平板静力载荷试验成果应用

一、确定地基承载力特征值

地基承载力特征值fak(characteristic value of subgrade bearing capacity)特指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线，线性变形内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。

1拐点判别法

根据拐点型荷载—沉降曲线的特点，其比例界限值的所处位置情况，进行如下判定：

(1)当极限荷载点Pu与比例界限点P0，相距较远(一般认为Pu/P0≥2)，且P0以后的曲线曲率变化呈舒缓状的，一般以P0为地基承载力特征值(fak)。此时地基土的强度能完全满足工程设计要求，而且地基在此荷载范围内的地基变形量也能充分保证建筑物的变形要求。地基土即使偶受超载，由其超载引起的变形也基本上以弹性变形为主，不会危及建筑物安全。常见的这类地基土，多为密实砂土、硬塑以上的粘性土等。

(2)当极限荷载点Pu与比例界限点P0，相距较近(一般认为Pu/P0＜2)，且P0以后的曲线曲率变化呈陡降状的(一般多为脆性破坏类型的土，如某些黄土、红土等)，若以P0为地基承载力特征值，就不能满足建筑物的地基强度和建筑物的变形安全要求，此时，地基承载力特征值fak建议取值为：

fak= (国家《建筑地基基础设计规范》〈GB50007—2002〉推荐) (2-18)

视建筑物的不同设计和使用要求，在确定地基土的地基承载力特征值fak时，应根据实际情况对地基承载力特征值在P0附近进行符合实际情况的调整，如：对于一些有特殊要求的建筑物，如核设施工程中的核心构筑物场地，尽管极限荷载点Pu与比例界限点P0，相距较远(Pu≥2P0)，但为确保建筑物地基在强度、地基变形方面的绝对安全，此时，地基承载力特征值fak建议取值：

土体原位测试与工程勘察

而在一般工程中，对于一些变形要求不甚高的构筑物，为了充分发挥地基潜力，在保证安全、合乎国家有关设计规范和强制性法规的前提下，可适当提高地基承载力特征值的取值，此时，fak建议取值为：

土体原位测试与工程勘察

2相对沉降判别法

根据大量统计和工程经验，在非拐点圆滑型P—S曲线中，用沉降量相对于承压板宽度(或直径)之比值，可以确定地基承载力。

对于有一定强度的中、高压缩性土，P—S曲线呈非线性，无明显拐点，曲线斜率随荷载增加而增加，直至破坏。有时，由于设备条件限制，试验做不到完全破坏阶段。这种土变形量很大，即使是以极限荷载除以安全系数，有时变形还是可能超过建筑物允许值。基于这种情况，国内外对这种土采取了按控制变形量给出地基承载力的方案，即：限定P—S曲线上S与对应承压板宽度或直径D的比值，就是限定了地基的最大变形量，在确定的经验取值区间内，在P—S曲线上找到S/D在P—S坐标中对应的荷载作为地基承载力。如表2-6及图2-5所列示。

表2-6 用沉降判别法确定地基承载力

图2-5 用沉降判别法确定地基承载力

二、计算地基变形模量E0

土的变形模量E0是指土在单轴受力、无侧限情况下的应力与应变之比，与室内有侧限条件下压缩试验求得的压缩模量Eb0不同，其值可由载荷试验成果P—S曲线的直线变形段按弹性理论公式求得，且仅适用于土层属于同一层位的均匀地基土。

按照弹性理论计算，当承压板处于不同深度时，其变形模量的计算公式有所区别，当试验为浅层平板载荷试验时，地基土的变形模量E0的计算有如下关系式：

土体原位测试与工程勘察

式中：I0为刚性承压板形状系数，圆形承压板取0785，方形承压板取0886；E0为土的变形模量(MPa)；P、S分别为P—S曲线直线段内任一点的荷载值(kPa)及相应沉降值(mm)；D为承压板的宽度(或直径)(m)；μ为土的泊松比，其值见表2-7。

