平板荷载试验研究报告

平板荷载试验研究报告

0引言

任何建筑物的地基基础设计必须满足地基承载力、变形和稳定性的要求。勘察

提供地基承载力是地基基础设计所需的重要指标，试验技术是勘察地基承载力最直

接、可靠的手段，而平板载荷试验是测定地基承载能力和变形特性的可靠方法。由

于平板载荷试验相当于基础受荷载时的模型试验，比较直观，它是目前世界各国用

以确定地基承载力的最主要方法，同时，在地基处理效果检验中也被广泛应用[1]。1国内外研究现状

岩土体是自然界的产物，其形成过程、物质成分以及工程特性是极为复杂的，

并且随受力状态、应力历史、加荷速率和排水条件等的不同而变得更加复杂。所以，

在进行各类工程项目设计和施工之前，必须对工程项目所在场地的岩土体进行土工

试验和原位测试，以充分了解和掌握岩土体的物理力学性质，从而为场地岩土工程

条件的正确评价提供必要的依据[2]。

平板载荷试验是一种地基土的原位测试方法，是在野外现场用一个刚性承压板

逐级加荷，测定天然地基或复合地基的变形随荷载变化而变化，可用于测定承压板

下应力主要影响范围内岩土的承载力和变形特性[3]。根据承压板的设置深度及特点，

载荷试验可分为浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验。浅层平板载荷试验适用于

浅层地基土；深层平板载荷试验适用于埋深大于3m和地下水位以上的地基土。

平板载荷试验是模拟建筑物基础地基土受荷条件的一种测试方法。在保持地基土的天然状态下, 在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载, 并观测每级荷载下地基土的变形特性。测试所反映的是承压板以下大约1.5 ～2倍承压板宽深度内土层的应力—应变关系, 比较直观地反映地基土的变形特性。用以评定地基土的承载力, 计算地基土的变形模量并预估建筑基础的沉降量[4]。平板载荷试验在试验中相当于模拟建筑物基础工作条件，所以具有直接、直观和数据可靠的优点，作为一种主要的原位测试手段在土基勘察中得到了广泛的应用，是目前世界各国确定地基承载力及其变形特征的最主要方法[5]。

2平板载荷试验原理及适用条件

2.1 试验原理

平板载荷试验方法: 是在与基础工作条件相似的受荷条件下，对天然埋藏条件

下的地基土，测定加于承压板的压力与沉降的关系。它实质上是基础的模拟试验,根

据压力与沉降的关系，测定地基土的静力特性，进而评定其承载力[6]。

平板荷载试验是按布西奈斯克弹性力学鲜土体中应力分布计算公式，结合土的材料常数建立半无限体表面作用集中荷载，地基土沉降量计算公式，根据前苏联学者什塔耶尔1949年推导的刚性承压板下计算沉降量理论公式

方形刚性压板（B 为边长）：

（1）

圆形刚性压板（D 为直径）：

（2） 2.2 适用条件 国内外都将平板荷载试验作为确定地基承载力的基本方法。我国的《建筑地基基础设计规范》[7]（GB50007—2011）规定：对破碎、极破碎的岩石地基承载力特征值，可根据平板载荷试验确定。平板荷载试验一般只能确定深度为两倍承压板宽度范围内的土的特征值[8]。

（1）基础底面下土层的荷载试验

当基础尺寸和埋深都在一般浅基础范围内时，可直接采用与基础条件相同的承压板，在基础底面直接进行平板荷载试验，以确定地基的承载力和变形模量，进一步估算地基沉降量。

（2）埋深为零的均质土层上的荷载试验

平板荷载试验的试坑宽度应大于承压板宽度或直径的三倍，承压板下均质土层厚度应大于承压板宽度或直径的两倍，这样确定的地基承载力和变形模量才有可靠性。

（3）不同承压板宽度和埋深的荷载试验

在地基不同标高处，试坑间距大于承压板宽度的三倍时，进行承压板大小不同或埋置深部不同的对比荷载试验。目的是了解承载力随场地定点条件不同的变化大小和变化规律。

平板载荷试验可用于以下目的：

（1）确定地基土承载力的特征值，为评定地基土的承载力提供依据。

（2）确定地基土的变形模量（排水或不排水）。

（3）估算地基土的不排水抗剪强度。

202s pB E ν-=2014s pD

E πν-=

（4）确定地基土基床反力系数。

（5）估算地基土的固结系数。

3 平板荷载试验的设备[9]

载荷试验因试验土层软硬程度、压板大小和试验土层深度等不同，采用的测试设备有多种情况。如图1所示，大体可归纳为由承压板、加荷系统、反力系统、沉降观测系统四部分组成。

图1 荷载试验装置示意图

3.1 承压板

（1）材质要求：承压板可用混凝土、钢筋混凝土、钢板、铸铁板等制成，多以肋板加固的厚钢板为主。

（2）刚度要求：承压板要有足够的刚度，加荷过程中要求承压板变形小, 而且中心和边缘不能产生弯曲和翘起。压板底部光平，尺寸和传力重心准确，搬运和安置方便。

（3）形状要求：承压板面积一般为0.25 ～0.5 m2，其形状多为方形或圆形，其中圆形压板受力条件较好，使用最多。

（4）尺寸及面积要求：规范规定，对于浅层平板载荷试验，承压板面积不应小于0.25m2；对均质密实的土，可采用0.1m2；对于软土和人工填土，承压板面积不应小于0.50m2；对于深层平板载荷试验，承压板面积宜选用0.5m2或直径80cm；对于岩石地基，承压板面积可用0.07～0.10m2；对于碎石类土，承压板直径或边长应大于碎石或卵石最大直径的10倍[9]。

（5）承压板试坑大小：为了避开试坑周围应力重分布和应力集中的影响，使地基在基本上不受干扰的情况下产生沉降，试坑大小要求：浅层平板载荷试验试坑的宽度至少应等于承压板边长或直径的3倍；深层平板载荷试验试坑的宽度至少应等于承压板边长或直径。

3.2 加荷系统[10]

加荷系统是指通过承压板对地基施加荷载的装置和方法。加荷装置包括油压千斤顶、荷重传感器、载荷平台或反力构架。加荷方式主要分为两种，即堆载法和地锚法。

（1）堆载法

堆载法是在载荷平台(如钢梁)上对称放置重物(如砂袋、砌块、铁块等)，该方法劳动强度大, 加荷不便,费时费力且控制困难，其优点是荷载稳定, 在大型工地常用。

1－载荷台；2－钢锭；3－混凝土平台；4－测点；5－承压板

图2堆重加荷装置示意图

（2）地锚法

地锚法是用地锚伞型布置锚入土体内，提供反力，此方法加荷方便，劳动强度相对较小，已被广泛采用。根据试验要求，采用不同规格的手动液压千斤顶加荷，并配备不同量程的压力表或测力计控制加荷值。千斤顶可采用一个或多个。要注意加荷稳定，避免冲击荷载。采用油压千斤顶加压, 必须注意两个问题: 油压千斤顶的行程必须满足地基沉降量的要求。可采用大行程千斤顶, 或上、下两个千斤顶重叠放置, 以增加油压千斤顶行程, 满足地基沉降量要求。

要求锚在土中的反力要大于最大加荷。由于受力后地锚上拔、设备本身变形、承压板下沉等因素, 试验过程中千斤顶会出现松压现象。因此, 必须人工补压, 使压力保持稳定, 具备条件时可使用流量控制器自动控制油压。