巖土工程勘察第3章-載荷試驗t圖文豐富

第３章載荷試驗主講：崔德山目錄１.概述２.試驗的基本原理與儀器設備３.試驗技術要求與操作步驟４.試驗資料整理與應用５.螺旋板載荷和水平載荷試驗簡介６.動載荷試驗７.工程實例８.下節(jié)課——靜力觸探試驗1.概述載荷試驗（LoadingTest）是在現(xiàn)場用一個剛性承壓板逐級加荷，測定天然地基或復合地基的變形隨荷載的變化，借以確定地基承載力的試驗。實際上是模擬建筑物地基基礎在受荷條件下工程性能的一種現(xiàn)場模型試驗。分類：淺層平板載荷（３m，水上）；深層平板載荷（３m，水下）；螺旋板載荷；動載荷1.概述國內(nèi)平板載荷試驗主要技術要點依不同的規(guī)范所要求不一樣：《巖土工程勘察規(guī)范》《建筑地基基礎設計規(guī)范》《巖土靜力載荷試驗規(guī)程》載荷試驗目的（１）確定地基土的比例界限壓力、破壞壓力，評定地基土的承載力；（２）確定地基土的變形模量；（３）估算地基土的不排水抗剪強度；（４）確定地基土基床反力系數(shù)；（５）地基處理效果檢測和測定樁的極限承載力。２.試驗的基本原理與儀器設備由典型的平板載荷試驗得到的壓力—沉降曲線（P-s曲線）可以分為三個階段。

(1)直線變形階段:當壓力小于比例極限壓力P0時，P-s呈直線關系;(2)剪切變形階段:當壓力大于P0而小于極限壓力pu時，P-s關系由直線變?yōu)榍€關系;(3)破壞階段:當壓力大于極限壓力pu時，沉降急劇增大。２.試驗的基本原理與儀器設備試驗表明，P-s曲線直接反映土體所受的應力狀態(tài)。在直線變形階段，受荷土體中任意點產(chǎn)生的剪應力小于土體的抗剪強度，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，Ｐ-s關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)土體承受的剪應力達到了或超過了土的抗剪強度，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，在滑動土體內(nèi)各點的剪應力均達到或超過土體的抗剪強度。２.試驗的基本原理與儀器設備淺層平板載荷試驗的試驗設備由加荷系統(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要求有所不同。對于一般粘性土地基，常用面積為0.5m2的圓形或方形承壓板;對于碎石類土,承壓板直徑(或寬度)應為最大碎石直徑的10-20倍;對于巖石類土，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。2.2.2反力系統(tǒng)載荷試驗的反力可以由重物、地錨單獨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)。2.2.3量測系統(tǒng)統(tǒng)位移量測測系統(tǒng)包包括基準準梁和位位移測量量元件.基準梁的的支撐柱柱應離承承壓板和和地錨(如果采用用地錨提提供反力力)一定的距距離，以以避免地地表變形形對基準準梁的影影響。位位移測量量元件可可以采用用百分表表或位移移傳感器器。３.試驗技術術要求與與操作步步驟3.1試驗技術術要求對于淺層層平板載載荷試驗驗，應當當滿足以以下技術術要求。。1.試坑的尺尺寸及要要求淺層平板板載荷試試驗的試試坑寬度度或直徑徑不應小小于承載載板寬度度或直徑徑的三倍倍。試坑坑底部的的巖土應應避免擾擾動，保保持其原原狀結構構和天然然濕度，，在承壓壓板下鋪鋪設不超超過20mm的砂墊層層并找平平,之后盡快快安裝設設備;2.承載板的的尺寸載荷試驗驗宜采用用圓形剛剛性承載載板，根根據(jù)土的的軟硬或或巖體裂裂隙密度度選用合合適的尺尺寸;對于淺層層平板載載荷試驗驗，承壓壓板面積積不應小小于0.25m2,當在軟土土和粒徑徑較大的的填土上上進行試試驗時，，承載板板尺寸不不應小于于0.5m2。3.1試驗技術術要求3.加載方式式載荷試驗驗的加載載方式一一般采用用分級維維持荷載載沉降相相對穩(wěn)定定法(通常稱為為慢速法法);有地區(qū)經(jīng)經(jīng)驗時，，也可采采用分級級加荷沉沉降非穩(wěn)穩(wěn)定法(通常稱為為快速法法)或等沉降降速率法法。