第二章-平板載荷試驗(yàn)

第二章載荷試驗(yàn)1第二章—平板載荷試驗(yàn)主要內(nèi)容

一、概述二、試驗(yàn)設(shè)備與方法三、基本測(cè)試原理

四、試驗(yàn)資料整理與應(yīng)用

五、其它類型載荷試驗(yàn)2第二章—平板載荷試驗(yàn)一、概述1、載荷試驗(yàn)：載荷試驗(yàn)（PlateLoadTest，簡(jiǎn)稱PLT）是在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)一個(gè)剛性承壓板逐級(jí)加荷，測(cè)定天然地基、單樁或復(fù)合地基的沉降隨荷載的變化，借以確定它們承載能力的原位測(cè)試方法。第二章—平板載荷試驗(yàn)一、概述2、載荷試驗(yàn)分類：1.按承壓板的形狀分：平板載荷試驗(yàn)和螺旋板載荷試驗(yàn)2.按承壓板設(shè)置深度分：淺層平板載荷試驗(yàn)和深層平板載荷試驗(yàn)。4第二章—平板載荷試驗(yàn)一、概述3、載荷試驗(yàn)的應(yīng)用：1.確定地基土的比例界限壓力、極限壓力；2.確定地基土的變形模量；3.估算地基土的不排水抗剪強(qiáng)度；4.確定地基土的基床反力系數(shù)；5.確定單樁、復(fù)合地基的極限承載力。5第二章—平板載荷試驗(yàn)一、概述4、載荷試驗(yàn)的適用范圍：適用范圍：各種地基土，包括是各種填土和含碎石的土。5、載荷試驗(yàn)的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：對(duì)地基土不產(chǎn)生擾動(dòng)，結(jié)果最可靠、最具有代表性，可直接用于工程設(shè)計(jì)。是確定承載力的最主要方法。缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴、費(fèi)時(shí)。6第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法（一）試驗(yàn)設(shè)備：載荷試驗(yàn)因試驗(yàn)土層軟硬程度、壓板大小和試驗(yàn)土層深度等不同，采用的測(cè)試設(shè)備有多種情況。大體可歸納為由承壓板、加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)、觀測(cè)系統(tǒng)四部分組成。7第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法（一）試驗(yàn)設(shè)備：各部分的主要功能：加荷系統(tǒng)控制并穩(wěn)定加荷的大小，通過反力系統(tǒng)反作用于承壓板，承壓板將荷載均勻傳遞給地基土，地基土的變形由觀測(cè)系統(tǒng)測(cè)定。1－載荷臺(tái)；2－鋼錠；3－混凝土平臺(tái)；4－測(cè)點(diǎn)；5－承壓板8第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法1、承壓板類型及尺寸：（1）承壓板的基本要求：材質(zhì)要求：承壓板可用混凝土、鋼筋混凝土、鋼板、鑄鐵板等制成，多以肋板加固的鋼板為主。剛度要求：具有足夠的剛度，不破損、不撓曲，壓板底部光平，尺寸和傳力重心準(zhǔn)確，搬運(yùn)和安置方便。形狀要求：可加工成正方形或圓形，其中圓形壓板受力條件較好，使用最多。9第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法1、承壓板類型及尺寸：（2）承壓板的尺寸：對(duì)于淺層平板載荷試驗(yàn)，承壓板尺寸不應(yīng)小于0.25m2。對(duì)均質(zhì)密實(shí)的土，可采用0.1m2。對(duì)軟土和人工填土，不應(yīng)小于0.5m2，可以更大一些。對(duì)于深層平板載荷試驗(yàn)，宜選用0.5m2或直徑80cm。對(duì)于巖石地基，承壓板面積可用0.07～0.1m2。對(duì)于碎石類土，承壓板直徑或邊長(zhǎng)應(yīng)大于碎石或卵石最大直徑的10倍。10第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法1、承壓板類型及尺寸：（3）承壓板試坑大?。簻\層平板載荷試驗(yàn)試坑的寬度至少應(yīng)等于承壓板邊長(zhǎng)或直徑的3倍；深層平板載荷試驗(yàn)試坑的寬度至少應(yīng)等于承壓板邊長(zhǎng)或直徑。11第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法2、加荷系統(tǒng)：加荷系統(tǒng)是指通過承壓板對(duì)地基施加荷載的裝置，主要有：堆重加荷裝置和千斤頂加荷裝置兩種。（1）堆重加荷裝置一般將砂袋、砌塊、鋼錠等重物，依次對(duì)稱置放在加荷臺(tái)上，逐級(jí)加荷。加荷操作要細(xì)心，對(duì)稱放置，不要偏壓。此類裝置費(fèi)時(shí)費(fèi)力且控制困難，但荷載穩(wěn)定。12第二章—平板載荷試驗(yàn)1－載荷臺(tái)；2－鋼錠；3－混凝土平臺(tái)；4－測(cè)點(diǎn)；5－承壓板13第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法2、加荷系統(tǒng)：（2）千斤頂加荷裝置根據(jù)試驗(yàn)要求，采用不同規(guī)格的手動(dòng)液壓千斤頂加荷，并配備不同量程的壓力表或測(cè)力計(jì)控制加荷值。千斤頂可采用一個(gè)或多個(gè)。要注意加荷穩(wěn)定，避免沖擊荷載。14第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法2、加荷系統(tǒng)：（2）千斤頂加荷裝置

