淺析一種新型平板載荷試驗(yàn)方法及裝置

李 偉

中國能源建設(shè)集團(tuán)安徽省電力設(shè)計院有限公司，安徽合肥 230601

載荷試驗(yàn)是一種地基土的原位測試方法，可用于測定承壓板下應(yīng)力主要影響范圍內(nèi)巖土的承載力和變形特性[1-2]。平板載荷試驗(yàn)可用于以下目的：①確定地基土承載力的特征值，為評定地基土的承載力提供依據(jù)；②確定地基土的變形模量；③確定地基土基床反力系數(shù)[3-4]；等等。

載荷試驗(yàn)的裝置包括載荷板、反力裝置、測力裝置、變形測量裝置等。傳統(tǒng)的反力裝置包括錨樁和壓重，而淺層平板載荷試驗(yàn)的反力裝置主要型式為壓重。這種反力裝置在操作上較為煩瑣，使用起來不很方便[5-8]，并且要求試驗(yàn)點(diǎn)位置的地形較為平坦，受地形控制，影響較大。

筆者曾在中國的邊疆地區(qū)開展過一些工程的勘察工作，對于上述不利因素深有體會。后來，筆者基于輕便化和就地取材的原則，創(chuàng)新性的利用試驗(yàn)點(diǎn)周圍土重作為配重的反力型式，從而便捷的實(shí)現(xiàn)載荷試驗(yàn)的操作，實(shí)現(xiàn)了在偏遠(yuǎn)且交通不便的疆域，自如開展測試的目的，還可提高測試的工作效率，最終使工程建設(shè)取得最佳的經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境效益。

1 新裝置簡介

為實(shí)現(xiàn)相關(guān)測試目的，該新型裝置采取以下技術(shù)方案：利用試驗(yàn)點(diǎn)周圍土重作為配重的反力裝置。新型平板載荷試驗(yàn)裝置立面圖如圖1所示，新型平板載荷試驗(yàn)裝置平面圖如圖2所示 。

圖1 新型平板載荷試驗(yàn)裝置立面圖

圖2 新型平板載荷試驗(yàn)裝置平面圖

注：1為地層，2為基槽，3為橫梁，4為百分表，5為千斤頂，6為承壓板，7為帶肋鋼板，8為壓力表，9為手動油泵，10為千斤頂端支承板，11為鉚釘。

本裝置提供一種簡易的反力裝置用于載荷試驗(yàn)。地面下一定深度內(nèi)，需要測試某土層的地基承載力和變形等相關(guān)力學(xué)參數(shù)。

2 新裝置使用方法

結(jié)合上圖，對該新型裝置和使用方法描述如下：

（1） 開挖基槽至測試的土層位置，基槽寬度不宜小于承壓板寬度的3倍。

（2） 安裝嵌入式帶肋鋼板：鋼板尺寸一般為1000mm×500mm，厚度可選用50mm，鋼板刃角為15°，鋼板嵌入土層方式可選用靜壓或錘擊的方式。

（3） 在基槽中心位置放置承壓板，并將油壓式千斤頂置于其上。承壓板的直徑為300mm，千斤頂加載能力范圍為0～10t，行程160mm。

（4） 安置橫梁，橫梁兩端用鉚釘與兩端鋼板連接，使其能夠保持整體的剛度。橫梁中心與千斤頂端接觸。橫梁為下凸的拱形，曲率半徑R=4000mm。

（5） 將百分表安裝在橫梁上的表架上，并使百分表測桿垂直落在載荷板上。

（6） 接好手動油泵、壓力表、高壓油管等，形成加載系統(tǒng)。手動油泵額定壓力60MPa。

（7） 試驗(yàn)：與常規(guī)的載荷試驗(yàn)方法一致，以便獲得荷載與沉降變形的關(guān)系等曲線。

3 工程實(shí)例及應(yīng)用

500kV林芝變電站站址屬雅魯藏布江Ⅲ級階地地貌，場地開闊，地形呈臺階狀，場地海拔3047.9～3063.9m，站址場地內(nèi)相對高差約16m，西高東低，總體向嘎瑪溝及溝下游方向傾斜，坡度5～15°。站址區(qū)主要分布的地層為第四系全新統(tǒng)和上更新統(tǒng)沖積成因的粉土層，往下為漂 （卵） 石地層。從上而下地層依次為：①層粉土，②層粉土，③粉土，④卵石。

