平板动力载荷试验技术标准

编制说明《平板动力载荷试验技术标准》DBJ/T×××－20**，经广东省住房和城乡建设厅202X年XX月XX日以第XXX号公告批准、发布。本标准编制过程中，编制组对平板动力载荷试验技术发展进行了广泛的调查与研究，总结了平板动力载荷试验的实践经验，同时参考了国内外的先进技术、方法标准，通过调研、征求意见，对制订的内容进行反复讨论、分析、论证，开展专题研究和工程实例验证等工作，为本次标准制订提供了依据。为便于广大检测、监测、设计、施工、监理、科研、学校等单位有关人员在使用本标准时能正确理解和执行条文规定，《平板动力载荷试验技术标准》编制组按章、节、条顺序编制了本规程的条文说明，对条文规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项进行了说明。但是，本条文说明不具备与标准正文同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考。

目次1总则 282术语和符号 303基本规定 313.1一般规定 313.2自由落体式平板动力载荷试验及检测 323.3附加激发力式平板动力载荷试验及检测 323.4验证检测与扩大检测 334自由落体式平板动力载荷试验 344.1一般规定 344.2仪器设备及其安装 344.3现场检测 344.4检测数据分析与判定 345附加激发力式平板动力载荷试验 365.1一般规定 365.2仪器设备及其安装 365.3现场检测 365.4检测数据分析与判定 37附录C电磁附加激发力式平板动力载荷试验准备步骤 391总则1.0.1土建工程中，地基平板载荷试验是地基工程性质评定中的基本手段与检测要求，检测的主要指标是地基的承载力特征值和变形模量。一直以来，采用静力平板载荷试验方法进行检测，所测量的变形参数仅是静态参数，不能反映动态荷载下地基的动态响应性状。随着科学技术进步，利用平板动力载荷试验技术进行动态参数检测得以实现，而保证与提高动力检测的质量和检测结果评价的可靠性，才能确保地基工程质量与安全。借助科技发展，顺应时代要求，满足国民经济及工程建设发展的需要，进行国际上首部此类标准编制，十分必要且影响深远。1.0.2平板动力载荷试验适用范围十分广泛，本标准侧重于建筑和市政工程领域平板动力载荷试验及地基（含路基）质量检测，交通、铁路、电力、港口等工程的地基验收检测，单位工程和验收批划分以及抽检数量应根据工程实际情况确定，检测方法可按本标准执行。1.0.3传统的“平板载荷试验（PLT）”是指对地基表面逐级施加竖向静态压力，测量载荷与位移随时间的变化，以确定地基承载能力与变形参数的一种试验方法。该传统平板载荷试验所施加的仅为静态压力，不同于与本标准方法的动态压力特征，故本标准在传统的“平板载荷试验”术语中需要加上“静力”以示区别。基于尊重业界传统习惯的考虑，本标准将“静力”加在“平板载荷试验”前面而不是加在其中“载荷”的前面。静力平板载荷试验须提供反力，如堆预制的混凝土压块等，因而所需作业空间大，在一些狭小空间如基坑、隧道内难以实施，平板动力载荷试验可作为静力平板载荷试验有效替代试验。由于平板动力载荷试验检测方法较快速简便，故还可作为地基工程质量检测的一种普查手段。平板动力载荷试验所测动态变形模量、动态承载力特征值与静力平板载荷试验的静态变形模量、静态承载力特征值存在对应关系，本编制组做了大量对比试验研究，典型土地基的对应结果如表1所示。

