地基土浅层平板载荷试验实例分析

2018-06-14覃倬

建材与装饰 2018年26期

覃倬

（广西壮族自治区建筑工程质量检测中心）

前言

所谓浅层平板载荷试验，就是在拟建建筑物场地上将一定尺寸和几何形状（圆形或方形）的刚性板，安放在被测的地基持力层上，逐级增加荷载，并测得每一级荷载下的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载（p）-沉降（s）曲线（即p-s曲线）。下面先制订好相应检测方案，并将结合实际案例分析该试验方法。

1 对于浅层平板载荷试验的检测方案分述

1.1 检测目的

采用浅层平板载荷试验方法，能够有效地判定浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力和变形参数是否满足设计要求。

1.2 检测依据

①设计图纸；②《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；③《建筑地基检测技术规范》（JGJ340-2015）（以下简称《地基检规》）；④国家和行业颁布的有关检测规范和标准；⑤工程所在地的相关法规及标准。

1.3 检测数量

1.3.1 浅层平板载荷试验数量

依据《地基检规》第4.1.4条规定：土（岩）地基载荷试验的检测数量应符合下列规定：

（1）每单位工程检测具体数量是每500m2要≥1个点，且总点数不应少于3点；

（2）如果遇到重要公共建筑又或者是复杂场地的地基应该要适当增加检测数量。

1.3.2 浅层平板载荷试验抽样原则

依据《地基检规》第3.2.8条规定，验收检验时，地基测试点位置的最终确定要符合下面的几点要求：①同地基基础类型随机均匀分布；②由于局部岩土条件较为复杂化，将有可能对施工质量产生重要影响的部位；③在施工中凸显出非正常情况或对质量有异议的一些部位；④设计标记为重点注意的地方；⑤要使用≥2种检测方法的时候，要在前一种方法检测数据结论的基础上来选择后一种方法的检测位置。此外，浅层平板载荷试验点位由设计、监理、甲方等参建方共同选定。

1.4 关于浅层平板载荷试验的概述

1.4.1 试验准备工作

进行试验时，其承压板可采用圆形、正方形钢板或钢筋混凝土板，承压板面积要等于或大于0.25m2。

载荷试验的试坑底标高应与地基基础设计基底标高一致，且试坑尺寸满足要求。当设计有要求时，承压板应设置于设计要求的受检土层。承压板应有足够刚度。拟试压的表面和承压板之间应当用中砂浆或是粗砂浆层进行找平，其厚度不超过20mm。

试验之前就要做好预防措施，保持试坑或试井底岩土的原状结构和天然湿度，预防在试验过程中，地基土发生扰动或者是地基土含水量发生改变，影响试验效果。要注意的一点是，地下水位一定要低于试验标高，再安装设备，待水位恢复后或在（局部）浸水状态下方可进行试验。

另外，要保证试坑的直径（或者是宽度）要等于或大于承压板的直径（或者是边宽）的3倍。

1.4.2 试验仪器设备

（1）反力装置

压重平台安装示意图参照图1所示。且反力装置应符合下列规定：①加载反力装置可以输出的反力必须要等于或大于最大加载量的1.2倍；②必须要做加载反力装置中一些主要受力构件的变形以及强度的验算工作；③要在检测前一次性地加足压重，而且在放置于平台上的时候要注意稳固、均匀；④地基承受压重平台支墩的实际压应力尽可能小于地基承载数值的1.5倍，如果现场地基土承载力较低时，需要进行换填处理。

图1 堆载试验装置立面图

（2）荷载测量装置

荷载测量可用放置在千斤顶上的荷重传感器直接测定；或采用并联于千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压，根据千斤顶校准结果换算荷载。为保证静载试验测量精度，压力传感器的测量误差不应大于1%，压力表精度应优于或等于0.4级；试验用千斤顶、油泵、油管在最大加载时的压力不应超过规定工作压力的80%；荷重传感器、千斤顶、压力表或压力传感器的量程不应大于最大加载量的3.0倍，且要等于或大于最大加载量1.2倍。试验加载宜采用油压千斤顶，多台千斤顶形成合力中心、承压板中心要在同一铅垂线上。如果使用多台千斤顶进行加载的话，那就必须并联同步才行，并且，千斤顶的规格以及型号要保持一致。