粉土的承載力如何提是個難題，再加上地區(qū)建設(shè)匱乏，工程經(jīng)驗(yàn)無從談起。而考慮到工程造價，設(shè)計要求盡可能使用天然地基，否則采用樁基礎(chǔ)。因此本工程對地基土的承載力比較敏感，其大小有時直接決定著基礎(chǔ)型式。

工程所在場地交通條件差，現(xiàn)場高低起伏，設(shè)備搬遷難度大，常規(guī)的載荷試驗(yàn)方法難度極大。在勘測期間，筆者采用新型平板載荷試驗(yàn)方法及裝置，通過大量的試驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合其他諸如靜力觸探、標(biāo)貫等原位測試方法的比對，最終確定各粉土層的地基承載力特征值，很好地解決了勘察的精度問題。最終判定：①層粉土fak=70kPa，②層粉土fak=100kPa，③粉土fak=140kPa。從而對整個地層有個準(zhǔn)確評價：①層粉土，為高壓縮性土，工程性質(zhì)差，不宜作為持力層；②層粉土，為高壓縮性土，工程性質(zhì)較差，可作為一般輕型及對不均勻沉降不敏感的建構(gòu)筑物的地基持力層，但需對其變形進(jìn)行驗(yàn)算；③層粉土，為中等壓縮性土，工程性質(zhì)一般-較好，是良好的天然地基持力層和下臥層。

這種基于土反力的簡易平板載荷試驗(yàn)方法，在該工程實(shí)踐中，得到了很好的應(yīng)用和驗(yàn)證。針對一些地基土強(qiáng)度問題，在將載荷試驗(yàn)整體裝置小型化的基礎(chǔ)上，利用試驗(yàn)點(diǎn)周圍土重作為配重的反力型式，從而便捷地實(shí)現(xiàn)載荷試驗(yàn)的操作。該方法在保證地基檢驗(yàn)成果準(zhǔn)確性的同時，提高了試驗(yàn)效率，輕便可靠。

4 結(jié)論及建議

（1） 傳統(tǒng)的平板載荷試驗(yàn)，由于設(shè)備復(fù)雜，機(jī)械沉重，往往在地廣人稀、交通極差的條件下，許多時候試驗(yàn)設(shè)備根本就不了位，當(dāng)然用于測試土的承載力和變形特性的載荷試驗(yàn)也就開展不了了；尤其是在工程的可行性研究和初設(shè)階段，由于對工程場地地層的地基土特性的誤判，可能給工程的方案及概算造成難以低估的影響。

（2） 本文所述的新型方法是一種測試地基承載力的簡易平板載荷試驗(yàn)方法，通過該簡易方法還可測試地基系數(shù)和變形模量。

（3） 該新型的平板載荷試驗(yàn)方法及裝置由于利用試驗(yàn)點(diǎn)周圍“土重” （包括土的實(shí)際重量、土的摩擦力和內(nèi)聚力） 作為反力，不受地形影響和制約，從而真正使得載荷試驗(yàn)的應(yīng)用在空間上變得更為廣泛。

（4） 該新型方法和裝置是利用土的“自重”來提供反力，故試驗(yàn)點(diǎn)以上土的厚度對能否用該法完成載荷試驗(yàn)進(jìn)行地基檢測影響很大，一般可以根據(jù)公式fak＜100h進(jìn)行初判 （其中fak為預(yù)估的地基承載力特征值，h為壓重土層厚度），若上式成立，則可以用該法進(jìn)行試驗(yàn)。

（5） 該新型方法適用于粘性土、粉土等地基土，一般不適用于砂土、碎石土等地基土。考慮到帶肋鋼板及橫梁的剛度以及土擾動對試驗(yàn)結(jié)果的影響，該方法適宜于檢驗(yàn)承載力特征值一般的地基土，fak＜180kPa為宜。