广州市神运工程质量检测有限公司 广东 广州 510000
摘要：平板载荷试验是测定地基承载力和变形特征的可靠方法，为提高地基承载力及变形参数测定精度，文章结合实践案例,对应用深层平板载荷试验确定地基承载力及变形参数进行了探讨,介绍了一种改进的深层平板载荷试验装置及方法，对类似工程有一定借鉴意义。
关键词：试验装置；地基承载力；变形参数；岩土勘察
地基承载力特征值及变形模量是岩土工程的基本性指标，是工程设计的重要物理力学参数。其中，深层平板载荷试验是一种常用的原位测试方法,它是以刚性平底承压板模拟建筑物地基,将竖向荷载均匀传至地基土上,通过实测地基土在荷载作用下的变形及荷载试验曲线来推求地基承载力及变形参数的一种方法，具有装置简易、试验时间短、试验结果直观可靠等优点。因而，广泛应用于工程中的地基检测。但由于受技术、环境条件的影响,为有效地排除测试深度的影响,提高测试精度，需要对深层载荷试验装置和方法进行研究创新。
1 工程概况
某工程场地拟建建筑物包括16幢高层建筑物及多层配套用房（16～48层不等），结构体系为框架结构，采用预应力管桩基础。超高层的桩基持力层位于第⑧层中风化泥质砂岩层，场地主要土层的分布情况见表1。由于该地层的载荷试验数据较少，因此有必要进行载荷试验。选择3个试验点做深层平板载荷试验，以确定土体的承载力及变形参数，为设计提供依据。
该装置具有以下特点:
（1）结构简单，施工操作方便，巧妙地借用了试验点上部地层的自身重力作为载荷试验的反力，有效地形成了反力系统。
（2）采用了钢筋混凝土传力梁结构，受力传递路径为千斤顶将压力施加到下部承压板，承压板将向下的压力传递至载荷试验点；反力产生的路径为钢筋混凝土传力梁将上部土层压力通过次梁传递至主梁上，主梁将反力通过传力柱结构传递至千斤顶。
（3）通过固定在试洞岩壁上的基准梁上的磁性表座来控制位移传感器置于承压板上，通过位移传感器来监测承压板的位移量。这种方式能保证沉降量的测试精度，使其不受测试深度的影响。
（4）在位于地表的电动油泵上安装压力传感器，通过自动油泵加压系统可自动控制载荷的大小，从而保证了压力传感器实测值与承压板接收的压力值一致。
（5）采用多通道自动检测仪，自动显示加载数据，自动采集、记录数据，自动控制油泵来稳定承压板的压力。
3 试验过程
3.1 开挖与试验装置的安装
选取3个试验点1，2，3，试验点的测试深度分别为30.9，36.3，26.3m。预估最大加载量均为6000kN，试验中先采用人工挖孔的方式挖出垂直试洞，然后开挖试验点工作面。装置的安装工序为:沿工作面周边架设临时支架→吊放承压板→吊放千斤顶→安放传力柱→吊放十字形主梁→吊放半圆形主梁→吊放次梁→安放基准梁→安放位移传感器→对千斤顶预加压。用垫块调整各部位距离。
3.2 加荷与沉降观测
采用慢速维持荷载逐级等量加荷，加荷等级拟分12级，初始加载值为1000kPa，终止加载值为12000kPa，加载增量均为1000kPa。每级加荷后，第1h内按间隔10，10，10，15，15min测读一次沉降，以后每隔0.5h测读一次沉降。当在连续2h内，每1h的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。卸载级数可为加载级数的一半，等量进行，每卸一级，间隔15min，读记回弹量。
在现场试验条件允许且满足设计要求的情况下应尽量加荷至破坏，同时应注意对承压板周围下部岩层沉降量及反力装置进行适时观测，以确保试验安全。
3.3 终止加载条件
当出现下列情况之一时，终止加载:
（1）沉降量s急骤增大，荷载-沉降量（p-s）曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且沉降量超过0.04d（d为承压板的直径）。
（2）在某级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定。
（3）本级沉降量大于前一级沉降量的5倍。
（4）当持力层土层坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于设计要求的2倍。
3.4 地基承载力特征值的确定
地基承载力特征值的确定应符合下列规定:
（1）当p-s曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值。
（2）满足3.3节终止加载条件前三条之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载，当该值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半。
（3）不能按上述二条要求确定时，可取压板沉降量与压板直径的比值（s∶d）=0.010～0.015所对应的荷载值，但其值不应大于最大加载量的一半。
同一土层参加统计的试验点不应少于3点，当试验实测值的极差不超过其平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值。
4 试验结果及分析
该试验中3个试验点的p-s曲线如图3所示。由图3（a）可知，对于试验点1，荷载从1000kPa增加至12000kPa时，累计沉降量为28.03mm，沉降量较小。加载到12000kPa时，已达到本次试验的荷载要求，故该点极限荷载不小于12000kPa，地基承载力特征值取其一半，即fak=6000kPa。由图3（b）可知，对于试验点2，荷载从1000kPa增加至9000kPa时，累计沉降量为54.34mm，沉降量较大，p-s曲线出现陡降段，沉降量超过0.04d，且最后一级无法稳定，故该点极限荷载为8000kPa。另外，由图3（c）还可知，比例界限对应荷载为5000kPa。故该点地基承载力特征值取极限荷载的一半，即fak=4000kPa。由图3（c）可知，对于试验点3，荷载从1000kPa增加至11000kPa时，累计沉降量为35.42mm，沉降量超过0.04d，故该点极限荷载为10000kPa。另外，由图3（c）还可知，比例界限对应荷载为5000kPa。故该点地基承载力特征值取极限荷载的一半，即fak=5000kPa。
3个试验点的地基承载力特征值的平均值为5000kPa，但其极差大于其平均值的30%，不能取此平均值作为该土层的地基承载力特征值。根据岩土勘察规范及地基规范，并结合工程实际情况，经甲方、监理、咨询、设计、施工和勘察等单位共同研究，拟建场地第⑧层中风化泥质砂岩层的地基承载力特征值，建议取fak=4500kPa。
深层平板载荷试验变形模量E0按岩土勘察规范确定，其计算公式如下:
式中:ω为与试验深度和土类有关的系数；p'为p-s曲线线性段的压力，kPa；s'为与p'对应的沉降量，mm。根据上式计算，该土层的变形模量为178.45MPa。
5 结论
目前，关于深层载荷试验的装置和方法有很多种，本文针对传统深层平板载荷试验装置和测试方法的不足,研究了一种改进的深层平板载荷试验装置，就试验结果看，改进后的试验装置较好地控制了试验数据的精度，且不受测试深度的影响，为同类工程施工积累了经验。
参考文献
[1]陈燕.深层平板载荷试验在大同市某工程中的应用[J].山西建筑, 2013, 39(33):52-53.
[2]曾鹏飞,刘祥洋.深层平板载荷试验的应用与探讨[J].重庆科技学院学报:自然科学版, 2010, 12(1):107-109.
论文作者:康振军
论文发表刊物:《防护工程》2017年第14期
论文发表时间:2017/11/2
标签：荷载论文; 载荷论文; 压板论文; 特征值论文; 平板论文; 土层论文; 装置论文; 《防护工程》2017年第14期论文;