静力载荷试验

静力载荷试验
平板静力载荷试验
• 平板静力载荷试验(英文缩写PLT)，简称载 荷试验（图1）。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。其方法是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倍承压板宽的深度内土层的应力— 应变—时间关系的综合性状。
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图1 平板静力载荷试验
• 载荷试验的主要优点是对地基土不产生扰动，利 用其成果确定的地基承载力最可靠、最有代表性， 可直接用于工程设计。其成果用于预估建筑物的 沉降量效果也很好。因此，在对大型工程、重要 建筑物的地基勘测中，载荷试验一般是不可少的。 它是目前世界各国用以确定地基承载力的最主要 方法，也是比较其他土的原位试验成果的基础。 载荷试验按试验深度分为浅层和深层；按承压板 形状有平板与螺旋板（图2）之分；按用途可分为 一般载荷试验和桩载荷试验；按载荷性质又可分 为静力和动力载荷试验。本节主要讨论浅层平板 静力载荷试验。
• (6)尽可能使最终荷载达到地基土的极限承载力，以评价承 载力的安全度。当测试出现下列情况之一时，即认为地基 土已达极限状态，可终止试验： • ①承压板周围的土体出现裂缝或隆起； • ②在荷载不变情况下，沉降速率加速发展或接近一常数。 压力〖CD*2〗沉降量曲线出现明显拐点； • ③总沉降量等于或大于承压板宽度(或直径)的0.08； • ④在某一荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准。
(二)试验成果的应用
• 1、确定地基土承载力基本值f0 • (1)当p〖CD*2〗S上有明显的比例界限(p0)时，取 该比例界限所对应的荷载值。 • (2)当极限荷载能确定，且该值小于对应比例界限 的荷载值的1.5倍时，取荷载极限值的一半。 • (3)不能按上述两点确定时，如承压板面积为 2500～5000cm2，对低压缩性土和砂土，可取 S/B=0.01～0.015所对应的荷载值；对中、高压缩 性土，可取S/B=0.02所对应的荷载值(S、B分别 为沉降量和承压板的宽度或直径)。
• (3)安装设备，参考图3或图4，其安装次序与要求： • ①安装承压板前应整平试坑底面，铺设1～2cm厚 的中砂垫层，并用水平尺找平，以保证承压板与 试验面平整均匀接触。 • ②安装千斤顶、载荷台架或反力构架。其中心应 与承压板中心一致。 • ③安装沉降观测装置。其支架固定点应设在不受 土体变形影响的位置上，沉降观测点应对称放置。
• (7)如达不到极限荷载，则最大压力应达到 预期设计压力的两倍或超过第一拐点至少 三级荷载。 • (8)当需要卸荷观测回弹时，每级卸荷量可 为加荷量的2倍，历时1h，每隔15min观测 一次。荷载完全卸除后，继续观测3h。
二、静力载荷试验成果整理及其应 用
• (一)静力载荷测试成果——压力－沉降量关 系曲线，载荷试验结束后，应对试验的原 始数据进行检查和校对，整理出荷载与沉 降量、时间与沉降量汇总表。然后，绘制 压力p与沉降量S关系曲线(图6)。该曲线是 确定地基承载力、地基土变形模量和土的 应力－应变关系的重要依据。
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现场载荷试验
千 斤 顶 荷载板
载荷板试验Loading Plate
现场载荷试验 荷载板尺寸0.5 0.5m, 0.71 0.71m, 1.0 1.0m 试验不少于3点 荷载8-10级 每级荷载稳定的标准 承载力的特征值
荷载板
载荷试验
pcr
pu (kPa)
地基破坏的判定 (1)明显侧向挤出或发生裂纹 (2)荷载增量很小,沉降急剧 增加, 荷载沉降曲线 (3)某级荷载增量下,24小时 内沉降不能稳定 (4)s/b>0.06的荷载作为破坏 S (mm) 荷载
2
I0形状影响系数, 圆：079；方：088
油压千斤顶反力加荷法
