高速公路路基檢測(cè)中采用平板載荷試驗(yàn)的應(yīng)用探討

肖淑華

(湖南建工交通建設(shè)有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410001)

在現(xiàn)代的高速公路工程施工中，通常采用天然基底形式，而要確保天然基底滿(mǎn)足公路修建的條件，測(cè)定是否滿(mǎn)足地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中對(duì)承載力、穩(wěn)定性、變形特性的要求，就必須通過(guò)有效的測(cè)定和勘查，判斷天然地基的承載力是否有效。而載荷試驗(yàn)技術(shù)是最直觀的測(cè)定手段，通過(guò)基礎(chǔ)受荷載時(shí)的模型試驗(yàn)，直觀測(cè)定地基承載力和變形特性[1]。

1 工程概況

本高速公路路基施工項(xiàng)目建設(shè)的公路長(zhǎng)為23km，其中存在一段農(nóng)田施工路段，有1-2mm厚的硬塑狀砂質(zhì)粉土覆蓋其上。在公路路基施工之前，應(yīng)用平板載荷試驗(yàn)檢測(cè)路基基層，獲取相關(guān)承載力、變形模量等參數(shù)[2]。

2 平板載荷試驗(yàn)簡(jiǎn)介

2.1 平板載荷試驗(yàn)方法

本工程采用慢速維持載荷法進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)，載荷平臺(tái)由液壓油泵、千斤頂?shù)炔糠纸M成，采用逐級(jí)施加的方式荷載，承壓板受到載荷平臺(tái)的反力系統(tǒng)施加的豎向壓力，對(duì)路基基層壓力板施加壓力。在試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)人員可以利用液壓油泵確定試驗(yàn)荷載量的大小，并且通過(guò)百分表的數(shù)值判斷地基沉降程度，觀察試驗(yàn)結(jié)果[3]。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及規(guī)格

路基建設(shè)工程中，主要采用半自動(dòng)穩(wěn)壓載荷試驗(yàn)設(shè)備，包括：由承壓板、液壓油泵、千斤頂組合而成的加荷和穩(wěn)定系統(tǒng)；由槽鋼、工字鋼等成分拼接而成的反力裝置，通過(guò)將砂袋加載在平臺(tái)上來(lái)增加荷載；通過(guò)百分表判定路基沉降情況等來(lái)進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)[4]。

3 試驗(yàn)步驟

3.1 選擇恰當(dāng)測(cè)點(diǎn)

在平板載荷試驗(yàn)之前，工作人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況首先做好試驗(yàn)準(zhǔn)備工作，包括試驗(yàn)場(chǎng)地的選擇、試驗(yàn)場(chǎng)地的測(cè)試點(diǎn)的選擇，從而提高試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，試驗(yàn)人員應(yīng)綜合考量合理選擇測(cè)點(diǎn)，通常來(lái)說(shuō)應(yīng)在就每個(gè)試驗(yàn)場(chǎng)地選取 3個(gè)及以上測(cè)點(diǎn)，得出對(duì)比數(shù)據(jù)結(jié)果。

3.2 選擇試驗(yàn)儀器設(shè)備

平板載荷試驗(yàn)的儀器設(shè)備主要包含加荷設(shè)備、沉降觀測(cè)儀、承壓板等，其中承壓板的選取要求較高，面積控制在 0.25-0.4平方米，且必須保證適合的硬度和剛度。此外，還應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整，確保試驗(yàn)的順利進(jìn)行。而選取的加荷設(shè)備其承載能力應(yīng)在最大荷載的 2倍之內(nèi)，且符合相關(guān)的載荷量、安全性、質(zhì)量等標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)人員可以根據(jù)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)具體情況選擇加荷設(shè)備的壓力源，如液壓裝置等，而選取的載荷臺(tái)架、反力構(gòu)架必須要具備足夠的穩(wěn)固性和安全性，承載能力在最大荷載的1.5-2倍之間。選取的沉降觀測(cè)儀應(yīng)具備在試驗(yàn)過(guò)程中方面調(diào)節(jié)的特性，且穩(wěn)定性和牢固性得到保證，在測(cè)量過(guò)程中，讀數(shù)取值精確的到0.01米，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，防止誤差產(chǎn)生。

3.3 安裝試驗(yàn)設(shè)備

在安裝試驗(yàn)設(shè)備——承壓板時(shí)，試驗(yàn)人員首先應(yīng)清楚試驗(yàn)場(chǎng)地上的雜物，保證試驗(yàn)場(chǎng)地清潔，同時(shí)調(diào)整地面的平整度，在試驗(yàn)場(chǎng)地平整的情況下安裝試驗(yàn)設(shè)備。試驗(yàn)人員可以通過(guò)在承壓板放置地方鋪設(shè) 2厘米左右厚度的砂石調(diào)整地面平整度，通過(guò)水平尺進(jìn)行找平處理，確保平整。

