平板動力載荷試驗技術標準

編制說明《平板動力載荷試驗技術標準》DBJ/T×××－20**，經(jīng)廣東省住房和城鄉(xiāng)建設廳202X年XX月XX日以第XXX號公告批準、發(fā)布。本標準編制過程中，編制組對平板動力載荷試驗技術發(fā)展進行了廣泛的調查與研究，總結了平板動力載荷試驗的實踐經(jīng)驗，同時參考了國內外的先進技術、方法標準，通過調研、征求意見，對制訂的內容進行反復討論、分析、論證，開展專題研究和工程實例驗證等工作，為本次標準制訂提供了依據(jù)。為便于廣大檢測、監(jiān)測、設計、施工、監(jiān)理、科研、學校等單位有關人員在使用本標準時能正確理解和執(zhí)行條文規(guī)定，《平板動力載荷試驗技術標準》編制組按章、節(jié)、條順序編制了本規(guī)程的條文說明，對條文規(guī)定的目的、依據(jù)以及執(zhí)行中需注意的有關事項進行了說明。但是，本條文說明不具備與標準正文同等的法律效力，僅供使用者作為理解和把握標準規(guī)定的參考。

目次1總則 282術語和符號 303基本規(guī)定 313.1一般規(guī)定 313.2自由落體式平板動力載荷試驗及檢測 323.3附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗及檢測 323.4驗證檢測與擴大檢測 334自由落體式平板動力載荷試驗 344.1一般規(guī)定 344.2儀器設備及其安裝 344.3現(xiàn)場檢測 344.4檢測數(shù)據(jù)分析與判定 345附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗 365.1一般規(guī)定 365.2儀器設備及其安裝 365.3現(xiàn)場檢測 365.4檢測數(shù)據(jù)分析與判定 37附錄C電磁附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗準備步驟 391總則1.0.1土建工程中，地基平板載荷試驗是地基工程性質評定中的基本手段與檢測要求，檢測的主要指標是地基的承載力特征值和變形模量。一直以來，采用靜力平板載荷試驗方法進行檢測，所測量的變形參數(shù)僅是靜態(tài)參數(shù)，不能反映動態(tài)荷載下地基的動態(tài)響應性狀。隨著科學技術進步，利用平板動力載荷試驗技術進行動態(tài)參數(shù)檢測得以實現(xiàn)，而保證與提高動力檢測的質量和檢測結果評價的可靠性，才能確保地基工程質量與安全。借助科技發(fā)展，順應時代要求，滿足國民經(jīng)濟及工程建設發(fā)展的需要，進行國際上首部此類標準編制，十分必要且影響深遠。1.0.2平板動力載荷試驗適用范圍十分廣泛，本標準側重于建筑和市政工程領域平板動力載荷試驗及地基（含路基）質量檢測，交通、鐵路、電力、港口等工程的地基驗收檢測，單位工程和驗收批劃分以及抽檢數(shù)量應根據(jù)工程實際情況確定，檢測方法可按本標準執(zhí)行。1.0.3傳統(tǒng)的“平板載荷試驗（PLT）”是指對地基表面逐級施加豎向靜態(tài)壓力，測量載荷與位移隨時間的變化，以確定地基承載能力與變形參數(shù)的一種試驗方法。該傳統(tǒng)平板載荷試驗所施加的僅為靜態(tài)壓力，不同于與本標準方法的動態(tài)壓力特征，故本標準在傳統(tǒng)的“平板載荷試驗”術語中需要加上“靜力”以示區(qū)別?；谧鹬貥I(yè)界傳統(tǒng)習慣的考慮，本標準將“靜力”加在“平板載荷試驗”前面而不是加在其中“載荷”的前面。靜力平板載荷試驗須提供反力，如堆預制的混凝土壓塊等，因而所需作業(yè)空間大，在一些狹小空間如基坑、隧道內難以實施，平板動力載荷試驗可作為靜力平板載荷試驗有效替代試驗。由于平板動力載荷試驗檢測方法較快速簡便，故還可作為地基工程質量檢測的一種普查手段。平板動力載荷試驗所測動態(tài)變形模量、動態(tài)承載力特征值與靜力平板載荷試驗的靜態(tài)變形模量、靜態(tài)承載力特征值存在對應關系，本編制組做了大量對比試驗研究，典型土地基的對應結果如表1所示。