而当P—S曲线为圆滑型的非拐点曲线时，我们仍可用上式求得该地基土的模量，只不过此时所求模量为割线模量。计算参数依表2-8选择。

三、预估建筑物沉降量

在建筑物基础宽度2倍深度以内土质相对均匀时，利用平板载荷试验，可以预估建筑物沉降量。

表2-7 各类土的泊松比(μ)值

表2-8 非拐点曲线计算E0时计算参数取值范围

对砂土地基，建筑物沉降量估算，可按公式(2-22)计算：

土体原位测试与工程勘察

对粘性土地基，建筑物沉降量估算，可按公式(2-23)计算：

土体原位测试与工程勘察

式中：S′为预估的基础沉降量(cm)；S为载荷与基础底面压力值相等时的承压板的沉降量(cm)；B为基础短边宽度(cm)；D为承压板宽度(cm)。

四、由载荷试验测定湿陷性黄土湿陷起始压力Psh

我国湿陷性黄土(全新世Q4黄土、晚更新世Q3黄土、部分中更新世Q2黄土的土层)主要分布在山西、陕西、甘肃的大部分地区，河南西部和宁夏、青海、河北的部分地区。此外，新疆维吾尔自治区、内蒙古自治区和山东、辽宁、黑龙江等省的局部地区亦分布有湿陷性黄土。

湿陷性黄土遇水浸湿时，引起的湿陷变形。这是一种下沉量大、下沉速度快的失稳性变形，对建筑物危害性大。

《岩土工程勘察规范》特别规定，当不能取试样做室内湿陷性试验时，应采用现场载荷试验确定湿陷性，且湿陷性土的地基承载力宜采用载荷试验或其他原位测试确定起始压力(图2-6)。

1(多点)单线法静力载荷试验

在同一场地的相邻地段和相同标高进行试验，应在天然湿度的土层上设3个或3个以上静载荷试验点，分级加荷，分别加至各自的规定荷载，下沉稳定后，向试坑内浸水至饱和，附加下沉稳定后，试验终止。

2饱水单线法静力载荷试验

只做一台载荷试验。将设备安装好后，即向试坑内浸水，使35倍承压板直径(或宽度)深度内的土层达到饱和(取样确定)，浸水后土层含水率达饱和含水率的85%～90%时，即可认为达到饱和。接着按相对稳定法进行载荷测试，附加下沉稳定后，试验终止。

3双线法静力载荷试验

在同一场地的相邻地段和相同标高，设2个静载荷试验点。其中1个点应设在天然湿度的土层上分级加荷，加至规定荷载，下沉稳定后，试验终止；另1个点应设在浸水饱和的土层上分级加压，加至规定压力，湿陷下沉稳定后，试验终止。

图2-6 静力载荷试验测定湿陷性黄土湿陷起始压力(Psh)

现场采用静载荷试验测定湿陷性黄土的湿陷起始压力，应符合下列要求：

(1)承压板的底面积宜为050m2，试坑边长或直径应为承压板边长或直径的3倍，承压板底面下宜用10～15mm厚的粗、中砂找平。厚的砂砾石滤层；坑内注水时，坑内水面应至少高于滤层顶面3cm；沉降观测装量的固定点不得受浸水影响；

(2)每级加荷增量不宜大于25kPa，试验终止荷载不应小于200kPa；

(3)每级加荷后，按每隔15min、15min、15min、15min各测读1次下沉量，以后为每隔30min观测1次，当连续2h内，每1h的下沉量都小于010mm时，可认为承压板下沉已趋稳定，即可施加下一级荷载；

图2-7 确定湿陷性黄土的湿陷起始压力(Psh)

Psh1—P—Ssh曲线上第一拐点对应的湿陷起始压力；Psh2—P—Ssh曲线上第二拐点对应的湿陷起始压力

(4)试验结束后，绘制判定湿陷起始压力的P—Ssh曲线图。但有时P—Ssh曲线呈非拐点圆滑型曲线，不便直接确定湿陷起始压力Psh值。根据《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)规定，按湿陷系数δs=0015 所对应的压力确是，相当于在P—Ssh曲线上的Ssh/D=0017时所对应的荷载为湿陷起始压力Psh值，即：取浸水下沉量(Ssh)与承压板直径或宽度(D)之比值等于0017所对应的荷载作为湿陷起始压力值，见图2-7a所示。

须注意的是：当P—Ssh曲线上出现两个转折点Psh1和Psh2时，可取两个转折点之间的中值所对应的压力，作为湿陷起始压力。如图2-7b所示。

目前，国内、外深层载荷试验常用的方法有两种：一种是深层平板载荷试验；另一种是螺旋板静载试验(如前述)。

深层平板载荷试验适于确定地基土埋深＞3m的深部地基土层及大直径桩桩端土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力。它具有试验结果可靠度较高的优点，是国家规范规定的必要测试项目。但往往因其施工工程量过大且时间较长，除非特别需要和规范强制测试项目外，很难大规模普及。

近年来，国内、外推广了对深层平板载荷试验的应用范围、设备改进等方面的工作，并确立了相关试验规范，这里分别介绍国内的有关深层平板载荷试验的规范(条例)和常见的试验方法。