表1典型土层地基静力平板载荷试验与平板动力载荷试验结果关系对照表试验场地及土类、动静试验对比数量动力组数/静力组数附加激发力平板动力载荷试验静力平板载荷试验Eid,m/E0fd,ak/fakEid,m/MPafd,ak/kPa冲击力Pd/kNE0/MPafak/kPa宝钢湛江钢铁；湛江组黏土地基6/6145.26554.88525316.677204.168.712.72东莞市松山湖；全风化花岗岩地基3/1348.231144.2323069.28244.005.034.69深圳长圳公共住房建设工程地基2/2120.75588.6826034.27225.53.522.61广州增城仙村阀站；粉质、砂质黏土地基3/1318.40722.2136517.7916017.904.51深圳新安职院；含砾粉质黏土地基3/1141.50558.6234814.382209.842.54深圳中山大学校门诊楼；含砾粉质黏土地基；2/1147.45687.6935027.412005.383.44深圳中山大学文科楼（静力承载力特征值100kPa）含砾粉质黏土地基；2/1188.19934.8037321.972008.574.67深圳中山大学文科楼（静力承载力特征值300kPa）强风化泥质粉砂岩地基3/1363.501332.0937644.24300.008.224.44东莞妇女儿童中心；基坑内砂质黏土天然地基2/185.09376.243504.139520.603.962术语和符号2.1.1~2.1.3半无限体只在一个方向有界面，其余方向皆为无穷大；这是一个力学中的概念。从力学及其应用来看，在半无限体界面竖向力作用下的解构成了几乎所有接触问题包括平板载荷试验结果分析的基础。对于工程，就可接受的误差而言，地基完全可视为半无限体，其表面即为半无限体界面，故半无限体界面在本标准中可指实际工程中的地基表面。动态变形模量与动态承载力特征值的定义依据荷载与受力状态特征给出，并与静力平板载荷试验相关术语在力学内涵上保持一致。电磁附加激发力式平板动力载荷试验技术可测出地基土的力与变形的全过程动态响应，该过程不同阶段呈现明显的不同力学特性，各阶段响应特征对工程设计及质量评价都有不可忽略影响，因此区分出三种不同阶段的动态变形模量，以为科学设计及质量评价提供更充分依据。s为实测的承压板瞬态沉降值。2.1.4~2.1.7电磁附加激发力式平板动力载荷试验技术可进行各种动态参数及其随时间变化的测试，这些术语对此作了基本的相应描述。3基本规定3.1一般规定3.1.2对动力载荷作用较多的区域、设计认为重要的部位、局部岩土特性复杂可能影响施工质量的区域，可作为地基工程质量静力平板载荷试验的补充手段，用以地基工程质量检测；作为在狭小空间等情况下难以实施静力平板载荷试验时的替代试验；对地基面积较大的工程，可作为地基工程质量检测的一种普查手段。对于一定的冲击力，不同刚度的介质有不同的动应力响应，刚度越大，动应力值越大。对于标准自由落体式平板动力载荷试验Evd，按照在刚性基础上标定载荷板下最大冲击力计算得到最大动应力100kPa，根据实测，刚度较小及柔性基础或地基的动应力值会大幅度降低。3.1.3框图3.1.3是检测机构应遵循的检测工作基本程序。实际执行检测程序中，由于不可预知的原因，如委托要求的变化、现场调查情况与委托方介绍的不符，实施时发现原确定的检测方法难以满足检测目的的要求，或在现场检测尚未全部完成就已发现质量问题而需要进一步排查，都可能使原检测方案中的抽检数量、受检位置、检测方法发生变化。验证检测和扩大检测宜重新进行委托。重新检测包括两种情况，一是重新选择检测方法进行检测，以满足检测目的的规定，此时应该从制定检测方案开始；二是检测方法不变，对检测对象进行再次检测或重新选择检测对象再进行检测，以满足检测数量的规定，此时不需要再制定检测方案，从检测准备工作开始。3.1.4、3.1.5《广东省建设工程质量管理条例》规定，建设单位按照有关规定组织制定工程质量检测方案，委托具有相应资质的工程质量检测单位进行工程质量检测。