表1典型土層地基靜力平板載荷試驗與平板動力載荷試驗結果關系對照表試驗場地及土類、動靜試驗對比數(shù)量動力組數(shù)/靜力組數(shù)附加激發(fā)力平板動力載荷試驗靜力平板載荷試驗Eid,m/E0fd,ak/fakEid,m/MPafd,ak/kPa沖擊力Pd/kNE0/MPafak/kPa寶鋼湛江鋼鐵；湛江組黏土地基6/6145.26554.88525316.677204.168.712.72東莞市松山湖；全風化花崗巖地基3/1348.231144.2323069.28244.005.034.69深圳長圳公共住房建設工程地基2/2120.75588.6826034.27225.53.522.61廣州增城仙村閥站；粉質、砂質黏土地基3/1318.40722.2136517.7916017.904.51深圳新安職院；含礫粉質黏土地基3/1141.50558.6234814.382209.842.54深圳中山大學校門診樓；含礫粉質黏土地基；2/1147.45687.6935027.412005.383.44深圳中山大學文科樓（靜力承載力特征值100kPa）含礫粉質黏土地基；2/1188.19934.8037321.972008.574.67深圳中山大學文科樓（靜力承載力特征值300kPa）強風化泥質粉砂巖地基3/1363.501332.0937644.24300.008.224.44東莞婦女兒童中心；基坑內砂質黏土天然地基2/185.09376.243504.139520.603.962術語和符號2.1.1~2.1.3半無限體只在一個方向有界面，其余方向皆為無窮大；這是一個力學中的概念。從力學及其應用來看，在半無限體界面豎向力作用下的解構成了幾乎所有接觸問題包括平板載荷試驗結果分析的基礎。對于工程，就可接受的誤差而言，地基完全可視為半無限體，其表面即為半無限體界面，故半無限體界面在本標準中可指實際工程中的地基表面。動態(tài)變形模量與動態(tài)承載力特征值的定義依據(jù)荷載與受力狀態(tài)特征給出，并與靜力平板載荷試驗相關術語在力學內涵上保持一致。電磁附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗技術可測出地基土的力與變形的全過程動態(tài)響應，該過程不同階段呈現(xiàn)明顯的不同力學特性，各階段響應特征對工程設計及質量評價都有不可忽略影響，因此區(qū)分出三種不同階段的動態(tài)變形模量，以為科學設計及質量評價提供更充分依據(jù)。s為實測的承壓板瞬態(tài)沉降值。2.1.4~2.1.7電磁附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗技術可進行各種動態(tài)參數(shù)及其隨時間變化的測試，這些術語對此作了基本的相應描述。3基本規(guī)定3.1一般規(guī)定3.1.2對動力載荷作用較多的區(qū)域、設計認為重要的部位、局部巖土特性復雜可能影響施工質量的區(qū)域，可作為地基工程質量靜力平板載荷試驗的補充手段，用以地基工程質量檢測；作為在狹小空間等情況下難以實施靜力平板載荷試驗時的替代試驗；對地基面積較大的工程，可作為地基工程質量檢測的一種普查手段。對于一定的沖擊力，不同剛度的介質有不同的動應力響應，剛度越大，動應力值越大。對于標準自由落體式平板動力載荷試驗Evd，按照在剛性基礎上標定載荷板下最大沖擊力計算得到最大動應力100kPa，根據(jù)實測，剛度較小及柔性基礎或地基的動應力值會大幅度降低。3.1.3框圖3.1.3是檢測機構應遵循的檢測工作基本程序。實際執(zhí)行檢測程序中，由于不可預知的原因，如委托要求的變化、現(xiàn)場調查情況與委托方介紹的不符，實施時發(fā)現(xiàn)原確定的檢測方法難以滿足檢測目的的要求，或在現(xiàn)場檢測尚未全部完成就已發(fā)現(xiàn)質量問題而需要進一步排查，都可能使原檢測方案中的抽檢數(shù)量、受檢位置、檢測方法發(fā)生變化。驗證檢測和擴大檢測宜重新進行委托。重新檢測包括兩種情況，一是重新選擇檢測方法進行檢測，以滿足檢測目的的規(guī)定，此時應該從制定檢測方案開始；二是檢測方法不變，對檢測對象進行再次檢測或重新選擇檢測對象再進行檢測，以滿足檢測數(shù)量的規(guī)定，此時不需要再制定檢測方案，從檢測準備工作開始。3.1.4、3.1.5《廣東省建設工程質量管理條例》規(guī)定，建設單位按照有關規(guī)定組織制定工程質量檢測方案，委托具有相應資質的工程質量檢測單位進行工程質量檢測。