平板載荷試驗在高速公路路基檢測中的應用

靳澤華

（中建路橋集團有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

平板載荷試驗是高速公路路基檢測的重要方式，其能在不改變路基整體性的基礎上，實現(xiàn)路基承載力、平整程度的有效檢測。隨著新型檢測技術的發(fā)展，有必要在高速公路路基檢測中深化平板載荷試驗應用，提升整體檢測效果，為高速公路工程建設奠定良好基礎。

目前，關于平板載荷試驗的研究已有不少成果。如，吳起星等[1]為確定樁端承載力，對非超載和加載破壞兩種工況的試驗數(shù)據(jù)進行了對比分析，得出了重要的經(jīng)驗價值；韓強[2]針對平板載荷試驗的中英標準規(guī)范內(nèi)容，歸納了兩本規(guī)范的區(qū)別，指出了各自適用的場合與應用特點，認為國外規(guī)范注重靈活性，而國內(nèi)規(guī)范則具備更好的實際操作性。本文在已有研究的基礎上，介紹平板載荷試驗的應用原理，并進一步分析其在高速公路路基檢測中的應用方法和注意事項，為此類項目提供參考。

1 平板載荷試驗原理及應用特征

1.1 技術原理

平板載荷試驗本質(zhì)上是一種承載力原位測試方法，需要在確定測試區(qū)域后，選擇一個剛性承壓板進行逐級加荷。該試驗方法能測定天然地基、單樁及復合地基的沉降隨荷載變化情況，對于掌握地基承載能力具有重要作用（見圖1）。結(jié)合大量試驗可知，在公路路基檢測中，在一定限制內(nèi)，路基的沉降與平板上荷載量成正比，即平板上荷載越大，其最終的影響范圍也就越大?；谶@一特征，能較為直接地體現(xiàn)出一定范圍內(nèi)路基填土的壓實情況。通過對不同程度的荷載強度下承壓板產(chǎn)生的不同沉降量進行分析，技術人員可以構建荷載強度-沉降關系曲線，并且基于整體的變形情況，將該曲線分為直線變形、剪切變形和破壞階段三個階段[3]。

1.2 應用特征

現(xiàn)階段，平板載荷試驗在高速公路路基檢測中得到了廣泛應用，除確定地基土變形模量、比例界限壓力、極限壓力外，平板載荷試驗在估算地基土不排水抗剪能力、基床反力系數(shù)、樁基極限承載力中有廣泛應用。從應用過程來看，平板載荷試驗的應用范圍極為廣泛，其適用于各種類型的地基土試驗，該地基土包含各種填土、含碎石土。相比其他類型的地基試驗方法，平板載荷試驗不會對地基土產(chǎn)生擾動作用，試驗過程較為便捷，結(jié)構較為可靠?，F(xiàn)階段，平板載荷試驗已經(jīng)成為確定承載力的主要方法[4]。

2 高速公路路基檢測中平板載荷試驗的應用要點

2.1 試驗要求

現(xiàn)代工程建設模式下，人們對于高速公路的建設質(zhì)量提出了較高的要求。在高速公路路基施工中，平板載荷試驗是較為常用的試驗方式。在具體試驗過程中，應充分保證平板載荷試驗的代表性、典型性。通常單位工程平板載荷試驗的試點數(shù)量應保持在3點以上，在試驗檢測過程中，若發(fā)生試驗區(qū)的土質(zhì)情況較為復雜，則還應結(jié)合實際情況及工程建設目標要求，適當性地增加試驗點。同時，平板載荷試驗基本在試坑中進行，以保證試壓面處于基礎底面的標高處。就試坑結(jié)構本身而言，其直徑、寬度均需保持在承壓板直徑或?qū)挾?～4倍。

另外，試驗人員需充分保證試壓面的穩(wěn)定性，避免外在因素對試壓面產(chǎn)生擾動和影響。值得注意的是，為確保高速公路路基平板載荷試驗的規(guī)范性，保證路基結(jié)構的穩(wěn)定性和硬度，在試驗中需預留200～300mm的原狀土層，為試驗工作開展創(chuàng)造良好條件，滿足平板載荷試驗要求[5]。