1－千斤頂；2－地錨；3－桁架；4－立柱；

5－分立柱；6－拉桿15第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法3、反力系統(tǒng)：除堆重加荷方外，其他加荷系統(tǒng)都必須與反力系統(tǒng)相配合。反力系統(tǒng)主要有：錨固式、撐壁式和平洞式三種。錨固式反力系統(tǒng)鋼桁架式反力系統(tǒng)16第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法4、量測(cè)系統(tǒng)：量測(cè)系統(tǒng)包括：量測(cè)系統(tǒng)包括基準(zhǔn)梁，位移計(jì)，磁性表座，油壓表（測(cè)力環(huán)）。機(jī)械類位移計(jì)可采用百分表，其最小刻度0.01mm，量程一般為5~30mm，為常用儀表。電子類位移計(jì)一般具有量程大、無人為讀數(shù)誤差等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄和繪圖。油壓表一般為機(jī)械式，人工測(cè)讀。百分表磁性表座17第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法（二）試驗(yàn)方法：1、設(shè)備的安裝過程千分表18第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法（二）試驗(yàn)方法：2、設(shè)備的調(diào)試與注意事項(xiàng)（1）盡量避免測(cè)試面土體受到擾動(dòng)，否則土性會(huì)發(fā)生變化，影響測(cè)試精度。（2）安裝過程要精心，確保承壓板、反力系統(tǒng)和加荷系統(tǒng)的傳力重心在一條垂線或直線上，各部件連接牢固，但地基土不能受到預(yù)壓。（3）安裝量測(cè)系統(tǒng)時(shí)，變形觀測(cè)的基準(zhǔn)點(diǎn)要穩(wěn)定可靠，不受荷載板沉降的影響。除承壓板量測(cè)的百分表外，還應(yīng)在其兩側(cè)地面設(shè)置地面升降觀測(cè)點(diǎn)。（4）設(shè)備安裝好后，要進(jìn)行初步調(diào)試，使各部分處于最佳工作狀態(tài)。千分表19第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法（二）試驗(yàn)方法：3、加荷方式根據(jù)試驗(yàn)中加荷方式的快慢，可將載荷試驗(yàn)分為：常規(guī)載荷試驗(yàn)（慢速載荷試驗(yàn)）和快速載荷試驗(yàn)兩種。加荷等級(jí)和標(biāo)準(zhǔn)通常采用地基基本承載力的1/5或極限承載力的1/10作為試驗(yàn)中的實(shí)用值：