檢測技術方案可能需要與委托方或設計方共同協(xié)商制定，尤其是確定的受檢檢測點應具有代表性。制定檢測技術方案時，只能根據(jù)已有工程實踐經(jīng)驗初步確定檢測方法，但在具體工程中，所選擇的檢測方法能否滿足委托方的要求，往往還需要根據(jù)現(xiàn)場檢測效果進行評價和判斷。由于地質條件的復雜性、工法及施工工藝的差別，可能會出現(xiàn)檢測方法不能滿足檢測目的的情況，主要有兩種情形，一是檢測深度未滿足要求，二是檢測對象與檢測方法不相適應。因此，本標準明確規(guī)定，如果檢測技術方案中確定的檢測方法不能滿足檢測目的時，應重新選擇檢測方法并重新制定檢測技術方案。收集資料時地基土體基本物理力學指標參數(shù)必須包括泊松比。3.1.6檢測數(shù)量參考靜力平板載荷試驗，鑒于平板動力載荷試驗快速方便，建議按普查性質的檢測數(shù)量為每300m2不應少于1個點，且不得少于5點。3.2自由落體式平板動力載荷試驗及檢測3.2.1、3.2.2平板載荷試驗的檢測深度與荷載、平板尺寸和被測介質性質等有關。對于確定的平板尺寸及測試點位，該檢測深度主要與荷載有關。大量試驗與編制組試驗驗證表明，最大沖擊力為7.07kN、承壓板直徑300mm的標準自由落體式平板動力載荷試驗檢測深度約為1.5倍承壓板直徑；對于該類其他沖擊力與承壓板直徑的，目前尚未有足夠的有關檢測深度的測試數(shù)據(jù)，故其檢測深度應通過實測確定。3.3附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗及檢測3.3.1如第3.2.1、3.2.2條文說明所示，對于確定的平板尺寸及測試點位，平板載荷試驗的檢測深度主要與荷載有關。編制組關于砂性土、黏性土與軟土等地基的試驗均表明：承壓板直徑300mm，最大沖擊力為300kN、450kN的附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗，對應可檢測的土質地基深度約為5倍、6倍承壓板直徑。當沖擊力進一步加大，或采用更大直徑的平板時，目前尚未有足夠的有關檢測深度的測試數(shù)據(jù)，故其檢測深度應通過實測確定。3.3.3附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗技術可提供較大的動力荷載，故可通過分別測試豎向增強體與其周邊土的動態(tài)變形模量與動態(tài)承載力特征值來評價受影響范圍內復合地基性狀。其試驗及性狀評價方法與靜力平板載荷下單樁（墩）復合地基平板荷載試驗及評價方法相同，即將豎向抗壓載荷試驗與周邊土平板載荷試驗相結合進行綜合評價。3.4驗證檢測與擴大檢測3.4.1驗證檢測目的是確認檢測結論的可靠性，宜以驗證檢測結論為驗收依據(jù)。3.4.4當檢測結果有爭議時，表明情況比較復雜，進行驗證檢測和首次擴大抽檢后，應從各方面綜合考察與評價檢測結果，并確定合適的處理方案。4自由落體式平板動力載荷試驗4.1一般規(guī)定4.1.1當被測體中顆粒尺寸過大，所測結果受單顆粒性狀影響過大，難以反映被測介質整體力學響應及性狀參數(shù)。4.1.2本標準所指標準自由落體式平板動力載荷試驗是指落錘質量為10kg，剛性基礎上所測最大沖擊力為7.07kN、載荷脈沖寬度為（18ms±2）ms的試驗。4.1.4當采用非標準自由落體式平板動力載荷試驗進行檢測時，應實測最大沖擊力，并宜在剛性基礎上進行，同時測定載荷脈沖寬度。最大沖擊力與落距、載荷脈沖寬度宜形成對應關系，以便于應用。4.2儀器設備及其安裝4.2.2當采用非標準自由落體式平板動力載荷試驗進行檢測時，應設置可靠的固位與導向裝置，保證落錘沖擊承載板的荷載與標定時一致。4.2.4最大沖擊力和載荷脈沖寬度是通過在剛性基礎上標定得到。當采用非標準的落錘及落距進行試驗時，應確定相應的測試影響深度、載荷脈沖寬度、沉降測量范圍與動態(tài)變形模量的測量范圍。4.3現(xiàn)場檢測4.3.1在實測中，為了防止承載板在振動時將細砂噴出，可采用一定措施加以防止，如可在細砂表面適當潤濕或采用粗砂。儀器要求導向桿與荷載板保持垂直，要求測試面與承載板底面完全密貼。4.3.2、4.3.3進行三次預沖擊的目的是消除人為產生的對地基原狀態(tài)擾動的影響。