检测技术方案可能需要与委托方或设计方共同协商制定，尤其是确定的受检检测点应具有代表性。制定检测技术方案时，只能根据已有工程实践经验初步确定检测方法，但在具体工程中，所选择的检测方法能否满足委托方的要求，往往还需要根据现场检测效果进行评价和判断。由于地质条件的复杂性、工法及施工工艺的差别，可能会出现检测方法不能满足检测目的的情况，主要有两种情形，一是检测深度未满足要求，二是检测对象与检测方法不相适应。因此，本标准明确规定，如果检测技术方案中确定的检测方法不能满足检测目的时，应重新选择检测方法并重新制定检测技术方案。收集资料时地基土体基本物理力学指标参数必须包括泊松比。3.1.6检测数量参考静力平板载荷试验，鉴于平板动力载荷试验快速方便，建议按普查性质的检测数量为每300m2不应少于1个点，且不得少于5点。3.2自由落体式平板动力载荷试验及检测3.2.1、3.2.2平板载荷试验的检测深度与荷载、平板尺寸和被测介质性质等有关。对于确定的平板尺寸及测试点位，该检测深度主要与荷载有关。大量试验与编制组试验验证表明，最大冲击力为7.07kN、承压板直径300mm的标准自由落体式平板动力载荷试验检测深度约为1.5倍承压板直径；对于该类其他冲击力与承压板直径的，目前尚未有足够的有关检测深度的测试数据，故其检测深度应通过实测确定。3.3附加激发力式平板动力载荷试验及检测3.3.1如第3.2.1、3.2.2条文说明所示，对于确定的平板尺寸及测试点位，平板载荷试验的检测深度主要与荷载有关。编制组关于砂性土、黏性土与软土等地基的试验均表明：承压板直径300mm，最大冲击力为300kN、450kN的附加激发力式平板动力载荷试验，对应可检测的土质地基深度约为5倍、6倍承压板直径。当冲击力进一步加大，或采用更大直径的平板时，目前尚未有足够的有关检测深度的测试数据，故其检测深度应通过实测确定。3.3.3附加激发力式平板动力载荷试验技术可提供较大的动力荷载，故可通过分别测试竖向增强体与其周边土的动态变形模量与动态承载力特征值来评价受影响范围内复合地基性状。其试验及性状评价方法与静力平板载荷下单桩（墩）复合地基平板荷载试验及评价方法相同，即将竖向抗压载荷试验与周边土平板载荷试验相结合进行综合评价。3.4验证检测与扩大检测3.4.1验证检测目的是确认检测结论的可靠性，宜以验证检测结论为验收依据。3.4.4当检测结果有争议时，表明情况比较复杂，进行验证检测和首次扩大抽检后，应从各方面综合考察与评价检测结果，并确定合适的处理方案。4自由落体式平板动力载荷试验4.1一般规定4.1.1当被测体中颗粒尺寸过大，所测结果受单颗粒性状影响过大，难以反映被测介质整体力学响应及性状参数。4.1.2本标准所指标准自由落体式平板动力载荷试验是指落锤质量为10kg，刚性基础上所测最大冲击力为7.07kN、载荷脉冲宽度为（18ms±2）ms的试验。4.1.4当采用非标准自由落体式平板动力载荷试验进行检测时，应实测最大冲击力，并宜在刚性基础上进行，同时测定载荷脉冲宽度。最大冲击力与落距、载荷脉冲宽度宜形成对应关系，以便于应用。4.2仪器设备及其安装4.2.2当采用非标准自由落体式平板动力载荷试验进行检测时，应设置可靠的固位与导向装置，保证落锤冲击承载板的荷载与标定时一致。4.2.4最大冲击力和载荷脉冲宽度是通过在刚性基础上标定得到。当采用非标准的落锤及落距进行试验时，应确定相应的测试影响深度、载荷脉冲宽度、沉降测量范围与动态变形模量的测量范围。4.3现场检测4.3.1在实测中，为了防止承载板在振动时将细砂喷出，可采用一定措施加以防止，如可在细砂表面适当润湿或采用粗砂。仪器要求导向杆与荷载板保持垂直，要求测试面与承载板底面完全密贴。4.3.2、4.3.3进行三次预冲击的目的是消除人为产生的对地基原状态扰动的影响。