49載 荷 試 驗(yàn)

49.1  一 般 規(guī) 定

49.1.1       載荷試驗(yàn)方法可用于測(cè)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模量，包括平板載荷試驗(yàn)和螺旋板載荷試驗(yàn)， 每個(gè)場(chǎng)地試驗(yàn)點(diǎn)不宜少于3個(gè)，土體不均勻時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加試驗(yàn)點(diǎn)。

49.1.2       平板載荷試驗(yàn)方法適用于各類地基土。它所反映的相當(dāng) 于承壓板下1.5倍～2.0倍承壓板直徑或?qū)挾鹊纳疃确秶鷥?nèi)地基土的強(qiáng)度、變形的綜合性狀。淺層平板載荷試驗(yàn)適用于淺層地基土，深層平板載荷試驗(yàn)適用于試驗(yàn)深度不小于5m的深層地基土和大直徑樁的樁端土。

49.1.3       螺旋板載荷試驗(yàn)適用于黏土和砂土地基，用于深層地基 土或地下水位以下的地基土。

49.2  平板載荷試驗(yàn)

49.2.1       本試驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：

1    承壓板：平板載荷試驗(yàn)一般采用圓形或正方形鋼質(zhì)板，也  可采用現(xiàn)澆或預(yù)制混凝土板，應(yīng)具有足夠的剛度。土的淺層平板  載荷試驗(yàn)承壓板的面積不應(yīng)小于0.25m2, 對(duì)于軟土和粒徑較大的  填土，不應(yīng)小于0.50m2; 對(duì)于含碎石的土類，承壓板寬度應(yīng)為最大  碎石直徑的10倍～20倍，加固后復(fù)合地基宜采用大型載荷試驗(yàn)。 土的深層平板載荷試驗(yàn)承壓板面積宜選用0.5m2, 緊靠承壓板周  圍外側(cè)的土層高度不應(yīng)少于80cm。

2    加荷裝置：包括壓力源、載荷臺(tái)架或反力構(gòu)架；

1)壓力源：可用液壓裝置或重物，出力最大允許誤差為±1%F.S;  安全過負(fù)荷率應(yīng)大于120%;

2)載荷臺(tái)架或反力構(gòu)架：必須牢固穩(wěn)定、安全可靠，其承受能力不小于試驗(yàn)最大荷載的1.5倍～2.0倍；

3    沉降觀測(cè)裝置：其組合必須牢固穩(wěn)定、調(diào)節(jié)方便。位移儀 表可采用大量程百分表或位移傳感器等，其量測(cè)最大允許誤差應(yīng) 為±1%F.S。

49.2.2       平板載荷試驗(yàn)試驗(yàn)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1   在有代表性的地點(diǎn)，整平場(chǎng)地，開挖試坑。淺層平板載 荷試驗(yàn)的試坑寬度不應(yīng)小于承壓板直徑或?qū)挾鹊?/span>3倍，深層平 板載荷試驗(yàn)的試井直徑應(yīng)等于承壓板直徑，當(dāng)試井直徑大于承 壓板直徑時(shí)，緊靠承壓板周圍土的高度不應(yīng)小于承壓板直徑。

2    試驗(yàn)前應(yīng)保持試坑或試井底的土層避免擾動(dòng)，在開挖試坑 及安裝設(shè)備中，應(yīng)將坑內(nèi)地下水位降至坑底以下，并防止因降低地 下水位而可能產(chǎn)生破壞土體的現(xiàn)象。試驗(yàn)前應(yīng)在試坑邊取原狀土 樣2個(gè)，以測(cè)定土的含水率和密度。

3  設(shè)備安裝應(yīng)符合圖49.2.2-1、圖49.2.2-2的要求，步驟應(yīng) 符合下列規(guī)定：

圖49.2.2-1  重物式裝置示意圖

1—承壓板；2一沉降觀測(cè)裝置；3一荷載臺(tái)架；4--重物

圖49.2.2-2  反力式裝置示意圖

1一承壓板：2-加荷千斤頂；3一荷重傳感器；4一沉降觀測(cè)裝置；5一反力裝置

              1)安裝承壓板前應(yīng)整平試坑面，鋪設(shè)不超過20cm 厚的中砂 墊層找平，使承壓板與試驗(yàn)面平整接觸，并盡快安裝設(shè)備；

2)安放載荷臺(tái)架或加荷千斤頂反力構(gòu)架，其中心應(yīng)與承壓 板中心一致。當(dāng)調(diào)整反力構(gòu)架時(shí)，應(yīng)避免對(duì)承壓板施加 壓力；

