载荷试验

载荷试验
载荷试验项目包括平板载荷试验和螺旋板载荷试验，它是在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，观测地基土的承受压力和变形的原位试验。

其成果一般用于评价地基土的承载力也可用于计算地基土的变形模量；现场测定湿陷性黄土地基的湿陷起始压力。

(1)平板载荷试验适用于各类地基土。

它所反映的相当于承压板下1.5-2.0倍承压板直径或宽度的深度范围内地基土的强度、变形的综合性状。

(2)螺旋板载荷试验适用于粘土和砂土地基，用于深层或地下水位以下的土层。

试验原理：
在拟建建筑物场地上将一定尺寸和几何形状（圆形或方形）的刚性板，安放在被测的地基持力层上，逐级增加荷载，并测得每一级荷载下的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载（p）－沉降（s）曲线（即p－s曲线）。

典型的平板载荷试验p－s曲线可划分为三个阶段：
（1）直线变形阶段：p－s曲线为直线段（线性关系），对应于此段的最大压力p0，称为比例界限压力（也称为临塑压力），土体以压缩变形为主。

（2）剪切变形阶段：当压力超过p0，但小于极限压力pu时，压缩变形所占比例逐渐减少，而剪切变形逐渐增加，p－s线由直线变为曲线，曲线斜率逐渐增大。

（3）破坏阶段：当荷载大于极限压力pu时，即使维持荷载不变，沉降也会急剧增大，始终达不到稳定标准。

直线变形阶段：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压缩引起，并随时间趋于稳定。

可以用弹性理论进行分析。

剪切变形阶段：土体除了竖向压缩变形之外，在承压板的边缘已有小范围内土体承受的剪应力达到或超过了土的抗剪强度，并开始向周围土体发展。

此阶段土体的变形主要由压缩变形和土粒剪切变形共同引起。

可以用弹塑性理论进行分析。

破坏阶段：即使荷载不再增加，承压板仍会不断下沉，土体内部开始形成连续的滑动面，承压板周围土体面上各点的剪应力均达到或超过土体的抗剪强度。

平板载荷试验
仪器设备：
1.承压板：应具有足够的刚度，一般采用圆形或正方形钢质板；也可采用现浇或预制混凝土板，面积可采用0.25-0.50m2,不应小于0.1m2。

2.加荷装置：包括压力源、载荷台架或反力构架。

(1)压力源：可用液压装置或重物，其出力误差不得大于全量程的1%；安全过负荷率应大于
120%。

(2)载荷台架或反力构架：必须牢固稳定、安全可靠，其承受能力不小于试验最大荷载的
1.5-
2.0倍。

3.沉降观测装置：其组合必须牢固稳定、调节方便。

位移仪表可采用大量程百分表或位移传感器等，相应的分度值为0.10mm。

仪器设备的检定和校准：
1.加荷装置：重物加荷装置的堆载物，应对每件堆载物的质量事先称量、编号，合理安排堆载顺序及位置。

千斤顶和测力计组成的加荷装置，应配套进行检定。

钢环测力计：应参照JJG144-92«标准测力仪检定规程»检定。

负荷传感器：应参照JJG391-85«负荷传感器试行检定规程»检定。

2. 沉降观测仪表：大量程百分表：应按JJG379-95«大量程百分表检定规程»进行检定；位移传感器：应按相应的有关检定规程进行检定。

操作步骤
1.在有代表性的地点，整平场地，开挖试坑。

试坑底面宽度不小于承压板直径或宽度的3倍。

试验前应保持试坑土层的天然状态。

在开挖试坑及安装设备中，应将坑内地下水位降至坑底以下，并防止因降低地下水位而可能产生破坏土体的现象。

试验前应在试坑边取原状土样2个，以测定土的含水率和密度。

2. 设备安装参照图
3.3.2-1、图3.3.2-2，其次序与要求如下：
(1) 安装承压板。

安装承压板前应整平试坑面，铺约1cm厚的中砂垫层，并用水平尺找平，承压板与试验面平整接触。

(2)安放载荷台架或加荷千斤顶反力构架,其中心应与承压板中心一致。

当调整反力构架时，应避免对承压板施加压力。

(3)安装沉降观测装置.其固定点应设在不受变形影响的位置，处沉降观测点应对称设置。

3. 试验点应避免冰冻、曝晒、雨淋必要时设置工作棚。

4. 荷载一般按等量分级施加，并保持静力条件和沿承压板中心传递。

每级荷载增量一般取预估试验土层极限压力的1/8-1/10。

当不易预估其极限压力时，可按表3.3.4所列增量选用。

图3.2.2-1重物式装置示意图
1-承压板2-沉降观测装置3-荷载台架4-重物
图3.2.2-2反力式装置示意图
1-承压板2-加荷千斤顶3-荷重传感器4-沉降观测装置5-反力装置。

表3.3.4荷载增量表
5. 稳定标准：一般采用相对稳定法，即每施加一级荷载，待沉降速率达到相对稳定后再加下一级荷载。

6. 应按时、准确观测沉降量。

每级荷载下观测沉降的时间间隔一般采用下列标准：
自加荷开始，按10、10、10、15、15min，以后每隔30-60min观测1次，直至的沉降量不大,0.1mm 为止。

7. 当需要卸载观测回弹时，每级卸载量可为加载增量的2倍，历时每各15min观测一次，荷载安全卸除后继续观测3h。

计算变形模量：
E0=0.79（1-μ2）dp/S(承压板为圆形)
E0=0.89（1-μ2）ap/S(承压板为方形)
式中E0-----试验土层的变形模量,kPa
p----施加的压力,kPa
S----对应于施加压力的沉降量,cm
d----承压板的直径,cm
a----承压板的边长,cm
μ----泊松比
螺旋板载荷试验
仪器设备：由螺旋承压板，加荷装置，位移观测装置组成如图。

螺旋板载荷试验装置示意图
1-螺旋承载板 2-测力传感器 3-传力杆 4-反力地锚 5-位移计 6-油压千斤顶 7-反力钢梁 8-位移固定锚 计算变形模量：
E sc =mp a (p/p a )1-a
根据p ~s 曲线可以求得变形模量系数m:
0()a n a
p p p A A m D D S p S p -== 式中 E sc--------螺旋板试验土的变形模量
p----- 施加的压力值取直线段内任一压力值
p 0--------原位有效自重压力
p a ------- 标准压力
S----对应的沉降量
D----螺旋承压板直径
A----无量纲沉降系统与有关查图
a----应力指数,超固结饱和土取1;砂与粉土取1/2;正常固结饱和粘/土取
a=0;
m----变形模量系数,对正常饱和粘土一般为5~50。

按式估算径向固结系数： 22
909090
0.335h R R C T t T == 式中 C h ----固结系数,cm 2/s;
R----螺旋承压板半径,cm;
t 90----固结度达的所需时间,s;
T 90----相应于固结度的时间因数, T 90=0.355;。