载荷试验承载力取值与试验方法探讨

载荷试验承载力取值与试验方法探讨摘要：本文主要对载荷试验承载力如何取值、地基承载力的介绍以及载荷试验方法进行了具体分析研究。关键词：载荷试验承载力取值；地基承载力；试验方法一、工程概况本工程是某市的勘察设计有限公司对某建筑物地基进行检测。本工程拟建工程基坑已开挖至设计标高并于基坑底部换填碎石垫层。勘察完成后，组织相关技术人员制定地基检测方案，并安排相关试验人员进场，采用现场浅层荷载板试验对地基的承载力进行原位测试。本次测试共进行静载荷试验3台。试验深度为2.0m左右，试验土层为粘性土。二、载荷试验的概述1、载荷试验的定义所谓载荷试验是指桩的打基方法，它的特点是在桩的顶端直接安装一种特制的油压千斤顶，进行桩的承载力试验；取代以往的堆载法和千斤顶。它属于单桩试验的一种方法，用来测试单桩（摩擦桩）承载力的。载荷试验可用于测定承压板下应力主要影响范围内岩土的承载力和变形特性。浅层平板载荷试验适用于浅层地基土；深层平板载荷试验适用于埋深等于或大于5m地基土；螺旋板载荷试验适用于深层地基土或地下水位以下的地基土[1]；复合地基载荷试验用于测定承压板下应力主要影响范围内复合土层的承载力和变形参数，岩基载荷试验用于确定完整、较完整、较破碎岩基作为天然地基或桩基础持力层时的承载力。2、载荷试验的分类2.1按照用途可分为两类：一是基本试验，即就是确定承载力，为设计提供设计依据，应进行破坏性试验。二是验收试验，即就是按设计参数进行试验，验证承载力是否满足设计要求。2.2按照工程性质分类可包括：一是地基土静载试验，其中又可分为螺旋板载荷试验、浅层板载荷试验以及深层半载荷试验三类。二是复合地基载荷试验，包括素填土载荷试验、单桩载荷试验、多桩载荷试验和桩周土载荷试验。三是岩基载荷试验。其中主要包括单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验、单桩水平静载试验。三、载荷试验承载力的取值应注意的问题1、载荷试验承载力1.1浅层板载荷试验的试坑宽度或直径不应小于承压板宽度或直径的三倍；深层平板载荷试验的试井直径应等于承压板的直径；当试井直径大于承压板直径时，紧靠承压板周围土的高度不应小于承压板直径（0.8m）。1.2载荷试验宜采用圆形刚性承压板，根据土的软硬或岩体裂隙密度采用合适的尺寸；土的浅层平板载荷试验承压板面积不应小于0.25m2，，对软土和粒径较大的填土不应小于0.5m2；土的深层平板载荷试验承压板面积宜选用0.5m2；岩石载荷试验承压板的面积不宜小于0.07m2。复合地基载荷试验承压板应具有足够刚度[2]。单桩复合地基载荷试验的承压板可用圆形或方形，面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基载荷试验的承压板可用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。桩的中心（或形心）应与承压板保持一致，并与荷载作用点相重合。1.3载荷试验应布置在有代表性的地点，每个场地不宜少于3个，当场地内岩土体不均时，应适当增加。浅层平板载荷试验应布置在基础底面标高处。仪器设备要定期检验和标定，选定适合量程的千斤顶进行载荷试验。1.4地基受力变形特征。坑内载荷试验一般分为开挖基坑、安装设备、加荷试验等三个步骤:第一，开挖基坑,安装设备;第二，加荷至挖去土自重;第三，加荷至破坏;相应于以上阶段,各阶段相应的地基变形特征如下:第一，由于基坑开挖,地基土卸荷从而发生回弹变形;第二，在相当于上覆土自重的荷载作用下,地基土发生弹性再压缩变形;第三，在附加压力作用下发生弹性、塑性变形直至破坏。压力-沉降曲线见图1：图1压力(p）一(s)沉降曲线关系图2、地基承载力分析地基承载力是指地基承担荷载的能力。是针对地基基础设计提出为方便评价地基强度和稳定的专业术语，而不是土体的基本性质指标，土的抗剪强度理论是研究和确定地基承载力的理论基础旧。地基承载力分为极限承载力和容许承载力。地基土单位面积所能够承担的最大荷载为极限承载力P0,考虑一定的安全储备的承载力称为容许承载力。四、载荷试验承载力取值方法确定承载力的方法主要有四种：第一种是通过现场直接试验确定承载力，包括(静)载荷试验、静力触探试验、标准贯人试验、旁压试验等；第二种是根据土的抗剪强度指标计算的理论公式确定承载力；第三种是根据室内试验指标、现场测试指标或野外鉴别指标，通过查规范所列表格得到承载力；第四种是基于地区的使用经验，进行类比判断确定承载力。本工程的试验深度为2.0m，所以主要采用的是浅基础极限承载力方法，假设基础下三角形土体I一直处于弹性状态，当地基达到破坏并出现连续滑动面时，弹性体边界与水平面夹角为φ，φ大小与基底粗糙程度有关，滑动体内的径向剪切区Ⅱ的边界为对数螺线，朗肯被动区边界为直线，与水平面夹角为450-φ/2[3]。如图2所示：图2根据平衡方程可得极限承载力为：式中-计算系数。而在进行试验过程中，出现承压板周边的土呈现明显侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载与沉降曲线出现明显陡降；在某级荷载下24小时沉降速率不能达到相对稳定标准；总沉降量与承压板直径（或宽度）之比超过0.06.