淺層平板載荷試驗在土基檢測中的應用

張學科

（新疆交通科學研究院公路橋梁試驗檢測中心，新疆 烏魯木齊 830000）

在現代公路工程中，很多地段都需要采用天然基底形式，但需要對天然地基的承載力進行必要的試驗和勘查。淺層平板載荷試驗就是一種判斷淺層地基承載力是否滿足公路工程設計要求的重要手段。淺層平板載荷試驗作為一種淺層土基原位檢測方法，不僅準確、可靠，而且相對直觀，在公路工程土基檢測中具有較高的應用價值。本文將對這種檢測方法進行深入研究，以期為公路工程試驗檢測提供一些參考。

1 公路淺層平板載荷試驗簡介

淺層平板載荷試驗是在設計好尺寸的承壓板上，對公路地基土進行載荷試驗。試驗時可采用逐級施加荷載的方法，對公路淺層地基土的承載力情況及變形模量進行測量。淺層平板載荷試驗能夠反映出承壓板以下1.5～2倍承壓板直徑范圍內的地基土承載力、強度及變形等綜合指標。這種公路地基土試驗方法目前被廣泛應用于對淺層地基土、灰土墊層地基、砂石墊層地基、土工合成材料墊層地基以及強夯地基等各類公路工程地基的檢測。

2 淺層平板載荷試驗的具體方法

2.1 測點的選擇

對公路工程地基進行承載力的淺層平板載荷試驗時，需要先選擇具有代表性的試驗檢測地點。通常每個場地可選擇3個以上的典型測點，測點應該布置在地基底面的標高處。試驗檢測場地的寬度或直徑應該大于承壓板寬度或直徑的3倍以上。

2.2 試驗設備儀器的選擇

淺層平板載荷試驗的設備及裝置主要有承壓板、加荷設備、沉降觀測儀器等。承壓板應該選擇強度與剛度足夠大的鋼板，承壓板的形狀可以是圓形或正方形。如果沒有鋼板也可采用現澆或預置混凝土板代替。承壓板的面積通常是0.25～0.5m2，也可根據實際需要進行適當調整，但不能小于0.1m2。加荷設備主要包括壓力源、載荷臺架或反力構架等。其中壓力源可以根據實際施工條件選擇液壓裝置或其他重物。壓力源允許出現的重力誤差不得大于全量程的1%，安全過負荷率則應該大于120%。對于載荷臺架或反力構架，必須保證其安全性和穩固性，同時要保證其承載能力高出試驗最大荷載的1.5～2倍，以滿足試驗的安全性要求。沉降觀測儀器應該具有一定的穩定性和牢固性，同時還應便于調節。測量位移的儀表應該采用大量程的百分表或者高精度的位移傳感器，其相應的分度值應該為0.01mm。

2.3 試驗設備的安裝

安裝承壓板之前，需要對試驗坑面進行平整，可鋪設厚度為1～2cm的中砂墊層，然后利用水平尺找平，以保證試驗面與承壓板之間平整接觸。安裝加荷設備時，必須保證千斤頂與載荷臺架或反力構架的中心一致。應在不受變形影響的位置安裝沉降觀測設備，并將其固定。沉降觀測設備應該對稱設置。

2.4 試驗檢測

2.4.1 試坑準備

進行淺層平板載荷檢測時，根據試驗選擇的承壓板面積來確定試坑的寬度或直徑。必須保證試坑的寬度或直徑是承壓板寬度或直徑的3倍。試驗要求土層必須保持原狀結構和天然的濕度，可用粗砂或中粗砂對準備試壓的土表進行找平，找平厚度不得超過20mm。

2.4.2 逐級加載

加荷分級應該在8級以內，最大的加載量應該小于設計要求的2倍。加載的方式主要有單循環慢速維持荷載法加載、荷載逐級遞增直至破壞或達到設計要求的最大加載量。實際應用時，可根據設計要求或工程條件選擇合適的加載方法、分級數及壓力源。

2.4.3 沉降量測量

在每級加荷之后，第1個小時內可按10min、10min、10min、15min、15min的時間間隔來觀測沉降情況，第2個小時后可每隔30min讀取一次沉降數值。當天連續2h內，每小時的沉降量都不高于0.1mm時，便可視作地基沉降已趨于穩定，即可進行下一級的加載。

2.4.4 終止加荷條件判斷

以下幾種情況可作為判斷終止加荷的主要依據：淺層平板載荷試驗的承壓板周圍有明顯的土體向兩側堆擠出來；沉降驟然增大，載荷—沉降曲線出現陡降；在某級荷載作用下，24h內地基的沉降速度不能相對穩定；沉降量與承壓板寬度或直徑比大于等于0.06。

2.5 承載力特征值的確定

當加載試驗完成之后，便可進行卸載回彈試驗，卸載級差可為加荷級差的2倍。根據試驗的原始記錄繪制荷載—沉降（P—S）曲線圖，對承載力的特征值進行明確。當P—S曲線上存在比例界限時，應該保證所選的荷載值與該比例界限對應；當極限荷載低于對應比例界限荷載值的2倍時，應該選取極限荷載的50%；如果上述兩項要求都不滿足時，采用s/b=0.01～0.015時所對應的荷載值，但要保證該值小于最大加載量的50%。

2.6 變形模量的計算

根據相應的變形模量計算公式，結合測量數據計算地基的變形模量。

3 淺層平板載荷試驗需要注意的問題

3.1 試驗周期問題

淺層平板載荷試驗通常規定試驗的加荷分級在8級以上，每級的加荷通常需要幾個甚至十幾個小時的時間來觀察和測試。可見，采用這種方法進行測試消耗的時間較長，不僅費時而且費力，很容易影響到公路工程的工期。因此在選擇這一試驗方法時，應該根據工程的實際情況和工期要求，進行合理的選擇與組織安排，盡量避免對整個工程的工期造成影響。

3.2 試驗面積問題

通常情況下，公路工程的地基面積有一定的規律，試驗面積大多在幾十平方米左右。但是采用淺層平板載荷試驗時，所采用的承壓板面積通常為0.25～0.5m2，兩者之間存在較大的差距。如果試驗測點的數量與測點位置選擇不好，就很難真實、準確地反映地基承載特征值。因此，在試驗過程中，對試驗測點數量和位置的選擇非常關鍵，必須做好充分準備，進行科學而合理的選擇。另外，一些公路工程試驗現場會根據情況加大承壓板的面積，但這種方法必然要求加大荷載，這樣會大大增加試驗的難度，并且造成人工與成本的增加，因此應該慎重選擇。

3.3 試驗環境問題

淺層平板載荷試驗很容易受到環境因素的影響。但是公路工程屬于野外作業，所以環境條件相對復雜，外部干擾因素非常多。這會在一定程度上影響試驗的準確性與精度。因此，試驗之前必須對天氣情況、周圍環境等做好調查分析，并采取各類防護措施。試驗過程中應該盡量排除干擾因素的影響，從而保證試驗的有效性。

4 結語

淺層平板載荷試驗能夠為公路工程的順利施工提供穩定而可靠的依據。在進行淺層平板載荷試驗時，應該根據實際情況，按照設計要求科學合理地實施，盡量避免受到其他因素的影響，以保證試驗結果的可靠性和準確性。

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