一种新型平板载荷仪在地基承载力检测中的应用

2022-08-17曾挺孔祥美房若季朱佩宁宋亚亚

电子测试 2022年14期

关键词：雷波土层平板

曾挺，孔祥美，房若季，朱佩宁，宋亚亚

（1．广东电网有限责任公司汕头供电局，广东汕头， 515041；2．广东天信电力工程检测有限公司，广东广州，510663）

0 引言

本文结合某500kV变电站工程实例，利用一种新型平板载荷仪，采用多种检测方法对压实填土的均匀性、承载力进行分析评价。

1 常见的处理土地基检测方法

1.1 平板载荷试验

平板载荷试验是一种应用最为广泛的地基承载力原位测试方法。它是对地基表面逐级增加竖向压力，测量其沉降随时间的变化，以确定其承载能力与变性参数的试验方法，分为浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验、复合地基平板载荷试验。平板载荷试验适用于检测天然地基、处理土地基、复合地基及全风化岩、强风化岩与破碎岩岩石地基的承载力和变性参数，大直径桩的桩端土层的承载力可采用深层平板载荷试验确定。平板载荷试验试验结果最为直观准确，但其试验时间较长，试验成本高，且对于一些复杂狭小场地适用范围受限。

1.2 标准贯入试验

标准贯入试验是判定土的物理力学特性的一种原位测试方法，它是用标准重量的重锤以为一定的高度自由落下，将标准规格的贯入器打入土中一定的深度，通过记录的锤击数查规范来推定土的承载力，是一种间接推定土体承载力的方法。标准贯入试验适用于推定砂土、粉土、黏性土等天然地基或处理土地基承载力，也可用于评价旋喷桩、水泥搅拌桩等复合地基增强提的施工质量，其优点是操作简单，对场地的适用性强，可以评价深部土层的承载力。

1.3 圆锥动力触探试验

与标准贯入试验相似，圆锥动力触探试验亦是将标准规格的圆锥形探头贯入土中，通过查询相关规范推定地基承载力，其适用于推定天然地基或处理土地基承载力，评价复合地基增强体施工质量。圆锥动力触探试验分为轻型动力触探试验、重型动力触探试验、超重型动力触探试验三种，可根据需要评价的土体性质选择合适的试验方法。其优点为操作简单费用低，试验数据可囊括整个土层，一般与标准贯入试验配合使用。

圆锥动力触探试验同时具备勘探和测试的双重作用。以穿心重锤的重量和提举高度差异为基准进行分类，国内常用的重锤质量主要有10公斤、64公斤和120公斤，对应的初探试验称之为轻型动力初探试验、重型动力初探试验、超重型动力初探试验。轻型的动力初探试验一般使用在粘性土、粉性土中，常用来检测浅基础地基承载力和基坑验槽。重型动力初探试验一般较常用于砂土、沙砾乱石混土。超重型动力初探试验一般适用于砾卵石土层。

总起来说，圆锥动力触探试验主要适用于粘性土层、粉土层和砂土层土质。

1.4 静力触探试验

静力触探试验，是通过静压力把呈圆锥形的探头以固定速度推进土基中。过程中监测其贯入阻力，并以圆锥形探头过程中所受到的阻力大小为标准进行土层的划分，从而明确土层的工程性质。静力触探试验是施工前地质勘查中经常使用的一种原位测试手段，其主要适用于砂性土层、粘性土层、粉土层等。

静力触探试验中使用较多的仪器是J-3型仪器,而使用较多的设备则由触反力装置、探头、探主机、探杆和承载力测量设备构成, 还包括其它类型设备、配套使用的工具等。

在具体的试验进行上，首先把试验场地进行平整,确定孔位对准,然后使用下锚器把反力装置地锚旋转进入土层之中。然后进行测量设备的安装调试，进行正式贯入操作,直至进入相对硬土层的深度满足工程设计要求。

1.5 钻芯法

钻芯法适用于复合地基增强体质量检测与岩石地基性状检测，判定复合地基增强体的桩长、桩身强度、桩身完整性、持力层岩土性状等。与平板载荷试验相比，钻芯法不受场地条件的限制，检测时间较短，可以直观表现桩的施工质量，根据多年工程实践来看，采用钻芯法检测深层搅拌桩等复合地基增强体是比较成功的。

1.6 瑞雷波法

瑞雷波法在复杂大面积场地检测中广泛应用。目前瑞雷波正演模拟方法主要有 Thomson_uhaskell法、δ矩阵法、ABO 法等。瑞雷波法具有经济快速、适用性强、场地影响小等优点。

