载荷板试验原理及实用要点

S=s0+C p b）最小二乘法。 计算式如下:
∑∑
∑
∑∑
式中：n 为荷载级数；s0 为校正值，cm；p 为单位 面积压力，kPa；s’为各级荷载下的原始沉降，cm； C 为斜率。
解以上两式得：
3
∑
∑∑
∑
∑
∑∑ ∑
∑∑ ∑
求得 s0和 C 值后，按下述方法修正沉降观测值： 对于比例界限以前各点，根据 C，p 值按 S=C p 计 算；对于比例界限以后各点，则按 s=s－s0 计算。 根据 p 和修正后的 s 值绘制 p-s 曲线。
不同反力装置存在一定的差异性，这里以地锚 提供反力系统为例加以叙述。
（1）下地锚。在确定试坑位置后，根据计划 使用地锚的数量(4 个或 6 个)，以试坑中心为中心 点对称布置地锚。各个地锚的深度要一致，一般下 在较硬地层为好，可以提供较大的反力。
（2）挖试坑。根据固定好的地锚位置来复测 试坑位置，开挖试坑的边长（或直径）不应小于承 压板边长或直径的 3 倍，开挖至试验深度。
为了使快速法的成果与相对稳定法取得一致，
必须从施加第二级荷载开始，从沉降观测值中扣除
以前各级沉降未稳定而产生的剩余沉降的影响。剩
余沉降量的计算公式如下：
∑ {[
]
}
[
]
式中 为第 n 级荷载第 i 次观测值中应扣除的剩
余沉降量，cm；k 为第 n 级前的荷载级数，k=1,2，…，
n-1；Δt 为沉降观测的时间间隔，mim；N 为每级 荷载下沉降观测的次数；n 为荷载级数。 5.2 试验资料应用 5.2.1 确定地基的承载力
（3）绘制 s-lgt 曲线 在单对数坐标纸上绘制每级荷载下的 s-lgt 曲 线。同时需要标明每根曲线的荷载等级、荷载单位。
（4）绘制 lgp-lgs 曲线 在双对数坐标纸上绘制 lgp-lgs 曲线，注意标明
坐标名称和单位。
5.1.2 快速试验法
根据试验记录按外推法推算各级荷载下，沉降
速率达到相对稳定标准时所需的时间和沉降量，然
（3）载荷试验宜采用圆形刚性承压板，根据 土的软硬或岩体裂隙密度选用合适的尺寸；土的浅 层平板载荷试验承压板面积不应小于 0.25m2，对软 土和粒径较大的填土不应小于 0.5m2；土的深层平 板载荷试验承压板面积宜选用 0.5m2；岩石载荷试 验承压板的面积不宜小于 0.07m2。
（4）载荷试验加荷方式应采用分级维持荷载 沉降相对稳定法（常规慢速法）；有地区经验时， 也可采用分级加荷沉降非稳定法(通常称为快速法) 或等沉降速率法。关于加荷等级的划分，一般取 10~12 级，并不小于 8 级。最大加载量不应小于地 基土承载力设计值的两倍，荷载的量测精度控制在 士 1%。
在资料整理的基础上，应根据 p-s 曲线拐点， 必要时结合 s-lgt 曲线的特征，确定比例界限压力和 极限压力。但 p-s 关系曲线呈缓变曲线时，可取对 应于某一相对沉降值(即 s/b,其中 b 为承压板直径或 边长)的压力评定地基的承载力。
（1）拐点法 如果拐点明显，直接从 p-s 曲线上确定拐点作 为比例界限，并取该比例界限所对应的荷载值作为 地基承载力特征值。 （2）极限荷载法 先确定极限荷载，当极限荷载小于对应的比例 界限的荷载值的 2 倍时，取极限荷载的一半作为地 基承载力特征值。 （3）相对沉降法 当按上述两种方法不能或不易确定地基承载 力时，在 p-s 曲线上取 s/b(相对沉降)为一定值所对 应的荷载为地基承载力特征值。按《岩土工程勘察 规范（2009 年版）》 [1]要求，当承压板面积为 0.25~0.50m2 时，可取 s/b=0.01~0.015 所对应的荷载 作为地基承载力特征值。但其值不应大于最大加载 量的一半。 5.2.2 确定地基变形模量 土的变形模量应根据 p-s 曲线的初始直线段， 可按均质各向同性半无限弹性介质的弹性理论计 算。 （1）当地表无超载时(相当于承载板置于地表)， 即浅层平板载荷试验，土的变形模量 按下式计算:
