油壓千斤頂構(gòu)成，施加的荷載通過與油壓千斤頂相連的油泵上的油壓表來測讀和控制。1.3反力系統(tǒng)。反力系統(tǒng)的功能是提供加載所需的反力。最常見的反力系統(tǒng)有兩種：一是采用地錨反力梁構(gòu)成，加荷系統(tǒng)的千斤頂頂升反力梁，地錨產(chǎn)生抗拔反力，以達(dá)到對承壓板加載的目的；二是采用堆載平臺構(gòu)成，由平臺上重物的重力提供加載所需反力1.4量測系統(tǒng)。量測系統(tǒng)一般分為兩類：一是壓力觀測系統(tǒng)，由于千斤頂?shù)挠捅盟鋲毫Ρ砜梢灾甘舅拥膲毫?，因此，一般不需要再專門設(shè)立壓力觀測系統(tǒng)，而僅需利用油泵壓力表的讀數(shù)進(jìn)行換算即可得到所加的荷載大??；二是沉降觀測系統(tǒng)，一般用腳手鋼管構(gòu)成觀測支架，再在支架上安裝觀測儀器即可構(gòu)成沉降觀測系統(tǒng)。觀測儀器有百分表和位移傳感器兩種。其精度不應(yīng)低于±0.1mm。2、試驗方法根據(jù)工程需要，試驗方法可采用常規(guī)慢速法(分級維持荷載沉降相對穩(wěn)定法)；當(dāng)有地區(qū)經(jīng)驗時，可采用快速法(分級加載沉降非穩(wěn)定法)或等沉降速率法。慢法主要用于飽和軟粘性土及對變形有明確要求的建筑物；快法一般適用于可塑～堅硬狀粉質(zhì)粘土、粉土、砂類土和碎石類土及軟質(zhì)巖。試驗應(yīng)進(jìn)行到地基的破壞狀態(tài)，或最大加載量不小于地基承載力設(shè)計值的2倍。加荷等級可分10～12級，并不應(yīng)小于8級，第一次可施加2級的加荷量，以后必須逐級施加。荷載量測精度不應(yīng)低于最大荷載的±1％。對慢速法，當(dāng)試驗對象為土體時，每級加載后，間隔5min、10min、15min測讀一次沉降，以后每隔30min測讀一次沉降，當(dāng)連續(xù)兩次出現(xiàn)每小時沉降小于或等于0．1mm時，可以認(rèn)為沉降已達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，可以施加下一級荷載；當(dāng)試驗對象為巖體時，每級加載后，間隔1min、2min、2min、5min測讀一次沉降，以后每隔10min測讀一次沉降，當(dāng)連續(xù)3次出現(xiàn)讀數(shù)差值≤0．01min時，可以認(rèn)為沉降已達(dá)到穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，可以施加下一級荷載。另外，還要做好現(xiàn)場檢測工作，主要包括試樁的成樁工藝和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與工程樁一致；樁頂部宜高出試坑底面，試坑底面宜與樁承臺底標(biāo)高一致；對作為錨樁用的灌注樁和有接頭的混凝土預(yù)制樁，檢測前宜對其樁身完整性進(jìn)行檢測。在進(jìn)行試驗加卸載方式時要注意以下幾點：首先加載應(yīng)分級進(jìn)行，采用逐級等量加載；分級荷載宜為最大加載量或預(yù)估極限承載力的1/10，其中第一級可取分級荷載的2倍。其次卸載應(yīng)分級進(jìn)行，每級卸載量取加載時分級荷載的2倍，逐級等量卸載。再者加、卸載時應(yīng)使荷載傳遞均勻、連續(xù)、無沖擊，每級荷載在維持過程中的變化幅度不得超過該級增減量的10%。單樁豎向抗壓極限承載力統(tǒng)計值的確定要做到：首先，參加統(tǒng)計的試樁結(jié)果，當(dāng)滿足其極差不超過平均值的30%時，取其平均值為單樁豎向抗壓極限承載力。其次當(dāng)極差超過平均值的30%時，應(yīng)分析極差過大的原因，結(jié)合工程具體情況綜合確定。必要時可增加試樁數(shù)量。最后對樁數(shù)為3根或3根以下的柱下承臺，或工程樁抽檢數(shù)量小于3根時，應(yīng)取低值。結(jié)束語綜上所述，地基承載力的檢測關(guān)系到工程質(zhì)量及安全。這就要求檢測人員不僅具有高度的責(zé)任心，還應(yīng)掌握專業(yè)的技術(shù)知識，只有這樣才能保證檢測結(jié)果的客觀、公正、準(zhǔn)確。