平板载荷试验测定地基承载力方法

摘要：平板载荷试验是一种使用较早、应用广泛的原位测试，主要用来测定承压板下一定范围内岩土体的承载力及变形特性，并用以确定地基承载力特征值、计算土的变形模量、估算土的不排水抗剪强度及极限填土高度等。文章对平板载荷试验的相关技术要求、试验方法、结果处理等方面进行了分析。

关键词：平板载荷试验；原位测试；承载力；变形特性；技术要求 文献标识码：A

中图分类号：TU413 文章编号：1009-2374（2017）03-0122-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.054

平板载荷试验是一种使用较早、应用广泛的原位测试，主要用来测定承压板下一定范围内岩土体的承载力及变形特性。常规的平板载荷试验适用于地表浅层地基和地下水位以上的地层，多用于各类填土和含碎石土类。试验通过模拟建筑物荷载通过基础作用于地基的形式，在一定尺寸的刚性承压板上，分级施加竖向静荷载，并观测承压板的沉降量。试验能直观地反映出各级荷载作用下，天然地基土随压力变化而沉降变形的情况，并用以确定地基承载力特征值、计算土的变形模量、估算土的不排水抗剪强度及极限填土高度等。下面就平板载荷试验的相关技术要求、试验方法、结果处理等方面进行分析总结。

1 技术要求

1.1 试点要求

载荷试验点选择要具有代表性，单位工程试验点数不少于3点，当场地内岩土体变化复杂时，可增加试验点。试验通常在试坑中进行，试压面应位于基础底面标高处，试坑直径或宽度不小于承压板直径（d）或宽度（b）的3倍。试压面应尽量避免扰动，并保持其原状结构和天然湿度，可在坑底预留20～30cm厚的原状土层，试验前再挖去。

1.2 试验设备

1.2.1 承压板。承压板要有足够的刚度，在试验中变形要小。板一般为特制加筋厚钢板，宜采用圆形，以符合轴对称的弹性理论。板的尺寸应根据岩土体性状合理选择，一般不小于0.25m2；对于不均匀土层和软土不小于0.5m2；对于含碎石土，承压板宽度或直径应为最大碎石直径的10～20倍。

1.2.2 加荷系统。加荷系统包括加荷装置和反力装置。加荷装置一般为千斤顶；反力通过相应的载荷平台提供，常用的有堆载、地锚等反力装置。要求装置能提供的反力不小于试验最大荷载的1.2倍，一般应根据试验要求和现场条件，合理选择。

1.2.3 观测仪表。观测仪表主要是对荷载大小和沉降量进行观测。荷载通过力值传感器测量，其精度不应低于最大荷载的±1%；承压板的沉降可采用百分表或位移传感器测量，其精度不应低于±0.01mm。

1.3 设备安装

1.3.1 承压板放置。首先要把拟试压表面处理平整，尽量避免扰动。并尽快在试压面铺设厚度不超过20mm的粗砂或中砂垫层找平，再放上承压板，以保证承压板与试压面平整均匀接触。

1.3.2 加荷系统安装。准备好反力装置后，在承压板中心处依次安装千斤顶、荷载传感器、传力柱等，应保证各接触面平整，受力方向垂直于板中心。

1.3.3 观测仪表安装。百分表或位移传感器要安装牢固，其固定位置应不受变形影响，并按承压板的几何形状对称放置。在方便观测的地方可用百分表测读，在不便观测和风险较大的情况下，可安装位移传感器远距离测读。

2 试验方法

2.1 加荷方式

通过加荷系统，将千斤顶施加的荷载传递至承压板，对地基施加竖向静压力，加荷等级宜取10～12级，并不少于8级。根据加荷方式的不同，一般分为慢速法、快速法和等沉降速率法三种：

2.1.1 慢速法。其每级加荷量按预估极限荷载的1/8～1/12或为临塑荷载的1/4～1/5施加。每级加荷后，先按3个10min、2个15min的间隔测读沉降量，以后每30min测读一次，直到在连续2h时内每1h的沉降量不超过0.1mm或连续1h内每30min沉降量不超过0.05mm，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。

2.1.2 快速法。即分级加荷沉降非稳定法，其加荷方式与慢速法一致，但沉降观测时间不同。每级加荷后按间隔15min观测沉降量，维持荷载2h后再施加下一级荷载。

2.1.3 等沉降速率法。是在每一级荷载作用下，以一定的沉降速率作为加荷条件，直到试验结束。

常规载荷试验采用慢速法；有地区经验时，可采用快速法或等沉降速率法，以加快试验周期，但其结果只反映不排水条件的变形特性，不反映排水条件的固结变形特性。

2.2 试验终止条件

当出现下列情况之一时，则认为已达破坏阶段，可终止试验：

2.2.1 板周围出现隆起或破坏性裂缝。

2.2.2 沉降量急剧增大，本级沉降量超过前级沉降量5倍。

2.2.3 在荷载不变的情况下，24h内沉降速率几乎不变或加速发展。

2.2.4 相对沉降量（s/d）超过0.06。有时还表现为荷载加不上去，或加上去后很快降下来。对于前三种情况，其上一级荷载作为极限荷载。当板周围地基土出现明显侧向挤出隆起或裂缝时，是受荷地层发生了整体剪切破坏，这属于强度破坏极限状态；等速沉降或加速沉降时，是板下产生塑性破坏或刺入破坏，这是变形破坏极限状态；过大的沉降（超过承压板直径或宽度的0.06倍）量，是属于超过限制变形的正常使用极限