松軟土層：10～25kPa；中密土層：25～50kPa;密實(shí)土層：50～100kPa；碎石類土：100～200kPa;巖石地基：200～500kPa。加荷等級(jí)的劃分為10～12級(jí)，不應(yīng)小于8級(jí)，最大加載量不應(yīng)小于地基承載力設(shè)計(jì)值的2倍。千分表20第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法（二）試驗(yàn)方法：3、加荷方式（1）常規(guī)載荷試驗(yàn)常規(guī)載荷試驗(yàn)是逐級(jí)加荷，待各級(jí)荷載作用下的沉降達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后，再施加下一級(jí)荷載。土體：每級(jí)加載后，按時(shí)間間隔5、5、10、10、15、15min讀數(shù)，以后每隔30min讀數(shù)一次，當(dāng)連續(xù)2小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)的沉降量小于0.1mm時(shí)，認(rèn)為該級(jí)荷載下沉降已穩(wěn)定，可施加下一級(jí)荷載。千分表21第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法（二）試驗(yàn)方法：3、加荷方式（1）常規(guī)載荷試驗(yàn)巖石：每級(jí)加載后，按時(shí)間間隔1、2、2、5min讀數(shù)一次，以后每隔10min讀數(shù)一次，當(dāng)連續(xù)三次沉降量讀數(shù)差小于等于0.1mm時(shí)，認(rèn)為該級(jí)荷載下沉降已穩(wěn)定，可施加下一級(jí)荷載。千分表22第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法（二）試驗(yàn)方法：3、加荷方式（1）快速載荷試驗(yàn)

快速載荷試驗(yàn)是指加荷速率快，試驗(yàn)時(shí)間段，一般只需幾小時(shí)，而常規(guī)載荷試驗(yàn)一般需要2～3天，周期太長(zhǎng)?？焖佥d荷試驗(yàn)適用于巖石、碎石類土及粗砂地層。快速載荷仍是逐級(jí)加荷，前后兩級(jí)荷載的間隔是固定的，一般是10min，當(dāng)連續(xù)三次沉降量讀數(shù)差均不大于0.01mm時(shí)，認(rèn)為已穩(wěn)定。千分表23第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法（二）試驗(yàn)方法：

4、試驗(yàn)終止標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)終止：

（1）承壓板周圍巖土出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出現(xiàn)象，周邊巖土出現(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一級(jí)荷載沉降量的5倍，荷載－沉降(p-S)曲線出現(xiàn)明顯陡降。（3）在某級(jí)荷載下，24小時(shí)沉降速率不能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，還在繼續(xù)近似等速或加速發(fā)展。千分表24第二章—平板載荷試驗(yàn)二、試驗(yàn)設(shè)備與方法（二）試驗(yàn)方法：

4、試驗(yàn)終止標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)試驗(yàn)過程中，出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，試驗(yàn)應(yīng)終止：

（4）淺層載荷試驗(yàn)的總沉降量S與承壓板寬度b或直徑d之比已大于0.06～0.08；深層載荷試驗(yàn)用S/d=0.04。（5）當(dāng)達(dá)不到極限荷載時(shí)，最大壓力已達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)荷載的2倍或超過p-S曲線第一拐點(diǎn)至少三級(jí)荷載，其對(duì)應(yīng)的前一級(jí)荷載即定位極限荷載。千分表25第二章—平板載荷試驗(yàn)三、基本測(cè)試原理（一）基本測(cè)試原理：

平板載荷試驗(yàn)的理論依據(jù)，一般是假定地基為彈性半無限體（具有變形模量E0和泊松比v），按彈性力學(xué)的方法導(dǎo)出表面局部荷載作用下地基土的沉降量S計(jì)算公式。（1）豎向集中荷載作用時(shí)，地基中任一點(diǎn)的應(yīng)力為：千分表布辛納斯克的解答為：26第二章—平板載荷試驗(yàn)三、基本測(cè)試原理（一）基本測(cè)試原理：

（2）剛性壓板下的地基反力分布為：千分表理論公式為：27第二章—平板載荷試驗(yàn)三、基本測(cè)試原理（一）基本測(cè)試原理：

（3）根據(jù)土力學(xué)原理，剛性承壓板下計(jì)算地基沉降量的理論公式為：千分表圓形剛性壓板（D為直徑）：方形剛性壓板（B為邊長(zhǎng)）：28第二章—平板載荷試驗(yàn)三、基本測(cè)試原理（二）載荷試驗(yàn)的影響因素：

（1）預(yù)壓與荷載分級(jí)正式載荷試驗(yàn)之前的預(yù)置壓力，應(yīng)該等于承壓板處的上覆土層的有效應(yīng)力；預(yù)壓小于該應(yīng)力，可能低估極限承載力；預(yù)壓大于該應(yīng)力，可能高估極限承載力。按照最大加荷量的1/10～1/12進(jìn)行分級(jí)，則不同的分級(jí)方式得到的極限承載力可能不同。千分表29第二章—平板載荷試驗(yàn)三、基本測(cè)試原理（二）載荷試驗(yàn)的影響因素：