3)安裝沉降觀測(cè)裝置。其固定點(diǎn)應(yīng)設(shè)在不受變形影響的位 置處。沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)對(duì)稱設(shè)置。

4 試驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)避免冰凍、曝曬、雨淋，必要時(shí)設(shè)置工作棚。

5 載荷試驗(yàn)加荷方式應(yīng)采用分級(jí)維持荷載沉降相對(duì)穩(wěn)定法 (常規(guī)慢速法),有地區(qū)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可采用分級(jí)加荷沉降非穩(wěn)定法(快 速法)或等沉降速率法。加荷等級(jí)宜取10級(jí)～12級(jí)，并不應(yīng)少于 8級(jí)，最大加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的2倍，載荷量測(cè)最大允許誤 差應(yīng)為±1%F.S。每級(jí)荷載增量一般取預(yù)估試驗(yàn)土層極限壓力的 1/10～1/12,當(dāng)不易預(yù)估其極限壓力時(shí)，可參考表49.2.2所列增量選用。

表49.2.2  荷載增量表(kPa)

6   每級(jí)荷載作用下都必須保持穩(wěn)壓，由于地基土的沉降和設(shè) 備變形等都會(huì)引起荷載的減小，試驗(yàn)中應(yīng)隨時(shí)觀察壓力變化，使所加的荷載保持穩(wěn)定。

7  穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)可采用相對(duì)穩(wěn)定法，即每施加一級(jí)荷載，待沉降 速率達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定后再加下一級(jí)荷載。

8   應(yīng)按時(shí)、準(zhǔn)確觀測(cè)沉降量。每級(jí)荷載下觀測(cè)沉降的時(shí)間間 隔一般采用下列標(biāo)準(zhǔn)：對(duì)于慢速法，每級(jí)荷載施加后，間隔5min、 5min、10min、10min、15min、15min 測(cè)讀1次沉降，以后每隔30min 測(cè)讀1次沉降，當(dāng)連續(xù)2小時(shí)每小時(shí)沉降量不大于0. 1mm  時(shí)，可 以認(rèn)為沉降已達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)，施加下一級(jí)荷載。

9  試驗(yàn)宜進(jìn)行至試驗(yàn)土層達(dá)到破壞階段終止。當(dāng)出現(xiàn)下列 情況之一時(shí)，即可終止試驗(yàn)，前三種情況其所對(duì)應(yīng)的前一級(jí)荷載即 為極限荷載：

1)承壓板周圍土出現(xiàn)明顯側(cè)向擠出，周邊土體出現(xiàn)明顯隆 起和裂縫；

2)本級(jí)荷載沉降量大于前級(jí)荷載沉降量的5倍，荷載-沉降 曲線出現(xiàn)明顯陡降段；

3)在本級(jí)荷載下，持續(xù)24h 沉降速率不能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定值； 4)總沉降量超過承壓板直徑或?qū)挾鹊?%;

5)當(dāng)達(dá)不到極限荷載時(shí)，最大壓力應(yīng)達(dá)預(yù)期設(shè)計(jì)壓力的2.0 倍或超過第一拐點(diǎn)至少三級(jí)荷載。

10  當(dāng)需要卸載觀測(cè)回彈時(shí)，每級(jí)卸載量可為加載增量的2 倍，每卸一級(jí)荷載后，間隔15min 觀測(cè)一次，1h 后再卸第二級(jí)荷 載，荷載卸完后繼續(xù)觀測(cè)3h。

11    對(duì)于深層平板載荷試驗(yàn)，加荷等級(jí)可按預(yù)估承載力的 1/15～1/10分級(jí)施加，當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，可終止加荷：

1)在本級(jí)荷載下，沉降急劇增加，荷載-沉降曲線出現(xiàn)明顯的陡降段，且沉降量超過承壓板直徑的4%;

2)在本級(jí)荷載下，持續(xù)24h 沉降速率不能達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定值； 3)總沉降量超過承壓板直徑或?qū)挾鹊?%;

