浅层平板载荷试验在土基检测中的应用

2014-04-15张学科

交通运输研究 2014年9期

张学科

（新疆交通科学研究院公路桥梁试验检测中心，新疆乌鲁木齐 830000）

在现代公路工程中，很多地段都需要采用天然基底形式，但需要对天然地基的承载力进行必要的试验和勘查。浅层平板载荷试验就是一种判断浅层地基承载力是否满足公路工程设计要求的重要手段。浅层平板载荷试验作为一种浅层土基原位检测方法，不仅准确、可靠，而且相对直观，在公路工程土基检测中具有较高的应用价值。本文将对这种检测方法进行深入研究，以期为公路工程试验检测提供一些参考。

1 公路浅层平板载荷试验简介

浅层平板载荷试验是在设计好尺寸的承压板上，对公路地基土进行载荷试验。试验时可采用逐级施加荷载的方法，对公路浅层地基土的承载力情况及变形模量进行测量。浅层平板载荷试验能够反映出承压板以下1.5～2倍承压板直径范围内的地基土承载力、强度及变形等综合指标。这种公路地基土试验方法目前被广泛应用于对浅层地基土、灰土垫层地基、砂石垫层地基、土工合成材料垫层地基以及强夯地基等各类公路工程地基的检测。

2 浅层平板载荷试验的具体方法

2.1 测点的选择

对公路工程地基进行承载力的浅层平板载荷试验时，需要先选择具有代表性的试验检测地点。通常每个场地可选择3个以上的典型测点，测点应该布置在地基底面的标高处。试验检测场地的宽度或直径应该大于承压板宽度或直径的3倍以上。

2.2 试验设备仪器的选择

浅层平板载荷试验的设备及装置主要有承压板、加荷设备、沉降观测仪器等。承压板应该选择强度与刚度足够大的钢板，承压板的形状可以是圆形或正方形。如果没有钢板也可采用现浇或预置混凝土板代替。承压板的面积通常是0.25～0.5m2，也可根据实际需要进行适当调整，但不能小于0.1m2。加荷设备主要包括压力源、载荷台架或反力构架等。其中压力源可以根据实际施工条件选择液压装置或其他重物。压力源允许出现的重力误差不得大于全量程的1%，安全过负荷率则应该大于120%。对于载荷台架或反力构架，必须保证其安全性和稳固性，同时要保证其承载能力高出试验最大荷载的1.5～2倍，以满足试验的安全性要求。沉降观测仪器应该具有一定的稳定性和牢固性，同时还应便于调节。测量位移的仪表应该采用大量程的百分表或者高精度的位移传感器，其相应的分度值应该为0.01mm。

2.3 试验设备的安装

安装承压板之前，需要对试验坑面进行平整，可铺设厚度为1～2cm的中砂垫层，然后利用水平尺找平，以保证试验面与承压板之间平整接触。安装加荷设备时，必须保证千斤顶与载荷台架或反力构架的中心一致。应在不受变形影响的位置安装沉降观测设备，并将其固定。沉降观测设备应该对称设置。

2.4 试验检测

2.4.1 试坑准备

进行浅层平板载荷检测时，根据试验选择的承压板面积来确定试坑的宽度或直径。必须保证试坑的宽度或直径是承压板宽度或直径的3倍。试验要求土层必须保持原状结构和天然的湿度，可用粗砂或中粗砂对准备试压的土表进行找平，找平厚度不得超过20mm。

2.4.2 逐级加载

加荷分级应该在8级以内，最大的加载量应该小于设计要求的2倍。加载的方式主要有单循环慢速维持荷载法加载、荷载逐级递增直至破坏或达到设计要求的最大加载量。实际应用时，可根据设计要求或工程条件选择合适的加载方法、分级数及压力源。

2.4.3 沉降量测量

在每级加荷之后，第1个小时内可按10min、10min、10min、15min、15min的时间间隔来观测沉降情况，第2个小时后可每隔30min读取一次沉降数值。当天连续2h内，每小时的沉降量都不高于0.1mm时，便可视作地基沉降已趋于稳定，即可进行下一级的加载。

2.4.4 终止加荷条件判断

以下几种情况可作为判断终止加荷的主要依据：浅层平板载荷试验的承压板周围有明显的土体向两侧堆挤出来；沉降骤然增大，载荷—沉降曲线出现陡降；在某级荷载作用下，24h内地基的沉降速度不能相对稳定；沉降量与承压板宽度或直径比大于等于0.06。

2.5 承载力特征值的确定

当加载试验完成之后，便可进行卸载回弹试验，卸载级差可为加荷级差的2倍。根据试验的原始记录绘制荷载—沉降（P—S）曲线图，对承载力的特征值进行明确。当P—S曲线上存在比例界限时，应该保证所选的荷载值与该比例界限对应；当极限荷载低于对应比例界限荷载值的2倍时，应该选取极限荷载的50%；如果上述两项要求都不满足时，采用s/b=0.01～0.015时所对应的荷载值，但要保证该值小于最大加载量的50%。

2.6 变形模量的计算

根据相应的变形模量计算公式，结合测量数据计算地基的变形模量。

3 浅层平板载荷试验需要注意的问题

3.1 试验周期问题

浅层平板载荷试验通常规定试验的加荷分级在8级以上，每级的加荷通常需要几个甚至十几个小时的时间来观察和测试。可见，采用这种方法进行测试消耗的时间较长，不仅费时而且费力，很容易影响到公路工程的工期。因此在选择这一试验方法时，应该根据工程的实际情况和工期要求，进行合理的选择与组织安排，尽量避免对整个工程的工期造成影响。

3.2 试验面积问题

通常情况下，公路工程的地基面积有一定的规律，试验面积大多在几十平方米左右。但是采用浅层平板载荷试验时，所采用的承压板面积通常为0.25～0.5m2，两者之间存在较大的差距。如果试验测点的数量与测点位置选择不好，就很难真实、准确地反映地基承载特征值。因此，在试验过程中，对试验测点数量和位置的选择非常关键，必须做好充分准备，进行科学而合理的选择。另外，一些公路工程试验现场会根据情况加大承压板的面积，但这种方法必然要求加大荷载，这样会大大增加试验的难度，并且造成人工与成本的增加，因此应该慎重选择。