• 油压千斤顶反力加荷法，即用油压千斤顶 加荷，用地锚提供反力。由于此法加荷方 便，劳动强度相对较小，已被广泛采用， 并有定型产品（图4－4）。采用油压千斤 顶加压，必须注意两个问题：①油压千斤 顶的行程必须满足地基沉降要求。②下入 土中的地锚反力要大于最大加荷，以避免 地锚上拔，试验半途而废。
• 2、计算地基土变形模量E0 • 土的变形模量是指土在单轴受力、无侧限情况下似弹性阶 段的应力与应变之比，其值可由载荷试验成果p－S曲线的 直线变形段，按弹性理论公式求得：
• 式中：p、S—分别为p－S曲线直线段内一点的压力值 (kPa)及相应沉降量(cm)；B—承压板的宽度或直径(cm)； μ—土的泊松比；I—承压板深度h的修正系数；当h=0， I=1;当h≤B,I=1-0.27h/B;当h＞B，I=0.5+0.23B/h；w—承 压板形状系数 ，对于刚性方形板，w=0.886，对于刚性圆 形板，w=0.785。
承载力的特征值fak
比例界限pcr 当pu<1.5 pcr时 取极限承载力一 半
pcr
pu (kPa)
荷载沉降曲线 渐变型曲线 s/b = 0.01—0.015低压缩性土 s/b = 0.02高压缩性土
S (mm)
深度宽度修正的特征值
f a f ak b (b 3) d m (d 0.5) pb E0 I（ 0 1 ） s
一、静力载荷试验的仪器设备及试 验要点
• (一)仪器设备 ：载荷试验的设备由承压板、加荷装置及沉降观测装置 等部件组合而成。目前，组合型式多样，成套的定型设备已应用多年。 • 1、承压板，有现场砌置和预制两种，一般为预制厚钢板(或硬木板)。 对承压板的要求是，要有足够的刚度，在加荷过程中承压板本身的变形 要小，而且其中心和边缘不能产生弯曲和翘起；其形状宜为圆形(也有 方形者)，对密实粘性土和砂土，承压面积一般为1000～5000cm2。对 一般土多采用2500～5000cm2。按道理讲，承压板尺寸应与基础相近， 但不易做到。 • 2、加荷装置 ，加荷装置包括压力源、载荷台架或反力构架。加荷方式 可分为两种，即重物加荷和油压千斤顶反力加荷。重物加荷法，即在载 荷台上放置重物，如铅块等。由于此法笨重，劳动强度大，加荷不便， 目前已很少采用(图3)。其优点是荷载稳定，在大型工地常用。
• (4)加荷(压)。安装完毕，即可分级加荷。测 试的第一级荷载，应将设备的重量计入， 且宜接近所卸除土的自重(相应的沉降量不 计)。以后每级荷载增量，一般取预估测试 土层极限压力的1/8～1/10。当不宜预估其 极限压力时，对较松软的土，每级荷载增 量可采用10～25kPa；对较坚硬的土，采用 50kPa；对硬土及软质岩石，采用100kPa。
(二)静力触探试验仪器设备
• 静力触探试验仪器设备主要由以下几部分组成： • 1、触探主机和反力装置 • 触探主机按传动方式不同可分为机械式和液压式。 液压式贯入力大；而机械式贯入力一般小于5t,比 较轻便，便于人工搬运。液压式一般用车装，如 静力触探车贯入力一般大于10t，贯入深度大、效 率高、劳动强度低，适用于交通方便的地区。反 力装置的作用是固定触探主机，提供探头在贯入 过程中所需之反力，一般是利用车辆自重或地锚 作为反力装置。
二、静力触探试验要点和试验成果 整理
• • (一)静力触探试验要点 • (1)率定探头，求出地层阻力和仪表读数之间的关系，以得 到探头率定系数，一般在室内进行。新探头或使用一个月 后的探头都应及时进行率定。 • (2)现场测试前应先平整场地，放平压入主机，以便使探头 与地面垂直；下好地锚，以便固定压入主机。 • (3)将电缆线穿入探杆，接通电路，调整好仪器。 • (4)边贯入，边测记，贯入速率控制在1~2cm/s。此外，孔 压触探还可进行超孔隙水压力消散试验，即在某一土层停 止触探，记录触探时所产生的超孔隙水压力随时间变化 (减小)情况，以求得土层固结系数等。
沉降观测装置
• 沉降观测仪表有百分表、沉降传感器或水 准仪等。只要满足所规定的精度要求及线 性特性等条件，可任意选用其中一种来观 测承压板的沉降。由于载荷试验所需荷载 很大，要求一切装置必须牢固可靠、安全 稳定。
(二)试验要点