（2）加荷間歇時(shí)間與讀數(shù)時(shí)間間隔加荷速度的各級(jí)荷載之間時(shí)間間隔的長(zhǎng)短、同一荷載不同讀數(shù)時(shí)間間隔的長(zhǎng)短等等都會(huì)對(duì)極限承載力有一定的時(shí)間。千分表（3）加荷方法與荷載穩(wěn)定性通常快速法要比慢速發(fā)測(cè)得的地基承載力高由于土層具有松弛特性，使得手工施加荷載時(shí)，荷載的穩(wěn)定性較差，如果荷載變化大，則可能低估極限承載力。30第二章—平板載荷試驗(yàn)三、基本測(cè)試原理（二）載荷試驗(yàn)的影響因素：

（4）反力方式的影響不同的反力方式對(duì)試驗(yàn)結(jié)果也有一定的影響。如果錨樁或堆載支撐離承壓板較近，可能使承壓板附近土層受到擾動(dòng)，從而使極限承載力降低。

基準(zhǔn)梁放置位置離承壓板較近，則可能降低承壓板上百分表的位移讀數(shù)，從而增加極限承載力。千分表31第二章—平板載荷試驗(yàn)三、基本測(cè)試原理（二）載荷試驗(yàn)的影響因素：

（5）承壓板剛度的影響壓板的剛度會(huì)對(duì)地基反力的分布產(chǎn)生顯著的影響。當(dāng)壓板的剛度有限時(shí)，在中心荷載的作用下，基底壓力視壓板剛度而又不同的分布特征。但實(shí)際上，根據(jù)圣文南原理，當(dāng)一個(gè)力系作用于彈性介質(zhì)上，如其總量保持不變而僅只分布形式發(fā)生變化，那么受影響的部位僅局限于力系作用點(diǎn)的附近。所以，壓板剛度對(duì)地基變形的影響是有限的，但壓板剛度對(duì)位移測(cè)試結(jié)果的影響是顯而易見的。故荷載板必須有足夠的剛度。千分表32第二章—平板載荷試驗(yàn)三、基本測(cè)試原理（二）載荷試驗(yàn)的影響因素：

（6）承壓板的尺寸效應(yīng)承壓板的尺寸一般較小，其影響深度也是有限的。一般認(rèn)為，平板載荷試驗(yàn)只能反映2倍壓板寬度的深度以內(nèi)的土性。所以，壓板試驗(yàn)的壓板尺寸也不宜過小。特別是當(dāng)場(chǎng)地內(nèi)含有軟弱下臥層時(shí)。由試驗(yàn)得出的p~s曲線具有模型試驗(yàn)的特征，決不能代表基礎(chǔ)的荷載與沉降之間的關(guān)系，所求得的變形模量也決不能盲目地用于整個(gè)壓縮層。千分表33第二章—平板載荷試驗(yàn)四、試驗(yàn)資料的整理與應(yīng)用（一）試驗(yàn)資料的整理：

（1）原始數(shù)據(jù)的計(jì)算復(fù)核對(duì)位于承壓板上百分表的現(xiàn)場(chǎng)記錄讀數(shù)，求取其平均值，計(jì)算出各級(jí)荷載下各觀測(cè)時(shí)間的累計(jì)沉降量，對(duì)于監(jiān)測(cè)地面位移的百分表，分別計(jì)算出各地面百分表的累計(jì)升降量。經(jīng)確認(rèn)無誤后，可以繪制所需要的各種實(shí)測(cè)曲線，供進(jìn)一步分析之用。千分表34第二章—平板載荷試驗(yàn)四、試驗(yàn)資料的整理與應(yīng)用（一）試驗(yàn)資料的整理：

（2）異常數(shù)據(jù)處理所謂異常數(shù)據(jù)是指背離這一規(guī)律性的數(shù)據(jù)。比如p~s曲線上的某一點(diǎn)背離曲線很多，或隨著加載的進(jìn)行壓板變形過小甚至產(chǎn)生反方向的位移，油壓表或百分表的讀數(shù)產(chǎn)生跳躍等等。防止出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的方法：其措施是儀器儀表的保養(yǎng)維修、定期標(biāo)定并經(jīng)常檢查，試驗(yàn)過程中要經(jīng)常觀察，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，盡早排除設(shè)備故障，同時(shí)，壓板的選擇，基準(zhǔn)梁的選擇安裝等等都非常重要。千分表35第二章—平板載荷試驗(yàn)四、試驗(yàn)資料的整理與應(yīng)用（一）試驗(yàn)資料的整理：

