淺層平板載荷試驗(yàn)在土基檢測(cè)中的應(yīng)用

張學(xué)科

（新疆交通科學(xué)研究院公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)中心，新疆 烏魯木齊 830000）

在現(xiàn)代公路工程中，很多地段都需要采用天然基底形式，但需要對(duì)天然地基的承載力進(jìn)行必要的試驗(yàn)和勘查。淺層平板載荷試驗(yàn)就是一種判斷淺層地基承載力是否滿足公路工程設(shè)計(jì)要求的重要手段。淺層平板載荷試驗(yàn)作為一種淺層土基原位檢測(cè)方法，不僅準(zhǔn)確、可靠，而且相對(duì)直觀，在公路工程土基檢測(cè)中具有較高的應(yīng)用價(jià)值。本文將對(duì)這種檢測(cè)方法進(jìn)行深入研究，以期為公路工程試驗(yàn)檢測(cè)提供一些參考。

1 公路淺層平板載荷試驗(yàn)簡(jiǎn)介

淺層平板載荷試驗(yàn)是在設(shè)計(jì)好尺寸的承壓板上，對(duì)公路地基土進(jìn)行載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)可采用逐級(jí)施加荷載的方法，對(duì)公路淺層地基土的承載力情況及變形模量進(jìn)行測(cè)量。淺層平板載荷試驗(yàn)?zāi)軌蚍从吵龀袎喊逡韵?.5～2倍承壓板直徑范圍內(nèi)的地基土承載力、強(qiáng)度及變形等綜合指標(biāo)。這種公路地基土試驗(yàn)方法目前被廣泛應(yīng)用于對(duì)淺層地基土、灰土墊層地基、砂石墊層地基、土工合成材料墊層地基以及強(qiáng)夯地基等各類公路工程地基的檢測(cè)。

2 淺層平板載荷試驗(yàn)的具體方法

2.1 測(cè)點(diǎn)的選擇

對(duì)公路工程地基進(jìn)行承載力的淺層平板載荷試驗(yàn)時(shí)，需要先選擇具有代表性的試驗(yàn)檢測(cè)地點(diǎn)。通常每個(gè)場(chǎng)地可選擇3個(gè)以上的典型測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)該布置在地基底面的標(biāo)高處。試驗(yàn)檢測(cè)場(chǎng)地的寬度或直徑應(yīng)該大于承壓板寬度或直徑的3倍以上。

2.2 試驗(yàn)設(shè)備儀器的選擇

淺層平板載荷試驗(yàn)的設(shè)備及裝置主要有承壓板、加荷設(shè)備、沉降觀測(cè)儀器等。承壓板應(yīng)該選擇強(qiáng)度與剛度足夠大的鋼板，承壓板的形狀可以是圓形或正方形。如果沒(méi)有鋼板也可采用現(xiàn)澆或預(yù)置混凝土板代替。承壓板的面積通常是0.25～0.5m2，也可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，但不能小于0.1m2。加荷設(shè)備主要包括壓力源、載荷臺(tái)架或反力構(gòu)架等。其中壓力源可以根據(jù)實(shí)際施工條件選擇液壓裝置或其他重物。壓力源允許出現(xiàn)的重力誤差不得大于全量程的1%，安全過(guò)負(fù)荷率則應(yīng)該大于120%。對(duì)于載荷臺(tái)架或反力構(gòu)架，必須保證其安全性和穩(wěn)固性，同時(shí)要保證其承載能力高出試驗(yàn)最大荷載的1.5～2倍，以滿足試驗(yàn)的安全性要求。沉降觀測(cè)儀器應(yīng)該具有一定的穩(wěn)定性和牢固性，同時(shí)還應(yīng)便于調(diào)節(jié)。測(cè)量位移的儀表應(yīng)該采用大量程的百分表或者高精度的位移傳感器，其相應(yīng)的分度值應(yīng)該為0.01mm。

2.3 試驗(yàn)設(shè)備的安裝

安裝承壓板之前，需要對(duì)試驗(yàn)坑面進(jìn)行平整，可鋪設(shè)厚度為1～2cm的中砂墊層，然后利用水平尺找平，以保證試驗(yàn)面與承壓板之間平整接觸。安裝加荷設(shè)備時(shí)，必須保證千斤頂與載荷臺(tái)架或反力構(gòu)架的中心一致。應(yīng)在不受變形影響的位置安裝沉降觀測(cè)設(shè)備，并將其固定。沉降觀測(cè)設(shè)備應(yīng)該對(duì)稱設(shè)置。

2.4 試驗(yàn)檢測(cè)

2.4.1 試坑準(zhǔn)備

進(jìn)行淺層平板載荷檢測(cè)時(shí)，根據(jù)試驗(yàn)選擇的承壓板面積來(lái)確定試坑的寬度或直徑。必須保證試坑的寬度或直徑是承壓板寬度或直徑的3倍。試驗(yàn)要求土層必須保持原狀結(jié)構(gòu)和天然的濕度，可用粗砂或中粗砂對(duì)準(zhǔn)備試壓的土表進(jìn)行找平，找平厚度不得超過(guò)20mm。

