10.1載荷試驗(yàn)(巖土工程)解析課件

1、10.1載荷試驗(yàn)第1頁，共39頁。目錄.概述.試驗(yàn)的基本原理與儀器設(shè)備.試驗(yàn)技術(shù)要求與操作步驟.試驗(yàn)資料整理與應(yīng)用.螺旋板載荷和水平載荷試驗(yàn)簡介.動(dòng)載荷試驗(yàn).工程實(shí)例第2頁，共39頁。1. 概述載荷試驗(yàn)（Loading Test）是在現(xiàn)場用一個(gè)剛性承壓板逐級(jí)加荷，測定天然地基或復(fù)合地基的變形隨荷載的變化，借以確定地基承載力的試驗(yàn)。實(shí)際上是模擬建筑物地基基礎(chǔ)在受荷條件下工程性能的一種現(xiàn)場模型試驗(yàn)。分類：淺層平板載荷（m，水上）；深層平板載荷（m，水下） ；螺旋板載荷；動(dòng)載荷第3頁，共39頁。國內(nèi)平板載荷試驗(yàn)主要技術(shù)要點(diǎn)依不同的規(guī)范所要求不一樣：巖土工程勘察規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范巖土靜力載荷試驗(yàn)

2、規(guī)程第4頁，共39頁。載荷試驗(yàn)?zāi)康模ǎ┐_定地基土的比例界限壓力、破壞壓力，評(píng)定地基土的承載力；（）確定地基土的變形模量；（）估算地基土的不排水抗剪強(qiáng)度；（）確定地基土基床反力系數(shù)；（）地基處理效果檢測和測定樁的極限承載力。第5頁，共39頁。.試驗(yàn)的基本原理與儀器設(shè)備由典型的平板載荷試驗(yàn)得到的壓力沉降曲線（P-s曲線）可以分為三個(gè)階段。 (1)直線變形階段:當(dāng)壓力小于比例極限壓力P0時(shí)，P-s呈直線關(guān)系;(2)剪切變形階段:當(dāng)壓力大于P0而小于極限壓力pu時(shí)，P-s關(guān)系由直線變?yōu)榍€關(guān)系;(3)破壞階段:當(dāng)壓力大于極限壓力pu時(shí)，沉降急劇增大。第6頁，共39頁。.試驗(yàn)的基本原理與儀器設(shè)備試驗(yàn)表明

3、，P-s曲線直接反映土體所受的應(yīng)力狀態(tài)。在直線變形階段，受荷土體中任意點(diǎn)產(chǎn)生的剪應(yīng)力小于土體的抗剪強(qiáng)度，土的變形主要由土中空隙的減少而引起，土體變形主要是豎向壓縮。在剪切變形階段，-s關(guān)系曲線的斜率隨壓力P的增大而增大，土體除了豎向壓縮之外。在承壓板的邊緣已有小范圍內(nèi)土體承受的剪應(yīng)力達(dá)到了或超過了土的抗剪強(qiáng)度，并開始向周圍土體發(fā)展。變形由土體的豎向壓縮和土粒的剪切變位同時(shí)引起。在破壞階段，即使壓力不再增加，承壓板仍不斷下沉。土體內(nèi)部形成連續(xù)的滑動(dòng)面，在承壓板周圍土體發(fā)生隆起及環(huán)狀或放射狀裂隙，此時(shí)，在滑動(dòng)土體內(nèi)各點(diǎn)的剪應(yīng)力均達(dá)到或超過土體的抗剪強(qiáng)度。第7頁，共39頁。淺層平板載荷試驗(yàn)的試驗(yàn)設(shè)備

4、由加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)和量測系統(tǒng)三部分組成。2.2.1 加荷系統(tǒng)加荷系統(tǒng)包括承壓板和加荷裝置。所施加的荷載通過承壓板傳遞給地基土。承壓板一般采用圓形和矩形的剛性板，承壓板的尺寸根據(jù)地基土的類型和試驗(yàn)要求有所不同。對(duì)于一般粘性土地基，常用面積為0. 5m2的圓形或方形承壓板;對(duì)于碎石類土,承壓板直徑(或?qū)挾?應(yīng)為最大碎石直徑的10-20倍;對(duì)于巖石類土，承壓板的面積以0.1m2為宜。加荷裝置總體上可分為重物加荷裝置和千斤頂加荷裝置。第8頁，共39頁。第9頁，共39頁。2.2.2 反力系統(tǒng)載荷試驗(yàn)的反力可以由重物、地錨單獨(dú)或地錨與重物共同提供，由地錨(或重物)和梁架組合成穩(wěn)定的反力系統(tǒng)。第10頁，共