4.4检测数据分析与判定4.4.1基于广东省内工程场地地基土实测结果，并参考《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009年版）第10.2.5条、《地基动力特性测试规范》GB/T50269-2015第8.5.4条条文说明、《建筑地基检测技术规范》JGJ340-2015第4.4.6条、《水运工程岩土勘察规范》JTS133-2013第14.2.4.3条，编制组进行综合研究得到表4.4.1所示结果，其中各类土泊松比的中间值与《岩土工程勘察规范》GB50021-2001（2009年版）给出的单一固定值一致。5附加激发力式平板动力载荷试验5.1一般规定5.1.2附加激发力式平板动力载荷试验可获得冲击荷载下地基动力及位移响应全过程信息，反映地基复杂的动态力学性状。本标准主要提供试验深度内地基动态变形模量、动态承载力特征值确定方法及计算公式，若需要其他振动参数确定方法，可参考有关固体（含岩土）动力学文献资料。5.2仪器设备及其安装5.2.1附加激发力式平板动力载荷试验测试设备由附加激发力加载装置、承压板、载荷与位移测量及采集系统三部分组成。测试仪快速校核方法为：设置测试参数，使冲击杆（锤）以最大速度撞击承压板，通过荷载测量系统得到荷载时程曲线（P-t曲线）；然后以冲击杆（锤）为对象，利用动量定理反算冲击杆（锤）接触但未开始撞击承压板的瞬时速度，该计算值与仪器说明书中的标准值进行对比，误差不应大于5%。5.2.4动力平板载荷试验应力率大，荷载作用时间短，压电式压力传感器满足高频率采样要求，宜予采用。压力传感器应具有足够高的采样频率并结构坚固、刚度大。压电式压力传感器与控制装置连接时应采用低噪声电缆及牢固接口，注意保护好传感器接口，防止或减少冲击力作用下对接口的可能损坏，避免用力拔、扯、拽低噪声电缆；同时保管及使用传感器时应采取必要的防潮、防水措施，如使用干燥剂和塑料薄膜等。实际测试表明，通常情况下位移传感器最大量程不宜小于30mm；当测试回弹性大的饱和黏性土时，其最大量程不宜小于40mm。5.3现场检测5.3.2预压是指测取试验数据前，将试点处受扰动的地基土恢复至原始状态的自由落体冲击荷载的施加。对于10kg标准质量的冲击杆（锤），附加激发力式平板动力载荷试验自由落距为（85±2）cm。根据实测经验，一般土体预压两次较客观反映地基土体性状；但对于极低渗透性饱和黏性土或“橡皮土”地基，由于很容易或已达到作用能量饱和，不宜进行自由落体运动的预压。5.3.3由于平板动力载荷试验的冲击能量较高，随着冲击试验次数增加，会使原状土体被加固甚至破坏，所以在同一试验点的合理试验次数对于得到真实反映原状土体的动态参数是至关重要的。当出现测试结果差异大的情况，应检查分析及判断引起差异过大的原因。若为地基土本身的空间变异性造成，应采用该试验结果，但可在荷载作用影响外的附近适当增加测试点位，以判断空间变异性的影响及其范围；若为人为操作引起的差异，则不应采用试验结果，而须在荷载作用影响外的附近增补测试点位。5.4检测数据分析与判定5.4.1荷载时程曲线起跳点是指荷载作用下该曲线呈现的力响应的初始点。因所采集原始数据为电压（V），故在进行荷载数据整理时，为了将电压转换为冲击力，电压数据需乘以电荷转化器的标定系数K（kN/V）。5.4.2位移时程曲线起跳点是指荷载作用下该曲线呈现的位移响应的初始点。在进行位移数据整理时，需要注意以下几方面：1去毛刺。由于电子位移测量系统产生噪声毛刺，所以宜使用有关方法如Savitzky-Golay法等去除数据毛刺，使目标曲线光滑并能够保留其原始特征；2因所采集原始数据为电压（V），为了将电压转换为位移（沉降），电压数据需乘以位移传感器的标定系数L（mm/V）。