浅层平板载荷试验在残积砂质粘性土基中的应用

浅层平板载荷试验在残积砂质粘性土基中的应用
郑杰圣
【摘要】本文以晋江中南建材公司综合楼工程为例,介绍了浅层平板载荷试验测试残积砂质粘性土的试验要点、试验步骤.通过平板载荷板试验可以比较准确的确定残积粘性土地基的承载力特征值、变形模量、压缩模量等相关指标,为该地区地基基础处理设计提供参考.
【期刊名称】《福建建筑》
【年(卷),期】2014(000)005
【总页数】3页(P95-96,91)
【关键词】浅层平板试验;承载力;变形模量;压缩模量
【作者】郑杰圣
【作者单位】福建省建筑科学研究院福建福州350025
【正文语种】中文
【中图分类】TU459+1
引言
平板静力载荷试验(英文缩写PLT)，简称载荷试验。

它是模拟建筑物基础工作条件的一种测试方法，起源于30年代的苏、美等国。

浅层平板载荷试验作为一种原位测试方法，适用于地表浅层地基，特别适用于各种填土、含碎石的土类。

也适用于复合地基承载力评价。

它是在拟建建筑物地基上对一定面积的刚性承压板加荷，通
过承压板向地基土逐级加荷，测定地基土的压力和变形特性的原位测试方法。

它反映承压板下1.5～2.0倍承压板直径或宽度范围内，地基土强度、变形的综合形状。

通过浅层平板载荷试验可以确定地基土承载力特征值、变形模量、基床反力系数、估算地基土的不排水抗剪强度。

1 工程地质概况
拟建工程位于晋江市北环路南侧，西临晋江市电讯大二楼，拟建综合楼平面上呈近“C”形展布，场地整平标高为20.30m(相对高程)，主楼17层，裙楼4层，设计一层地下停车场。

本次试验土层为裙楼位置处基坑底面的残积砂质粘性土。

拟建场地土层情况自上而下为:①素填土:灰、灰黄、灰褐等色，稍湿～湿，呈松散
状态，厚度为:1.80～3.40m;②粉质粘土:灰色，灰黄色，稍湿～湿，可塑偏软状态，厚度为:0.50～2.40m;③淤泥:灰色、深灰色等，饱和，流塑，厚度为:1.30～
4.60m;④粉质粘土:灰色、肉红色、褐黄色不等，稍湿～湿，可塑偏硬状态，厚度为:0.50～6.10m;⑤残积砂质粘性土:灰色、褐黄、灰白等色，呈湿，可塑～硬塑状态，厚度为:1.10～1
5.30m。

2 浅层平板载荷试验
浅层平板载荷试验是按照《建筑地基基础设计规范》(GB50007－2002)的有关规
定进行［1］，试验由安装在载荷板上的油压千斤顶进行逐级加荷，千斤顶所需的反力由砂袋堆重平台承担，载荷板沉降由对称方向安装的大量程百分表测读。

试验加荷方式为慢速维持荷载法。

各试验点的荷载板尺寸均为1.0m×1.0m×0.05m。

(1)试验设备
检测所用的主要仪器设备为千斤顶、压力表、百分表、工字钢、钢板、砂袋。

100吨千斤顶1个，规格为0～60MPa油压表1个，规格为0～50 mm百分表4个，方形钢板一块，砂袋2000个，3.25m型号为36a工字钢3根，6.5m型号为36a 工字钢6根。

(2)试验步骤
为消除侧向土自重引起的超载影响，一般要求承压板的埋深等于零(要求荷载施加
在半无限空间的表面)，即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。

宜在拟试压表面用粗砂或砂层找平，其厚度不应超过20mm。

加荷方式采用慢速维持荷载法，分级加荷按等荷载增量均衡施加，荷载增量一般取预估土层极限承载力的10% ～15%，加荷分级不应小于8级，荷载的量测精度控制在1%FS。

最大加载量不应小于设计要求的两倍。

每级加载后，按间隔 10min、10min、10min、15min、15min，以后为每隔半个小时测读一
次沉降量，当连续两小时内，每小时的沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。

图1
图2
图3
卸载观测:每级卸载为加载时2倍，如为奇数，第一级可为3倍。

每级卸载后，隔10min测读一次，连续测读3次后可卸下一级荷载。

全部卸荷后，当测读到
30min回弹量小于0.01mm时，即认为稳定。

(3)终止加载条件
出现下列情况之一时，即可终止加载:
①承压板周围的土明显的侧向挤出;
②沉降s急剧增大，荷载－沉降(0－s)p－s曲线出现陡降段;⑶在某一级荷载下，24h沉降速率不能达到稳定标准;
③在某一级荷载下，24h沉降速率不能达到稳定标准;
④沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于0.06。