（2）異常數(shù)據(jù)處理出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)怎么辦？在資料分析階段發(fā)現(xiàn)個(gè)別點(diǎn)據(jù)異常時(shí)，只要不對(duì)結(jié)果的判釋有太大的影響，可以將其舍去。若測(cè)試中的異常點(diǎn)過多，則該次試驗(yàn)為不合格，應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。千分表36第二章—平板載荷試驗(yàn)四、試驗(yàn)資料的整理與應(yīng)用（一）試驗(yàn)資料的整理：

（3）p-S曲線的繪制千分表ABC37第二章—平板載荷試驗(yàn)四、試驗(yàn)資料的整理與應(yīng)用（一）試驗(yàn)資料的整理：

（4）p-S曲線的修正千分表若繪出的p~S曲線的直線段不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，可按直線段的趨勢(shì)確定曲線的起始點(diǎn)，以便對(duì)p~S曲線進(jìn)行修正。圖解法：在按原始試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的P－S關(guān)系曲線上找出比例界限點(diǎn)。從比例界限點(diǎn)引一直線，使比例界限前的各沉降點(diǎn)均勻靠近直線，直線與縱坐標(biāo)交點(diǎn)的截距即為S0，將曲線整體平移S0即可。38第二章—平板載荷試驗(yàn)四、試驗(yàn)資料的整理與應(yīng)用（一）試驗(yàn)資料的整理：

（4）p-S曲線的修正千分表最小二乘法：39第二章—平板載荷試驗(yàn)四、試驗(yàn)資料的整理與應(yīng)用（二）試驗(yàn)資料的應(yīng)用：

（1）地基承載力的確定千分表（1）拐點(diǎn)法比例界限P0作為地基承載力的標(biāo)準(zhǔn)值或特征值。（2）極限荷載法

PU<2P0，極限荷載的一半作為地基承載力特征值。（3）相對(duì)沉降法對(duì)于緩變曲線，s/b為一定值時(shí)所對(duì)應(yīng)的荷載為地基承載力特征值。承壓板面積為0.25-0.50m2，砂土取s/b=0.01-0.015，粘土取s/b＝0.02。40第二章—平板載荷試驗(yàn)四、試驗(yàn)資料的整理與應(yīng)用（二）試驗(yàn)資料的應(yīng)用：

（2）地基變形模量的確定地基的變形模量確定可用下面的公式直接推到：圓形剛性壓板（D為直徑）：方形剛性壓板（B為邊長(zhǎng)）：41第二章—平板載荷試驗(yàn)四、試驗(yàn)資料的整理與應(yīng)用（二）試驗(yàn)資料的應(yīng)用：

（3）地基基床系數(shù)的確定

a、根據(jù)基床系數(shù)的定義確定：

b、

E0——為地基變形模量H——為地基壓縮層厚度，大基礎(chǔ)可取H＝（0.5~1）b;

中小基礎(chǔ)取H＝（0.7~1.5）b。42第二章—平板載荷試驗(yàn)四、試驗(yàn)資料的整理與應(yīng)用（二）試驗(yàn)資料的應(yīng)用：

（3）地基基床系數(shù)的確定

c、根據(jù)變形模量的公式確定：43第二章—平板載荷試驗(yàn)算例如載荷試驗(yàn)中采用直徑1.128m的圓形壓板，得出的p~s曲線如圖，已知壓板下的地基土較為均勻，其橫向變形系數(shù)可取為0.25。試根據(jù)該圖確定該地基土的極限荷載pl、承載力實(shí)測(cè)值f0、基床系數(shù)k和變形模量E0。44第二章—平板載荷試驗(yàn)解：按該圖得到A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載為350kPa，相應(yīng)的壓板沉降量為12.4mm，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載為500kPa。故得到地基土的比例界限為350kPa，極限荷載pl為500kPa。按規(guī)范的規(guī)定，因?yàn)楸壤缦薏皇呛芮逦?，而極限荷載容易