（3）沉降测量装置

承压板与沉降观测装置设置示意图详见图2所示，沉降测量宜采用位移传感器或大量程百分表，其安装应符合下列规定：

①承压板面积大于0.5m2时，应在其两个方向对称安置4个位移测量仪表，承压板面积小于等于0.5m2时，可对称安置2个位移测量仪表；

②位移测量仪表应安装在承压板上。承压板上的各位移测量点距承压板边缘的距离应一致，宜为25～50mm；对于方形板，位移测量点应位于承压板每边中点；

③固定和支撑位移测量仪表的夹具及基准梁应避免气温、振动及其他外界因素的影响。

图2 堆载试验装置平面示意图

1.4.3 现场检测

浅层平板载荷试验，应当使用慢速维持荷载的方法。

（1）试验加卸载方式

正式试验前宜进行预压。预压荷载不用太大，建议是最大加载量的5%即可，预压时间为5min。预压后卸载至零，测读位移测量仪表的初始读数或重新调整零位。试验加卸载分级，要遵循以下几点：

①地基土载荷试验的分级荷载，应当是最大试验荷载的1/8～1/12。②要分级进行加载，而且要采取逐级等量加载的方式，首级的取值可以是分级荷载的2倍。

③卸载也要分级进行才可以，每个级别卸载量为分级的2倍左右，逐级地进行等量卸载操作；当加载等级为奇数级时，首级的取值可以是分级荷载的3倍。

④实际工作过程中，加、卸载的时候，要尽可能地让荷载传递得比较连续、均匀和无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过该级增减量的±10%。

（2）试验加卸载步骤

试验加载步骤应符合下列规定：

①每级荷载施加后按第 10min、20min、30min、45min、60min 测读承压板的沉降量，以后为每隔半小时测读一次；

②承压板沉降相对稳定标准：在连续2h内，每小时的沉降量应小于0.1mm；

③当承压板沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载；

④卸载时，每级荷载维持1h，按第10min、30min、60min测读承压板沉降量；卸载至零后，应测读承压板残余沉降量，维持时间为3h。测读时间为第 10min、30min、60min、120min、180min。

（3）终止加载条件

当出现下列情况之一时，可终止加载：

①当浅层载荷试验承压板周边的土出现明显侧向挤出，周边土体出现明显隆起；

②本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载与沉降曲线出现明显陡降；

③在某一级荷载下，24h内沉降速率不能达到相对稳定标准；

④浅层平板载荷试验的累计沉降量已大于等于承压板边宽或直径的6%或累计沉降量大于等于150mm；

⑤加载至要求的最大试验荷载且承压板沉降达到相对稳定标准。

1.4.4 检测数据分析

地基承载力确定时，应绘制压力-沉降（p-s）、沉降-时间对数（s-lgt）曲线，必要时可绘制其他辅助分析曲线。

（1）地基土极限荷载的确定

地基极限荷载可按下列方法分析确定：

①出现本方案第4.3.3节第1、2、3款情况时，取前一级荷载值；

②出现本方案第4.3.3节第5款情况时，取最大试验荷载。

（2）单个试验点地基土承载力特征值的确定

单个试验点的地基土承载力特征值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对于地基土平板载荷试验，当极限荷载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出现本方案第4.3.5节第5款情况，且p-s曲线上无法确定比例界限，承载力又没达到极限时，地基土平板载荷试验取最大试验荷载的一半所对应的荷载值；

④当按相对变形值确定地基承载力特征值时，可按《地基检规》表1规定的地基变形取值确定，且所取的承载力特征值应不大于最大试验荷载的一半。当地基土性质不确定时，对应变形值宜取0.010b；对有经验的地区，可按当地经验确定对应变形值。

（3）单位工程地基土承载力特征值的确定

①同一土层参加统计的试验点应不少于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fak；

②当极差超过平均值的30%时，应分析原因，结合工程实际综合分析判别，可增加试验点数量。

表1 按相对变形值确定天然地基及人工地基承载力特征值

2 工程实际案例分析

2.1 工程概况

某工程地上为12层，主体为框剪结构。工程独立基础底部设计持力层为泥岩：灰黄色，强风化，泥质结构，层状构造，岩质软，遇水易软化，风干易裂，节理裂隙较发育，冲击进尺慢，送水钻进快，岩芯呈柱状，采取率中等。