4)當(dāng)持力層土層堅(jiān)硬，沉降量很小時(shí)，最大加載量不應(yīng)小于 設(shè)計(jì)要求的2.0倍。

49.2.3      對(duì)原始數(shù)據(jù)檢查、校對(duì)后，整理出荷載與沉降值、時(shí)間與沉降值匯總表。

49,2.4      繪制 p-s  曲線(圖49.2.4),必要時(shí)繪制s-t  曲線或s-lgt  曲線，如果 p-s 曲線的直線段延長(zhǎng)不經(jīng)過(0,0)點(diǎn)，應(yīng)采用圖解法 或最小二乘法進(jìn)行修正。p坐標(biāo)單位為 kPa,s 坐標(biāo)單位為mm。

圖49.2.4 典型 p-s曲線

49.2.5      特征值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：

1    當(dāng)曲線具有明顯直線段及轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，以轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的荷 載定為比例界限壓力和極限壓力；

2    當(dāng)曲線無明顯直線段及轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，可按本標(biāo)準(zhǔn)第49.2.2條第9款所列情況確定極限荷載值，或取對(duì)應(yīng)于某一相對(duì)沉降值 (即 s/d,d 為承壓板直徑)的壓力評(píng)定地基土稱承壓力。

49.2.6       承載力基本值f₀可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB  50007 確定。

1  比例界限明確時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值，即f₀=p_f;

2  當(dāng)極限荷載能確定時(shí)(且該值小于比例界限荷載值1.5倍 時(shí)),取極限荷載值的一半，即 f₀=p_l/2;

3  不能按照上述兩點(diǎn)確定時(shí)，以沉降標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行取值，若壓板面 積為0.25m2~0.50m2,   對(duì)低壓縮性土和砂土，取s=(0.01～0.015)b對(duì)應(yīng)的荷載值；對(duì)中、高壓縮性土，取 s=0.02b   對(duì)應(yīng)的荷載值。

49.2.7  變形模量計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：

1  淺層平板載荷試驗(yàn)法可按下列公式計(jì)算：

 (承壓板為圓形)(49.2.7-1)

      (承壓板為方形)(49.2.7-2)

2  深層平板載荷試驗(yàn)法可按下式計(jì)算：

   (49.2.7-3)

式中：E₀—— 試驗(yàn)土層的變形模量(kPa);

μ——土的泊松比(碎石取0.27,砂土取0.30,粉土取0.35,粉質(zhì)黏土取0.38,黏土取0.42);

D_c—— 承壓板的直徑(cm);

p—— 單位壓力(kPa);

s——對(duì)應(yīng)于施加壓力的沉降量(cm);

a_c—— 承壓板的邊長(zhǎng)(cm);

w'—— 與試驗(yàn)深度和土類有關(guān)的系數(shù)，可按表49.2.7選用。 

表49.2.7 深層載荷試驗(yàn)計(jì)算系數(shù)w'

49.2.8       平板載荷試驗(yàn)的記錄格式應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄 D 表 D.83 的規(guī)定。

49.3  黃土浸水載荷試驗(yàn)

49.3.1      本試驗(yàn)所用的主要儀器設(shè)備應(yīng)符合下列規(guī)定：

1    承壓板：面積不宜小于0.5m2,其余應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第49.2.1 條第1款的規(guī)定；

2    加荷裝置應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第49.2. 1條第2款的規(guī)定；

3    沉降觀測(cè)裝置應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第49.2. 1條第3款的規(guī)定。

49.3.2      黃土浸水載荷試驗(yàn)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1   單線法：

1)整平場(chǎng)地，開挖試坑。應(yīng)在同一土層內(nèi)平行挖3個(gè)試坑，間距不應(yīng)大于6m;

2)設(shè)備安裝應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.2.2條第2款的規(guī)定進(jìn)行。承壓板的安裝應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.2.2條第3款第1項(xiàng)的規(guī)定進(jìn)行，在承壓板以外的試坑面積也應(yīng)鋪設(shè)5cm~  10cm厚的砂礫石濾層。沉降觀測(cè)的裝置固定點(diǎn)不得受浸水影響；

3)施加荷載增量取預(yù)估濕陷起始?jí)毫Φ?/5,或采用10kPa~20kPa。試驗(yàn)終止壓力不宜小于200kPa;

4)按相對(duì)穩(wěn)定法進(jìn)行天然濕度下的加載試驗(yàn)，直到預(yù)估的濕陷起始?jí)毫Γ?/span>

      5)向試坑注水。試坑內(nèi)的水頭高度應(yīng)高于濾層頂面3cm。并按相對(duì)穩(wěn)定法的觀測(cè)要求觀測(cè)浸水沉降量(濕陷量), 直至每小時(shí)的沉降量不大于0.1mm為止；