状态。

载荷试验一般应做到破坏，当试验目的为验证地基承载力时，可只加荷到设计值的两倍；当加荷已达加荷系统的最大能力时，则只能终止试验，但应分析是否已达到试验目的。

2.3 试验注意事项

2.3.1 尽量保证受力方向与承壓板中心垂直，以免试验中承压板或加荷系统发生歪斜。

2.3.2 试验中加荷要均匀平稳，避免脉冲荷载对沉降产生影响。

2.3.3 仪表安装时要调整好行程，试验中若发现行程不够时，应在本级沉降稳定后，及时调整并记录。

2.3.4 必须保证加荷系统的整体稳定性，并做好相关的安全防护措施。试验中要随时注意加荷系统是否出现顶起、倾斜、变形等情况，必要时可终止试验以保证安全。

3 试验结果

3.1 p～s曲线分析

对载荷试验原始数据进行分析处理，整理出荷载与沉降量的汇总表，并绘制荷载（p）与沉降量（s）的关系曲线。典型的p～s曲线具有两个明显的特征点，即临塑压力（也称比例界限压力）py、极限压力pu。这两个特征点把p～s曲线分成三段，反映了地基从受压变形到破坏的三个阶段：

3.1.1 直线变形阶段：当压力低于临塑压力py时，地基土所受压力较小，土体颗粒主要产生竖向位移，土体处于压密过程，以压缩变形为主，p～s成直线关系。py所对应的压力即为比例界限压力，可作为地基承载力特征值。

3.1.2 剪切阶段：当压力大于py但小于pu时，地基土处于弹塑性变形阶段。地基土在承压板边缘首先达到极限平衡状态，随着压力逐渐增大，土体颗粒产生侧向位移，压缩变形减小而剪切变形增大，塑性区范围逐渐增多。p～s线由直线变成曲线，pu所对应的荷载即为地基的极限荷载。

3.1.3 破坏阶段：当压力超过极限压力pu时，地基土塑性区连成一片，承压板急速下沉，板边缘土向上隆起，地基完全丧失承载能力。剪切破坏形式一般分为整体剪切、局部剪切、冲剪破坏三种。对于较坚硬或密实的土，由于压缩性较低，通常呈整体剪切破坏；对于软弱土黏土或松砂土，其具有中高压缩性，常呈现局部剪切破坏或冲剪破坏。

3.2 确定地基承载力特征值

根据p～s曲线及荷载与沉降量汇总表，按下列方法确定地基承载力特征值（fak）。

3.2.1 比例界限法：适用于具有明显拐点的p～s曲线，直接以比例界限压力py作为地基的承载力特征值。

3.2.2 极限荷载法：由p～s曲线所得的极限荷载pu除以安全系数K，K一般取2～3，但其值须小于对应的例界限压力py。

3.2.3 当不能按前两种方法确定时，可根据沉降量与承压板直径或宽度的比值（s/d）确定地基承载力特征值。当承压板面积为0.25～0.5m2时，对中高压缩性土，取s/d=0.02所对应的荷载；对砂土和低压缩性土取s/d=0.01～0.015所对应的荷载，但其值不超过最大加载量的1/2。

同一土层试验点不少于3点，当极差不大于平均值30%时，取平均值为地基承载力特征值。当p～s曲线无明显拐点时，可加测承压板周围土面的升降、不同深度土层的分层沉降或土层的侧向位置，这有助于判别承压板下地基土受荷后的变化，发展阶段及破坏模式，从而判定拐点。

3.3 地基土变形模量计算

按均质各向同性半无限弹性介质的弹性理论，由p～s曲线的初始直线段，得到地基土的变形模量E0（MPa），可按下式计算：

E0=I0pd（1-μ2）/s

式中：

I0——承压板形状系数，圆形板取0.78，方形板取0.89

p——p～s直线变形阶段的压力（kPa）

d——承压板直径或宽度（m）

μ——各类土的泊松比（如黏土取0.42、碎石土取0.27等）

s——与p对应的沉降量（mm）

4 试验影响因素

载荷试验比较直观、可靠，但对于一些影响因素也应充分关注：（1）平板载荷试验的影响深度有限，只能反映地表浅层地基土的特性；（2）承压板尺寸比实际基础小，在刚性板边缘产生的塑性区，更易造成地基的破坏，使预估承载力偏低。而且试验是在地表进行，没有埋置深度所存在的超载情况，也会降低承载力；（3）由于载荷试验的加荷速率较实际工程快得多，对透水性较差的软黏土，其变形情况与实际有较大差异；（4）当土层变化复杂时，小尺寸刚性承压板下土体中的应力状态及其复杂，由此确定的参数也有较大差异，对试验的尺寸效应要有足够的估计。

5 结语

规范要求单位工程试点数量不少于3点，但对于成分和结构较复雜的多层土或非均质土层，试验点数过少，会增加试验的随机性和偶然性。因此要根据现场实际情况，合理确定试验点数，加强边、柱及软弱处的检测。在确定地基承载力时，可结合现场岩土钻探、室内试验资料，并借鉴附近已有建筑设计和施工经验，综合确定拟建场地的地基承载力，以更好地保证地基满足变形和稳定要求。

参考文献

[1] 卢廷浩.土力学[M].南京：河海大学出版社，2002.

[2] 南京水利科学研究院土工研究所.土工试验技术手册

[M].北京：人民交通出版社，2003.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑地基基础设

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出版社，2011.

作者简介：李唐（1980-），男，重庆人，供职于重庆一三六地质队，研究方向：岩土测试。

（责任编辑：小 燕）