（1）绘制 p-s 曲线 根据载荷试验沉降观测原始记录，将（p,s）点 绘在厘米坐标纸上。 （2）p-s 曲线的修正 如果原始 p-s 曲线的直线段延长线不通过原点 (0,0)，则需对 p-s 曲线进行修正。可采用两种方法 进行修正： a）图解法。在 p-s 曲线草图上找出比例界限点， 从比例界限点引一直线，使比例界限前的各点均匀 靠近该直线，直线与纵坐标交点的截距即为 s0。将 直线上任意一点 s，p 和 s0 代入下式求得 C 值；
（4）试验观测与记录。在试验过程中，必须 始终按规定将观测数据记录在载荷试验记录表中。 试验记录是载荷试验中最重要的第一手资料，必须 正确记录，并严格校对。 5 试验资料整理与应用 5.1 试验资料整理
载荷试验的最后成果是通过对现场原始试验 数据进行整理、依据现有的规范或规定作出的。其 中最重要的原始试验记录是载荷试验沉降观测记 录表，不仅记录沉降，还记录荷载等级和其他与载 荷试验相关的信息，如载荷板尺寸、载荷点试验深 度等。 5.1.1 相对稳定法试验
（3）破坏阶段。当压力大于极限压力 pu 时， 沉降急剧增大。此时即使压力不再增加，承压板仍 不断下沉。土体内部形成连续的滑动面，在承压板 周围土体发生隆起及环状或放射状裂隙，在滑动土 体内各点的剪应力均达到或超过土体的抗剪强度。 3.2 仪器设备
试验设备分为加荷系统、反力系统、量测系统 三部分。 3.2.1 加荷系统
1）确定地基土的比例界限压力、破坏压力， 评定地基土的承载力；2）确定地基土的变形模量； 3）估算地基土的不排水抗剪强度；4）确定地基土 基床反力系数；5）地基处理效果检测和测定桩的 极限承载力。 3 载荷试验的基本原理与仪器设备 3.1 基本原理
由典型的平板载荷试验得到的压力-沉降曲线 （p-s 曲线）可以分为三个阶段，详见图 1。
（3）对于岩石类土，承压板的面积不小于 0.07m2。《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011) [2]附录 H 中明确采用直径 300mm 圆形刚性承压板。
加荷装置总体上可分为重物加荷装置和千斤 顶加荷装置。 3.2.2 反力系统
载荷试验的反力可以由重物、地锚单独或地锚 与重物共同提供，由地锚(或重物)和梁架组合成稳 定的反力系统。不同反力系统详见图 2~4。
（5）承压板的沉降可采用百分表或电测位移 计量测，其精度不应低于±0.01mm。
（6）对慢速法，当试验对象为土体时，每级 荷载施加后，间隔 5，5，10，10，15，15min 测读 一次沉降，以后间隔 30min 测读一次沉降，当连读 2h 每小时沉降量小于等于 0.1mm 时，可认为沉降 已达相对稳定标准，施加下一级荷载；当试验对象 是岩体时，间隔 1，2，2，5min 测读一次沉降，以
（6）沉降测量系统的安装。打设支撑柱，安 装测量横杆、固定百分表或位移传感器，形成完整 的沉降量测系统。 4.2.2 试验步骤
（1）加荷操作。加荷等级一般分 10~12 级， 并不小于 8 级。最大加载虽不应小于地基承载力设 计值的 2 倍，荷载的量测精度控制在士 1%。加荷 必须按照预先规定的级别进行。第一级荷载需要加 上设备的质量并减去挖掉土的自重。所加荷重是通 过事先标定好的测力计百分表的读数反映出来的， 因此，必须预先根据标定曲线或表格计算出预定的 荷重所对应的百分表读数。
加荷系统包括承压板和加荷装置。所施加的荷 载通过承压板传递给地基土。承压板一般采用圆形 和矩形的刚性板，承压板的尺寸根据地基土的类型 和试验要求有所不同。
（1）对于一般黏性土地基，常用面积为 0.5m2 的圆形或方形承压板，承压板面积不应小于 0.25m2， 软土地基取大值；
（2）对于碎石类土,承压板直径(或宽度)应为 最大碎石直径的 10~20 倍；
载荷板试验原理及实用要点
0 引言 载荷试验是一项使用最早、应用最广泛的原位
