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载荷测试方法比较简单,成果也比较可靠,但费时、费力。应深入分析其影响因素,消除不利影响,使测试成果精度符合要求。影响载荷测试成果的主要因素有以下几方面。
1.承压板尺寸
不同的承压板尺寸对试验土层的沉降量和极限压力值均有一定影响。原苏联、美国和我国均曾先后用不同尺寸的承压板做载荷测试研究。结果均表明,在不超过直线变形阶段的荷载作用下,当承压板边长或直径(B)小于某值时,S(沉降量)与B成反比;当B大于某值时,S与B成正比。崔托维奇认为,此值代表承压板直径时,为30—35cm;代表方形边长时,为45cm。我国冶金部勘察系统在太原所做的不同面积承压板的对比试验表明,对圆形承压板,此值(直径)为30cm;对方形承压板,此值(边长)为50cm(见表4—4)。
表4—4 方形承压板(基础)边长与沉降量数据的关系
②F为承压板面积。
铁道科学研究院的研究表明,当B在20—30cm时,所确定的极限压力最低;若大于该值时,极限压力随B的增加以递减的速率增加。其他一些单位也有类似经验。
由于载荷测试是模拟基础工作条件的一种试验方法,基础宽度一般均超过30cm,因而承压板不宜过小。但是,如承压板面积过大,势必所加总荷载也随之增大,这又增加了测试的困难。因此,国内、外规定,将1000cm2作为承压板面积的下限是合理的。在大多数情况下,用面积为1000—5000cm2的承压板进行试验,所获得的成果是可靠的。
2.沉降稳定标准
每级压力下的沉降稳定标准不同,则所观测的沉降量及所得出的P-S曲线和变形模量等也不相同。为了消除这种影响,就要统一稳定标准。在载荷试验中,广泛应用的是相对稳定法,即每施加一级荷载,待沉降速率达到相对稳定后再加下一级荷载。有的规程在规定相对稳定标准的同时,还提出了在不同土层中观测时间的附加规定。如每级荷载下的观测时间,对软粘性土,应不少于24h;对一般粘性土,不少于8h;对碎石土、砂土、老粘性土,不少于4h。这是基于土的力学强度越低,在某级荷载(压力)下沉降稳定所需的时间越长所致。如果按上述标准做一个载荷试验,所需时间,少则2d,多则10d以上。试验周期长是载荷试验的主要缺点。为了改变这种状况,对可塑至坚硬状态的粘性土、砂类土、碎石类土可采用快速法,即自每级加荷操作历时(按经验估算)的一半开始,每隔15min观测一次,每级荷载保持2h。按10级荷载计算,做一个载荷试验只需20h,不足一天。经过一些单位的实践和研究表明,按快速法经外推计算的成果,可用于评价地基的容许承载力。现将快速试验外推计算方法介绍于后。
快速法外推计算的目的是求沉降达到相对稳定标准时的沉降值Sn。其基本原理是假定沉降与时间为一对数关系,即
土体原位测试机理、方法及其工程应用
为了求得相对稳定标准的沉降值Sn,就需要知道达到相对稳定标准所需的时间tn。
一般取沉降速率达到相对稳定标准(见4.2.2节第5条)的时间增量tw=1h,沉降增量Sw=0.1mm,则
土体原位测试机理、方法及其工程应用
亦即
由(4—8)式得:
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式(4—10)和(4—11)中:
tn——第n级荷载下沉降达到相对稳定标准时所需的时间(min);当tn值不足为30的倍数时,可增大为30的倍数;
Sn——第n级荷载下沉降达到相对稳定标准时的沉降量(cm);
tw——沉降速率达到相对稳定标准时的时间增量(tw=60min);
Sw——沉降速率达到相对稳定标准时的沉降增量(Sw=0.01cm);
αn——第n级荷载下,S-lnt曲线的截距(cm);
βn——第n级荷载下,S-lnt曲线的斜率。
由(4—10)和(4—11)式中可看出,只要求出αn和βn两个未知数,就可求出tn和Sn。求出Sn后,就可画出P-S曲线。αn和βn分别用(4—12)和(4—13)式计算。
土体原位测试机理、方法及其工程应用
为了使快速法的成果与相对稳定法一致,必须从施加第二级荷载开始,从沉降观测值中扣除其以前各级沉降未稳定而产生的剩余沉降量。其值按(4—14)式计算。
土体原位测试机理、方法及其工程应用
式中: ——第n级荷载下第i次观测值中应扣除的剩余沉降量(cm);
k——第n级前的荷载级数(k=1,2,……,n-1);
△t——沉降观测的时间间隔(min);
N——每级荷载下沉降观测的次数;
n——荷载级数。
为了说明快速法外推计算的整个过程,举例如下。
表4—5 快速法试验成果
注:沉降观测值应为本级荷载下的实际沉降量(即沉降增量)。
快速法外推计算
第一级荷载。因无其他级荷载,不需要计算应扣除的剩余沉降量。
①计算α1、β1,α1=0.052,β1=0.014。
②计算沉降达相对稳定标准时所需时间t1及沉降量S1:
土体原位测试机理、方法及其工程应用
将117min增大为30的整倍数,即t1=120min则:
土体原位测试机理、方法及其工程应用
表4—6 计算α、β值用表
第二级荷载是在第一级荷载已达相对稳定标准后(即120min)施加的,因而没有剩余沉降产生,其推算方法与第一级一样。计算结果为:α2=0.108,β2=0.024,t2=180min,S2=0.232cm。
第三级荷载。由于第二级t2=180min,即尚有60min按S-lnt线性关系的沉降量影响到第三级荷载的1—4次观测值,应予扣除。
③计算各次观测值中应扣除的剩余沉降量:
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在计算α3、β3时,应将第三级荷载下的第1—4次的沉降观测值减去 至 ,才能作为计算依据。经计算得α3=0.003,β3=0.067;并依次计算出t3、S3,以及αn、βn和tn、Sn。其结果列于表4—7。
表4—7 计算结果表
注:表中tn值,分子为实际计算值,分母为30的整倍数值。
整个外推计算,除了用手算以外,还可以编制程序,用计算机计算。
3.承压板埋深
承压板埋深应与基础埋深一致,这样求出的地基容许承载力等才比较符合实际。相同面积的承压板,埋深不同,所求出的P-S曲线上的比例界限值也不一样。根据土力学基础埋深原理,一般来讲,埋深越浅,P-S曲线的比例界限值越小。埋深如过大,会增加试验的困难。
随着高层建筑与深基础工程的日益增多,浅层平板静力载荷测试逐渐显得“无能为力”,而改用钻孔平板载荷测试或螺旋板载荷测试。螺旋板载荷测试(screw plate test)是由N.Janbu(1973)研制的。它可以在地基不同深度上进行试验,最大试验深度已达30m。目前,瑞典、美国、加拿大、挪威等国,均已将它用于实际工程中,但仍待不断完善(螺旋板载荷测试详见本章第六节)。
4.地基土的均匀性
载荷测试的影响深度一般为1.5—2倍承压板宽度(或直径)。在这个影响深度内,土层的时代、成因、类型及含水量一般应是相同的。只有这样,载荷测试成果才能反映同一土层的真实指标(土的工程性质),达到载荷测试的目的。如果建筑场地土层较多,又都是重要建筑物的持力层,则要分层做载荷测试。如果土层较薄,达不到2倍承压板宽度(直径)的厚度,所求出的载荷测试成果就很难应用,满足不了基础设计的需要。这时,就要考虑采用符合要求的小承压板或做其他类型的试验,以满足设计要求。因此,在做载荷测试前,应掌握较详细的钻探资料,对测试场地土层有较详细的了解。
什么是桩基静载荷试验
K30平板载荷试验适用于粒径不大于载荷板直径1/4的各类土和土石混合填料。
由于K30的荷载板直径只有300mm.因此对所填路基土的颗粒粒径和级配有一定的限值,否则颗粒粒径过大,级配不均匀,K30的测试结果就会带来较大的误差,难以真实反映路基的压实情况。根据秦沈客运专线的经验,K30适用于均匀地基土(如粗、细粒土)地基系数K30的检测,对于拌和较均匀的级配碎石也是符合测试要求的,而对于颗粒不均匀的碎石土,其K30检测就难以得出准确可靠的测试结果。 K30平板载荷试验的测试有效深度范围为400~500mm。
由于K30平板载荷试验成果所反映的是压板下大约1.5倍压板直径深度范围内地基土的性状,因此要想真实全面地反映更深土层的情况,尚需结合其他的检测手段进行综合评定。 对于水分挥发快的均粒砂,表面结硬壳、软化、或因其他原因表层扰动的土,平板载荷试验应置于扰动带以下进行。
影响K30测试结果的因素很多,但含水量变化是造成K30测试结果偶然误差的主要因素,也就是说K30测试结果具有时效性。一般来说,控制在最佳含水量附近施工,路基压实系数较高,路基质量好,基床表面刚度较大,K30测试结果较高。但是由于受季节及天气气温变化的影响,其水分的蒸发程度不同,含水量差别较大,因而含水量为一变量。实践证明,碾压完毕后,路基含水量大时,K30试结果就小;含水量小时,K30测试结果就高。由于击实土处于不饱和状态,含水量对其力学性质的影响很大。这就造成K30测试结果因含水量变化而离散性大、重复性差。为此,现场测试应消除土体含水量变化的影响。 对于粗、细粒均质土,宜在压实后2~4h内进行。
在进行K30测试时,发现不同时间的K30测试结果差别较大,尤其对级配碎石来讲更为明显。这是由于不同的检测时间,其路基的含水量及板结强度不同。若在碾压完毕后2~3d再进行K30测试,这样虽然K30测试结果提高了,满足了K30的设计要求。但这样做会造成K30测试结果无可比性、不可信。因此,为了检测路基填筑质量而进行的K30试验,只有在碾压完毕时一定时限内进行测试才有意义。 测试面必须是平整无坑洞的地面。对于粗粒土或混合料造成的表面凸凹不平,应铺设一层约2~3mm的干燥中砂或石膏腻子。此外,测试面必须远离震源,以保持测试精度。
细粒土(粉砂、黏土)只有在压实的条件下方可进行检测。在不确定的情况下,要对地面不同深度进行检测,地面以下最深至d(d=承载板直径)。 雨天或风力大于6级的天气,不得进行试验。
土的工程特性指标?
