平板载荷试验的基本方法

如题所述

一、试验仪器设备

载荷测试设备由:①承压板;②加荷装置;③沉降观测装置等部件组成(图2-1)。

1.承压板

承压板是模拟基础传力给地基的设备,为了获得比较准确的地基测试参数,理论上承压板的刚度和尺寸应尽量与基础相近。在实测中,刚度相近比较容易达到,采用刚性大的加筋厚钢板或钢筋混凝土板即可;但承压板尺寸与实际基础相近则难于达到,由于整个地基土的测试面积太大,其上施加的总荷载势必加大,既造成试验设备庞大又使试验条件难以达到。而承压板面积太小,则影响地基土沉降量预测和极限荷载值的准确性。

图2-1 静力平板载荷试验系统

1—承压板;2—量测系统;3—堆载;4—地锚反力系统;5—载荷台;6—混凝土载荷台;7—桁架;8—千斤顶;9—反力拉杆;10—传力柱

国内外对承压板尺寸效应作了大量研究,当承压板面积在一定范围内时,沉降值S随承压板直径D增加而加大,但当承压板直径D过小,则出现沉降值S随D减小而增加的现象。而当承压板直径D大于一定值后,沉降值S随D值增加而加大的趋势变得不明显。处于上述两个明显转折点的承压板直径D值分别为30cm和50cm左右,这也是静力载荷试验中经常选用直径30~50cm承压板的原因。

承压板是平板载荷试验系统中的重要部件,一般为铸钢件。受现场条件限制,承压板也有采用现场混凝土浇筑和预制两种,其底面一般用厚钢板。对承压板的要求是:要有足够的刚度;满足在加荷过程中承压板本身的变形小;而且其中心和边缘不能产生弯曲和翘起的要求,故其形状一般为圆形(也可为方形)。根据经验,土质松软(如:软土、新近沉积土、人工杂填土)或上硬下软的双层地基土,宜采用较大尺寸;土质较硬时,承压板宜选用较小尺寸;对密实粘性土和砂土,承压板面积一般为1000~2500cm2;对一般土,承压板面积多采用2500~5000cm2

为计算方便,我们给出几种常用不同面积的圆形—方形承压板直径和边长换算值(表2-1)。

2.加荷装置

加荷装置包括:压力源(千斤顶、堆载物);载荷台架;反力构架等。加荷方式有两种,即:重物静力加荷和液压千斤顶加荷。

重物静力加荷法:在载荷台上放置重物(如钢锭、铅块、建筑砌块等),以此向地基土加荷载。此法虽显笨重,劳动强度大,但其荷载稳定,常在大荷载测试时采用。

表2-1 圆形—方形承压板直径和边长换算表

液压千斤顶反力加荷法:用液压千斤顶加荷,用地锚系统提供反力,其加荷控制及搬运方便,劳动强度相对较小,但可提供的反力有限,故适于小荷载测试。采用液压千斤顶加荷,必须注意两个问题:①液压千斤顶的行程必须满足地基沉降量的要求,必要时,可采用上、下两个千斤顶重叠放置,以增加液压千斤顶行程,来满足特殊地基沉降量要求;②地锚系统反力要大于最大加荷。由于受力后地锚上拔,设备本身变形,千斤顶漏油和承压板下沉,使试验过程中千斤顶的压力不易稳定,会出现压力减退现象。为保持相对恒压,一般采用千斤顶液压自动伺服系统,以保持压力稳定。

地锚系统、反力构架或载荷台架,其构件和总体组合强度不能过低,应是试验最大荷载1.5~2倍。

3.沉降量测系统

沉降量测系统由千分表(以前多使用指针式千分表,现在一般使用带计算机数据接口的电子千分表,既可以观测,又可以实现数据自动采集)及固定支架或沉降传感器及自动记录仪组成。其量测精度不应低于±0.01mm。

二、试验要点和要求

载荷试验设备重、部件多、试验周期长,因此,要格外注意人身和设备安全。不同类型的仪器都配有其性能和使用说明书,使用前应仔细阅读并要配有专人掌握使用。试验步骤如下:

1.检查仪器及配套件性能

试验前检查仪器设备的性能是否正常;准备好电源、照明和试验用的各种工具。

2.试验点选择

要考虑建筑物需要和地基土的特点以及场地条件,进行试验设计和选用适合的试验方式及其承压板面积。载荷试验宜采用圆形刚性承压板,根据土的软硬不同选用合适的尺寸:土的浅层平板载荷试验承压板面积不应小于2500cm2;对软土和粒径较大的填土不应小于5000cm2;土的深层平板载荷试验承压板面积宜选用5000cm2;试验点一般应布置在有代表性的地点、二级以上工程建筑物的重要部位、地基土主要持力层及能够发挥地基潜力的关键土层上。每个场地的试验点不宜少于3个,当场地内土体不均时,应适当增加。

3.开挖试坑

浅层平板载荷试验的试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的3倍;深层平板载荷试验的试井直径应等于承压板直径。当试井直径大于承压板直径时,紧靠承压板周围土的高度不应小于承压板直径;当挖至距试验深度15~20cm处预留防扰动保护层,停止快速开挖,用平铲修整至测试深度后,在承压板下铺设不超过20mm的砂垫层找平,要求尽快安装试验设备,并减少对土的扰动。

4.安装设备

现以拉锚(杆)式千斤顶加荷静力平板载荷试验系统为例,简要介绍试验系统的安装:

(1)确定建筑场地中的试验点位置,标出试验点的中心位置。要求试验点以2m为半径的场地平整,以便操作和保证有足够和均衡的反力;

(2)按照地锚水平拉杆长度,确定各个地锚安装位置并组织安装。安装地锚时,逐一安装地锚水平拉杆并紧固之。施工时,切忌雨水流入试坑。一般应先架设防雨、防晒帐篷,并在帐篷外挖好排水沟;

(3)按要求开挖试坑、取样;平整坑底并在承压板下铺设不超过20mm的砂垫层找平;

(4)用拉线法找出试验中心点,安装承压板(应使承压板轻轻就位,既要水平,又要垂直、居中,最终通过传力柱把试验施加的载荷呈中心荷载方式作用在承压板上)→安装位移传感器→千斤顶→传力柱和拉杆帽→在地锚和传力柱间安装反力拉杆并使之均匀受力→安装电子千分表;

(5)进行试验前的全面检查,确认没有问题后,便可开始试验。

试验须填写原始记录(表2-2):

表2-2 浅层平板载荷原位试验记录表

(1)加荷方式:载荷试验加荷方式应采用分级维持荷载沉降相对稳定法(常规慢速法)。有地区经验时,可采用分级加荷沉降非稳定法(快速法)或等沉降速率法。加荷等级宜取10~12级,不应少于8级,荷载量测精度不应低于最大荷载的± 1%;

对慢速法,当试验对象为土体时,每级荷载施加后,以间隔5min、5min、10min、10min、15min、15min测读一次沉降,以后每间隔30min测读一次沉降;当连续两小时每小时沉降量都小于0.1mm时,可认为沉降已达相对稳定标准,可施加下一级荷载。

按照经验,各类土的加荷等级增量,可参考表2-3。

(2)最终荷载的确定:应根据试验目的、设备条件等而定。如:为了确定地基变形参数、比例界限承载力,或因设备条件限制,则在比例界限压力点出现后,再加压2~3级即可终止;又如,在设备条件允许情况下,为确定地基土承载力,最好做到破坏阶段,以求出地基的极限荷载值。

表2-3 各类土加荷等级增量表

(3)终止试验条件:当出现下列现象之一者即可认为地基土达到破坏阶段,并可终止试验:①承压板周边的土出现明显侧向挤出,周边土出现明显隆起或径向裂缝持续发展;②本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍,荷载与沉降曲线出现明显陡降;③在某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准;④总沉降量与承压板直径(或宽度)之比超过0.06。

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