6)應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.3.2條第1款第4項(xiàng)、第5項(xiàng)的規(guī)定， 選用大小或小于預(yù)估濕陷壓力50kPa 壓力下，進(jìn)行其余兩個(gè)試坑的試驗(yàn)。

2  雙線法：

1)應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.3.2條第1 款第1項(xiàng)的規(guī)定，在同一土 層內(nèi)平行開挖2個(gè)試坑；

2)應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.3.2條第1款第2項(xiàng)的規(guī)定安裝試驗(yàn) 設(shè)備；

3)應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.3.2條第1款第3項(xiàng)的規(guī)定確定加載 等級(jí)；

4)一個(gè)試坑按相對(duì)穩(wěn)定法在天然濕度下進(jìn)行加載試驗(yàn)，另一 個(gè)試坑在預(yù)先浸水飽和后再按相對(duì)穩(wěn)定法進(jìn)行加載試驗(yàn)。

3  飽水單線法：

1)應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.3.2條第1款第1項(xiàng)的規(guī)定平整場(chǎng)地，開挖1個(gè)試坑；

2)應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.3.2條第1款第2項(xiàng)的規(guī)定安裝試驗(yàn)設(shè)備；

3)應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.3.2條第1款第3項(xiàng)的規(guī)定確定荷載等級(jí)；

4)向試坑內(nèi)注水，使3.5倍承壓板直徑(或?qū)挾?深度范圍內(nèi)的土層達(dá)到飽和。飽和標(biāo)準(zhǔn)采用飽和含水率；

5)應(yīng)按相對(duì)穩(wěn)定法進(jìn)行加荷試驗(yàn)。

49.3.3      繪制 p-s   曲線，然后在圖上取不同壓力下的濕陷量(ssh 值),并繪出 p-s_sh曲線(圖49.3.3-1、圖49.3.3-2)。

49.3.4      一般取 p-s_sh 曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載作為濕陷起始?jí)毫?/span> (p_sh)。 當(dāng)曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯時(shí)，可取浸水下沉量與承壓板寬 度之比 等于0.02所對(duì)應(yīng)的荷載作為濕陷起始?jí)毫Α?/span>

圖49.3.3-1 雙線法求濕陷起始?jí)毫?/span>

圖49.3.3-2 單線法求濕陷起始?jí)毫?/span>

49.4  螺旋板載荷試驗(yàn)

49.4.1       儀器設(shè)備(圖49.4. 1)應(yīng)由螺旋承壓板、加荷裝置、位移觀測(cè)裝置組成，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

1    螺旋承壓板：螺旋板尺寸參數(shù)及測(cè)力傳感器的最大允許壓  力宜符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《巖土工程儀器基本參數(shù)及通用技術(shù)條件》 GB/T  15406的規(guī)定；

2    加荷裝置：包括壓力源和反力構(gòu)架，其技術(shù)條件應(yīng)符合本 標(biāo)準(zhǔn)第49.2.1 條第2款的規(guī)定；

3    位移觀測(cè)裝置應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第49.2. 1條第3款的規(guī)定。

 圖49.4.1 螺旋板荷載試驗(yàn)裝置示意圖

1一螺旋承載板；2一測(cè)力傳感器；3一傳力桿：4一反力地錨；5一位移計(jì)；

6 —油壓千斤頂；7一反力鋼梁；8一位移固定錨

49.4.2       螺旋板載荷試驗(yàn)應(yīng)按下列步驟進(jìn)行：

1   將試驗(yàn)場(chǎng)地平整，設(shè)置反力裝置及位移計(jì)的固定地錨。

2   選擇適宜尺寸的螺旋承壓板旋鉆至預(yù)定深度，旋鉆時(shí)應(yīng)控制每旋轉(zhuǎn)一周鉆進(jìn)一螺距，盡可能減小對(duì)土體的擾動(dòng)程度。

3    安裝加荷千斤頂，其中心應(yīng)與螺旋承壓板中心一致；安裝 位移計(jì)，并調(diào)整零點(diǎn)。

4    按下列方式進(jìn)行加荷：

1)當(dāng)采用應(yīng)力控制式時(shí)，按等量分級(jí)施加，荷載增量應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.2.2條第5款的規(guī)定，每級(jí)荷載確保穩(wěn)壓；