關于于加荷等等級的劃劃分，一一般取10-12級，并不不小于8級。最大大加載量量不應小小于地基基土承載載力設計計值的兩兩倍，荷荷載的量量測精度度控制在在士1%。加荷原則則：第一一級為坑坑底原有有重力，，后每級級按：中中低壓縮縮性土50kPa，高壓縮縮性土25kPa，特軟土土為10kPa試驗土層特征每級荷載增量（kPa）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堅硬粘性土；密實砂土50-1003.1試驗技術術要求4.沉降觀測測根據(jù)國標標《巖土工程程勘察規(guī)規(guī)范》，當采用用慢速法法時，對對于土體體，每級級荷載施施加后，，間隔:5min,5min,10min,10min,15min,15min測讀一次次沉降，，以后間間隔30min測讀一次次沉降。。當連續(xù)續(xù)2h每小時沉沉降量不不大于0.1mm時，認為為沉降已已達到相相對穩(wěn)定定標準，，可施加加下一級級荷載;當試驗驗對象象是巖巖體時時、間間隔1min，2min，2min，5min測讀一一次沉沉降，，以后后侮隔隔10min測讀一一次，，.當連續(xù)續(xù)三次次讀數(shù)數(shù)之差差小于于0.01mm時，認認為沉沉降已已達到到相對對穩(wěn)定定標準準，可可施加加下一一級荷荷載。。采用快快速法法時，，每加加一級級荷載載按間間隔15min觀測一一次沉沉降。。每級級荷載載維持持2h，即可可施加加下一一級荷荷載。。最后后一級級荷載載可觀觀測至至沉降降達到到相對對穩(wěn)定定標準準或仍仍維持持2h。當采用用等沉沉降速速率法法時，，控制制承壓壓板以以一定定的沉沉降速速率沉沉降，，測讀讀與沉沉降相相應的的所施施加的的荷載載，直直至土土體達達破壞壞狀態(tài)態(tài)。5.試驗終終止條條件一般應應盡可可能進進行到到試驗驗土層層達到到破壞壞階段段，然然后終終止試試驗。。當出出現(xiàn)下下列情情況之之一時時，可可認為為己達達破壞壞階段段，并并可終終止試試驗。。(1)承載板板周邊邊的土土出現(xiàn)現(xiàn)明顯顯側向向擠出出，或或出現(xiàn)現(xiàn)明顯顯隆起起，或或徑向向裂縫縫持續(xù)續(xù)發(fā)展展;(2)本級荷荷載的的沉降降量大大于前前級荷荷載沉沉降量量的5倍，荷荷載與與沉降降關系系曲線線出現(xiàn)現(xiàn)明顯顯下降;（3）在某某級荷荷載下下，24h沉降速速率不不能達達到相相對穩(wěn)穩(wěn)定標標準;（4）總沉沉降量量與承承載板板直徑徑(或邊長長)之比超超過0.063.2試驗操操作步步驟1.試驗設設備的的安裝裝這里以以地錨錨反力力系統(tǒng)統(tǒng)為例例加以以敘述述。(1)下地錨錨:在確定定試坑坑位置置后，，根據(jù)據(jù)計劃劃使用用地錨錨的數(shù)數(shù)量(4只或6只)，以試試坑中中心為為中心心點對對稱布布置地地錨。。各個個地錨錨的深深度要要一致致，一一般下下在較較硬地地層為為好，，可以以提供供較大大的反反力。。(2)挖試坑坑:根據(jù)固固定好好的地地錨位位置來來復測測試坑坑位置置，開開挖試試坑的的邊長長（或或直徑徑）不不應小小于承承壓板板邊長長或直直徑的的3倍，開開挖至至試驗驗深度度。(3)放置承承壓板板:在試坑坑中心心根據(jù)據(jù)承壓壓板的的大小小鋪設設不超超過20mm厚度的的砂墊墊層并并找平平。然然后小小心平平放承承壓板板，防防止斜斜角著著地。。(4)千斤頂頂和測測力計計的安安裝:以承壓壓板為為中心心，依依次放放置千千斤頂頂、測測力計計和分分力帽帽，使使其重重心保保持在在一條條直線線上。。(5)橫梁和和連接接件的的安裝裝:通過連連接件件將次次梁安安裝在在地錨錨上，，以承承壓板板為中中心將將主梁梁通過過連接接件安安裝在在次梁梁上，，形成成反力力系統(tǒng)統(tǒng)。(6)沉降測測量系系統(tǒng)的的安裝裝:打設支支撐柱柱，安安裝測測量橫橫桿、、固定定百分分表或或位移移傳感感器，，形成成完整整的沉沉降量量測系系統(tǒng)。。