荷载板试验在土建工程中的应用与研讨

荷载板试验在土建工程中的应用与研讨
摘要：荷载板试验是基于弹性、各向同性、半无限空间理论, 假定土体是许多互
不联系的弹簧组成的模型, 一个圆形刚性板在竖向集中荷载作用下的地面沉降。

但实际上被测土体是非匀质的, 所以这类试验只能间接地反映土体的加载变形情况。

本文分析了荷载板试验在土建工程中的应用。

关键词：荷载板试验；土建工程；应用；
在一些工程中, 荷载板试验法与野外密度试验, 已成为常规质量控制同时并行
的重要检测手段。

在通常情况下, 每0.1公里路基每填土层,做一个密度检验, 每公
里做一个荷载板试验。

一、概述
荷载板试验是属于野外原位试验中的一种快速评价地基荷载强度的方法。

由
于这种荷载试验加载的锚定反力易于获得, 并能够在较短的时间内, 一般只要一至
两小时, 就能方便而迅速地获取地基土体承受荷载后的变形情况, 进而估算地基的
承载力密实度。

所以, 一些发达国家在修建飞机场跑道、公路、铁路工程中, 被广
泛地用来做土质调查、路基填土压实控制的常规检测手段, 并日臻完善, 纳入国家
标准。

在加载形式上,由单循环荷载发展到多循环荷载, 静动组合加载, 以及偏心加
载等。

但由于这种荷载试验采用的承压板面积较小, 致使影响试验精度的因素增多。

如果对仪器设备使用不当或忽略试验的条件, 则往往得不到预期效果, 甚至会
做出错误判断。

为此, 研究与探讨荷载板试验的检测精度和应用时各种临界条件
是很有意义的。

一是加载分级：加载一般以相等的增量进行，一般加至7级即
35kN 时停止加载, 完成应力一沉降a—s曲线。

二是加载方式: 通常有以下二种类型：常规静载，即单循环荷载，每间隔一分钟读取百分表一次, 直至两次读数符
合沉降稳定要求日漏才转到下一级加载, 直达到试验最大荷载为止。

循环静载，
按加载等级, 分级加载直到最后一级荷载的沉降稳定后, 开始卸荷，全部荷载卸除后, 记录残余变形量, 又开始另一加载循环, 以此类推。

除特殊要求外, 通常只做两
个循环。

三是最大试验荷载或最大试验沉降量规定: 主要取决于试验的预计沉降、土的性质及荷载板尺寸。

在国外的一些标准中, 对于工程为求算变形模量:300mm
荷载板试验, 荷载一直加到沉降值达到8mm 或荷载板正应力达到,沉降稳定所需的时间,可根据试验进行中的时间一变形曲线变化趋势来推测。

观测沉降变形用的测表,应具有0.01m 的精度,以量测荷载板平面法线方向的位移,一般控制表的最高、
最低读数差不得超出一倍。

当发现读数异常、读数差过大，则说明荷载板发生严
重倾斜, 被侧土处于非匀质状态, 或仪器本身有问题,该试验无代表性, 应重新检查
仪器, 并另行选点试验。

二、实例分析
1.工程概况。

某建筑面积为11500 m2 , 地基土分四层, 第①层为素填土, 褐红
色和黄褐色, 结构松散, 密实度不均匀, 力学性质差, 层厚为0.5m～ 6 .7 m ；第②
层为饱和的粉质黏土, 灰色, 软塑, 压缩性高, 强度较低, 层厚为1.7 m～ 9.5 m；第
③层为黏土, 灰色, 可塑, 中等偏低压缩性, 强度较高, 层厚为0.5 m ～3 .3 m ；第
④层为黏土, 褐黄色, 硬塑, 压缩性低, 强度较高, 厚度未揭穿。

建筑物基础采用人
工挖孔灌注桩, 桩端持力层为第④层硬塑黏性土, 设计中建议的桩端承载力特征值
为240kPa。

现行建筑地基基础设计规范和建筑桩基技术规范中给出的地基承载力
建议值很难反映出地基的地域性差异, 为了准确确定桩端持力层的地基承载力, 以
建筑基桩检测技术规范为依据, 采用现场深层荷载板试验对地基的承载力进行原
位测试。

