静力载荷试验

一、 静力载荷试验
1. 试验的目的及意义
（1） 确定地基土的临塑荷载，极限荷载，为评定地基土的承载力提供依据； （2） 确定地基土的变形模量； （3） 估算地基土的不排水抗剪强度； （4） 确定地基土基床反力系数；
2. 试验的适用范围
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3m 和地下水位以上的地基土；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。

载荷试验可适用于各种地基土，特适用于各种填土及碎石的土。

本节主要介绍浅层平板静力载荷试验。

本实验为浅层平板载荷试验。

3. 试验的基本原理
平板载荷试验是在拟建建筑场地上将一定尺寸和几何形状（方形或圆形）的刚性板，安放在被测的地基持力层上，逐级增加荷载，并测得相应的稳定沉降，直至达到地基破坏标准，由此可得到荷载（p ）－沉降（s ）曲线（即p-s 曲线）。

典型的平板载荷试验p-s 曲线可以划分为三个阶段，如右图所示。

通过对p-s 曲线进行计算分析，可以得到地基土的承载力特征值
ak
f 、变形模量
E 和基床反力系数
s
k 。

平板载荷试验所反映的相当于承压板下～倍承压板直径（或宽度）的深度范围内地基土的强度、变形的综合性状。

浅层平板载荷试验适用浅层天然地基土，包括各种填土、含碎石的土等。

也用于复合地基承载力评价。

4. 试验仪器及制样工具
破坏阶段
剪切变形阶段
直
线变形阶段
仪器设备：载荷试验的设备由承压板、加荷装置及沉降观测装置等部件组合而成。

目前，组合型式多样，成套的定型设备已应用多年。

（1）承压板，有现场砌置和预制两种，一般为预制厚钢板(或硬木板)。

对承压板的要求是，要有足够的刚度，在加荷过程中承压板本身的变形要小，而且其中心和边缘不能产生弯曲和翘起；其形状宜为圆形(也有方形者)，对密实粘性土和砂土，承压面积一般为1000～5000cm2。

对一般土多采用2500～5000cm2。

按道理讲，承压板尺寸应与基础相近，但不易做到。

（2）加荷装置，加荷装置包括压力源、载荷台架或反力构架。

加荷方式可分为两种，即重物加荷和油压千斤顶反力加荷。

1)重物加荷法，即在载荷台上放置重物，如铅块等。

由于此法笨重，劳动强度大，加荷
不便，目前已很少采用(图4－3)。

其优点是荷载稳定，在大型工地常用。

图3 载荷台式加压装置
(a)木质或铁质载荷台；(b)低重心载荷台；1—载荷台；
2—钢锭；3—混凝土平台；4—测点；5—承压板
2)油压千斤顶反力加荷法，即用油压千斤顶加荷，用地锚提供反力。

由于此法加荷方便，
劳动强度相对较小，已被广泛采用，并有定型产品（图4－4）。

采用油压千斤顶加
压，必须注意两个问题：①油压千斤顶的行程必须满足地基沉降要求。

②下入土中
的地锚反力要大于最大加荷，以避免地锚上拔，试验半途而废。

图4 千斤顶式加压装置
(a)钢桁架式装置；(b)拉杆式装置；1—千斤顶；
2—地锚；3—桁架；4—立柱；5—分立柱；6—拉杆
（3）沉降观测装置，沉降观测仪表有百分表、沉降传感器或水准仪等。

只要满足所规定的精度要求及线性特性等条件，可任意选用其中一种来观测承压板的沉降。

由于载荷试验所需荷载很大，要求一切装置必须牢固可靠、安全稳定。

5.试验步骤
第一部分，设备安装：
（1）、下地锚、安横梁、基准梁、挖试坑等。

地锚数量为4个，以试坑中心为中心点对称布置。

然后根据试验要求，开挖试坑至试验深度。

接着安装好横梁、基准梁等。

该工作由老师事先完成。

（2）、放置承压板。

在试坑的中心位置，根据承压板的大小铺设不超过20mm厚的砂垫层并找平，然后小心放置承压板。

（3）、千斤顶和测力计的安装。

以承压板为中心，从下往上依次放置千斤顶、测力计、垫片，并注意保持它们在一条垂直直线上。

然后调整千斤顶，使整体稳定在承压板和横梁之间，形成完整的反力系统。

（4）、沉降测量元件的安装。

把百分表通过磁性表座固定在基准梁上，并调整其位置，使其能准确测量承压板的沉降量。

百分表数量为4个，在安装时，注意使其均匀分布在四个方向，形成完整的沉降测量系统。

第二部分，加载操作：
（1）、加载前预压，以消除误差。

（2）、加载等级一般分10～12级，并不小于8级，我们取10级。

最大加载量200kPa，所以每级20kPa。

由于承压板面积为，所以每级荷载为4kN。

同时，第一级是各级加压的两倍，即8kN。

（3）、通过事先标定的压力表读数与压力之间的关系，计算出预定荷载所对应的测力计百分表读数。

（4）、加荷载。

按照计算的预定荷载所对应的测力计百分表读数加载，并随时观察测力计百分表指针的变动，通过千斤顶不断补压，以保证荷载的相对稳定。

（5）、沉降观测。

采用慢速法，每级荷载施加后，间隔5min、5min、10min、10min、15min、15min测读一次沉降，以后间隔30min测读一次沉降，当连续2h每小时沉降量小于时，可以认为沉降已达到相对稳定标准，可施加下一级荷载。

