一種新型平板載荷儀在地基承載力檢測中的應用

曾挺，孔祥美，房若季，朱佩寧，宋亞亞

（1．廣東電網有限責任公司汕頭供電局，廣東汕頭， 515041；2．廣東天信電力工程檢測有限公司，廣東廣州，510663）

0 引言

本文結合某500kV變電站工程實例，利用一種新型平板載荷儀，采用多種檢測方法對壓實填土的均勻性、承載力進行分析評價。

1 常見的處理土地基檢測方法

1.1 平板載荷試驗

平板載荷試驗是一種應用最為廣泛的地基承載力原位測試方法。它是對地基表面逐級增加豎向壓力，測量其沉降隨時間的變化，以確定其承載能力與變性參數的試驗方法，分為淺層平板載荷試驗、深層平板載荷試驗、復合地基平板載荷試驗。平板載荷試驗適用于檢測天然地基、處理土地基、復合地基及全風化巖、強風化巖與破碎巖巖石地基的承載力和變性參數，大直徑樁的樁端土層的承載力可采用深層平板載荷試驗確定。平板載荷試驗試驗結果最為直觀準確，但其試驗時間較長，試驗成本高，且對于一些復雜狹小場地適用范圍受限。

1.2 標準貫入試驗

標準貫入試驗是判定土的物理力學特性的一種原位測試方法，它是用標準重量的重錘以為一定的高度自由落下，將標準規格的貫入器打入土中一定的深度，通過記錄的錘擊數查規范來推定土的承載力，是一種間接推定土體承載力的方法。標準貫入試驗適用于推定砂土、粉土、黏性土等天然地基或處理土地基承載力，也可用于評價旋噴樁、水泥攪拌樁等復合地基增強提的施工質量，其優點是操作簡單，對場地的適用性強，可以評價深部土層的承載力。

1.3 圓錐動力觸探試驗

與標準貫入試驗相似，圓錐動力觸探試驗亦是將標準規格的圓錐形探頭貫入土中，通過查詢相關規范推定地基承載力，其適用于推定天然地基或處理土地基承載力，評價復合地基增強體施工質量。圓錐動力觸探試驗分為輕型動力觸探試驗、重型動力觸探試驗、超重型動力觸探試驗三種，可根據需要評價的土體性質選擇合適的試驗方法。其優點為操作簡單費用低，試驗數據可囊括整個土層，一般與標準貫入試驗配合使用。

圓錐動力觸探試驗同時具備勘探和測試的雙重作用。以穿心重錘的重量和提舉高度差異為基準進行分類，國內常用的重錘質量主要有10公斤、64公斤和120公斤，對應的初探試驗稱之為輕型動力初探試驗、重型動力初探試驗、超重型動力初探試驗。輕型的動力初探試驗一般使用在粘性土、粉性土中，常用來檢測淺基礎地基承載力和基坑驗槽。重型動力初探試驗一般較常用于砂土、沙礫亂石混土。超重型動力初探試驗一般適用于礫卵石土層。

總起來說，圓錐動力觸探試驗主要適用于粘性土層、粉土層和砂土層土質。

1.4 靜力觸探試驗

靜力觸探試驗，是通過靜壓力把呈圓錐形的探頭以固定速度推進土基中。過程中監測其貫入阻力，并以圓錐形探頭過程中所受到的阻力大小為標準進行土層的劃分，從而明確土層的工程性質。靜力觸探試驗是施工前地質勘查中經常使用的一種原位測試手段，其主要適用于砂性土層、粘性土層、粉土層等。

靜力觸探試驗中使用較多的儀器是J-3型儀器,而使用較多的設備則由觸反力裝置、探頭、探主機、探桿和承載力測量設備構成, 還包括其它類型設備、配套使用的工具等。

在具體的試驗進行上，首先把試驗場地進行平整,確定孔位對準,然后使用下錨器把反力裝置地錨旋轉進入土層之中。然后進行測量設備的安裝調試，進行正式貫入操作,直至進入相對硬土層的深度滿足工程設計要求。

1.5 鉆芯法

鉆芯法適用于復合地基增強體質量檢測與巖石地基性狀檢測，判定復合地基增強體的樁長、樁身強度、樁身完整性、持力層巖土性狀等。與平板載荷試驗相比，鉆芯法不受場地條件的限制，檢測時間較短，可以直觀表現樁的施工質量，根據多年工程實踐來看，采用鉆芯法檢測深層攪拌樁等復合地基增強體是比較成功的。

1.6 瑞雷波法

瑞雷波法在復雜大面積場地檢測中廣泛應用。目前瑞雷波正演模擬方法主要有 Thomson_uhaskell法、δ矩陣法、ABO 法等。瑞雷波法具有經濟快速、適用性強、場地影響小等優點。

瑞雷波法也被稱作面波法，在具體實現上，其激發、接收和識別較為復雜。測量瑞雷波的速度對測定巖土的力學參數具有十分重要的意義，可用于獲得巖土的彈性力學數據、表層地質的結構等等。瑞雷波探測作為近年來新興的土層勘查方法，相比于傳統的勘測方法重在接收和識別，較為先進。但是瑞雷波檢測大多是基于對原始信號的直接處理，缺乏深度的信號加工分析能力，因此對檢測結果的處理方法以及檢測精度還有待進一步提高。

