平板載荷試驗在高速公路路基檢測中的應(yīng)用分析

祁海鵬

（甘肅智通科技工程檢測咨詢有限公司，甘肅 蘭州 730050）

平板載荷試驗是一種適用范圍較廣的檢測方法，其主要作用在于檢測承壓板下巖土體的承載能力和發(fā)生變形的可能性，一般情況下，平板載荷試驗大多應(yīng)用于地表淺層地基或地下水位之上的地層，該試驗主要應(yīng)用模擬荷載的方式提升試驗質(zhì)量，對地基土實際作用進(jìn)行基礎(chǔ)分析。應(yīng)用平板載荷試驗結(jié)果能夠充分表明地基在不同荷載情況下產(chǎn)生的沉降和變形情況，幫助檢測人員精準(zhǔn)分析地基的承載能力，為提升高速公路的安全性和穩(wěn)定性奠定重要基礎(chǔ)。

1 平板載荷試驗概述

1.1 平板載荷理論概述

平板載荷試驗主要應(yīng)用于地表淺層地基，特別是在填土或碎石類基底方面的檢測，該試驗方法因為便捷和經(jīng)濟(jì)的特點被路基檢測廣泛應(yīng)用，但是平板載荷試驗方法在長期的實踐應(yīng)用中也暴露出很多問題。例如，平板載荷試驗所能測定的深度只有承載板寬度的兩倍，導(dǎo)致平板載荷試驗僅能測定淺層地基土的基本特點，因此該試驗方法并不適用于深層地基土特點的檢測。而且平板載荷試驗易導(dǎo)致承壓板地基土發(fā)生不同程度的變形，導(dǎo)致預(yù)定的承載能力明顯降低；平板載荷試驗主要在地表開展，如果在平板載荷試驗中沒有預(yù)埋深度存在的超載，平板載荷試驗也會導(dǎo)致地基土承載能力下降；平板載荷試驗得到的承載能力明顯高于實際承載能力，試驗測得的軟黏土變形情況會和實際變形情況存在較大差異，因此平板載荷試驗得到的參數(shù)信息通常與實際參數(shù)存在明顯差別；承壓板以下的地基土應(yīng)力能力復(fù)雜多變，而且不同位置地基土的變形模量具有相近的特點，從具體表現(xiàn)來看，該試驗主要能夠表現(xiàn)出以下兩種優(yōu)點：一是平板載荷試驗裝置的結(jié)構(gòu)簡單，平板載荷試驗可以利用檢測點上方地層自身的重力作為載荷試驗的反作用力；二是應(yīng)用多通道檢測的方式可以實現(xiàn)地基檢測的自動化，通過檢測過程動態(tài)控制的方式可以保障數(shù)據(jù)信息的客觀性，而且該試驗裝置也可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)油泵承壓板的壓力。

1.2 平板載荷應(yīng)用原理

平板載荷試驗結(jié)果和路基的變形情況存在密切關(guān)聯(lián)，如果測得的載荷量較大，路基變形的范圍就會更廣，因此平板載荷可以直觀體現(xiàn)出高速公路壓實填土的實際情況，而且該試驗方法能夠最大程度保護(hù)土層和土體結(jié)構(gòu)，特別是在不得應(yīng)用小件試樣、含填土和碎石的土質(zhì)中，應(yīng)用平板載荷試驗可以更直觀反映出土質(zhì)的沉降情況[1]。在平板試驗中，技術(shù)人員應(yīng)該根據(jù)載荷強度和沉降量之間的對應(yīng)關(guān)系描繪相應(yīng)曲線，并結(jié)合試驗判定結(jié)果將曲線拆分為直線變形、剪切變形以及破壞3 個重要階段。