2.2 检测概述

2.2.1 检测目的

该工程独立基础底部设计持力层为泥岩，设计地基承载力特征值为350kPa，地基承载力试验荷载700kPa，应委托方要求，检测方采用浅层平板载荷试验进行检测，以确定承压板应力影响范围内土层的承载力是否满足设计要求。

2.2.2 试验仪器设备

试验所用仪器设备有：千斤顶2个；静载荷测试仪（压力传感器）2个；静载荷测试仪（位移传感器）4个。

2.2.3 抽检数量

（1）依据《地基检规》第4.1.4条规定及委托方要求，本次抽检3个试验点。

（2）抽检试验点基本参数见表2。

表2 浅层平板载荷试验基本参数表

2.3 现场检测

试验加载是以压重平台作为反力装置，压重平台由混凝土配重块、次梁、主梁等构成，压重平台总重不少于预估最大试验荷载的1.2倍，由千斤顶逐级加载，千斤顶、油泵、压力传感器连接在压力试验机上进行分级率定。各级荷载根据千斤顶率定曲线、通过并联于千斤顶油路的压力传感器量测。采用承压面积为0.5m2（边长为708mm的正方形板）的刚性板作为承载板，在承压板上对称安置2个位移传感器观测承压板顶沉降，位移传感器测量误差不大于0.1%FS，分辨力优于或等于0.01mm。试验基坑宽度不应小于承压板宽度或直径的3倍，应保持试验土层的原状结构和天然湿度，宜在试压表面用中砂找平，其厚度不应超过20mm，支点（或锚桩）应当设置于试坑之外的位置，另外，跟承压板边的距离在要2m以上。整个试验过程均按照《建筑地基检测技术规范》（JGJ340-2015）的有关规定进行。

2.4 检测结果与分析

2.4.1 承载力特征值的确定应符合下列规定

单个试验点的地基土承载力特征值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对于地基土平板载荷试验，当极限荷载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出现本报告第3.4节第5款情况，且p-s曲线上无法确定比例界限，承载力又没达到极限时，地基土平板载荷试验取最大试验荷载的一半所对应的荷载值；④当按相对变形值确定地基承载力特征值时，可按《地基检规》表3规定的地基变形取值确定，且所取的承载力特征值应不大于最大试验荷载的一半。当地基土性质不确定时，对应变形值宜取0.010b；对有经验的地区，可按当地经验确定对应变形值。

表3 按相对变形值确定天然地基及人工地基承载力特征值

2.4.2 试验过程简述

1#试验点，当试验荷载加至700kPa，历时120min观测，承压板沉降已达到稳定标准，其最大加载压力，已经等于或大于设计数值的2倍，故终止加荷。此时承压板顶的总沉降值为3.95mm，然后分级卸荷至零，承压板顶回弹值为1.99mm，残余沉降值为1.96mm。压力-沉降曲线为缓变型曲线，s/b等于0.01所对应的压力大于最大加载压力的一半，故本试验点的承载力特征值，实际应该是最大加载压力的一半，即350kPa。

2#试验点，当试验荷载加至700kPa，历时120min观测，承压板沉降已达到稳定标准，其最大加载压力，已经等于或大于设计数值的2倍，故终止加荷。此时承压板顶的总沉降值为3.00mm，然后分级卸荷至零，回弹值为1.42mm，残余沉降值为1.58mm。压力-沉降曲线为缓变型曲线，s/b等于0.01所对应的压力大于最大加载压力的一半，故本试验点的承载力特征值，实际应该是最大加载压力的一半，即350kPa。

3#试验点，当试验荷载加至700kPa，历时360min观测，承压板沉降已达到稳定标准，其最大加载压力，已经等于或大于设计数值的2倍，故终止加荷。此时承压板顶的总沉降值为6.19mm，然后分级卸荷至零，承压板顶回弹值为3.42mm，残余沉降值为2.77mm。压力-沉降曲线为缓变型曲线，s/b等于0.01所对应的压力大于最大加载压力的一半，故本试验点的承载力特征值，实际应该是最大加载压力的一半，即350kPa。

2.4.3 检测结果（见表4）