4.4檢測數(shù)據(jù)分析與判定4.4.1基于廣東省內工程場地地基土實測結果，并參考《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（2009年版）第10.2.5條、《地基動力特性測試規(guī)范》GB/T50269-2015第8.5.4條條文說明、《建筑地基檢測技術規(guī)范》JGJ340-2015第4.4.6條、《水運工程巖土勘察規(guī)范》JTS133-2013第14.2.4.3條，編制組進行綜合研究得到表4.4.1所示結果，其中各類土泊松比的中間值與《巖土工程勘察規(guī)范》GB50021-2001（2009年版）給出的單一固定值一致。5附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗5.1一般規(guī)定5.1.2附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗可獲得沖擊荷載下地基動力及位移響應全過程信息，反映地基復雜的動態(tài)力學性狀。本標準主要提供試驗深度內地基動態(tài)變形模量、動態(tài)承載力特征值確定方法及計算公式，若需要其他振動參數(shù)確定方法，可參考有關固體（含巖土）動力學文獻資料。5.2儀器設備及其安裝5.2.1附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗測試設備由附加激發(fā)力加載裝置、承壓板、載荷與位移測量及采集系統(tǒng)三部分組成。測試儀快速校核方法為：設置測試參數(shù)，使沖擊桿（錘）以最大速度撞擊承壓板，通過荷載測量系統(tǒng)得到荷載時程曲線（P-t曲線）；然后以沖擊桿（錘）為對象，利用動量定理反算沖擊桿（錘）接觸但未開始撞擊承壓板的瞬時速度，該計算值與儀器說明書中的標準值進行對比，誤差不應大于5%。5.2.4動力平板載荷試驗應力率大，荷載作用時間短，壓電式壓力傳感器滿足高頻率采樣要求，宜予采用。壓力傳感器應具有足夠高的采樣頻率并結構堅固、剛度大。壓電式壓力傳感器與控制裝置連接時應采用低噪聲電纜及牢固接口，注意保護好傳感器接口，防止或減少沖擊力作用下對接口的可能損壞，避免用力拔、扯、拽低噪聲電纜；同時保管及使用傳感器時應采取必要的防潮、防水措施，如使用干燥劑和塑料薄膜等。實際測試表明，通常情況下位移傳感器最大量程不宜小于30mm；當測試回彈性大的飽和黏性土時，其最大量程不宜小于40mm。5.3現(xiàn)場檢測5.3.2預壓是指測取試驗數(shù)據(jù)前，將試點處受擾動的地基土恢復至原始狀態(tài)的自由落體沖擊荷載的施加。對于10kg標準質量的沖擊桿（錘），附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗自由落距為（85±2）cm。根據(jù)實測經(jīng)驗，一般土體預壓兩次較客觀反映地基土體性狀；但對于極低滲透性飽和黏性土或“橡皮土”地基，由于很容易或已達到作用能量飽和，不宜進行自由落體運動的預壓。5.3.3由于平板動力載荷試驗的沖擊能量較高，隨著沖擊試驗次數(shù)增加，會使原狀土體被加固甚至破壞，所以在同一試驗點的合理試驗次數(shù)對于得到真實反映原狀土體的動態(tài)參數(shù)是至關重要的。當出現(xiàn)測試結果差異大的情況，應檢查分析及判斷引起差異過大的原因。若為地基土本身的空間變異性造成，應采用該試驗結果，但可在荷載作用影響外的附近適當增加測試點位，以判斷空間變異性的影響及其范圍；若為人為操作引起的差異，則不應采用試驗結果，而須在荷載作用影響外的附近增補測試點位。5.4檢測數(shù)據(jù)分析與判定5.4.1荷載時程曲線起跳點是指荷載作用下該曲線呈現(xiàn)的力響應的初始點。因所采集原始數(shù)據(jù)為電壓（V），故在進行荷載數(shù)據(jù)整理時，為了將電壓轉換為沖擊力，電壓數(shù)據(jù)需乘以電荷轉化器的標定系數(shù)K（kN/V）。5.4.2位移時程曲線起跳點是指荷載作用下該曲線呈現(xiàn)的位移響應的初始點。在進行位移數(shù)據(jù)整理時，需要注意以下幾方面：1去毛刺。