2.4.2 逐級(jí)加載

加荷分級(jí)應(yīng)該在8級(jí)以內(nèi)，最大的加載量應(yīng)該小于設(shè)計(jì)要求的2倍。加載的方式主要有單循環(huán)慢速維持荷載法加載、荷載逐級(jí)遞增直至破壞或達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最大加載量。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求或工程條件選擇合適的加載方法、分級(jí)數(shù)及壓力源。

2.4.3 沉降量測(cè)量

在每級(jí)加荷之后，第1個(gè)小時(shí)內(nèi)可按10min、10min、10min、15min、15min的時(shí)間間隔來(lái)觀測(cè)沉降情況，第2個(gè)小時(shí)后可每隔30min讀取一次沉降數(shù)值。當(dāng)天連續(xù)2h內(nèi)，每小時(shí)的沉降量都不高于0.1mm時(shí)，便可視作地基沉降已趨于穩(wěn)定，即可進(jìn)行下一級(jí)的加載。

2.4.4 終止加荷條件判斷

以下幾種情況可作為判斷終止加荷的主要依據(jù)：淺層平板載荷試驗(yàn)的承壓板周圍有明顯的土體向兩側(cè)堆擠出來(lái)；沉降驟然增大，載荷—沉降曲線出現(xiàn)陡降；在某級(jí)荷載作用下，24h內(nèi)地基的沉降速度不能相對(duì)穩(wěn)定；沉降量與承壓板寬度或直徑比大于等于0.06。

2.5 承載力特征值的確定

當(dāng)加載試驗(yàn)完成之后，便可進(jìn)行卸載回彈試驗(yàn)，卸載級(jí)差可為加荷級(jí)差的2倍。根據(jù)試驗(yàn)的原始記錄繪制荷載—沉降（P—S）曲線圖，對(duì)承載力的特征值進(jìn)行明確。當(dāng)P—S曲線上存在比例界限時(shí)，應(yīng)該保證所選的荷載值與該比例界限對(duì)應(yīng)；當(dāng)極限荷載低于對(duì)應(yīng)比例界限荷載值的2倍時(shí)，應(yīng)該選取極限荷載的50%；如果上述兩項(xiàng)要求都不滿足時(shí)，采用s/b=0.01～0.015時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載值，但要保證該值小于最大加載量的50%。

2.6 變形模量的計(jì)算

根據(jù)相應(yīng)的變形模量計(jì)算公式，結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算地基的變形模量。

3 淺層平板載荷試驗(yàn)需要注意的問(wèn)題

3.1 試驗(yàn)周期問(wèn)題

淺層平板載荷試驗(yàn)通常規(guī)定試驗(yàn)的加荷分級(jí)在8級(jí)以上，每級(jí)的加荷通常需要幾個(gè)甚至十幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間來(lái)觀察和測(cè)試。可見(jiàn)，采用這種方法進(jìn)行測(cè)試消耗的時(shí)間較長(zhǎng)，不僅費(fèi)時(shí)而且費(fèi)力，很容易影響到公路工程的工期。因此在選擇這一試驗(yàn)方法時(shí)，應(yīng)該根據(jù)工程的實(shí)際情況和工期要求，進(jìn)行合理的選擇與組織安排，盡量避免對(duì)整個(gè)工程的工期造成影響。

3.2 試驗(yàn)面積問(wèn)題

通常情況下，公路工程的地基面積有一定的規(guī)律，試驗(yàn)面積大多在幾十平方米左右。但是采用淺層平板載荷試驗(yàn)時(shí)，所采用的承壓板面積通常為0.25～0.5m2，兩者之間存在較大的差距。如果試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量與測(cè)點(diǎn)位置選擇不好，就很難真實(shí)、準(zhǔn)確地反映地基承載特征值。因此，在試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)數(shù)量和位置的選擇非常關(guān)鍵，必須做好充分準(zhǔn)備，進(jìn)行科學(xué)而合理的選擇。另外，一些公路工程試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)根據(jù)情況加大承壓板的面積，但這種方法必然要求加大荷載，這樣會(huì)大大增加試驗(yàn)的難度，并且造成人工與成本的增加，因此應(yīng)該慎重選擇。

3.3 試驗(yàn)環(huán)境問(wèn)題

淺層平板載荷試驗(yàn)很容易受到環(huán)境因素的影響。但是公路工程屬于野外作業(yè)，所以環(huán)境條件相對(duì)復(fù)雜，外部干擾因素非常多。這會(huì)在一定程度上影響試驗(yàn)的準(zhǔn)確性與精度。因此，試驗(yàn)之前必須對(duì)天氣情況、周圍環(huán)境等做好調(diào)查分析，并采取各類防護(hù)措施。試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)該盡量排除干擾因素的影響，從而保證試驗(yàn)的有效性。

4 結(jié)語(yǔ)

淺層平板載荷試驗(yàn)?zāi)軌驗(yàn)楣饭こ痰捻樌┕ぬ峁┓€(wěn)定而可靠的依據(jù)。在進(jìn)行淺層平板載荷試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，按照設(shè)計(jì)要求科學(xué)合理地實(shí)施，盡量避免受到其他因素的影響，以保證試驗(yàn)結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。

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