1深层平板载荷试验简介

目前，国内常用的深层平板载荷试验有用人工挖孔方法进行的载荷试验和用机械成孔的载荷试验。此试验方法大多用于较重要构筑物地基土持力层、较大孔径基桩和墩底持力层的承载力测试中，故而试验准备的工作量很大。图2-12为进行ϕ800mm基桩桩端持力层的地基承载力深层平板载荷试验示意图。

图2-13是由长春工程学院吴银柱等研制的为解决大深度地基承载力测试的深层平板载荷试验装置，其最大测试深度可达到100m。该装置的机械化施工程度较高。

2深层平板载荷试验要点

深层平板载荷试验的技术规范如下[依据建设部《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)]：

(1)深层平板载荷试验的承压板，采用直径为08m的刚性板。与浅层平板载荷试验(平面应力应变问题)要求不同的是：深层平板载荷试验时(三维空间应力应变问题)紧靠承压板周围外侧的土层高度，应不少于80cm；

(2)加荷等级：可按预估极限承载力的1/10～1/15分级施加。第一级荷载应把设备自重计算在内；预估极限承载力可参考室内土工试验或现场其他原位试验成果；

(3)最大加荷量：一般情况下，试验的最大加荷量应不小于测点地基土的极限荷载；当持力层土层坚硬、沉降量很小时，最大加载量不小于设计要求的2倍；

(4)沉降观测要求：每级加荷后，其第一个小时内按间隔10min、10min、10min、15min、15min测读沉降值，从第二小时以后为每隔半小时测读一次沉降。当在连续两小时内，每小时的沉降量小于01mm时，则认为本级荷载下的沉降已趋稳定，方可施加下一级荷载；

图2-12 ϕ800mm基桩桩端持力层地基承载力深层平板载荷试验装置

图2-13 SP—1型深层平板载荷试验装置

(5)终止试验原则：当出现下列情况之一时，可终止加载：①沉降量S急骤增大，荷载—沉降(P—S)曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且沉降量超过004 D(D为承压板直径)；②在某级荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定；③本级沉降量大于前一级沉降量的5倍；

(6)承载力特征值的确定，应符合下列规定：①当P—S曲线上有比例界限时，取该界限所对应的荷载值为地基土的承载力特征值fak；②满足前述终止试验原则之一时，其对应的前一级荷载确定为极限荷载。当该极限荷载值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，取极限荷载值的一半作为地基土的承载力特征值fak；③不能按上述二款要求确定时，可取S/D=001～0015所对应的荷载值作为地基土的承载力值，但其值不应大于最大加载量的一半；④同一土层参加统计的试验点不应少于3 点。当试验实测值的极差不超过平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。

3深层平板载荷试验的变形模量E0

按照《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)要求，地基土变形模量E0(MPa)由下式计算：

土体原位测试与工程勘察

式中：D为承压板的直径或边长(m)；P为P—S曲线线性段的压力(kPa)；S为与P对应的沉降量(mm)；ω为与试验深度和土类有关的系数(可按表2-8选用)。

地基承载力检测方法

1、原位试验法（in-situtestingmethod）：是一种通过现场直接试验确定承载力的方法。包括（静）载荷试验、静力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等，其中以载荷试验法为最可靠的基本的原位测试法。

2、理论公式法（theoreticalequationmethod）：是根据土的抗剪强度指标计算的理论公式确定承载力的方法。

3、规范表格法（codetablemethod）：是根据室内试验指标、现场测试指标或野外鉴别指标，通过查规范所列表格得到承载力的方法。规范不同（包括不同部门、不同行业、不同地区的规范），其承载力不会完全相同，应用时需注意各自的使用条件。

4、当地经验法（localempiricalmethod）：是一种基于地区的使用经验，进行类比判断确定承载力的方法，它是一种宏观辅助方法。

地基承载力是指地基承担荷载的能力。在荷载作用下，地基要产生变形。随着荷载的增大，地基变形逐渐增大，初始阶段地基土中应力处在弹性平衡状态，具有安全承载能力。当荷载增大到地基中开始出现某点或小区域内各点在其某一方向平面上的剪应力达到土的抗剪强度时，该点或小区域内各点就发生剪切破坏而处在极限平衡状态，土中应力将发生重分布。地基小范围的极限平衡状态大都可以恢复到弹性平衡状态，地基尚能趋于稳定，仍具有安全的承载能力，但地基变形稍大，必须验算变形的计算值不允许超过允许值。当荷载继续增大，地基出现较大范围的塑性区时，将显示地基承载力不足而失去稳定，此时地基达到极限承载力。

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