5、39頁。2.2.3 量測系統(tǒng)位移量測系統(tǒng)包括基準(zhǔn)梁和位移測量元件.基準(zhǔn)梁的支撐柱應(yīng)離承壓板和地錨(如果采用地錨提供反力)一定的距離，以避免地表變形對(duì)基準(zhǔn)梁的影響。位移測量元件可以采用百分表或位移傳感器。第11頁，共39頁。.試驗(yàn)技術(shù)要求與操作步驟 3.1 試驗(yàn)技術(shù)要求 對(duì)于淺層平板載荷試驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)滿足以下技術(shù)要求。 1.試坑的尺寸及要求 淺層平板載荷試驗(yàn)的試坑寬度或直徑不應(yīng)小于承載板寬度或直徑的三倍。試坑底部的巖土應(yīng)避免擾動(dòng)，保持其原狀結(jié)構(gòu)和天然濕度，在承壓板下鋪設(shè)不超過20mm的砂墊層并找平,之后盡快安裝設(shè)備; 2.承載板的尺寸 載荷試驗(yàn)宜采用圓形剛性承載板，根據(jù)土的軟硬或巖體裂隙密度選用合適

6、的尺寸;對(duì)于淺層平板載荷試驗(yàn)，承壓板面積不應(yīng)小于0.25m2,當(dāng)在軟土和粒徑較大的填土上進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，承載板尺寸不應(yīng)小于0.5m2。第12頁，共39頁。3.1 試驗(yàn)技術(shù)要求 3.加載方式 載荷試驗(yàn)的加載方式一般采用分級(jí)維持荷載沉降相對(duì)穩(wěn)定法(通常稱為慢速法);有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，也可采用分級(jí)加荷沉降非穩(wěn)定法(通常稱為快速法)或等沉降速率法。關(guān)于加荷等級(jí)的劃分，一般取10-12級(jí)，并不小于8級(jí)。最大加載量不應(yīng)小于地基土承載力設(shè)計(jì)值的兩倍，荷載的量測精度控制在士1%。 加荷原則：第一級(jí)為坑底原有重力，后每級(jí)按：中低壓縮性土50kPa，高壓縮性土25kPa，特軟土為10kPa試驗(yàn)土層特征每級(jí)荷載增量（kPa

7、）軟塑粘土；稍密砂土10-25可塑硬塑粘性土、粉土；中密砂土25-50堅(jiān)硬粘性土；密實(shí)砂土50-100第13頁，共39頁。3.1 試驗(yàn)技術(shù)要求 4.沉降觀測 根據(jù)國標(biāo)巖土工程勘察規(guī)范，當(dāng)采用慢速法時(shí)，對(duì)于土體，每級(jí)荷載施加后，間隔:5min,5min,10min,10min,15min,15min測讀一次沉降，以后間隔30min測讀一次沉降。當(dāng)連續(xù)2h每小時(shí)沉降量不大于0.1mm時(shí)，認(rèn)為沉降已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，可施加下一級(jí)荷載;當(dāng)試驗(yàn)對(duì)象是巖體時(shí)、間隔1min，2min，2min，5min測讀一次沉降，以后侮隔10min測讀一次，.當(dāng)連續(xù)三次讀數(shù)之差小于0.01mm時(shí)，認(rèn)為沉降已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)

8、準(zhǔn)，可施加下一級(jí)荷載。 采用快速法時(shí)，每加一級(jí)荷載按間隔15min觀測一次沉降。每級(jí)荷載維持2h，即可施加下一級(jí)荷載。最后一級(jí)荷載可觀測至沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)或仍維持2h。 當(dāng)采用等沉降速率法時(shí)，控制承壓板以一定的沉降速率沉降，測讀與沉降相應(yīng)的所施加的荷載，直至土體達(dá)破壞狀態(tài)。 5.試驗(yàn)終止條件 一般應(yīng)盡可能進(jìn)行到試驗(yàn)土層達(dá)到破壞階段，然后終止試驗(yàn)。當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可認(rèn)為己達(dá)破壞階段，并可終止試驗(yàn)。 (1)承載板周邊的土出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出，或出現(xiàn)明顯隆起，或徑向裂縫持續(xù)發(fā)展; (2)本級(jí)荷載的沉降量大于前級(jí)荷載沉降量的5倍，荷載與沉降關(guān)系曲線出現(xiàn)明顯下降;（3）在某級(jí)荷載下，24h沉降速率