实际工程中共93 根工程桩, 现场试验中共取3 个测试点,荷载板直径为
800mm,荷载板试验深度为11.5m。

2.试验方法及要点
（1）试验方法。

荷载试验适用于确定深部地基土层及大直径桩桩端土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力。

承压板应采用直径为0.8 m 的刚性板, 紧靠
承压板周围的土层高度应不小于0.8 m。

根据具体情况制定加载反力装置的设置
方案, 确保传力可靠,操作安全。

最大加载量应不小于设计要求或预估地基承载力
特征值的2 倍；当需确定桩端阻力特征值时, 最大加载量不应小于2 倍桩端阻力
特征值。

加载分级不应少于10级。

采用反力加载法进行加载,采用油压千斤顶加载,通过桩底侧面被揭露的孔洞上面的土提供反力。

首先在承压板下铺一层厚为
10mm的黄砂。

砂层上对中放置足够刚度的承压板, 在承压板上均匀放置与预计最大加载量相应的千斤顶加载。

沉降变形量由两个百分表置于试验点两个正方向测量。

采用慢速维持荷载法, 逐级加载, 每级荷载达到相对稳定后加下一级荷载, 直至达到要求荷载,加载重量通过油压表读出。

总荷载240 kN, 共分11 级加载, 第一级
加载40kN,以后各级荷载均为20 kN。

试验点的沉降采用百分表量测, 在承压板的
正交中心线方向对称安装2 个百分表。

固定和支承百分表的夹具和横梁确保不受
地表影响而发生竖向位移。

每级加载后,间隔5 min, 10min ,15min各测读一次,以后每隔15min 测读一次,累计1h 后每隔30min 测读一次,直至相对稳定。

沉降相对稳
定标准为每小时的沉降不超过0.1mm ,并连续出现2 次,即认为已达到相对稳定, （2）试验要点。

一是终止加载条件。

加载量达到预估地基土:极限承载力或
设计要求的加载量；沉降急骤增大,曲线上有可判定极限承载力的陡降段, 且沉降
量超过0 .04d(d为承压板直径)；某级荷载下24h内沉降速率不能达到稳定标准，
对桩端层根据设计要求可加载至0.05d～0.08d。

二是承载力特征值的确定。

当满
足终止加载条件前两条之一时其对应的前一级荷载定为极限荷载, 当该值小于对
应比例界限的荷载值的2 倍时取极限荷载值的一半；曲线为缓变形时,可取0.01～0.015 所对应的荷载值, 对桩端土层可取40mm 所对应的荷载值的一半,但其值不应大于极限荷载或最大加载量的一半；在确定承载力时,不作深度和宽度修正。

3.试验结果分析。

根据现场试验数据绘出荷载沉降规律曲线(Q —s)及沉降稳定曲线如图1，所示从荷载沉降Q—s 曲线图上可以看出, 试验过程中, 试验孔位地基
均未出现明显的破坏征兆, Q —s曲线变化呈现缓降趋势,从时间位移曲线可知,下一级荷载均在该级荷载作用下沉降稳定后才施加,最后一级荷载下的沉降也趋于稳定。

最大荷载量为240 kN, 相应的荷载板压力约为480 kPa, 从图1的曲线变化规律可
知黏土地基承载力不小于240 kPa。

深层平板静载荷试验结果汇总见表1。

4.载荷试验能够真实反映深层地基承载力特征值,是一种很好的确定地基承载力的方法。

上述试验条件和试验标定方法,都应在试验操作规程中,加以明确规定,否则会导致错误判断和
结论。

本工程应充分认识到荷载板试验对任何给定场地土,在荷载试验的平面或深度范围内,都是
非均质的。

因此,在应用过程中注意试验条件显然是十分必要的。

另外,对仪器设备本身的校
准试验,如加载、位移量测系统的摩擦阻力测定等影响测试精度的诸因素,亦应引起高度重视,
使试验误差减小到最小限度。

本文以某实际工程为背景得到地基土承载力特征值均大于
240kPa ,满足设计要求,为实际工程提供了参考。

参考文献：
[1]刘晶晶,郑兴莲,李柳柳.数值分析在深基坑支护中的应用[J] .山西建筑, 2014, 34(19):109-110 .
[2]公路桥梁承载能力检测评定［S］. 北京:人民交通版社，2014.
[3]郭大智, 冯德成.层状弹性体系力学[M] .哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社, 2015.。