(4)承载力特征值的确定
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;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;当不能按上述二款要求确定时，当压板面积为0.25～0.50m2，可取s/b=0.01～0.015所对应的荷载(土层压缩性
高时取低值，压缩性低时取高值)，但其值不应大于最大加载量的一半。

同一土层
参加统计的试验点不应小于3点，各试验实测的极差不得超过其平均值的30%，
取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。

本工程1#～3#试验点的每级荷载增量均为60kN，最大试验荷载均加至600kN，这3个试验点的试验均进展顺利，未出现异常现象，在最大荷载作用下，均未达
到规范终止条件。

根据平板载荷试验结果，可绘出3个试验点的Q－s曲线，如图1、图2、图3所示。

按相对变形值确定地基土承载力特征值，对于残积砂质粘性土，取s=0.01b所对应的荷载压力，但其值不大于最大加载压力的一半，如表1
所示。

1#试验点地基土承载力特征值为272kPa，2#试验点地基土承载力特征值
为251kPa，3#试验点地基土承载力特征值为275kPa，3个试验点的平均值为266kPa，平均值的30%为79.8kPa，数据极差为25kPa(＜79.8kPa)，故本工程
残积砂质粘性土的地基承载力特征值fak为266kPa。

(5)变形模量和压缩模量的确定
地基土的变形模量［2］是指土在侧向自由膨胀条件下应力与应变之比。

按《岩土工程勘察规范》(GB50021－2001)第10.2.5 条规定计算［3］:
式中:
E0—土的变形模量;
I0—刚性承压板的形状系数，圆形承压板取0.785;方形承压板取0.886;
μ－土的泊松比，碎石土取0.27，砂土取0.30，粉土取0.35，粉质粘土取0.38，粘土取0.42;对于复合地基取0.30;
d—承压板的直径或边长;
p—p－s曲线线性段的压力;
s—与p对应的沉降，有时p－s曲线不出现起始的直线段，可取s=(0.010～
0.015)b(低压缩性土取低值，高压缩性取高值)及其对应的荷载p代入式中。

本工程取 I0=0.886，μ =0.30，b=1.0m，取 s=0.010b 及对应的荷载p进行计算，得出各试验点地基土的变形模量E0如表1所示。

地基土的压缩模量［2］指在完全侧限和两面排水条件下，土体垂直竖向应力(差)与应变差的比值。

E0和ES在理论上可以换算:由广义胡克定律定律［4］知:
由于压缩试验是在土样无侧向膨胀条件下进行的，所以εx=εy=0;同时由于对称关系，σx= σy，根据侧限条件εz=，则可得变形模量［5］:
式中:
ES—侧限时的压缩模量;
E0—土的变形模量;
μ－土排水条件下的泊松比。

计算出的变形模量如表1所示。

表1 地基土浅层平板静载试验结果试验点编号最大试验荷载(kN)最大试验荷载作用下板顶沉降(mm)s=0.010b所对应的荷载压力(kPa)最大加载压力一半值(kPa)试验点地基土承载力特征值(kPa)试验点地基土变形模量(MPa)试验点地基土压缩模量(MPa)1# 600 30.96 272 300 272 21.93 29.522# 600 35.40 251 300 251 20.24 27.253# 600 28.61 275 300 275 22.17 29.84
3 结语
平板荷载试验比较直观、简单，主要优点是对地基土不产生扰动，能够比较准确的
确定地基土的承载力。

因此多年来在岩土工程勘察和设计中得到了广泛应用，但本方法的使用也有以下局限性:平板荷载试验的影响深度范围不超过两倍承压板宽度(或直径)，故只能了解地表浅层地基土的特性，如在这影响范围内地基土为非匀质土时，试验结果为一综合形状，给试验数据的分析造成一定的困难;承压板的尺寸比实际基础小，在刚性板边缘产生塑性区的开展，更易造成地基的破坏，使预估的承载力偏低。

荷载平板试验是在地表进行的，没有埋置深度所存在的超载，也会降低承载力;应用时应考虑荷载试验的加载速率较实际工程快得多，对透水性较差的软粘土，其变形状况与实际有较大的差异，由此确定的参数也有很大的差异;小尺寸刚性承压板下土中的应力状态极复杂，由此推求的变形模量只能是近似的。

参考文献
［1］中国国家标准化管理委员会.建筑地基基础设计规范(GB50007－2002)［S］. ［2］刘春泽，郝庆芬，赵俭斌.土变形模量的研究与分析［J］.岩土工程界，2007(12):60－62.
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