9、不能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn); （4）總沉降量與承載板直徑(或邊長)之比超過0.06第14頁，共39頁。3.2 試驗(yàn)操作步驟 1.試驗(yàn)設(shè)備的安裝 這里以地錨反力系統(tǒng)為例加以敘述。 (1)下地錨:在確定試坑位置后，根據(jù)計(jì)劃使用地錨的數(shù)量(4只或6只)，以試坑中心為中心點(diǎn)對(duì)稱布置地錨。各個(gè)地錨的深度要一致，一般下在較硬地層為好，可以提供較大的反力。 (2)挖試坑:根據(jù)固定好的地錨位置來復(fù)測試坑位置，開挖試坑的邊長（或直徑）不應(yīng)小于承壓板邊長或直徑的3倍，開挖至試驗(yàn)深度。 (3)放置承壓板:在試坑中心根據(jù)承壓板的大小鋪設(shè)不超過20mm厚度的砂墊層并找平。然后小心平放承壓板，防止斜角著地。 (4)千斤頂和測力

10、計(jì)的安裝:以承壓板為中心，依次放置千斤頂、測力計(jì)和分力帽，使其重心保持在一條直線上。 (5)橫梁和連接件的安裝:通過連接件將次梁安裝在地錨上，以承壓板為中心將主梁通過連接件安裝在次梁上，形成反力系統(tǒng)。 (6)沉降測量系統(tǒng)的安裝:打設(shè)支撐柱，安裝測量橫桿、固定百分表或位移傳感器，形成完整的沉降量測系統(tǒng)。第15頁，共39頁。3.2 試驗(yàn)操作步驟 2. 試驗(yàn)步驟 (1)加荷操作:加荷等級(jí)一般分10-12級(jí)，并不小于8級(jí)。最大加載雖不應(yīng)小于地基承載力設(shè)計(jì)值的2倍，荷載的量測精度控制在士1%。加荷必須按照預(yù)先規(guī)定的級(jí)別進(jìn)行。第一級(jí)荷載需要加上設(shè)備的質(zhì)量并減去挖掉土的自重。所加荷重是通過事先標(biāo)定好的測力計(jì)

11、百分表的讀數(shù)反映出來的，因此，必須預(yù)先根據(jù)標(biāo)定曲線或表格計(jì)算出預(yù)定的荷重所對(duì)應(yīng)的百分表讀數(shù)。 (2)穩(wěn)壓操作:每級(jí)荷重下都必須保持穩(wěn)壓，由于加壓后地基沉降、設(shè)備變形和地錨受力拔起等原因，都會(huì)引起荷重的降低，必須及時(shí)觀察測力計(jì)百分表指針的變動(dòng)，并通過千斤頂不斷地補(bǔ)壓，使荷重保持相對(duì)穩(wěn)定。 （3）沉降觀測:采用慢速法時(shí)，對(duì)于土體，每級(jí)荷載施加后。間隔:5min, 5min, 10min,10min,15min,15min測讀一次沉降，以后間隔30min測讀一次沉降，當(dāng)連續(xù)2h每小時(shí)沉降量不大于0.1mm時(shí)，認(rèn)為沉降已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)。施加下一級(jí)荷載，直至達(dá)到試驗(yàn)終止條件。 (4)試驗(yàn)觀測與記錄:在

12、試驗(yàn)過程中，必須始終按規(guī)定將觀測數(shù)據(jù)記錄在載荷試驗(yàn)記錄表中。試驗(yàn)記錄是載荷試驗(yàn)中最重要的第一手資料，必須正確記錄，并嚴(yán)格校對(duì)。第16頁，共39頁。.試驗(yàn)資料整理與應(yīng)用 4.1 試驗(yàn)資料整理 載荷試驗(yàn)的最后成果是通過對(duì)現(xiàn)場原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、依據(jù)現(xiàn)有的規(guī)范或規(guī)定作出的。其中最重要的原始試驗(yàn)記錄是載荷試驗(yàn)沉降觀測記錄表，不僅記錄沉降，還記錄了荷載等級(jí)和其他與載荷試驗(yàn)相關(guān)的信息，如載荷板尺寸、載荷點(diǎn)試驗(yàn)深度等。 靜力載荷試驗(yàn)資料整理分以下幾個(gè)步驟: 1.繪制P-s曲線 根據(jù)載荷試驗(yàn)沉降觀測原始記錄，將（P,s）點(diǎn)繪在厘米坐標(biāo)紙上。 2. P-s曲線的修正 如果原始P-s曲線的直線段延長線不通過原點(diǎn)

