第二章—平板载荷试验.ppt

第二章载荷试验 1 主要内容 一 概述二 试验设备与方法三 基本测试原理四 试验资料整理与应用五 其它类型载荷试验 2 一 概述 1 载荷试验 载荷试验 PlateLoadTest 简称PLT 是在现场对一个刚性承压板逐级加荷 测定天然地基 单桩或复合地基的沉降随荷载的变化 借以确定它们承载能力的原位测试方法 3 一 概述 2 载荷试验分类 1 按承压板的形状分 平板载荷试验和螺旋板载荷试验2 按承压板设置深度分 浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验 4 一 概述 3 载荷试验的应用 1 确定地基土的比例界限压力 极限压力 2 确定地基土的变形模量 3 估算地基土的不排水抗剪强度 4 确定地基土的基床反力系数 5 确定单桩 复合地基的极限承载力 5 一 概述 4 载荷试验的适用范围 适用范围 各种地基土 包括是各种填土和含碎石的土 6 5 载荷试验的优缺点 优点 对地基土不产生扰动 结果最可靠 最具有代表性 可直接用于工程设计 是确定承载力的最主要方法 缺点 价格昂贵 费时 二 试验设备与方法 一 试验设备 载荷试验因试验土层软硬程度 压板大小和试验土层深度等不同 采用的测试设备有多种情况 大体可归纳为由承压板 加荷系统 反力系统 观测系统四部分组成 7 二 试验设备与方法 一 试验设备 各部分的主要功能 加荷系统控制并稳定加荷的大小 通过反力系统反作用于承压板 承压板将荷载均匀传递给地基土 地基土的变形由观测系统测定 8 1 载荷台 2 钢锭 3 混凝土平台 4 测点 5 承压板 二 试验设备与方法 1 承压板类型及尺寸 1 承压板的基本要求 材质要求 承压板可用混凝土 钢筋混凝土 钢板 铸铁板等制成 多以肋板加固的钢板为主 刚度要求 具有足够的刚度 不破损 不挠曲 压板底部光平 尺寸和传力重心准确 搬运和安置方便 形状要求 可加工成正方形或圆形 其中圆形压板受力条件较好 使用最多 9 二 试验设备与方法 1 承压板类型及尺寸 2 承压板的尺寸 对于浅层平板载荷试验 承压板尺寸不应小于0 25m2 对均质密实的土 可采用0 1m2 对软土和人工填土 不应小于0 5m2 可以更大一些 对于深层平板载荷试验 宜选用0 5m2或直径80cm 对于岩石地基 承压板面积可用0 07 0 1m2 对于碎石类土 承压板直径或边长应大于碎石或卵石最大直径的10倍 10 二 试验设备与方法 1 承压板类型及尺寸 3 承压板试坑大小 浅层平板载荷试验试坑的宽度至少应等于承压板边长或直径的3倍 深层平板载荷试验试坑的宽度至少应等于承压板边长或直径 11 二 试验设备与方法 2 加荷系统 加荷系统是指通过承压板对地基施加荷载的装置 主要有 堆重加荷装置和千斤顶加荷装置两种 1 堆重加荷装置一般将砂袋 砌块 钢锭等重物 依次对称置放在加荷台上 逐级加荷 加荷操作要细心 对称放置 不要偏压 此类装置费时费力且控制困难 但荷载稳定 12 13 1 载荷台 2 钢锭 3 混凝土平台 4 测点 5 承压板 二 试验设备与方法 2 加荷系统 2 千斤顶加荷装置根据试验要求 采用不同规格的手动液压千斤顶加荷 并配备不同量程的压力表或测力计控制加荷值 千斤顶可采用一个或多个 要注意加荷稳定 避免冲击荷载 14 二 试验设备与方法 2 加荷系统 2 千斤顶加荷装置 15 1 千斤顶 2 地锚 3 桁架 4 立柱 5 分立柱 6 拉杆 二 试验设备与方法 3 反力系统 除堆重加荷方外 其他加荷系统都必须与反力系统相配合 反力系统主要有 锚固式 撑壁式和平洞式三种 16 锚固式反力系统 钢桁架式反力系统 二 试验设备与方法 4 量测系统 量测系统包括 量测系统包括基准梁 位移计 磁性表座 油压表 测力环 机械类位移计可采用百分表 其最小刻度0 01mm 量程一般为5 30mm 为常用仪表 电子类位移计一般具有量程大 无人为读数误差等特点 可以实现自动记录和绘图 油压表一般为机械式 人工测读 17 百分表 磁性表座 二 试验设备与方法 二 试验方法 1 设备的安装过程 18 千分表 二 试验设备与方法 二 试验方法 2 设备的调试与注意事项 1 尽量避免测试面土体受到扰动 否则土性会发生变化 影响测试精度 2 安装过程要精心 确保承压板 反力系统和加荷系统的传力重心在一条垂线或直线上 各部件连接牢固 但地基土不能受到预压 3 安装量测系统时 