2.2 試驗設備選擇

嚴格控制平板載荷試驗的設備，能確保相關試驗工作的有序開展，提升試驗檢測的效率和質(zhì)量。在具體試驗中，土層硬度、壓板大小、試驗土層深度等都是影響測試設備選擇和試驗結(jié)果準確性的重要因素。但從整體而言，平板載荷試驗的設備可大致范圍四個部分，即除承壓板、加荷系統(tǒng)外，反力系統(tǒng)、觀測系統(tǒng)等都是平板載荷試驗設備的重要組成。

在承壓板選擇過程中，先應注重板材材質(zhì)的系統(tǒng)考慮。常見的承壓板不僅包括混凝土、鋼筋混凝土材質(zhì)，而且涉及鋼板、鑄鐵板等材質(zhì)，其中，多肋加固鋼板的應用較為常見。在使用這些承壓板過程中，需嚴格控制承壓板的剛度，確保承壓板無破損、撓曲現(xiàn)象，同時應保證承辦板的底部光滑、平整，且尺寸和傳力中心準確，在施工試驗中能快速、方便地搬運和放置。

承壓板的基本形式為正方形和圓形。其中，圓形壓板的受力條件較好，使用頻率較高。承壓板的尺寸因土質(zhì)而發(fā)生變化。一般對淺層土壤實施平板載荷試驗時，承壓板的尺寸應不小于0.25m2；土層均質(zhì)密實時，所選擇承壓板的規(guī)格不小于0.1m2；施工區(qū)域的路基存在軟土或人工填土時，承壓板規(guī)格應超過0.5m2；深層平板載荷試驗中，要求所選擇承壓板面積超過0.5 m2，或者承壓板的直徑超過80cm。

加荷系統(tǒng)能通過承壓板對地基施加荷載，其包含堆重加荷裝置和千斤頂加荷裝置兩種形態(tài)。就堆重加荷裝置而言，其多使用沙袋、砌塊、鋼釘?shù)戎匚?，應按照對稱分布的方式將這些重物放在加荷板上，嚴格按照逐級加荷的裝置進行操作，并積極預防偏壓問題，以有效提升地基承載力試驗檢測的規(guī)范性（見圖2）。千斤頂加荷多使用不同規(guī)格的液壓千斤頂，該設備使用過程中會配合使用壓力表、測量計完成對加荷值的檢測。在試驗過程中，可使用一個或多個千斤頂，避免出現(xiàn)沖擊荷載問題。

反力系統(tǒng)、量測系統(tǒng)也是平板載荷試驗裝置的重要組成，其在平板載荷試驗中起到至關重要的作用。一般反力系統(tǒng)包含錨固式、撐壁式、平洞式三種形態(tài)（見圖3）。不論使用哪種形態(tài)的反力系統(tǒng)，均需做好其與加荷系統(tǒng)的配合。量測系統(tǒng)不僅包含基準梁、位移計，而且設計有磁性表座、油壓表等。在量測系統(tǒng)使用中，若使用機械類的位移計，則需保證其最小刻度保持在0.01mm，而量程需保持在5～30mm。新時期，還應深化電子類位移計的使用，以擴大有效量程，降低讀數(shù)誤差[6]。

2.3 試驗方法

平板載荷試驗具有較強的專業(yè)性、綜合性和復雜性，試驗操作的規(guī)范性對于總體的檢測效率和精度具有深刻影響。

（1）在完成試驗設備安裝后，應嚴格開展設備安裝調(diào)試工作。在設備調(diào)試中，一是要避免測試土層受到擾動，二是要精心安裝平板載荷試驗設備的各個單元，承壓板、反力系統(tǒng)、加荷系統(tǒng)的傳力重心應保持在一條垂線或直線上，同時，部件應連接牢固，地基土不受預壓。測量系統(tǒng)安裝中，應保證其觀測的基準點穩(wěn)定可靠，使系統(tǒng)各部件處于最佳工作狀態(tài)。

（2）常規(guī)載荷試驗和快速載荷試驗是高速公路平板載荷試驗的兩種基本方式。在試驗操作階段，先應注重加荷等級標準的嚴格控制，選擇地基基本承載能力的1/5或者界限承載能力的1/10作為試驗的使用值。同時，高速公路平板載荷試驗多將加荷等級分為10～12級，加荷等級應不小于8級。