1.3 平板載荷試驗要求

在平板載荷試驗中，技術(shù)人員需要結(jié)合實際情況選擇具有代表性的載荷試點，最終確定了3 個或3 個以上的試點數(shù)量，如果發(fā)現(xiàn)試驗區(qū)域內(nèi)的土質(zhì)情況較為復(fù)雜，技術(shù)人員應(yīng)該選擇更多試驗點保障試驗結(jié)果的客觀性。一般情況下，平板載荷試驗一般在試坑中開展，因此技術(shù)人員需要將試壓面坐落于基礎(chǔ)底面的標(biāo)高處，試坑的直徑控制在承壓板直徑的3 倍之內(nèi)，同時在試驗中應(yīng)當(dāng)保障試壓面的穩(wěn)定性，避免試驗對試壓面穩(wěn)定性產(chǎn)生影響；最后技術(shù)人員可以結(jié)合實際情況選擇預(yù)留20 cm 的原狀土層，采用土層預(yù)留的方式能夠有效保障路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，確保該位置土層達(dá)到濕度要求。

2 高速公路路基檢測中平板載荷試驗步驟分析

2.1 科學(xué)選擇試驗測點

在平板載荷試驗開展之前，技術(shù)人員應(yīng)該結(jié)合工程實際情況和平板載荷試驗特點做好準(zhǔn)備工作，例如技術(shù)人員應(yīng)該合理選擇試驗場地和試驗試點，為保障試驗結(jié)果的客觀性和可靠性奠定關(guān)鍵基礎(chǔ)[1]。試驗人員應(yīng)該根據(jù)平板載荷試驗特點和高速公路土質(zhì)特點綜合選定試點，同時試驗人員應(yīng)該結(jié)合高速公路土質(zhì)情況的復(fù)雜性合理增加試驗試點，避免應(yīng)用單一試驗結(jié)果判定工程整體情況的發(fā)生，并采用數(shù)據(jù)對比的方式提升試驗數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

2.2 合理選擇試驗儀器和設(shè)備

平板載荷試驗需要加荷設(shè)備、承壓板以及沉降觀測儀等設(shè)備協(xié)同作用，因此試驗人員在平板載荷試驗準(zhǔn)備中應(yīng)該提前準(zhǔn)備好相應(yīng)設(shè)備，并依據(jù)試驗要求選擇不同規(guī)格的儀器設(shè)備。例如，試驗人員在平板載荷試驗中應(yīng)該加強對承壓板的重視，將承壓板的面積控制在0.25～0.40 m2之內(nèi)，同時還應(yīng)該嚴(yán)格控制承壓板的堅硬度[2]。試驗人員應(yīng)該結(jié)合工程實際狀況合理調(diào)整試驗設(shè)備的規(guī)格，保障平板載荷試驗的順利開展。技術(shù)人員在加荷設(shè)備選擇中應(yīng)該將承載能力控制在最大荷載的2 倍之內(nèi)，同時還應(yīng)該嚴(yán)格控制加荷設(shè)備的安全性能和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。例如，試驗人員應(yīng)該結(jié)合高速公路工程和地基實際情況合理調(diào)整加荷設(shè)備的壓力源或液壓裝置等，在載荷臺架選擇中應(yīng)該將臺架的穩(wěn)定性和安全性作為重要臺架質(zhì)量的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)；在沉降觀測儀的選擇中應(yīng)該注重過程調(diào)節(jié)的功能，同時在設(shè)備選擇中需要嚴(yán)格控制沉降觀測儀的穩(wěn)定性和堅固性，在參數(shù)信息測量的過程中應(yīng)該將讀數(shù)取值精確到0.01，客觀保障參數(shù)信息的精準(zhǔn)性，避免數(shù)據(jù)誤差對地基檢測結(jié)果造成嚴(yán)重影響。

2.3 安裝試驗設(shè)備

在試驗設(shè)備安裝中應(yīng)首先鋪設(shè)承壓板，同時在承壓板鋪設(shè)中應(yīng)該首先清理高速公路地基現(xiàn)場的雜物，將試驗現(xiàn)場的清潔度和平整度作為設(shè)備安裝環(huán)節(jié)的重要關(guān)注內(nèi)容。如果試驗人員在承壓板安裝中發(fā)現(xiàn)傾斜現(xiàn)象，試驗人員可以在承壓板下方填埋砂石，利用砂石保障地基地面的平整度。然后試驗人員需要運用水平尺衡量地面的平整度，充分保障試驗地面的平整性。