静载荷试验:是指按桩的使用功能,分别在桩顶逐级施加轴向压力、轴向上拔力或在桩基承台底面标高一致处施加水平力,观测桩的相应检测点随时间产生的沉降、上拔位移或水平位移,根据荷载与位移的关系(即Q~S曲线)判定相应的单桩竖向抗压承载力、单桩竖向抗拔承载力或单桩水平承载力的试验方法。它是目前检验桩基(含复合地基、天然地基)承载力的各种方法中应用最广的一种,且被公认为试验结果最准确、最可靠,被列入各国桩基工程规范或规定中。该试验手段利用各种方法人工加荷,模拟地基或基础的实际工作状态,测试其加载后承载性能及变形特征。其显著的优点是受力条件比较接近实际,简单易用,试验结果直观而易于为人们理解和接受;但是试验规模及费用相对较大。 静载荷试验类型:根据试验对象可分为地基土浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验、复合地基载荷试验、岩基载荷试验、桩(墩)基载荷试验、锚杆(桩)试验;根据加载方式可分为:竖向抗压试验、竖向抗拔试验、水平载荷试验。 试验使用设备:千斤顶 荷重传感器 位移传感器 百分表
土的工程特性指标是非常重要的,了解指标的每个细节才能更好的解决实际问题,每个环节的处理都很关键。中达咨询就土的工程特性指标和大家说明一下。
第1条 土的工程特性指标应包括强度指标、压缩性指标以及静力触探探头阻力,标准贯入试验锤击数、载荷试验承载力等其他特性指标。
第2条 地基土工程特性指标的代表值应分别为标准值、平均值及特征值。抗剪强度指标应取标准值,压缩性指标应取平均值,载荷试验承载力应取特征值。
第3条 载荷试验包括浅层平板载荷试验和深层平板载荷试验。浅层平板载荷试验适用于浅层地基,深层平板载荷试验适用于深层地基。两种载荷试验的试验要求应分别符合本规范附录C.D的规定。
第4条 土的抗剪强度指标,可采用原状土室内剪切试验、无侧限抗压强度试验、现场剪切试验、十字板剪切试验等方法测定。当采用室内剪切试验确定时,应选择三轴压缩试验中的不固结不排水试验。经过预压固结的地基可采用固结不排水试验。每层土的试验数量不得少于六组。室内试验抗剪强度指标ck,φk,可按本规范附录E确定。
在验算坡体的稳定性时,对于已有剪切破裂面或其它软弱结构面的抗剪强度,应进行野外大型剪切试验。
第5条 土的压缩性指标可采用原状土室内压缩试验、原位浅层或深层平板载荷试验、旁压试验确定。
当采用室内压缩试验确定压缩模量时,试验所施加的最大压力应超过土自重压力与预计和附加压力之和,试验成果用e~p曲线表示。当考虑土的应力历史进行沉降计算时,应进行高压固结试验,确定先期固结压力、压缩指数,试验成果用e~lgp曲线表示。为确定回弹指数,应在估计的先期固结压力之后进行一次卸荷,再继续加荷至预定的最后一级压力。
地基土的压缩性可按p1为100kPa,p2为200kPa时相对应的压缩系数值a1-2划分为低、中、高压缩性,并应按以下规定进行评价:
1.当a1-2<0.1MPa-1时,为低压缩性土;
2.当0.1MPa-1≤a1-2<0.5MPa-1时,为中压缩性土;
3.当a1-2≥0.5MPa-1时,为高压缩性土。
当考虑深基坑开挖卸荷和再加荷时,应进行回弹再压缩试验,其压力的施加应与实际的加卸荷状况一致。
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