平板载荷试验在高速公路路基检测中的应用

2022-11-22靳泽华

交通世界 2022年28期

靳泽华

（中建路桥集团有限公司，河北石家庄 050000）

0 引言

平板载荷试验是高速公路路基检测的重要方式，其能在不改变路基整体性的基础上，实现路基承载力、平整程度的有效检测。随着新型检测技术的发展，有必要在高速公路路基检测中深化平板载荷试验应用，提升整体检测效果，为高速公路工程建设奠定良好基础。

目前，关于平板载荷试验的研究已有不少成果。如，吴起星等[1]为确定桩端承载力，对非超载和加载破坏两种工况的试验数据进行了对比分析，得出了重要的经验价值；韩强[2]针对平板载荷试验的中英标准规范内容，归纳了两本规范的区别，指出了各自适用的场合与应用特点，认为国外规范注重灵活性，而国内规范则具备更好的实际操作性。本文在已有研究的基础上，介绍平板载荷试验的应用原理，并进一步分析其在高速公路路基检测中的应用方法和注意事项，为此类项目提供参考。

1 平板载荷试验原理及应用特征

1.1 技术原理

平板载荷试验本质上是一种承载力原位测试方法，需要在确定测试区域后，选择一个刚性承压板进行逐级加荷。该试验方法能测定天然地基、单桩及复合地基的沉降随荷载变化情况，对于掌握地基承载能力具有重要作用（见图1）。结合大量试验可知，在公路路基检测中，在一定限制内，路基的沉降与平板上荷载量成正比，即平板上荷载越大，其最终的影响范围也就越大。基于这一特征，能较为直接地体现出一定范围内路基填土的压实情况。通过对不同程度的荷载强度下承压板产生的不同沉降量进行分析，技术人员可以构建荷载强度-沉降关系曲线，并且基于整体的变形情况，将该曲线分为直线变形、剪切变形和破坏阶段三个阶段[3]。

1.2 应用特征

现阶段，平板载荷试验在高速公路路基检测中得到了广泛应用，除确定地基土变形模量、比例界限压力、极限压力外，平板载荷试验在估算地基土不排水抗剪能力、基床反力系数、桩基极限承载力中有广泛应用。从应用过程来看，平板载荷试验的应用范围极为广泛，其适用于各种类型的地基土试验，该地基土包含各种填土、含碎石土。相比其他类型的地基试验方法，平板载荷试验不会对地基土产生扰动作用，试验过程较为便捷，结构较为可靠。现阶段，平板载荷试验已经成为确定承载力的主要方法[4]。

2 高速公路路基检测中平板载荷试验的应用要点

2.1 试验要求

现代工程建设模式下，人们对于高速公路的建设质量提出了较高的要求。在高速公路路基施工中，平板载荷试验是较为常用的试验方式。在具体试验过程中，应充分保证平板载荷试验的代表性、典型性。通常单位工程平板载荷试验的试点数量应保持在3点以上，在试验检测过程中，若发生试验区的土质情况较为复杂，则还应结合实际情况及工程建设目标要求，适当性地增加试验点。同时，平板载荷试验基本在试坑中进行，以保证试压面处于基础底面的标高处。就试坑结构本身而言，其直径、宽度均需保持在承压板直径或宽度3～4倍。

另外，试验人员需充分保证试压面的稳定性，避免外在因素对试压面产生扰动和影响。值得注意的是，为确保高速公路路基平板载荷试验的规范性，保证路基结构的稳定性和硬度，在试验中需预留200～300mm的原状土层，为试验工作开展创造良好条件，满足平板载荷试验要求[5]。

2.2 试验设备选择

严格控制平板载荷试验的设备，能确保相关试验工作的有序开展，提升试验检测的效率和质量。在具体试验中，土层硬度、压板大小、试验土层深度等都是影响测试设备选择和试验结果准确性的重要因素。但从整体而言，平板载荷试验的设备可大致范围四个部分，即除承压板、加荷系统外，反力系统、观测系统等都是平板载荷试验设备的重要组成。

在承压板选择过程中，先应注重板材材质的系统考虑。常见的承压板不仅包括混凝土、钢筋混凝土材质，而且涉及钢板、铸铁板等材质，其中，多肋加固钢板的应用较为常见。在使用这些承压板过程中，需严格控制承压板的刚度，确保承压板无破损、挠曲现象，同时应保证承办板的底部光滑、平整，且尺寸和传力中心准确，在施工试验中能快速、方便地搬运和放置。

承压板的基本形式为正方形和圆形。其中，圆形压板的受力条件较好，使用频率较高。承压板的尺寸因土质而发生变化。一般对浅层土壤实施平板载荷试验时，承压板的尺寸应不小于0.25m2；土层均质密实时，所选择承压板的规格不小于0.1m2；施工区域的路基存在软土或人工填土时，承压板规格应超过0.5m2；深层平板载荷试验中，要求所选择承压板面积超过0.5 m2，或者承压板的直径超过80cm。