（深层平板为0.04）当满足前三种情况之一时，其对应的前一级荷载定位极限荷载。当P-S曲线上有比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值。当极限荷载小于对应比例界限的荷载值的两倍时，取极限荷载值的一半。当不能按上述二款要求确定时，当压板面积为0.25-0.50m2,可取s/b=0.01-0.015所对应的荷载，但其值不应大于最大加载量的一半。总之，同一土层参加统计的试验点不应少于三点，当试验实测值的极差不超过其平均值的30%时，取此平均值作为该土层的地基承载力特征值fak。对于P-S曲线上起始直线段的终点为比例界限。缝合终止加载条件的前一级荷载为极限荷载。将极限荷载除以3的安全系数，所得值与对应于比例界限的荷载相比较，取小值。每个场地载荷试验的数量不应小于3个，取最小值作为岩石地基承载力特征值。岩石地基承载力不进行深宽修正。五、载荷试验荷承载力试验方法1、试验设备载试验的设备主要由4个部分组成：刚性承载板、加荷装置、反力系统和量测荷载及沉降的系统等。1.1刚性承载板。承压板的作用时将所加荷载均匀传递到地基土。承压板多采用钢板制成，也有采用钢筋混凝土或铸铁板制成。承载板的大小应根据土层的软硬条件或岩体的裂隙发育程度来选用。承载板的大小对评定地基承载力有一定的影响，为了使实验结果具有可比性，应遵循《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)的规定，对于浅层平板荷载试验，承压板的面积不应小于0．25m；对于软土和粒径较大的填土不应小于0．50m；对于岩石荷载试验的承压板的面积不应小于0．07m。刚性承载板下应设置中砂或粗砂找平层，其厚度不超过20mm，铺设找平层和安装刚性承载板时，试坑内不得积水。1.2加荷装置。加荷系统的功能是借助反力系统向承压板施加所需的荷载。最常见的加荷系统采用油压千斤顶构成，施加的荷载通过与油压千斤顶相连的油泵上的油压表来测读和控制。1.3反力系统。反力系统的功能是提供加载所需的反力。最常见的反力系统有两种：一是采用地锚反力梁构成，加荷系统的千斤顶顶升反力梁，地锚产生抗拔反力，以达到对承压板加载的目的；二是采用堆载平台构成，由平台上重物的重力提供加载所需反力1.4量测系统。量测系统一般分为两类：一是压力观测系统，由于千斤顶的油泵所配压力表可以指示所加的压力，因此，一般不需要再专门设立压力观测系统，而仅需利用油泵压力表的读数进行换算即可得到所加的荷载大小；二是沉降观测系统，一般用脚手钢管构成观测支架，再在支架上安装观测仪器即可构成沉降观测系统。观测仪器有百分表和位移传感器两种。其精度不应低于±0.1mm。2、试验方法根据工程需要，试验方法可采用常规慢速法(分级维持荷载沉降相对稳定法)；当有地区经验时，可采用快速法(分级加载沉降非稳定法)或等沉降速率法。慢法主要用于饱和软粘性土及对变形有明确要求的建筑物；快法一般适用于可塑～坚硬状粉质粘土、粉土、砂类土和碎石类土及软质岩。试验应进行到地基的破坏状态，或最大加载量不小于地基承载力设计值的2倍。加荷等级可分10～12级，并不应小于8级，第一次可施加2级的加荷量，以后必须逐级施加。荷载量测精度不应低于最大荷载的±1％。对慢速法，当试验对象为土体时，每级加载后，间隔5min、10min、15min测读一次沉降，以后每隔30min测读一次沉降，当连续两次出现每小时沉降小于或等于0．1mm时，可以认为沉降已达到稳定标准，可以施加下一级荷载；当试验对象为岩体时，每级加载后，间隔1min、2min、2min、5min测读一次沉降，以后每隔10min测读一次沉降，当连续3次出现读数差值≤0．01min时，可以认为沉降已达到稳定标准，可以施加下一级荷载。另外，还要做好现场检测工作，主要包括试桩的成桩工艺和质量控制标准应与工程桩一致；桩顶部宜高出试坑底面，试坑底面宜与桩承台底标高一致；对作为锚桩用的灌注桩和有接头的混凝土预制桩，检测前宜对其桩身完整性进行检测。在进行试验加卸载方式时要注意以下几点：首先加载应分级进行，采用逐级等量加载；分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1/10，其中第一级可取分级荷载的2倍。其次卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。再者加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过该级增减量的10%。单桩竖向抗压极限承载力统计值的确定要做到：首先，参加统计的试桩结果，当满足其极差不超过平均值的30%时，取其平均值为单桩竖向抗压极限承载力。其次当极差超过平均值的30%时，应分析极差过大的原因，结合工程具体情况综合确定。必要时可增加试桩数量。最后对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量小于3根时，应取低值。结束语综上所述，地基承载力的检测关系到工程质量及安全。这就要求检测人员不仅具有高度的责任心，还应掌握专业的技术知识，只有这样才能保证检测结果的客观、公正、准确。