5.4.3土体在受到荷载尤其是冲击荷载作用时位移（沉降）的变化具有明显的滞后效应，依据作用效应的对应性原理，在绘制P-s曲线时应遵循3个原则：1位移、荷载起跳点相对应；2位移、荷载最大值相对应；3位移量和相对应的荷载量所对应的时间分别占各自达到峰值时长的比例相同。由比例关系QUOTERiRi乘以荷载峰值对应时间tpm，所得的QUOTERiRi‧tpm对应压力值即为QUOTEPi，SiPi，通常压力峰值前的P-t曲线为线性，故可直接按（5.4.3-2）计算QUOTEPi，SiPi。5.4.4、5.4.5动态P-s曲线反映的是土体受到冲击作用时压缩阶段的变形特性，根据动态P-s曲线的特点，定义3种变形模量EidQUOTEEid（下标中QUOTEii为英文单词impact的首字母，表示平板动力荷载试验仪所提供的荷载为冲击荷载，下标d为英文单词dynamic的首字母）用以反映土体受到冲击荷载后不同阶段的变形特性：初始变形模量QUOTEEid,iEid,i下标中第2个QUOTEii为英文单词initial的首字母；线性或近线性段动态变形模量Eid,l下标中l为英文单词linear的首字母；平均变形模量QUOTEEid,mEid,m下标m为英文单词mean的首字母。应变率效应系数QUOTEα（ε）与土性相关，通常为应变率对数的函数；例如，根据原位实测及分析，对于砂性土，该关系为QUOTEα（ε）=alnε+b，其中系数a=2.33，b=21.41；黏性土也呈现相近似的关系。《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011中，由静力平板载荷试验试验确定承载力特征值的方法有两类，一类是强度控制原则，另一类是相对沉降控制原则。多数土体的静力平板载荷试验的P-s曲线都缺乏明显的直线段比例界限，因而采用了相对沉降控制原则s/d这一比值来确定地基承载力的特征值，而且该相对沉降比值是经验性较强的数值；上述国家规范（附录）与《建筑地基检测技术规范》JGJ/304-2015均为s/d=0.01~0.015，《建筑地基基础检测规范》DBJ/T15-60-2019取s/d=0.007~0.015（含复合地基）。由上可见，由于强度控制确定较难实施的特点，即破坏加载量过大难以实现和大多数静载试验曲线不出现明显特征拐点，因而实践中常采用相对沉降控制法确定承载力特征值。鉴于相对沉降控制方法具有相当的科学性和客观性，同时土体的动态力学响应较静态快，一般的动态变形模量是静态变形模量的数倍至10倍之间，故按此比例并参照取静态承载力特征值的取法如表5.4.5，用于确定土体在冲击载荷作用下的承载能力。大量试验表明，采用该相对沉降控制法及比例取法，静、动参数之间具有科学合理的对应性。附录C电磁附加激发力式平板动力载荷试验准备步骤C.0.1关于承压板、荷载传感器的安放作如下说明：1承压板是试验的基本部件之一，其安放质量影响试验的结果，故应注意：对于低压缩性土，铺砂的主要作用为找平，铺砂厚度宜小于5mm；对于高压缩性土，铺砂的作用除找平外，还为被测试土层提供承载面层，保证承压板在测试前不因自重而产生较大沉陷，即为高压缩性土提供稳定的测试平面，所以铺砂厚度在20mm左右为宜。压电式压力传感器连接后，将承压板放置于待测试的地面，为避免承压板受到冲击时受力不均匀和跳动，需使用水平尺在2个相互垂直的方向调节承压板，使之水平。2压电式压力传感器通常安装在承压板的凹槽内，阻尼垫的功能为调节冲击载荷的作用时间，同时可保护传感器以延长其使用寿命；根据所期望的冲击载荷作用时间，选择阻尼垫类型及厚度，可采用环氧板作为阻尼垫。同时，使用一段时间后须对传力柱上下端面、凹槽底座表面平整光滑度进行检查，以保证与传感器表面具有良好的接触端面。C