3.2試驗操操作步步驟2.試驗步步驟(1)加荷操操作:加荷等等級一一般分分10-12級，并并不小小于8級。最最大加加載雖雖不應應小于于地基基承載載力設設計值值的2倍，荷荷載的的量測測精度度控制制在士士1%。加荷荷必須須按照照預先先規(guī)定定的級級別進進行。。第一一級荷荷載需需要加加上設設備的的質量量并減減去挖挖掉土土的自自重。。所加加荷重重是通通過事事先標標定好好的測測力計計百分分表的的讀數(shù)數(shù)反映映出來來的，，因此此，必必須預預先根根據(jù)標標定曲曲線或或表格格計算算出預預定的的荷重重所對對應的的百分分表讀讀數(shù)。。(2)穩(wěn)壓操操作:每級荷荷重下下都必必須保保持穩(wěn)穩(wěn)壓，，由于于加壓壓后地地基沉沉降、、設備備變形形和地地錨受受力拔拔起等等原因因，都都會引引起荷荷重的的降低低，必必須及及時觀觀察測測力計計百分分表指指針的的變動動，并并通過過千斤斤頂不不斷地地補壓壓，使使荷重重保持持相對對穩(wěn)定定。（3）沉降降觀測測:采用慢慢速法法時，，對于于土體體，每每級荷荷載施施加后后。間間隔:5min,5min,10min,10min,15min,15min測讀一一次沉沉降，，以后后間隔隔30min測讀一一次沉沉降，，當連連續(xù)2h每小時時沉降降量不不大于于0.1mm時，認認為沉沉降已已達到到相對對穩(wěn)定定標準準。施施加下下一級級荷載載，直直至達達到試試驗終終止條條件。。(4)試驗觀觀測與與記錄錄:在試驗驗過程程中，，必須須始終終按規(guī)規(guī)定將將觀測測數(shù)據(jù)據(jù)記錄錄在載載荷試試驗記記錄表表中。。試驗驗記錄錄是載載荷試試驗中中最重重要的的第一一手資資料，，必須須正確確記錄錄，并并嚴格格校對對。４.試驗資資料整整理與與應用用4.1試驗資資料整整理載荷試試驗的的最后后成果果是通通過對對現(xiàn)場場原始始試驗驗數(shù)據(jù)據(jù)進行行整理理、依依據(jù)現(xiàn)現(xiàn)有的的規(guī)范范或規(guī)規(guī)定作作出的的。其其中最最重要要的原原始試試驗記記錄是是載荷荷試驗驗沉降降觀測測記錄錄表，，不僅僅記錄錄沉降降，還還記錄錄了荷荷載等等級和和其他他與載載荷試試驗相相關的的信息息，如如載荷荷板尺尺寸、、載荷荷點試試驗深深度等等。靜力載荷試試驗資料整整理分以下下幾個步驟驟:1.繪制P-s曲線根據(jù)載荷試驗驗沉降觀測原原始記錄，將將（P,s）點繪在厘米米坐標紙上。。2.P-s曲線的修正如果原始P-s曲線的直線段段延長線不通通過原點(0,0)，則需對P-s曲線進行修正正。可采用兩兩種方法進行行修正：(1)圖解法；（2）最小二乘法法3.繪制s-lgt曲線在單對數(shù)坐標標紙上繪制每每級荷載下的的s-lgt曲線。同時需需要標明每根根曲線的荷載載等級，荷載載單位kPa。4.繪制lgP-lgs曲線在雙對數(shù)坐標標紙上繪制lgP-lgs曲線，注意標標明坐標名稱稱和單位。４.試驗資料整理理與應用4.2成果應用1.確定地基的承承載力在資料整理的的基礎上，應應根據(jù)P-s曲線拐點，必必要時結合s-lgt曲線的特征，，確定比例界界限壓力和極極限壓力。但但P-s關系呈緩變曲曲線時，可取取對應于某一一相對沉降值值(即s/b,b為承壓板直徑徑或邊長)的壓力評定地地基的承載力力。1)拐點法如果拐點明顯顯，直接從P-s曲線上確定拐拐點作為比例例界限、并取取該比例界限限所對應的荷荷載值作為地地基承載力特特征值。2)極限荷載法先確定極限荷荷載，當極限限荷載小于對對應的比例界界限的荷載值值的2倍時，取極限限荷載的一半半作為地基承承載力特征值值。3）相對沉降法法當按上述兩種種方法不能或或不易確定地地基承載力時時，在P-s曲線上取s/b(相對沉降)為一定值所對對應的荷載為為地基承載力力特征值。按按GB50021-2002規(guī)范，當承壓壓板面積為0.25-0.50m2時，可取s/b=0.01-0.015所對應的荷載載作為地基承承載力特征值值。但其值不不應大于最大大加載量的一一半。４.試驗資料整理理與應用2.