13、(0,0)，則需對(duì)P-s曲線進(jìn)行修正?？刹捎脙煞N方法進(jìn)行修正：(1)圖解法；（2）最小二乘法 3.繪制s-lgt曲線 在單對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制每級(jí)荷載下的s-lgt曲線。同時(shí)需要標(biāo)明每根曲線的荷載等級(jí)，荷載單位kPa。 4.繪制lgP-lgs曲線 在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上繪制lgP-lgs曲線，注意標(biāo)明坐標(biāo)名稱和單位。第17頁，共39頁。.試驗(yàn)資料整理與應(yīng)用4.2 成果應(yīng)用 1.確定地基的承載力 在資料整理的基礎(chǔ)上，應(yīng)根據(jù)P-s曲線拐點(diǎn)，必要時(shí)結(jié)合s-lgt曲線的特征，確定比例界限壓力和極限壓力。但P-s關(guān)系呈緩變曲線時(shí)，可取對(duì)應(yīng)于某一相對(duì)沉降值(即s/b,b為承壓板直徑或邊長)的壓力評(píng)定地基的承載力。

14、1)拐點(diǎn)法 如果拐點(diǎn)明顯，直接從P-s曲線上確定拐點(diǎn)作為比例界限、并取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值作為地基承載力特征值。 2)極限荷載法 先確定極限荷載，當(dāng)極限荷載小于對(duì)應(yīng)的比例界限的荷載值的2倍時(shí)，取極限荷載的一半作為地基承載力特征值。 3）相對(duì)沉降法 當(dāng)按上述兩種方法不能或不易確定地基承載力時(shí)，在P-s曲線上取s/b(相對(duì)沉降)為一定值所對(duì)應(yīng)的荷載為地基承載力特征值。按GB50021-2002規(guī)范，當(dāng)承壓板面積為0.25-0.50m2時(shí)，可取s/b=0.01-0.015所對(duì)應(yīng)的荷載作為地基承載力特征值。但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。第18頁，共39頁。 2.確定地基的變形模量 1）對(duì)于各向同

15、性地基，當(dāng)?shù)乇頍o超載時(shí)(相當(dāng)于承載板置于地表)，按下式計(jì)算: E0I0K（1-2）d 2)對(duì)于各向同性地基，當(dāng)?shù)乇碛谐d時(shí)(相當(dāng)于靠近地表、在地表以下一定深度處進(jìn)行試驗(yàn))，可按下式計(jì)算。 E0=I0I1K(1- 2)d式中d承壓板直徑或方形承壓板邊長); I0 承壓板位于表面的影響系數(shù)，對(duì)于圓形承壓板，I00.785,對(duì)于方形承壓板，I0=0.886 I1 承壓板埋深z時(shí)的修正系數(shù)。當(dāng)zd時(shí)，I1=0.5+(0.23d/z) K P-s關(guān)系曲線直線段的斜率; 土的泊松比。第19頁，共39頁。 3.確定地基的基床反力系數(shù) 依據(jù)平板載荷試驗(yàn)P-s曲線直線段的斜率，可以直接確定載荷試驗(yàn)基床反力系數(shù)。

16、依據(jù)國標(biāo)巖上工程勘察規(guī)范，當(dāng)采用邊長為30cm的平板載荷試驗(yàn)時(shí)?？筛鶕?jù)下式確定Kv kv=P/s如果P-s曲線初始無直線段，則P可取極限壓力之半，s為相應(yīng)于該P(yáng)值的沉降量。由荷載試驗(yàn)求得的基床反力系數(shù)Kv,按下式換算成基準(zhǔn)基床反力系數(shù)Kv1:對(duì)于粘性土：Kv1=3.28bKv對(duì)于砂土：Kv1=4b2kv/(b+0.305)第20頁，共39頁。 4.平板載荷試驗(yàn)的其他應(yīng)用 如評(píng)價(jià)地基不排水抗剪強(qiáng)度，預(yù)枯地基最終沉降量和檢驗(yàn)地基處理效果是否達(dá)到地基承載力的設(shè)計(jì)值。第21頁，共39頁。注意事項(xiàng)儀器安裝一定要仔細(xì)，千斤頂、測力計(jì)、承壓板等一定要在一條軸線上；加壓時(shí)一定要均勻，避免用力過猛。加壓過程中要