瑞雷波法也被称作面波法，在具体实现上，其激发、接收和识别较为复杂。测量瑞雷波的速度对测定岩土的力学参数具有十分重要的意义，可用于获得岩土的弹性力学数据、表层地质的结构等等。瑞雷波探测作为近年来新兴的土层勘查方法，相比于传统的勘测方法重在接收和识别，较为先进。但是瑞雷波检测大多是基于对原始信号的直接处理，缺乏深度的信号加工分析能力，因此对检测结果的处理方法以及检测精度还有待进一步提高。

1.7 室内土工试验

土工试验主要是测定土的物理、力学、化学和其它工程性质，用于岩土工程设计、施工控制、检测、监测等，主要试验指标包含土的基本物理性质、土的压缩性、土体强度、土体渗透性等。

在土层工程勘探工作中，室内土工试验是十分重要的一部分。以工程建设的具体要求为准，试验操作人员通过标准化仪器的使用，在严格遵循标准的试验规程下，针对多种试验项目进行测试和数据收集，为工程施工提供可靠的物理性能参数。这些数据可以作为设计人员进行建筑工程的设计和材料选择的依据。

由于存在土层本身的不均匀，取样、运输过程中的扰动，试验设备本身误差，试验人员操作误差，试验人员理论和实操素质诧异等，室内土工试验中测试的结果往往存在一定的不准确性。这些不准确性将会影响到工程设计的质量。因此在进行室内土工试验时，要充分注意以上问题，尽最大可能保证试验数据的准确性。

2 一种新型平板载荷仪介绍

平板载荷试验是检测地基承载力最有效的方法，试验通常采用慢速维持荷载法，耗时最短达到20多小时，且每个试验点须至少配备专业1名试验员，对于大型重要工程，检测数量较多，历时较长，采用人工记录和加荷方式，需要试验人员太多，或试验工期延长。鉴于此，尝试研究一种新型平板载荷仪，将自动采集系统及模块、新型变形和压力测量传感装置、数据有线或无线传输模块进行集成创新，在满足规范的前提下，可一人同时进行多点试验，采用计算机进行数据记录，减少专业试验人员，以提高工效、节省人力资源、减少工期。

该新型无线平板载荷仪主要用于地基平板载荷试验，相对于传统仪器其优势在于：基于蓝牙4.0通信协议现实主机与传感器的一对多连接配对；通信连接稳定、可视条件下传输距离可达60米，超低功耗的设计使得传感器的续航时间达到6个月，极大程度上解决了现场试验接线杂乱无序的问题。该系统由主机、无线数字位移传感器和无线压力测试仪组成，仪器主机见图1。

图1 新型无线平板载荷仪

该系统采用了纯数字无线物联网技术，配以自主研发的通讯协议，保证了主机与传感器间的通信稳定和安全。主机材质采用强化塑胶，一体化设计，表面涂有微晶涂层，配备10.1寸超大高亮1920*1080高分辨率屏幕，显示效果尽善尽美。主机搭载八核MSM8939处理器，3G/32G内存，各种操作顺畅无阻。存储容量可扩展到最大128G，实现数据海量存储。另外，主机采用高容量电池，续航时间可达8小时。

为了实现实时上传功能，主机已实现4G全网通/WiFi联网，自带GPS定位功能，实现真正的测点定位。传感器采用超低功耗设计，理论续航时间可达6个月，其与主机采用无线连接通信方式。另外，采集软件可自动更新，能够适配各种最新出台的规范。

3 工程应用

为了进一步验证并完善该新型无线平板载荷仪的实用性与适用性，将该仪器用于汕头某500kV变电站三通一平工程的回填碾压地基承载力检测中，结合标准贯入试验与重型动力触探试验，对该工程回填碾压地基的处理效果进行了验收检测与评价。

图2 Y1试验点的p-s曲线与s-lgt曲线

表1 标准贯入试验结果统计表

2.10-2.40 32 32.0 B2 10.004.50-4.80 42 38.6 6.90-7.20 34 30.0 8.95-7.25 39 32.0 33.1 全风化花岗岩层2.10-2.40 25 25.0 B3 10.0030.3 全风化花岗岩层4.50-4.80 33 30.4 6.90-7.20 41 36.1 9.30-9.60 36 29.5

表2 重型动力触探试验结果统计表

通过现场试验可知，该新型无线平板载荷仪操作简单，适用性强，具有数据采集精度高、远程控制数据实时上传、电池续航能力大等优点，具有很大的推广应用价值。

平板载荷试验的应力影响深度大约为2倍的压板宽度，主要是对浅部土层地基承载力进行测试评价；标准贯入试验与重型动力触探试验试验准确性没有平板载荷试验的准确性高，但其可由上至下连续大深度范围内判定地基土承载力。因此将该三种方法结合使用可以准确的对整个土层地基承载力进行综合评价判定。针对本工程的回填碾压地基，结合三种试验方法检测结果，该压实填土在检测深度范围内的地基承载力特征值满足设计要求。