3.4 試驗(yàn)檢測(cè)

3.4.1做好試坑準(zhǔn)備

在進(jìn)行平板載荷試驗(yàn)之前，試驗(yàn)人員應(yīng)做好試坑準(zhǔn)備工作，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，切勿破壞路基土層結(jié)構(gòu)中固有的天然成分，并且根據(jù)承壓板面積確定試坑大小、程度，大多數(shù)試驗(yàn)的試坑尺寸為承壓板面積的三倍。

3.4.2逐級(jí)加載

在平板載荷試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)采取逐級(jí)增加載荷的方式施加載荷，載荷量控制在原先預(yù)計(jì)的加載量之內(nèi)，控制 8級(jí)以?xún)?nèi)。通常平板載荷試驗(yàn)有兩種加載方式，其一是單循環(huán)慢速維持荷載法，其二是荷載逐級(jí)遞增，在試驗(yàn)過(guò)程中兩種加載方式各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，試驗(yàn)人員應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)實(shí)際情況合理選擇。

3.4.3定時(shí)觀測(cè)沉降量

在觀測(cè)沉降量時(shí)，試驗(yàn)人員應(yīng)保持定時(shí)觀測(cè)，定時(shí)觀測(cè)沉降數(shù)量的變化，在確定地基達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，繼續(xù)增加負(fù)荷量，達(dá)到試驗(yàn)最終目的。例如：在每次施加負(fù)荷的前期1個(gè)小時(shí)內(nèi)，以10分鐘每次的頻率觀測(cè)沉降數(shù)量，記錄沉降數(shù)據(jù)，2個(gè)小時(shí)以后以更長(zhǎng)的時(shí)間間隔定時(shí)觀測(cè)沉降數(shù)量變化，指導(dǎo)沉降數(shù)值降到0.1毫米左右的范圍時(shí)判定地基處于穩(wěn)定狀態(tài)，繼續(xù)加載。

3.4.4確定承載力特征值

負(fù)載試驗(yàn)完成后，采取卸載回彈試驗(yàn)，當(dāng)整個(gè)試驗(yàn)結(jié)束后，收集數(shù)據(jù)，制成沉降曲線圖，直觀闡述試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果，重點(diǎn)描述圖形變化，確定地基承載能力特征。

3.4.5計(jì)算變形模量

將試驗(yàn)數(shù)據(jù)直接帶入變形模量的的計(jì)算公式中，得到變形模量計(jì)算結(jié)果。

4 分析平板載荷試驗(yàn)結(jié)果

4.1 試驗(yàn)結(jié)果

為防止試驗(yàn)過(guò)程中外界因素的干擾，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)進(jìn)行3各試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)，并且每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行3次左右試驗(yàn)，從而保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，并且在P—S曲線圖中描繪每次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行對(duì)比分析，如圖1。

圖1 P—S曲線圖（1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)）

4.2 統(tǒng)計(jì)變形模量

表1 變形模量統(tǒng)計(jì)表（MPa）

4.3 參數(shù)設(shè)計(jì)

分析試驗(yàn)段點(diǎn)的P—S曲線圖，確定本工程路基地基承載力，1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 1號(hào)試驗(yàn)點(diǎn)地基承載力統(tǒng)計(jì)表（kPa）

4.4 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪、鉆探結(jié)果可知，在 1號(hào)檢測(cè)區(qū)內(nèi)土層巖性較為穩(wěn)定，土層以園礫為主，局部存在卵石。根據(jù)圖1 P—S曲線圖分析可知，載荷試驗(yàn)沉降量變化速度與加載大小呈反比，隨著加載增加，沉降量變化速度變緩，逐級(jí)趨向穩(wěn)定。分析試驗(yàn)結(jié)果可知，1號(hào)試驗(yàn)區(qū)場(chǎng)地上部土層密實(shí)度較小，峽部土層密實(shí)度較高，土層較為穩(wěn)定。圖1中 P—S3條曲線較為靠近，數(shù)據(jù)相差不大，代表3次試驗(yàn)的外界干擾較小，可靠性較高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得到保證。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，當(dāng)前高速公路路基通常采取天然基底形式，因此在公路路基建設(shè)項(xiàng)目中，應(yīng)對(duì)地基承載力特征、變形特性等進(jìn)行測(cè)定，判定其是否滿(mǎn)足地基設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，公路地基承載力滿(mǎn)足建設(shè)要求。目前，根據(jù)工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，在判定公路地基承載力是否滿(mǎn)足地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求中，主要通過(guò)淺層平板載荷試驗(yàn)，在公路路基檢測(cè)中有較高的運(yùn)用前景。