17、隨時(shí)觀察，有無傾斜過大、地錨拔出等現(xiàn)象；不要超負(fù)荷加壓，以免損壞儀器。注意實(shí)驗(yàn)過程中的安全。第22頁，共39頁。.螺旋板載荷試驗(yàn)簡介 螺旋板載荷試驗(yàn)是將一螺旋形承壓板旋入地下試驗(yàn)深度，通過傳力桿對(duì)螺旋板施加荷載，觀測螺旋板的沉降，以獲得荷載沉降時(shí)間關(guān)系。然后根據(jù)理論公式或經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式獲得地基土參數(shù)的一種原位測試。通過螺旋板試驗(yàn)?？梢源_定地基的承載力、變形模量、基床反系數(shù)和固結(jié)系數(shù)等參數(shù)。 第23頁，共39頁。螺旋板載荷試驗(yàn)適用于地下水位以下一定深度處的砂土、軟粘性土、一般粘性土和硬粘性土層。螺旋板旋入土中會(huì)引起一定的土體擾動(dòng)、但若適當(dāng)選擇軸徑、板徑、螺距等參數(shù)，并保持螺旋板板頭的旋入進(jìn)尺與螺距一

18、致、保持與土接觸面光滑，可使擾動(dòng)減小到合理的程度。螺旋板載荷試驗(yàn)要求承壓板應(yīng)有足夠的剛度，板頭而積可以為100cm2、200cm2和500cm2。螺旋板載荷試驗(yàn)的加荷方式、加荷等級(jí)以及試驗(yàn)結(jié)束條件均與平板載荷試驗(yàn)一樣。試驗(yàn)方法同樣有慢速法、快速法和等沉降速率法。螺旋板載荷試驗(yàn)P-s曲線和s-lgt曲線與試驗(yàn)土層的土性之間的理論關(guān)系與平板載荷試驗(yàn)有所不同。如P-s曲線上的特征值除了比例界限和極限壓力之外，還有初始?jí)毫0(定義為P-s曲線直線段的起點(diǎn))。在理論上，p0相當(dāng)于試驗(yàn)深度處上覆土層的自重壓力?？砂崖菪遢d荷試驗(yàn)假設(shè)為一剛性圓板作用在均質(zhì)各向同性的彈性半無限體的內(nèi)部(圓板埋置深度大于6倍

19、板徑)，對(duì)于P-s曲線的直線段，可采用彈性理論來分析壓力與沉降之間的關(guān)系第24頁，共39頁。水平載荷試驗(yàn)1.單樁水平載荷試驗(yàn) 2.地基土水平載荷試驗(yàn)第25頁，共39頁。.動(dòng)載荷試驗(yàn)第26頁，共39頁。.工程實(shí)例2009年4月28日，對(duì)西壩-7地塊經(jīng)濟(jì)適用房水岸天成項(xiàng)目地基基礎(chǔ)進(jìn)行單樁豎向抗壓靜載荷試驗(yàn)。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求其單樁豎向抗壓承載力特征值為2500kN，公司技術(shù)人員通過計(jì)算堆載量后得知，需將其樁上施加最大壓力為5000 kN，即500噸，又考慮到試驗(yàn)的安全系數(shù)，最終將堆載重量定為600噸，這是迄今為止葛洲壩城區(qū)堆載噸位最大的一次。第27頁，共39頁。K-30型平板載荷測定儀平板載荷試驗(yàn)、淺層平板載荷試驗(yàn)、靜載荷試驗(yàn)、載荷試驗(yàn)該儀器適用于粗、細(xì)粒土和土填壓實(shí)后的路基等的地基系數(shù)的測試，也可以用于計(jì)算均勻地基土的變形模量主要技術(shù)參數(shù):1、荷載板直徑: 300mm；2、千斤頂加載能力范圍: 030T；3、千斤項(xiàng)行程: 120mm；4、測橋跨度