• • (1)载荷试验一般在方形试坑中进行（图5）。 试坑底的宽度应不小于承压板宽度(或直径) 的3倍，以消除侧向土自重引起的超载影响， 使其达到或接近地基的半空间平面问题边 界条件的要求。试坑应布置在有代表性地 点，承压板底面应放置在基础底面标高处。
• p－S曲线特征值的确定及应用： • (1)当p－S曲线具有明显的直线段及转折点时，一般将直 线段的终点(转折点)所对应的压力(p0)定为比例界限值， 将曲线陡降段的渐近线和表示压力的横轴的交点定为极限 界限值(pL)(见图6)。 • (2)当曲线无明显直线段及转折点时(一般为中、高压缩性 土)，可用下述方法确定比例界限： • ①在某一级荷载压力下，其沉降增量ΔSn超过前一级荷载 压力下的沉降增量ΔSn-1的两倍(即ΔSn≥2ΔSn-1)的点所对 应的压力，即为比例界限。 • ②绘制lgp－lgS(或p－Δp/ΔS)曲线，曲线上的转折点所对 应的压力即为比例界限。其中Δp为荷载增量，ΔS为相应 的沉降增量。 • 比例界限压力点和极限压力点把p－S曲线分为三段，反映 了地基土在逐级受压至破坏的三个变形(直线变形、塑性 变形、整体剪切破坏)阶段。比例界限点前的直线变形段， 地基土主要产生压密变形，地基处于稳定状态。直线段端 点所对应的压力即为p0，一般可作为地基土的允许承载力 或承载力基本值f0。
静力触探试验
• 一、静力触探试验的特点和仪器设备 (一)静力触探试验的特点 静力触探试验(英文缩写CPT)，是把具有一定规格 的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测定探 头阻力等参数的一种原位测试方法。它分为机械 式和电测式两种。电测静力触探是应用最广的一 种原位测试技术，这与它明显的优点有关：①兼 有勘探与测试双重作用；②测试数据精度高，再 现性好，且测试快速、连续、效率高、功能多； ③采用电子技术，便于实现测试过程自动化。
• (2)为了保持测试时地基土的天然湿度与原状结构， 应做到以下几点： • ①测试之前，应在坑底预留20～30cm厚的原土层， 待测试将开始时再挖去，并立即放入载荷板。 • ②对软粘土或饱和的松散砂，在承压板周围应预 留20～30cm厚的原土作为保护层。 • ③在试坑底板标高低于地下水位时，应先将水位 降至坑底标高以下，并在坑底铺设2cm厚的砂垫 层，再放下承压板等，待水位恢复后进行试验。
• (1)单用(桥)探头：是我国特有的一种探头型式，只能测量 一个参数，即比贯入阻力ps，分辨率(精度)较低。 • (2)双用(桥)探头：它是一种将锥头与摩擦筒分开，可以同 时测量锥头阻力qc和侧壁摩阻力fs两个参数的探头，分辨 率较高。 • (3)多用(孔压)探头：它一般是将双用探头再安装一种可测 触探时所产生的超孔隙水压力装置——透水滤器和孔隙水 压力传感器，分辨率最高，在地下水位较浅地区应优先采 用。 • 探头的锥头顶角一般为60°，底面积为10cm2，也有 15cm2或者20cm2，锥头底面积越大，锥头所能承受的抗 压强度越高，探头不易受损，且有更多的空间安装其他传 感器，如测孔斜、温度和密度的传感器，但在同一测试工 程中，宜使用统一规格的探头，以便比较。 • 4、探杆 • 探杆是将机械力传递给探头以使探头贯入的装置。它有 两种规格，即探杆直径与锥头底面直径相同(同径)与小于 锥头底面直径两种，每根探杆长度为1m。
• 2、测量与记录显示装置 • 测量与记录显示装置一般可分为两种，电 阻应变仪(或数字测力仪)和计算机装置，以 用来记录测试数据。前者间断测记、人工 绘图，后者可连续测记，计算机绘图和处 理数据。
• 3、探头 • 探头是静力触探仪测量贯入阻力的关键部 件，有严格的规格与质量要求。一般分圆 锥形的端部和其后的圆柱形摩擦筒两部分。 目前国内外使用的探头可分为三种形式(图 4)：
• (5)观测每级荷载下的沉降。其要求是： • ①沉降观测时间间隔。加荷开始后，第一 个30min内，每10min观测沉降一次；第二 个30min内，每15min观测一次；以后每 30min进行一次。 • ②沉降相对稳定标准。连续四次观测的沉 降量，每小时累计不大于0.1mm时，方可 施加下一级荷载。