变形观测的基准点要稳定可靠 不受荷载板沉降的影响 除承压板量测的百分表外 还应在其两侧地面设置地面升降观测点 4 设备安装好后 要进行初步调试 使各部分处于最佳工作状态 19 千分表 二 试验设备与方法 二 试验方法 3 加荷方式根据试验中加荷方式的快慢 可将载荷试验分为 常规载荷试验 慢速载荷试验 和快速载荷试验两种 加荷等级和标准通常采用地基基本承载力的1 5或极限承载力的1 10作为试验中的实用值 松软土层 10 25kPa 中密土层 25 50kPa 密实土层 50 100kPa 碎石类土 100 200kPa 岩石地基 200 500kPa 加荷等级的划分为10 12级 不应小于8级 最大加载量不应小于地基承载力设计值的2倍 20 千分表 二 试验设备与方法 二 试验方法 3 加荷方式 1 常规载荷试验常规载荷试验是逐级加荷 待各级荷载作用下的沉降达到相对稳定后 再施加下一级荷载 土体 每级加载后 按时间间隔5 5 10 10 15 15min读数 以后每隔30min读数一次 当连续2小时内 每小时的沉降量小于0 1mm时 认为该级荷载下沉降已稳定 可施加下一级荷载 21 千分表 二 试验设备与方法 二 试验方法 3 加荷方式 1 常规载荷试验岩石 每级加载后 按时间间隔1 2 2 5min读数一次 以后每隔10min读数一次 当连续三次沉降量读数差小于等于0 1mm时 认为该级荷载下沉降已稳定 可施加下一级荷载 22 千分表 二 试验设备与方法 二 试验方法 3 加荷方式 1 快速载荷试验快速载荷试验是指加荷速率快 试验时间段 一般只需几小时 而常规载荷试验一般需要2 3天 周期太长 快速载荷试验适用于岩石 碎石类土及粗砂地层 快速载荷仍是逐级加荷 前后两级荷载的间隔是固定的 一般是10min 当连续三次沉降量读数差均不大于0 01mm时 认为已稳定 23 千分表 二 试验设备与方法 二 试验方法 4 试验终止标准当试验过程中 出现下列情况之一时 试验应终止 1 承压板周围岩土出现明显侧向挤出现象 周边岩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一级荷载沉降量的5倍 荷载 沉降 p S 曲线出现明显陡降 3 在某级荷载下 24小时沉降速率不能达到相对稳定标准 还在继续近似等速或加速发展 24 千分表 二 试验设备与方法 二 试验方法 4 试验终止标准当试验过程中 出现下列情况之一时 试验应终止 4 浅层载荷试验的总沉降量S与承压板宽度b或直径d之比已大于0 06 0 08 深层载荷试验用S d 0 04 5 当达不到极限荷载时 最大压力已达到预期设计荷载的2倍或超过p S曲线第一拐点至少三级荷载 其对应的前一级荷载即定位极限荷载 25 千分表 三 基本测试原理 一 基本测试原理 平板载荷试验的理论依据 一般是假定地基为弹性半无限体 具有变形模量E0和泊松比v 按弹性力学的方法导出表面局部荷载作用下地基土的沉降量S计算公式 1 竖向集中荷载作用时 地基中任一点的应力为 26 千分表 布辛纳斯克的解答为 三 基本测试原理 一 基本测试原理 2 刚性压板下的地基反力分布为 27 千分表 理论公式为 三 基本测试原理 一 基本测试原理 3 根据土力学原理 刚性承压板下计算地基沉降量的理论公式为 28 千分表 圆形刚性压板 D为直径 方形刚性压板 B为边长 三 基本测试原理 二 载荷试验的影响因素 1 预压与荷载分级正式载荷试验之前的预置压力 应该等于承压板处的上覆土层的有效应力 预压小于该应力 可能低估极限承载力 预压大于该应力 可能高估极限承载力 按照最大加荷量的1 10 1 12进行分级 则不同的分级方式得到的极限承载力可能不同 29 千分表 三 基本测试原理 二 载荷试验的影响因素 2 加荷间歇时间与读数时间间隔加荷速度的各级荷载之间时间间隔的长短 同一荷载不同读数时间间隔的长短等等都会对极限承载力有一定的时间 30 千分表 3 加荷方法与荷载稳定性通常快速法要比慢速发测得的地基承载力高由于土层具有松弛特性 使得手工施加荷载时 荷载的稳定性较差 如果荷载变化大 则可能低估极限承载力 三 基本测试原理 二 载荷试验的影响因素 4 反力方式的影响不同的反力方式对试验结果也有一定的影响 如果锚桩或堆载支撑离承压板较近 可能使承压板附近土层受到扰动 从而使极限承载力降低 基准梁放置位置离承压板较近 则可能降低承压板上百分表的位移读数 