2.4 檢測平板載荷試驗

2.4.1 加強對試坑準(zhǔn)備工作的重視

在開展平板載荷試驗之前，試驗人員應(yīng)加強對試坑準(zhǔn)備工作的重視，通過試坑的科學(xué)合理設(shè)計避免平板載荷試驗對周邊基土層結(jié)構(gòu)造成破壞，有效保護(hù)基土層結(jié)構(gòu)中含有的天然成分，同時試驗人員應(yīng)該依據(jù)承壓板的面積設(shè)定試坑的大小，一般情況下，試坑需要控制在承壓板面積的3 倍之上。

2.4.2 逐級增加載荷

在平板載荷試驗的過程中，試驗人員應(yīng)該關(guān)注逐級加載的重要性，但是在逐級加載中應(yīng)該將載荷量控制在預(yù)先設(shè)定的范圍之內(nèi)，避免載荷量超出原有限制。例如，試驗人員可以將載荷量控制在8 級之內(nèi)[3]。就目前公路路基檢測情況來看，平板載荷試驗主要有單一循環(huán)慢速維持載荷和逐級增加荷載兩種方式，因此試驗人員應(yīng)該科學(xué)審視兩種不同加載方法的優(yōu)劣勢，并結(jié)合實際情況合理選擇試驗方法。

2.4.3 動態(tài)性觀察沉降量

沉降量檢測是平板載荷試驗的重要內(nèi)容，因此試驗人員需要加強對沉降量觀察的重視，同時在沉降量檢測中應(yīng)該遵循動態(tài)性檢測原則，依據(jù)沉降量的動態(tài)性變化調(diào)整載荷量，試驗人員可以在地基達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后持續(xù)增加負(fù)荷量，最終實現(xiàn)平板載荷試驗的試驗?zāi)繕?biāo)。例如，試驗人員可以在增加負(fù)荷的前1 個小時以10 min/次的頻率觀察沉降量，通過不同時期沉降數(shù)據(jù)的觀察體現(xiàn)沉降的變化，在負(fù)荷增加之后應(yīng)該需要應(yīng)用更長的時間間隔對沉降的數(shù)量進(jìn)行定期觀察，當(dāng)沉降數(shù)量控制在0.1 mm 時，可以判定地基基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。

2.4.4 確定地基承載能力的特征值

在平板載荷試驗完成后，試驗人員應(yīng)立即開展卸載回彈試驗，將各時期數(shù)據(jù)信息的收集整理描繪沉降曲線圖，幫助試驗人員直觀闡述相關(guān)試驗數(shù)據(jù)和結(jié)果，同時試驗人員在平板載荷試驗之后應(yīng)當(dāng)著重關(guān)注圖形的變化，從地基的明顯變化中確定地基承載能力的基本特征。最后試驗人員可以將試驗測得的數(shù)據(jù)信息帶入變形模量的公式中，從公式中便可以找尋變形模量和沉降量之間的對應(yīng)關(guān)系。例如，試驗人員可以從沉降量測量中構(gòu)建平板載荷試驗結(jié)果和路基變形模量統(tǒng)計情況（見表1、表2），從中找尋試驗結(jié)果與沉降量和變形模量之間的對應(yīng)關(guān)系。

表1 平板載荷試驗結(jié)果匯總表

表2 路基變形模量統(tǒng)計匯總表

3 結(jié)束語

在高速公路路基檢測中應(yīng)該合理選擇路面檢測技術(shù)，充分認(rèn)識平板載荷試驗的特點，結(jié)合高速公路工程實際情況充分發(fā)揮平板載荷試驗的功能，應(yīng)用有效的檢測方式及時發(fā)現(xiàn)路基路面存在的問題，并結(jié)合先進(jìn)的路面檢測技術(shù)創(chuàng)新高速公路路基檢測方法，全面提升高速公路路基檢測質(zhì)量，從而實現(xiàn)延長高速公路使用壽命和利益最大化的目標(biāo)。