2)當(dāng)采用應(yīng)變控制式時(shí)，應(yīng)連續(xù)加荷，控制沉降速度應(yīng)為 0.25mm/min～2.00mm/min;

3)試驗(yàn)的加荷等級(jí)、試驗(yàn)結(jié)束條件應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)第49.2.2 條第4款～第9款的規(guī)定；

4)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.4.2條第4款第1項(xiàng)、第2項(xiàng)的規(guī)定加荷 時(shí)，應(yīng)進(jìn)行沉降觀測(cè)。應(yīng)力控制式加荷沉降觀測(cè)的時(shí)間 順序宜采用0.10min、0.25min、1.00min、2.25min、4.00min 等按讀取，直至沉降基本穩(wěn)定，再加下一級(jí)荷載，該時(shí)間順序用于繪制 -s 曲線；應(yīng)變控制式加載沉降觀測(cè)每 隔30s 等間距讀取1次，試驗(yàn)至土體破壞。

5    土體破壞后，卸除加荷和位移觀測(cè)裝置，再將螺旋承壓板旋鉆至下一個(gè)預(yù)定的試驗(yàn)深度，應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.4.2條第3款、第4款的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。

49.4.3      應(yīng)按本標(biāo)準(zhǔn)第49.2.3條、第49.2.4條的規(guī)定，進(jìn)行計(jì)算并繪制 p-s 曲線(圖49.4.3)。

  圖49.4.3 p-s曲線

 49.4.4  根據(jù)各級(jí)荷載下的沉降s 與時(shí)間t  的數(shù)據(jù)，繪制s- 曲 線(圖49.4.4)。

 圖49.4.4 s- 曲線

49.4.5  特殊值應(yīng)按下規(guī)定確定：

1  原位有效自重壓力 p₀: 取 p-s  曲線的直線段與 p 軸的交點(diǎn)作為po 值 ；

2  臨塑壓力 p_f: 相應(yīng)于 p-s  曲線的直線段終點(diǎn)的壓力；

3  極限壓力p_l:  相應(yīng)于 p-s  曲線末尾直線段起點(diǎn)的壓力；

4  固結(jié)度達(dá)90%所需時(shí)間t₉₀:以 s-曲線初始直線段與沉降坐標(biāo)(縱坐標(biāo))的交點(diǎn)作為理論零點(diǎn)，其延長(zhǎng)段交于沉降穩(wěn)定值的漸近線(橫坐標(biāo))上，見圖49.4.4的 x 段，再作與初始直線斜率1.13倍的直線，該直線與s- 曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間為t₉₀。

49.4.6  變形模量應(yīng)按下式計(jì)算：

               (49.4.6-1) 

可根據(jù) p-s 曲線求得變形模量系數(shù)m_sc        ：

  (49.4.6-2)

式中：E_sc  ——螺旋板試驗(yàn)土的變形模量(kPa);

       m_sc ——變形模量系數(shù)，對(duì)正常飽和黏土一般為5～50; 

       p_a——標(biāo)準(zhǔn)壓力，取100kPa;

p—— 單位壓力(kPa), 取直線段內(nèi)任一壓力值；

a_p——應(yīng)力指數(shù)，超固結(jié)飽和土取1,砂與粉土取1/2,正常 固結(jié)飽和黏土，取 a=0;

A_p—— 無量綱沉降系數(shù)，與p₀、p_n有關(guān)，查圖49.4.6確定；

s——對(duì)應(yīng)于施加壓力的沉降量(cm);

—— 原位有效自重壓力(kPa);

D_sc  —— 螺旋承壓板直徑(cm)

。

圖49.4.6 沉降系數(shù)A_p值

49.4.7  徑向固結(jié)系數(shù)應(yīng)按下式估算：

       (49.4.7)

式中：C_h——徑向固結(jié)系數(shù)(cm2/s);

T₉₀——相應(yīng)于90%固結(jié)度的時(shí)間因數(shù)，T₉₀=0.335;

 R_sc——螺旋承壓板半徑(cm);

t₉₀——固結(jié)度達(dá)90%的所需時(shí)間(s)。

49.4.8  螺旋板載荷試驗(yàn)的記錄格式應(yīng)符合本標(biāo)準(zhǔn)附錄D 表 D.83 的規(guī)定。