1.7 室內土工試驗

土工試驗主要是測定土的物理、力學、化學和其它工程性質，用于巖土工程設計、施工控制、檢測、監測等，主要試驗指標包含土的基本物理性質、土的壓縮性、土體強度、土體滲透性等。

在土層工程勘探工作中，室內土工試驗是十分重要的一部分。以工程建設的具體要求為準，試驗操作人員通過標準化儀器的使用，在嚴格遵循標準的試驗規程下，針對多種試驗項目進行測試和數據收集，為工程施工提供可靠的物理性能參數。這些數據可以作為設計人員進行建筑工程的設計和材料選擇的依據。

由于存在土層本身的不均勻，取樣、運輸過程中的擾動，試驗設備本身誤差，試驗人員操作誤差，試驗人員理論和實操素質詫異等，室內土工試驗中測試的結果往往存在一定的不準確性。這些不準確性將會影響到工程設計的質量。因此在進行室內土工試驗時，要充分注意以上問題，盡最大可能保證試驗數據的準確性。

2 一種新型平板載荷儀介紹

平板載荷試驗是檢測地基承載力最有效的方法，試驗通常采用慢速維持荷載法，耗時最短達到20多小時，且每個試驗點須至少配備專業1名試驗員，對于大型重要工程，檢測數量較多，歷時較長，采用人工記錄和加荷方式，需要試驗人員太多，或試驗工期延長。鑒于此，嘗試研究一種新型平板載荷儀，將自動采集系統及模塊、新型變形和壓力測量傳感裝置、數據有線或無線傳輸模塊進行集成創新，在滿足規范的前提下，可一人同時進行多點試驗，采用計算機進行數據記錄，減少專業試驗人員，以提高工效、節省人力資源、減少工期。

該新型無線平板載荷儀主要用于地基平板載荷試驗，相對于傳統儀器其優勢在于：基于藍牙4.0通信協議現實主機與傳感器的一對多連接配對；通信連接穩定、可視條件下傳輸距離可達60米，超低功耗的設計使得傳感器的續航時間達到6個月，極大程度上解決了現場試驗接線雜亂無序的問題。該系統由主機、無線數字位移傳感器和無線壓力測試儀組成，儀器主機見圖1。

圖1 新型無線平板載荷儀

該系統采用了純數字無線物聯網技術，配以自主研發的通訊協議，保證了主機與傳感器間的通信穩定和安全。主機材質采用強化塑膠，一體化設計，表面涂有微晶涂層，配備10.1寸超大高亮1920*1080高分辨率屏幕，顯示效果盡善盡美。主機搭載八核MSM8939處理器，3G/32G內存，各種操作順暢無阻。存儲容量可擴展到最大128G，實現數據海量存儲。另外，主機采用高容量電池，續航時間可達8小時。

為了實現實時上傳功能，主機已實現4G全網通/WiFi聯網，自帶GPS定位功能，實現真正的測點定位。傳感器采用超低功耗設計，理論續航時間可達6個月，其與主機采用無線連接通信方式。另外，采集軟件可自動更新，能夠適配各種最新出臺的規范。

3 工程應用

為了進一步驗證并完善該新型無線平板載荷儀的實用性與適用性，將該儀器用于汕頭某500kV變電站三通一平工程的回填碾壓地基承載力檢測中，結合標準貫入試驗與重型動力觸探試驗，對該工程回填碾壓地基的處理效果進行了驗收檢測與評價。

圖2 Y1試驗點的p-s曲線與s-lgt曲線

表1 標準貫入試驗結果統計表

2.10-2.40 32 32.0 B2 10.004.50-4.80 42 38.6 6.90-7.20 34 30.0 8.95-7.25 39 32.0 33.1 全風化花崗巖層2.10-2.40 25 25.0 B3 10.0030.3 全風化花崗巖層4.50-4.80 33 30.4 6.90-7.20 41 36.1 9.30-9.60 36 29.5

表2 重型動力觸探試驗結果統計表

通過現場試驗可知，該新型無線平板載荷儀操作簡單，適用性強，具有數據采集精度高、遠程控制數據實時上傳、電池續航能力大等優點，具有很大的推廣應用價值。

平板載荷試驗的應力影響深度大約為2倍的壓板寬度，主要是對淺部土層地基承載力進行測試評價；標準貫入試驗與重型動力觸探試驗試驗準確性沒有平板載荷試驗的準確性高，但其可由上至下連續大深度范圍內判定地基土承載力。因此將該三種方法結合使用可以準確的對整個土層地基承載力進行綜合評價判定。針對本工程的回填碾壓地基，結合三種試驗方法檢測結果，該壓實填土在檢測深度范圍內的地基承載力特征值滿足設計要求。

3 結論

（1）該新型平板載荷儀具有實時傳輸、一對多連接配對、定位精確、續航能力強等優點，具有較強的實用性與適用性。（2）平板載荷試驗、標貫取土試驗、重型動力觸探試驗相互結合的檢測方案可較好的對土層地基承載力進行綜合判定評價。