確定地基的變變形模量1）對于各向同同性地基，當當?shù)乇頍o超載載時(相當于承載板板置于地表)，按下式計算算:E0＝I0K（1-μ2）d2)對于各向同性性地基，當?shù)氐乇碛谐d時時(相當于靠近地地表、在地表表以下一定深深度處進行試試驗)，可按下式計計算。E0=I0I1K(1-μ2)d式中d—承壓板直徑〔或方形承壓板板邊長);I0—承壓板位于表表面的影響系系數(shù)，對于圓圓形承壓板，，I0＝0.785,對于方形承壓壓板，I0=0.886I1—承壓板埋深z時的修正系數(shù)數(shù)。當z<d時，I1=1-(0.27d/z);當z>d時，I1=0.5+(0.23d/z)K—P-s關系曲線直線線段的斜率;μ—土的泊松比。。４.試驗資料整理理與應用3.確定地基的基基床反力系數(shù)數(shù)依據(jù)平板載荷荷試驗P-s曲線直線段的的斜率，可以以直接確定載載荷試驗基床床反力系數(shù)。。依據(jù)國標《巖上工程勘察察規(guī)范》，當采用邊長長為30cm的平板載荷試試驗時?？筛鶕?jù)下式確定定Kvkv=P/s如果P-s曲線初始無直直線段，則P可取極限壓力力之半，s為相應于該P值的沉降量。。由荷載試驗求求得的基床反反力系數(shù)Kv,按下式換算成成基準基床反反力系數(shù)Kv1:對于粘性土：：Kv1=3.28bKv對于砂土：Kv1=4b2kv/(b+0.305)４.試驗資料整理理與應用4.平板載荷試驗驗的其他應用用如評價地基不不排水抗剪強強度，預枯地地基最終沉降降量和檢驗地地基處理效果果是否達到地地基承載力的的設計值。注意事項儀器安裝一定定要仔細，千千斤頂、測力力計、承壓板板等一定要在在一條軸線上上；加壓時一定要要均勻，避免免用力過猛。。加壓過程中中要隨時觀察察，有無傾斜斜過大、地錨錨拔出等現(xiàn)象象；不要超負荷加加壓，以免損損壞儀器。注意實驗過程程中的安全。。５.螺旋板載荷試試驗簡介螺旋板載荷試試驗是將一螺螺旋形承壓板板旋入地下試試驗深度，通通過傳力桿對對螺旋板施加加荷載，觀測測螺旋板的沉沉降，以獲得得荷載——沉降——時間關系。然然后根據(jù)理論論公式或經(jīng)驗驗關系式獲得得地基土參數(shù)數(shù)的一種原位位測試。通過過螺旋板試驗驗?？梢源_定定地基的承載載力、變形模模量、基床反反系數(shù)和固結結系數(shù)等參數(shù)數(shù)。５.螺旋板載荷試試驗簡介螺旋板載荷試試驗適用于地地下水位以下下一定深度處處的砂土、軟軟粘性土、一一般粘性土和和硬粘性土層層。螺旋板旋旋入土中會引引起一定的土土體擾動、但但若適當選擇擇軸徑、板徑徑、螺距等參參數(shù)，并保持持螺旋板板頭頭的旋入進尺尺與螺距一致致、保持與土土接觸面光滑滑，可使擾動動減小到合理理的程度。螺旋板載荷試試驗要求承壓壓板應有足夠夠的剛度，板板頭而積可以以為100cm2、200cm2和500cm2。螺旋板載荷試試驗的加荷方方式、加荷等等級以及試驗驗結束條件均均與平板載荷荷試驗一樣。。試驗方法同同樣有慢速法法、快速法和和等沉降速率率法。螺旋板載荷試試驗P-s曲線和s-lgt曲線與試驗土土層的土性之之間的理論關關系與平板載載荷試驗有所所不同。如P-s曲線上的特征征值除了比例例界限和極限限壓力之外，，還有初始壓壓力P0(定義為P-s曲線直線段的的起點)。在理論上，，p0相當于試驗深深度處上覆土土層的自重壓壓力?？砂崖萋菪遢d荷試試驗假設為一一剛性圓板作作用在均質各各向同性的彈彈性半無限體體的內(nèi)部(圓板埋置深度度大于6倍板徑)，對于P-s曲線的直線段段，可采用彈彈性理論來分分析壓力與沉沉降之間的關關系水平載荷試驗驗1.單樁水平載荷荷試驗2.地基土水平平載荷試驗６.動載荷試驗７.工程實例2009年4月28日，對西壩Ⅱ-7地塊經(jīng)濟適用用房水岸天成成項目地基基基礎進行單樁樁豎向抗壓靜靜載荷試驗。。根據(jù)設計要求求其單樁豎向向抗壓承載力力特征值為2500kN，公司技術人人員通過計算算堆載量后得得知，需將其其樁上施加最最大壓力為5000kN，即500噸，又考慮到到試驗的安全全系數(shù)，最終終將堆載重量量定為600噸，這是迄今今為止葛洲壩壩城區(qū)堆載噸噸位最大的一一次。K-30型平板載荷測測定儀平板載