载荷试验

第二节载荷试验
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一、概述
载荷试验是一种地基土的原位测试方法，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。

载荷试验可分为浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验和螺旋板载荷试验三种。

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；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。

《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)第10.2.2条规定，载荷试验应布置在有代表性的地点，每个场地不宜小于3个点，当场地内岩土体不均匀时，应适当增加试验点。

浅层平板载荷试验应布置在基础底面标高处。

载荷试验是岩土工程勘察的一个重要勘察手段。

本章就载荷试验的方法、要求、资料整理及成果应用作一介绍。

二、平板载荷试验
平板载荷试验(PLT)是在一定面积的刚性承压板上加荷，通过承压板向地基土逐级加荷，测定地基土的压力与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、变形的综合性状。

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。

4）确定地基土基床反力系数。

5）估算地基土的固结系数。

平板载荷试验分为浅层载荷试验和深层载荷试验，适用于各种地基土，特别适用于各种填土及含碎石的土。

平板载荷试验反映承压板下不超过2倍承压板宽度（或直径）范围内地基土的特性，如在这影响范围内地基土为非均质土时，试验结果为一综合性状，给试验数据的分析造成一定的困难。

（一）平板载荷试验的基本理论及常规技术要求
1.平板载荷试验基本理论
典型的平板载荷试验p~s曲线(p为施加于承压板上的压力) ；s为在相应压力下的沉降）可分为3个阶段（见图7-1）
1. 直线变形阶段：当压力小于临塑荷载py（比例极限压力），p~s成直线关系。

Ⅱ剪切阶段：当压力大于py、小于极限压力pu,, p~s关系曲线由直线变为曲线。

Ⅲ破坏阶段：当压力大于pu，沉降急剧增加。

对于直线变形阶段，可以用弹性理论来分析压力与变形的关系。

平板载荷试验的技术要求
1)平板所示。

载荷试验的常用装置如图7-2所示
2）承压板尺寸。

承压板尺寸对评定承载力影响一般不大。

对于含碎石的土，承
压板宽度应为最大碎石直径的10~20倍；对于不均匀的土层，承压板面积不宜小于0.5m2 。

一般情况下，宜用面积为0.25~0.5m2的承压板。

3）承压板埋深对评定承载力有影响，一般要求承压板埋深等于零（要求荷载施加在半无限空间的表面），即承压板在基坑底面时，试坑宽度应等于或大于承压板宽度的3倍。

在个别情况下，为了挖掘地基土承载力的潜力，可模拟实际基础的埋深进行有一定埋深的嵌入式载荷试验。

4）加荷方式。

①分级维持荷载沉降相对稳定法（常规慢速法）。

分级加荷按等荷载增量均衡施加。

荷载增量一般取预估试验土层极限荷载的10%~20% ，或临塑荷载的20%~25% 。

每一级荷载，自加荷开始按时间间隔，10、10、10、15、15 min,以后每隔30min 观测一次承压板沉降，直至在连续2 h 降量不超过0.1mm/h,或连续1h内每30min沉降不超过0.05mm，即可施加下一级荷载。

②分级维持荷载沉降非稳定法（快速法）。

分级加荷与慢速法同，但每一级荷载按间隔15min观察一次沉降。

每级荷载维持，即可施加下一级荷载。

③等沉降速率法。

控制承压板以一定的沉降速率沉降，测读与沉降相对应的所施加的荷载，直至试验达破坏状态。

5)试验结束条件。

一般应尽可能进行到试验土层达到破坏阶段，然后终止试验。

当出现下列情况之一时，可认为已达破坏阶段：①在某级荷载作用下，24h沉降速率
不能达到相对稳定标准；②承压板周围出现明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或
径向裂缝持续发展；③相对沉降(s/b)超过0.06~0.08
图7-2 平板载荷试验的常用装置
（二）浅层平板载荷试验要点
《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001)规定浅层平板荷载试验的要点为：
1）地基土浅层平板荷载试验可适用于浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力。

承压板面积不应小于0.25m2 ,对于软土不应小于0.5m。

2）试验基坑深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中砂找平，其厚度不超过20mm
3）加荷分级不应少于8级。

最大加载量不应小于设计要求的2倍。

4）每级加载后，，按间隔10、10、10、15、15 min,以后每隔30mi测读一次沉降量，当在连续内2h沉降量小于0.1mm/h时，则认为已稳定，可加下一级荷载。

5）当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地侧向挤出；（②沉降急剧增大，荷载沉降(p~s）曲线出现陡降段；③在某一级荷载下，24h 内沉降速率不能达到稳定；④当沉降量与承压板或直径之比大于或等于0.06 。

当满足前三种情况之一时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。

（三）深层平板载荷试验的要点
《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001) 规定深层平板载荷试验要点为：
1)深层平板载荷试验可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。

2）深层平板载荷试验的承压板采用直径为0.8m的刚性板，紧靠承压板周围外侧的土层高度应不少于0.8m
3）加荷等级可按预估极限承载力的1/10~1/15分级施加，以后为每隔。

4）每级加荷后，第一个小时内按间隔10、10、10、15、15 min,以后每隔30mi测读一次沉降。

当在连续2h内沉降量小于0.1mm/h时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。

5）当出现下列情况之一时，可终止加载：①沉降s急剧增大，荷载-沉降(p~S) 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); ②在某荷载下，24h内
沉降速率不能达到稳定；③本级沉降量大于前一级沉降量的5倍；④当持力层土层坚硬，沉降量很小时，最大加载量不小于设计要求的2倍。

（四）试验资料的整理
1．相对稳定法试验
（1）根据原始记录绘制p~s和s~t曲线图。

（2）修正沉降观测值so 和p~s曲线斜率C。

so 和C的求法有图解法和最小二乘法
①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so 。

将直线上任意一点s、p和so代入下式求得C 值：
S=so + Cp (7-1)
②最小二乘法。

计算式如下：
(7-2 ,3)
解上两式得
（7-4，5）
式中N—加荷次数
so —教正值，cm
p —单位面积压力，kpa
s’—各级荷载下的原始沉降，cm
C —斜率
求得so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=Cp计算；对于比例界限以后各点，则按s=s’-so计算。

根据p和修正后的s值绘制p~s 曲线。

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：
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。