地基荷载试验：测试基础负荷效应

荷载试验是确定岩土承载力的主要方法。 现场地基荷载试验是向置于自然地基上的模型基础施加荷载,测量模型在不同荷载等级作用下的沉降量,根据荷载和沉降量的关系计算地基土的变形模量和评定地基承载力。 地基荷载试验分为浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验和岩基荷载试验。 浅层平板荷载试验适用于确定浅层地基土、破碎、极破碎岩石地基的承载力和变形参数;深层平板荷载试验适用于确定深层地基土和大直径桩的桩端土的承载力和变形参数;岩基荷载试验适用于确定完整、较完整、较破碎岩石地基的承载力和变形参数。本节主要就浅层平板荷载试验做简要介绍。

1)试验仪器

①承压板:可采用圆形、正方形钢板或钢筋混凝土板。 浅层平板荷载试验承压板面积不应小于0.25 m2,换填垫层和压实地基承压板面积不应小于1.0 m2,强夯地基承压板面积不应小于2.0 m2。 承压板应有足够强度和刚度。 在拟试压表面和承压板之间应用粗砂或中砂层找平,其厚度不应超过20 mm。

②油压千斤顶:千斤顶的合力中心、承压板中心应在同一铅垂线上。 当采用两台或两台以上千斤顶加载时应并联同步工作,且千斤顶型号、规格应相同。

③加载反力装置:一般情况下采用压重平台反力装置,且压重平台反力装置应符合下列规定:

a.加载反力装置能提供的反力不得小于最大加载量的1.2 倍;

b.应对加载反力装置的主要受力构件进行强度和变形验算;

c.压重应在试验前一次加足,并应均匀稳固地放置于平台上;

d.压重平台支墩施加于地基的压应力不宜大于地基承载力特征值的1.5 倍。

④荷载测量装置:荷载测量可采用放置在千斤顶上的荷载传感器直接测定;或采用并联于千斤顶油路的压力表或压力传感器测定油压,并应根据千斤顶率定曲线换算荷载。

⑤沉降测量装置:沉降测量宜采用位移传感器或大量程百分表。

2)准备工作

①正式试验前宜进行预压。 预压荷载宜为最大加载量的5%,预压时间宜为5 min。 预压后卸载至零,测读位移测量仪表的初始读数并应重新调整零位。

②试验采用分级加卸载方法且符合以下规定:

a.地基土平板荷载试验的分级荷载宜为最大试验荷载的1/12 ~1/8,岩基荷载试验的分级荷载宜为最大试验荷载的1/15。

b.加载应分级进行,采用逐级等量加载,第一级荷载可取分级荷载的2 倍。

c.卸载应分级进行,每级卸载量为分级荷载的2 倍,逐级等量卸载;当加载等级为奇数级时,第一级卸载量宜取分级荷载的3 倍。

d.加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击,每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%。

3)试验步骤

地基平板荷载试验采用慢速维持荷载法(图13.1),其试验步骤如下:

①每级荷载施加后应按第10 min、20 min、30 min、45 min、60 min 测读承压板的沉降量,以后应每隔30 min 测读一次。

②承压板沉降相对稳定标准:在连续2 h 内,每小时的沉降量应小于0.1 mm。

③当承压板沉降速率达到相对稳定标准时,应再施加下一级荷载。(www.xing528.com)

④卸载时,每级荷载维持1 h,应按第10 min、30 min、60 min 测读承压板沉降量;卸载至零后,应测读承压板残余沉降量,维持时间为3 h,测读时间应为第10 min、30 min、60 min、120 min、180 min。

当出现下列情况之一时,可终止加载:

①当浅层荷载试验承压板周边的土出现明显侧向挤出,周边土体出现明显隆起;岩基载荷试验的荷载无法保持稳定且逐渐下降。

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在某一级荷载下,24 h 内沉降速率不能达到相对稳定标准。

④浅层平板荷载试验的累计沉降量已大于或等于承压板边宽或直径的6%或累计沉降量大于或等于150 mm;深层平板荷载试验的累计沉降量与承压板径之比大于或等于0.04。

⑤加载至要求的最大试验荷载且承压板沉降达到相对稳定标准。

图13.1　现场荷载试验

1—荷载板;2—千斤顶;3—百分表;4—反力梁;5—枕木垛;6—压重

图13.2　荷载强度与沉降量的关系

4)数据处理

地基承载力确定时,应绘制压力-沉降(p-s)、沉降-时间对数(s-lgt)曲线,如图13.2 所示。

地基极限承载力特征值可按下列规定确定:

①当p-s 曲线上有比例界限时,应取该比例界限所对应的荷载值。

②地基土平板荷载试验,当极限荷载小于对应比例界限荷载值的2 倍时,应取极限荷载值的一半。

③当出现终止情况第5 种时,且p-s 曲线上无法确定比例界限,承载力又未达到极限时,地基土平板荷载试验应取最大试验荷载的一半所对应的荷载值,岩基荷载试验应取最大试验荷载的1/3 所对应的荷载值。

④当按相对变形值确定天然地基及人工地基承载力特征值时,可按表13.8 规定的地基变形取值确定,且所取的承载力特征值不应大于最大试验荷载的1/2。 当地基土性质不确定时,对应变形值宜取0.010b;对有经验的地区,可按当地经验确定对应变形值。

表13.8　按相对变形值确定天然地基及人工地基承载力特征值

注:s0 为与承载力特征值对应的承压板的沉降量;b 为承压板的边宽或直径,当b ＞2 m 时,按2 m 计算。