合肥地区螺旋板载荷试验方法的研究

2012-09-28崔可锐

合肥工业大学学报（自然科学版） 2012年4期

周伟，崔可锐

（合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009）

螺旋板载荷试验是从20世纪80年代开始的一种原位测试方法，在有关载荷试验内容中，将螺旋板载荷试验与平板载荷试验归为同类原位测试方法，具有同等的法规地位。但是也应当注意到，螺旋板载荷试验方法还不够成熟，相关规范［1］并没有明确规定试验方法的标准。此外，螺旋板载荷试验的原理在理论上也还不够完善。文献［2］虽提出了螺旋板面积的大小对试验成果的影响不大以及螺旋板载荷试验确定的地基土承载力特征值不再进行深度修正，但是它并没有研究螺旋板载荷试验的试验速率对不同地层试验结果的影响规律。

由于螺旋板载荷试验存在上述问题，如果想要真正应用于实际工程，还需要针对各地的地区性特点做必要的试验论证。因此本文通过对螺旋板与平板载荷试验的相关性分析以及螺旋版载荷试验工程实例的研究，提出了一些在合肥地区利用螺旋板载荷试验确定其地基承载力的试验方法和标准。

1 合肥地区工程地质条件

1.1 合肥市地形地貌

合肥地处江淮丘陵，北起舜耕山，南至巢湖盆地周围，大部分地域岗冲起伏，垄畈相间。总体地势是中部高，南北低。总结分类依次为：河漫滩、一级阶地、二级阶地。

1.2 合肥地基土分区与分层

根据合肥市地基土分布与浅层基础的工程特点，并充分利用合肥地区已有的成熟经验，可将合肥市列入研究的浅层地基土作如下划分，见表1所列。

表1 合肥市浅层地基土划分

2 螺旋板与平板载荷试验的对比分析

为研究螺旋板载荷试验在合肥地区试验方法标准，需要对螺旋板和平板载荷试验展开对比研究，因为目前浅层平板载荷试验研究比较成熟。

此次试验对合肥3个地方作了对比分析，它们分别为：29中办公楼、农科院交流中心和翠竹园B区。试验时螺旋板面积分别取100cm2和200cm22组与平板面积取0.5m2进行对比研究。每个试验场地做3组试验进行对比。

2.1 地基载荷试验承载力的确定

按照规范［3］对土质地基载荷试验承载力的取值方法，可根据p－s曲线形态（文献［4－6］共给出了3种p－s曲线形式）确定其特征值f0以及极限载荷pu值。

2.1.1 地基承载力特征值的确定

根据文献［7］可知承载力特征值的确定应符合以下规定：

（1）当p－s曲线上有比例极限时，取该比例界限所对应的载荷值。

（2）当极限载荷小于对应比例界限的载荷值的2倍时，取极限载荷的1／2。

（3）当不能按上述两款要求确定时，当压板面积为0.25～0.50m2，可取压板沉降与压板直径的比值s／d＝0.010～0.015所对应的载荷，但其值不应大于最大加载量的1／2。

同一土层参加统计的试验点不应少于3个点，当试验实测值的极差不超过平均值的30%时，取此平均值为该土层的地基承载力特征值。

2.1.2 地基承载力极限值的确定

承载力极限值的确定依据如下：

（1）p－s曲线出现陡降段的前一级荷载（或明显的第2拐点对应的荷载）。

（2）s－lg t曲线尾部出现明显弯曲变化的前一级载荷。

上述临界状态相应于出现承压板周围的土有明显侧向挤出、隆起裂纹或虽无明显侧向挤出但沉降急剧增大或在其中一级载荷下24h内沉降速度达不到稳定等情况。

2.2 地基变形控制标准的确定

对合肥地区3个对比试验场地的试验结果进行计算分析，获得浅层平板载荷试验极限处相应的压板沉降与压板直径s／d值，分析这些值可知平板载荷试验极限荷载处相应的s／d值离散性较小，②层Q4黏土的平均值为0.035，③层Q4粉质黏土的平均值为0.043。

按照与浅层平板载荷试验相同的沉降控制标准，并适当考虑两者在尺寸效应方面的影响，对②层Q4黏土和③ 层Q4粉质黏土分别取s／d＝0.035，s／d＝0.045来确定螺旋板载荷试验的极限，相应的极限沉降值su见表2所列。

表2 不同压板面积的极限沉降su值

2.3 试验数据分析与整理

根据极限沉降控制标准与相应的极限沉降su值，可以获得各试验点的螺旋板载荷试验极限值，见表3、表4所列。

表3 200cm2螺旋板载荷试验极限荷载值

表4 100cm2螺旋板载荷试验极限荷载值

从上述数据可见，200cm2螺旋板载荷试验结果的规律性较好，而100cm2螺旋板载荷试验结果的离散性较大，说明螺旋板的尺寸对试验的影响较大，因此，在合肥地区使用螺旋板载荷试验方法时，应采用200cm2螺旋板进行载荷试验。

为了对螺旋板试验与浅层载荷试验确定的极限荷载值进行比较，计算2种试验方法在每个场地获得的极限荷载平均值，并计算同一场地中2种方法确定结果的相对误差，见表5所列。

表5 螺旋板试验与浅层平板载荷试验确定的极限荷载值对比

从表5的对比分析，可以得到这样一个结论：除极个别点外（ESJZ1实验点）若按照极限沉降控制标准，对合肥②层Q4黏土和③层Q4粉质黏土分别取s／d＝0.035和s／d＝0.045来确定螺旋板载荷试验的极限荷载值，在荷载分级合理的条件下，所得的结果与浅层平板试验结果基本一致。

3 螺旋板载荷试验实例及结果分析

3.1 试验目的

本次螺旋板载荷试验由安徽省建设工程勘察设计院具体承担实施。在正式试验之前，需要对设备性能、试验操作方法和快、慢法试验对比等进行试验研究，为以后的推广应用提供可靠试验依据和经验。

3.2 试验设备及加载种类

试验仪器采用由上海功成勘察设备有限公司设计生产的YDL－3型螺旋板载荷试验仪，在试验前后对载荷仪的测力传感器分解进行了标定，试验前后测力传感器变化范围在2%～5%之间。试验压板采用标准螺旋板，投影面积为200cm2，其对应的直径为15.96cm。试验加荷设备采用油压千斤顶。

本次试验的加荷方式有慢速法和快速法2种。慢速法是逐渐加载，每加一级荷载后，开始先按10、10、10、15、15min，以后按30min的时间间隔观测承压板的沉降，达到稳定后再施加下一级荷载，相对稳定的标准是连续2次以上沉降量不超过0.1mm／h。快速法是每加一级荷载后，按15min的时间间隔观测承压板沉降，30min后加下一级荷载，直至破坏。

本次3组螺旋板载荷对比试验加荷等级分为8～12级，分级加载量为190～310kPa，最大不超过500kPa，当卸载观察回弹时每级卸载量为加载量的2倍。