加荷系统能通过承压板对地基施加荷载，其包含堆重加荷装置和千斤顶加荷装置两种形态。就堆重加荷装置而言，其多使用沙袋、砌块、钢钉等重物，应按照对称分布的方式将这些重物放在加荷板上，严格按照逐级加荷的装置进行操作，并积极预防偏压问题，以有效提升地基承载力试验检测的规范性（见图2）。千斤顶加荷多使用不同规格的液压千斤顶，该设备使用过程中会配合使用压力表、测量计完成对加荷值的检测。在试验过程中，可使用一个或多个千斤顶，避免出现冲击荷载问题。

反力系统、量测系统也是平板载荷试验装置的重要组成，其在平板载荷试验中起到至关重要的作用。一般反力系统包含锚固式、撑壁式、平洞式三种形态（见图3）。不论使用哪种形态的反力系统，均需做好其与加荷系统的配合。量测系统不仅包含基准梁、位移计，而且设计有磁性表座、油压表等。在量测系统使用中，若使用机械类的位移计，则需保证其最小刻度保持在0.01mm，而量程需保持在5～30mm。新时期，还应深化电子类位移计的使用，以扩大有效量程，降低读数误差[6]。

2.3 试验方法

平板载荷试验具有较强的专业性、综合性和复杂性，试验操作的规范性对于总体的检测效率和精度具有深刻影响。

（1）在完成试验设备安装后，应严格开展设备安装调试工作。在设备调试中，一是要避免测试土层受到扰动，二是要精心安装平板载荷试验设备的各个单元，承压板、反力系统、加荷系统的传力重心应保持在一条垂线或直线上，同时，部件应连接牢固，地基土不受预压。测量系统安装中，应保证其观测的基准点稳定可靠，使系统各部件处于最佳工作状态。

（2）常规载荷试验和快速载荷试验是高速公路平板载荷试验的两种基本方式。在试验操作阶段，先应注重加荷等级标准的严格控制，选择地基基本承载能力的1/5或者界限承载能力的1/10作为试验的使用值。同时，高速公路平板载荷试验多将加荷等级分为10～12级，加荷等级应不小于8级。

（3）为保证试验结果精准性，需严格控制平板载荷试验的细节操作过程。如在常规载荷试验中，严格按照逐级加荷的操作要求，在既有荷载下地基沉降相对稳定后，即连续2h内，每小时沉降量小于0.1mm时，实施下一级的加荷操作。快速荷载试验在岩石、碎石类土、粗砂地层中的应用较多，一般该试验方式同样是按照逐级加荷的方式进行操作的，前两级荷载的加载时间应控制在10min。沉降量测中，若连续三次的测值不超过0.01mm时，认定公路基础稳定。

（4）应严格控制平板载荷试验的终止标准。试验检测中，若岩土因挤压出现隆起、裂缝，或在某一荷载下，24h内沉降速率仍有较大变化，则需终止试验，另外，若最大压力已经超过设计荷载的2倍，应停止载荷试验，进行路基增强处理。

（5）完成平板载荷试验操作后，开展试验资料、数据的整理和应用。该环节中，首先对原始的数据进行复核，确保基础读数准确无误；同时，在数据分析阶段，应注意异常数据的处理应用，若异常数据对测定结果的判定没有较大影响，则应将这些异常数据舍去，而当测试点中的异常数据明显较多时，应判定测试数据不准确，应再次进行试验测量。为获得较为精准的平板载荷试验数据，还需要准确绘制P-S曲线（见图4）对试验数据进行修正。数据修正中，应注重图解法、最小二乘法等方法的应用，继而保证试验数据结果的准确性[7]。

3 高速公路路基检测中使用平板载荷试验的注意事项

平板载荷试验在高速公路路基检测项目中的应用日趋深入。为进一步提升平板载荷试验操作的规范性、精准性，准确把握高速公路路基检测质量，应注意以下要点控制：

（1）在高速公路路基检测初期阶段，应做好公路施工区域地质基础情况、水文情况的有效分析，严格按照施工区域的地质基础情况选择平板载荷试验的设备、方法，为试验检测工作的可靠性奠定良好基础。

（2）检测设备是影响平板载荷试验效率及精准性的重要因素。在实验过程中，还应注重承压板、加荷系统、反力系统及观测系统设备的优先选择，在这些设备选择中，应结合工程项目实验检测标准和检测精度要求，严格开展相关设备的选择和调试工作，确保设备本身具有较高的精准度。尤其是在观测系统设备应用中，应尽可能地使用现代高精度的观测设备，并实现观测设备与计算机互联网等技术的衔接，快速地完成测量数据处理，获得较为准确的测量结果。

（3）实验人员专业素养对于高速公路路基平板载荷试验的开展具有重要影响，因此应选择具有较高专业素养的人员开展实验，且在实验中需注重每个操作环节的细节把控，以有效提升平板载荷试验的效率和精度，为高速公路路基检测和具体工作开展奠定良好基础。