（6）、试验记录。

每次读数完，准确记录，以保证资料的可靠性。

第三部分，卸载操作：
（1）、卸载时，每级压力是加载时的2倍。

（2）、由于此次实习并未要求记录卸载数据，所以未作详细要求。

（3）、松开油阀，拆卸装置。

6.试验数据
实验原始数据见附表一。

7.试验数据处理
由原始数据统计处理，我们得到以下一个表格，每级荷载作用下，我们通过率定曲线，得出千斤顶的力，由此计算出每级荷载下，承压板对地基土的压力。

再由百分表的读数得出每级压力下稳定的沉降量，汇总于下表格。

达到稳定
达到稳定
4896达到稳定
达到稳定260120未达到稳定
以上表格数据，帮助我们绘出该地基土的P-S曲线（见附图一），由原始数据我们还得出每级荷载下的S-lgt曲线见（附图二）。

8.试验成果分析及工程应用
通过载荷试验，我们得到的最直接，也是最重要的是载荷试验原始记录。

试验过程中不仅记录荷载-时间-沉降，还记录了其它与载荷试验相关的信息，包括载荷板尺寸、载荷点试验深度（或试验桩桩长）、千斤顶量程与型号、沉降观测仪器与型号、天气、气温等等。

记录数据见附表。

资料整理如下：
（1）、绘制p-s曲线（p-s曲线的必要修正：图解法或最小二乘修正法）
根据载荷试验原始沉降观测记录，将（p, s）点绘在厘米坐标纸上。

由于p-s曲线的初
始直线段延长线不通过原点（0,0），则需对p-s 曲线进行修正。

此处采用图解法进行修正，其中0=0.06s mm ，即将曲线整体向上平移 。

如附图一所示。

（2）、绘制s -lg t 曲线
在单对数坐标纸上绘制每级荷载下的s —lgt 曲线，注意标明坐标名称和单位。

同时需要标明每根曲线的荷载等级，荷载单位用kPa 。

如附图二所示。

（3）、地基承载力特征值ak f
由于p-s 关系呈缓变曲线，不宜采用拐点法和极限荷载法确定地基承载力特征值，故采取相对沉降法。

其中，b=，s/b 取，即=0.010.4=0.004⨯s m = 4 mm 所对应的荷载作为地基承载力特征值，但其值不大于最大加载量的一半。

由p-s 曲线知，当=4s mm 时，=100p kPa
试验在进行到加载为120kpa 时，由于天气原因，下雨了，我们被迫终止试验，因此120kpa 加载并非破坏时的最大荷载。

所以不能确定当=4s mm 时，=100p kPa 是否小于最大加载量的一半。

∴我们暂取=100ak f kPa
（个人疑问：p-s 曲线绘制时，对试验数据点的拟合有多种作法，拟合曲线并非准确曲线，所以通过曲线查出的ak f 也并非准确值。

我们不能控制绘出的曲线误差，那我们怎么去得到最接近真实值的ak f ）
（4）、地基土的变形模量0E
2001=(1)E I I K b μ-
其中，承压板边长b =，承压板为圆形，0=0.785I ，承压板埋深=0z m ﹤ b =，故
10.270.270
1-
=1-=11.0
⨯≈z I b 。

如图，承压板为圆形，直径
对于K ，则-321.6===1425740.151510
⨯p K s kN/m 3。

又μ取，
∴22
001=(1)=0.7851142574(1-0.35)0.4=39284.12μ-⨯⨯⨯⨯E I I K b kPa
（5）、基床反力系数s k
基床反力系数取p-s 曲线直线段的斜率，即
-321.6
=
==1425740.151510
⨯p K s kN/m 3 9. 结论与建议
通过实验我们得出该地基土的承载力为100kpa ，变形模量为0=39284.12E kpa ，基床反力系数
s
k =142572kpa
试验过程中加载在时，沉降过小，可能由于操作问题，造成在未稳定时，直接进行下一级加压，造成数据在p-s 曲线出现严重偏移，因此该组数据为无效数据。

在试验过程中，由于下雨中断试验，此试验数据只能作为参考，不具有实际工程意义。