由于電子位移測量系統(tǒng)產生噪聲毛刺，所以宜使用有關方法如Savitzky-Golay法等去除數(shù)據(jù)毛刺，使目標曲線光滑并能夠保留其原始特征；2因所采集原始數(shù)據(jù)為電壓（V），為了將電壓轉換為位移（沉降），電壓數(shù)據(jù)需乘以位移傳感器的標定系數(shù)L（mm/V）。5.4.3土體在受到荷載尤其是沖擊荷載作用時位移（沉降）的變化具有明顯的滯后效應，依據(jù)作用效應的對應性原理，在繪制P-s曲線時應遵循3個原則：1位移、荷載起跳點相對應；2位移、荷載最大值相對應；3位移量和相對應的荷載量所對應的時間分別占各自達到峰值時長的比例相同。由比例關系QUOTERiRi乘以荷載峰值對應時間tpm，所得的QUOTERiRi?tpm對應壓力值即為QUOTEPi，SiPi，通常壓力峰值前的P-t曲線為線性，故可直接按（5.4.3-2）計算QUOTEPi，SiPi。5.4.4、5.4.5動態(tài)P-s曲線反映的是土體受到?jīng)_擊作用時壓縮階段的變形特性，根據(jù)動態(tài)P-s曲線的特點，定義3種變形模量EidQUOTEEid（下標中QUOTEii為英文單詞impact的首字母，表示平板動力荷載試驗儀所提供的荷載為沖擊荷載，下標d為英文單詞dynamic的首字母）用以反映土體受到?jīng)_擊荷載后不同階段的變形特性：初始變形模量QUOTEEid,iEid,i下標中第2個QUOTEii為英文單詞initial的首字母；線性或近線性段動態(tài)變形模量Eid,l下標中l(wèi)為英文單詞linear的首字母；平均變形模量QUOTEEid,mEid,m下標m為英文單詞mean的首字母。應變率效應系數(shù)QUOTEα（ε）與土性相關，通常為應變率對數(shù)的函數(shù)；例如，根據(jù)原位實測及分析，對于砂性土，該關系為QUOTEα（ε）=alnε+b，其中系數(shù)a=2.33，b=21.41；黏性土也呈現(xiàn)相近似的關系?！督ㄖ鼗A設計規(guī)范》GB50007-2011中，由靜力平板載荷試驗試驗確定承載力特征值的方法有兩類，一類是強度控制原則，另一類是相對沉降控制原則。多數(shù)土體的靜力平板載荷試驗的P-s曲線都缺乏明顯的直線段比例界限，因而采用了相對沉降控制原則s/d這一比值來確定地基承載力的特征值，而且該相對沉降比值是經(jīng)驗性較強的數(shù)值；上述國家規(guī)范（附錄）與《建筑地基檢測技術規(guī)范》JGJ/304-2015均為s/d=0.01~0.015，《建筑地基基礎檢測規(guī)范》DBJ/T15-60-2019取s/d=0.007~0.015（含復合地基）。由上可見，由于強度控制確定較難實施的特點，即破壞加載量過大難以實現(xiàn)和大多數(shù)靜載試驗曲線不出現(xiàn)明顯特征拐點，因而實踐中常采用相對沉降控制法確定承載力特征值。鑒于相對沉降控制方法具有相當?shù)目茖W性和客觀性，同時土體的動態(tài)力學響應較靜態(tài)快，一般的動態(tài)變形模量是靜態(tài)變形模量的數(shù)倍至10倍之間，故按此比例并參照取靜態(tài)承載力特征值的取法如表5.4.5，用于確定土體在沖擊載荷作用下的承載能力。大量試驗表明，采用該相對沉降控制法及比例取法，靜、動參數(shù)之間具有科學合理的對應性。附錄C電磁附加激發(fā)力式平板動力載荷試驗準備步驟C.0.1關于承壓板、荷載傳感器的安放作如下說明：1承壓板是試驗的基本部件之一，其安放質量影響試驗的結果，故應注意：對于低壓縮性土，鋪砂的主要作用為找平，鋪砂厚度宜小于5mm；對于高壓縮性土，鋪砂的作用除找平外，還為被測試土層提供承載面層，保證承壓板在測試前不因自重而產生較大沉陷，即為高壓縮性土提供穩(wěn)定的測試平面，所以鋪砂厚度在20mm左右為宜。壓電式壓力傳感器連接后，將承壓板放置于待測試的地面，為避免承壓板受到?jīng)_擊時受力不均勻和跳動，需使用水平尺在2個相互垂直的方向調節(jié)承壓板，使之水平。2壓電式壓力傳感器通常安裝在承壓板的凹槽內，阻尼墊的功能為調節(jié)沖擊載荷的作用時間，同時可保護傳感器以延長其使用壽命；根據(jù)所期望的沖擊載荷作用時間，選擇阻尼墊類型及厚度，可采用環(huán)氧板作為阻尼墊。同時，使用一段時間后須對傳力柱上下端面、凹槽底座表面平整光滑度進行檢查，以保證與傳感器表面具有良好的接觸端面。C