（3）為保證試驗結(jié)果精準性，需嚴格控制平板載荷試驗的細節(jié)操作過程。如在常規(guī)載荷試驗中，嚴格按照逐級加荷的操作要求，在既有荷載下地基沉降相對穩(wěn)定后，即連續(xù)2h內(nèi)，每小時沉降量小于0.1mm時，實施下一級的加荷操作?？焖俸奢d試驗在巖石、碎石類土、粗砂地層中的應用較多，一般該試驗方式同樣是按照逐級加荷的方式進行操作的，前兩級荷載的加載時間應控制在10min。沉降量測中，若連續(xù)三次的測值不超過0.01mm時，認定公路基礎穩(wěn)定。

（4）應嚴格控制平板載荷試驗的終止標準。試驗檢測中，若巖土因擠壓出現(xiàn)隆起、裂縫，或在某一荷載下，24h內(nèi)沉降速率仍有較大變化，則需終止試驗，另外，若最大壓力已經(jīng)超過設計荷載的2倍，應停止載荷試驗，進行路基增強處理。

（5）完成平板載荷試驗操作后，開展試驗資料、數(shù)據(jù)的整理和應用。該環(huán)節(jié)中，首先對原始的數(shù)據(jù)進行復核，確?；A讀數(shù)準確無誤；同時，在數(shù)據(jù)分析階段，應注意異常數(shù)據(jù)的處理應用，若異常數(shù)據(jù)對測定結(jié)果的判定沒有較大影響，則應將這些異常數(shù)據(jù)舍去，而當測試點中的異常數(shù)據(jù)明顯較多時，應判定測試數(shù)據(jù)不準確，應再次進行試驗測量。為獲得較為精準的平板載荷試驗數(shù)據(jù)，還需要準確繪制P-S曲線（見圖4）對試驗數(shù)據(jù)進行修正。數(shù)據(jù)修正中，應注重圖解法、最小二乘法等方法的應用，繼而保證試驗數(shù)據(jù)結(jié)果的準確性[7]。

3 高速公路路基檢測中使用平板載荷試驗的注意事項

平板載荷試驗在高速公路路基檢測項目中的應用日趨深入。為進一步提升平板載荷試驗操作的規(guī)范性、精準性，準確把握高速公路路基檢測質(zhì)量，應注意以下要點控制：

（1）在高速公路路基檢測初期階段，應做好公路施工區(qū)域地質(zhì)基礎情況、水文情況的有效分析，嚴格按照施工區(qū)域的地質(zhì)基礎情況選擇平板載荷試驗的設備、方法，為試驗檢測工作的可靠性奠定良好基礎。

（2）檢測設備是影響平板載荷試驗效率及精準性的重要因素。在實驗過程中，還應注重承壓板、加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)及觀測系統(tǒng)設備的優(yōu)先選擇，在這些設備選擇中，應結(jié)合工程項目實驗檢測標準和檢測精度要求，嚴格開展相關設備的選擇和調(diào)試工作，確保設備本身具有較高的精準度。尤其是在觀測系統(tǒng)設備應用中，應盡可能地使用現(xiàn)代高精度的觀測設備，并實現(xiàn)觀測設備與計算機互聯(lián)網(wǎng)等技術的銜接，快速地完成測量數(shù)據(jù)處理，獲得較為準確的測量結(jié)果。

（3）實驗人員專業(yè)素養(yǎng)對于高速公路路基平板載荷試驗的開展具有重要影響，因此應選擇具有較高專業(yè)素養(yǎng)的人員開展實驗，且在實驗中需注重每個操作環(huán)節(jié)的細節(jié)把控，以有效提升平板載荷試驗的效率和精度，為高速公路路基檢測和具體工作開展奠定良好基礎。

4 結(jié)語

平板載荷試驗是高速公路路基檢測的重要方式，能準確了解公路路基承載能力，提升高速公路建設整體質(zhì)量。應充分認識高速公路路基檢測中開展平板載荷試驗的重要性，結(jié)合工程實際，嚴格控制平板載荷試驗操作的各個過程，有效提升平板載荷試驗操作規(guī)范性，提升實驗結(jié)果精準性，滿足高速公路路基施工需要。