淺析一種新型平板載荷試驗方法及裝置

李 偉

中國能源建設集團安徽省電力設計院有限公司，安徽合肥 230601

載荷試驗是一種地基土的原位測試方法，可用于測定承壓板下應力主要影響范圍內巖土的承載力和變形特性[1-2]。平板載荷試驗可用于以下目的：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；②確定地基土的變形模量；③確定地基土基床反力系數[3-4]；等等。

載荷試驗的裝置包括載荷板、反力裝置、測力裝置、變形測量裝置等。傳統的反力裝置包括錨樁和壓重，而淺層平板載荷試驗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]，并且要求試驗點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，創新性的利用試驗點周圍土重作為配重的反力型式，從而便捷的實現載荷試驗的操作，實現了在偏遠且交通不便的疆域，自如開展測試的目的，還可提高測試的工作效率，最終使工程建設取得最佳的經濟、社會與環境效益。

1 新裝置簡介

為實現相關測試目的，該新型裝置采取以下技術方案：利用試驗點周圍土重作為配重的反力裝置。新型平板載荷試驗裝置立面圖如圖1所示，新型平板載荷試驗裝置平面圖如圖2所示 。

圖1 新型平板載荷試驗裝置立面圖

圖2 新型平板載荷試驗裝置平面圖

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。地面下一定深度內，需要測試某土層的地基承載力和變形等相關力學參數。

2 新裝置使用方法

結合上圖，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。手動油泵額定壓力60MPa。

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

3 工程實例及應用

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°。站址區主要分布的地層為第四系全新統和上更新統沖積成因的粉土層，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，再加上地區建設匱乏，工程經驗無從談起。而考慮到工程造價，設計要求盡可能使用天然地基，否則采用樁基礎。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型式。

工程所在場地交通條件差，現場高低起伏，設備搬遷難度大，常規的載荷試驗方法難度極大。在勘測期間，筆者采用新型平板載荷試驗方法及裝置，通過大量的試驗和數據分析，并結合其他諸如靜力觸探、標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確評價：①層粉土，為高壓縮性土，工程性質差，不宜作為持力層；②層粉土，為高壓縮性土，工程性質較差，可作為一般輕型及對不均勻沉降不敏感的建構筑物的地基持力層，但需對其變形進行驗算；③層粉土，為中等壓縮性土，工程性質一般-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方法，在該工程實踐中，得到了很好的應用和驗證。針對一些地基土強度問題，在將載荷試驗整體裝置小型化的基礎上，利用試驗點周圍土重作為配重的反力型式，從而便捷地實現載荷試驗的操作。該方法在保證地基檢驗成果準確性的同時，提高了試驗效率，輕便可靠。

4 結論及建議

（1） 傳統的平板載荷試驗，由于設備復雜，機械沉重，往往在地廣人稀、交通極差的條件下，許多時候試驗設備根本就不了位，當然用于測試土的承載力和變形特性的載荷試驗也就開展不了了；尤其是在工程的可行性研究和初設階段，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方法，通過該簡易方法還可測試地基系數和變形模量。

（3） 該新型的平板載荷試驗方法及裝置由于利用試驗點周圍“土重” （包括土的實際重量、土的摩擦力和內聚力） 作為反力，不受地形影響和制約，從而真正使得載荷試驗的應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，故試驗點以上土的厚度對能否用該法完成載荷試驗進行地基檢測影響很大，一般可以根據公式fak＜100h進行初判 （其中fak為預估的地基承載力特征值，h為壓重土層厚度），若上式成立，則可以用該法進行試驗。

（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結果的影響，該方法適宜于檢驗承載力特征值一般的地基土，fak＜180kPa為宜。