试验方法，它是现场在一定尺寸的刚性承压板上分 级施加静荷载，以测定承压板下应力主要影响范围 内的天然地基、单桩或复合地基岩土的承载力和变 形特性。根据承压板的形式和设置深度不同，可以 将试验分成三种：1）浅层平板载荷试验，适用于 浅层地基土，埋深小于 3m 和地下水位以上地基土， 根据《岩土工程勘察规范》（B50021—2001）[1]要 求，埋深小于 5m 的均按浅层平板载荷试验执行；2） 深层平板载荷试验，适用于埋深大于 5m 和地下水 位以上的地基土和大直径桩的桩端土；3）螺旋板 载荷试验，适用于深层地基土或地下水位以下的地 基土。根据加载形式不同，可以分为静载荷试验和 动载荷试验。根据加载方向的不同，可以分为竖向 载荷试验和水平载荷试验。 2 载荷试验的目的
2
后每隔 10min 测读一次，当连续三次读数差小于等 于 0.01mm 时，可认为沉降已达相对稳定标准，施 加下一级荷载。
（7）当出现下列情况之一时，可终止试验： a)承压板周边的土出现明显侧向挤出，周边岩土出 现明显隆起或径向裂缝持续发展；b)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；c)在某级荷载下 24h 沉降速率不能 达到相对稳定标准；d)总沉降量与承压板直径(或宽 度)之比超过 0.06。 4.2 试验操作步骤 4.2.1 试验设备的安装
1
图 2 常见反力系统示意
图 3 常见反力系统示意
图 4 常见锚桩形式
3.2.3 量测系统
位移量测系统包括基准梁和位移测量元件。基 准梁的支撑柱应距离承压板或地锚(当采用地锚提 供反力)一定的距离，以避免地表变形对基准梁的影 响。位移测量元件可以采用百分表或位移传感器， 详见图 5。
图 5 位移测量元件
后以推算的沉降量绘制 p-s 曲线。各级荷载下，沉 降达到相对稳定标准时所需时间和沉降量可按下
式计算：
∑ ∑[ ∑[
]∑
∑
] [∑
]
∑
∑∑
∑[
] [∑
]
式中：tn 为第 n 级荷载下沉降达到相对稳定标准时 所需的时间，mim，当 tn 不足 30 的倍数时，可增大 为 30 的倍数；sn 为第 n 级荷载下沉降达到相对稳定 标准时的沉降量，cm；αn 为第 n 级荷载下，s-lnt 关 系曲线的截距，cm；βn 为第 n 级荷载下，s-lnt 关系 曲线的斜率。
（2）稳压操作。每级荷重下都必须保持稳压， 由于加压后地基沉降、设备变形和地锚受力拔起等
原因，都会引起荷重的降低，必须及时观察测力计 百分表指针的变动，并通过千斤顶不断地补压，使 荷重保持相对稳定。
（3）沉降观测。采用慢速法时，对于土体， 每级荷载施加后。间隔 5,5,10,10,15,15min 测读一次 沉降，以后间隔 30min 测读一次沉降，当连续 2h 每小时沉降量不大于 0.1mm 时，认为沉降已达到相 对稳定标准。施加下一级荷载，直至达到试验终止 条件。
4 载荷试验技术要求与操作步骤 4.1 试验技术要求
（1）浅层平板载荷试验的试坑宽度或直径不 应小于承压板宽度或直径的三倍；深层平板载荷试 验的试井直径应等于承压板直径；当试井直径大于 承压板直径时，紧靠承压板周围土的高度不应小于 承压板直径。
（2）试坑部的岩土应避免扰动，保持其原状 结构和天然湿度，在承压板下铺设不超过 20mm 的 砂垫层并找平,之后尽快安装设备。螺旋板头入土时， 应按每转一圈下入一个螺距进行操作，减少对土的 扰动。
图 1 P-S 曲线
（1）直线变形阶段。当压力小于比例极限压 力 p0 时，p-s 呈直线关系。此时受荷土体中任意点 产生的剪应力小于土体的抗剪强度，土的变形主要
由土中空隙的减少而引起，土体变形主要是竖向压 缩。
（2）剪切变形阶段。当压力大于 p0 而小于极 限压力 pu 时，p-s 关系由直线变为曲线关系。p-s 关 系曲线的斜率随压力 p 的增大而增大，土体除了竖 向压缩之外。在承压板的边缘已有小范围内土体承 受的剪应力达到了或超过了土的抗剪强度，并开始 向周围土体发展。变形由土体的竖向压缩和土粒的 剪切变位同时引起。
（3）放置承压板。在试坑中心根据承压板的 大小铺设不超过 20mm 厚度的砂垫层并找平。然后 小心平放承压板，防止斜角着地。
（4）千斤顶和测力计的安装。以承压板为中 心，依次放置千斤顶、测力计和分力帽，使其重心 保持在一条直线上。
（5）横梁和连接件的安装。通过连接件将次 梁安装在地锚上，以承压板为中心将主梁通过连接 件安装在次梁上，形成反力系统。