从而增加极限承载力 31 千分表 三 基本测试原理 二 载荷试验的影响因素 5 承压板刚度的影响压板的刚度会对地基反力的分布产生显著的影响 当压板的刚度有限时 在中心荷载的作用下 基底压力视压板刚度而又不同的分布特征 但实际上 根据圣文南原理 当一个力系作用于弹性介质上 如其总量保持不变而仅只分布形式发生变化 那么受影响的部位仅局限于力系作用点的附近 所以 压板刚度对地基变形的影响是有限的 但压板刚度对位移测试结果的影响是显而易见的 故荷载板必须有足够的刚度 32 千分表 三 基本测试原理 二 载荷试验的影响因素 6 承压板的尺寸效应承压板的尺寸一般较小 其影响深度也是有限的 一般认为 平板载荷试验只能反映2倍压板宽度的深度以内的土性 所以 压板试验的压板尺寸也不宜过小 特别是当场地内含有软弱下卧层时 由试验得出的p s曲线具有模型试验的特征 决不能代表基础的荷载与沉降之间的关系 所求得的变形模量也决不能盲目地用于整个压缩层 33 千分表 四 试验资料的整理与应用 一 试验资料的整理 1 原始数据的计算复核对位于承压板上百分表的现场记录读数 求取其平均值 计算出各级荷载下各观测时间的累计沉降量 对于监测地面位移的百分表 分别计算出各地面百分表的累计升降量 经确认无误后 可以绘制所需要的各种实测曲线 供进一步分析之用 34 千分表 四 试验资料的整理与应用 一 试验资料的整理 2 异常数据处理所谓异常数据是指背离这一规律性的数据 比如p s曲线上的某一点背离曲线很多 或随着加载的进行压板变形过小甚至产生反方向的位移 油压表或百分表的读数产生跳跃等等 防止出现异常数据的方法 其措施是仪器仪表的保养维修 定期标定并经常检查 试验过程中要经常观察 及时发现问题 尽早排除设备故障 同时 压板的选择 基准梁的选择安装等等都非常重要 35 千分表 四 试验资料的整理与应用 一 试验资料的整理 2 异常数据处理出现异常数据怎么办 在资料分析阶段发现个别点据异常时 只要不对结果的判释有太大的影响 可以将其舍去 若测试中的异常点过多 则该次试验为不合格 应重新进行试验 36 千分表 四 试验资料的整理与应用 一 试验资料的整理 3 p S曲线的绘制 37 千分表 A B C 四 试验资料的整理与应用 一 试验资料的整理 4 p S曲线的修正 38 千分表 若绘出的p S曲线的直线段不通过坐标原点 可按直线段的趋势确定曲线的起始点 以便对p S曲线进行修正 图解法 在按原始试验数据绘制的P S关系曲线上找出比例界限点 从比例界限点引一直线 使比例界限前的各沉降点均匀靠近直线 直线与纵坐标交点的截距即为S0 将曲线整体平移S0即可 四 试验资料的整理与应用 一 试验资料的整理 4 p S曲线的修正 39 千分表 最小二乘法 四 试验资料的整理与应用 二 试验资料的应用 1 地基承载力的确定 40 千分表 1 拐点法比例界限P0作为地基承载力的标准值或特征值 2 极限荷载法PU 2P0 极限荷载的一半作为地基承载力特征值 3 相对沉降法对于缓变曲线 s b为一定值时所对应的荷载为地基承载力特征值 承压板面积为0 25 0 50m2 砂土取s b 0 01 0 015 粘土取s b 0 02 四 试验资料的整理与应用 二 试验资料的应用 2 地基变形模量的确定地基的变形模量确定可用下面的公式直接推到 41 圆形刚性压板 D为直径 方形刚性压板 B为边长 四 试验资料的整理与应用 二 试验资料的应用 3 地基基床系数的确定a 根据基床系数的定义确定 42 b E0 为地基变形模量 H 为地基压缩层厚度 大基础可取H 0 5 1 b 中小基础取H 0 7 1 5 b 四 试验资料的整理与应用 二 试验资料的应用 3 地基基床系数的确定c 根据变形模量的公式确定 43 算例 44 如载荷试验中采用直径1 128m的圆形压板 得出的p s曲线如图 已知压板下的地基土较为均匀 其横向变形系数可取为0 25 试根据该图确定该地基土的极限荷载pl 承载力实测值f0 基床系数k和变形模量E0 解 45 按该图得到A点对应的荷载为350kPa 相应的压板沉降量为12 4mm C点对应的荷载为500kPa 故得到地基土的比例界限为350kPa 极限荷载pl为500kPa 按规范的规定 因为比例界限不是很清晰 而极限荷载容易确定且极限荷载小于对应比例界限的2倍 故取极限荷载的一半作为该试验点的承载力实测值 即为250kPa 按相应公式算得基床系数 k