浅析一种新型平板载荷试验方法及装置

李 伟

中国能源建设集团安徽省电力设计院有限公司，安徽合肥 230601

载荷试验是一种地基土的原位测试方法，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[1-2]。平板载荷试验可用于以下目的：①确定地基土承载力的特征值，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确定地基土基床反力系数[3-4]；等等。

载荷试验的装置包括载荷板、反力装置、测力装置、变形测量装置等。传统的反力装置包括锚桩和压重，而浅层平板载荷试验的反力装置主要型式为压重。这种反力装置在操作上较为烦琐，使用起来不很方便[5-8]，并且要求试验点位置的地形较为平坦，受地形控制，影响较大。

笔者曾在中国的边疆地区开展过一些工程的勘察工作，对于上述不利因素深有体会。后来，笔者基于轻便化和就地取材的原则，创新性的利用试验点周围土重作为配重的反力型式，从而便捷的实现载荷试验的操作，实现了在偏远且交通不便的疆域，自如开展测试的目的，还可提高测试的工作效率，最终使工程建设取得最佳的经济、社会与环境效益。

1 新装置简介

为实现相关测试目的，该新型装置采取以下技术方案：利用试验点周围土重作为配重的反力装置。新型平板载荷试验装置立面图如图1所示，新型平板载荷试验装置平面图如图2所示 。

图1 新型平板载荷试验装置立面图

图2 新型平板载荷试验装置平面图

注：1为地层，2为基槽，3为横梁，4为百分表，5为千斤顶，6为承压板，7为带肋钢板，8为压力表，9为手动油泵，10为千斤顶端支承板，11为铆钉。

本装置提供一种简易的反力装置用于载荷试验。地面下一定深度内，需要测试某土层的地基承载力和变形等相关力学参数。

2 新装置使用方法

结合上图，对该新型装置和使用方法描述如下：

（1） 开挖基槽至测试的土层位置，基槽宽度不宜小于承压板宽度的3倍。

（2） 安装嵌入式带肋钢板：钢板尺寸一般为1000mm×500mm，厚度可选用50mm，钢板刃角为15°，钢板嵌入土层方式可选用静压或锤击的方式。

（3） 在基槽中心位置放置承压板，并将油压式千斤顶置于其上。承压板的直径为300mm，千斤顶加载能力范围为0～10t，行程160mm。

（4） 安置横梁，横梁两端用铆钉与两端钢板连接，使其能够保持整体的刚度。横梁中心与千斤顶端接触。横梁为下凸的拱形，曲率半径R=4000mm。

（5） 将百分表安装在横梁上的表架上，并使百分表测杆垂直落在载荷板上。

（6） 接好手动油泵、压力表、高压油管等，形成加载系统。手动油泵额定压力60MPa。

（7） 试验：与常规的载荷试验方法一致，以便获得荷载与沉降变形的关系等曲线。

3 工程实例及应用

500kV林芝变电站站址属雅鲁藏布江Ⅲ级阶地地貌，场地开阔，地形呈台阶状，场地海拔3047.9～3063.9m，站址场地内相对高差约16m，西高东低，总体向嘎玛沟及沟下游方向倾斜，坡度5～15°。站址区主要分布的地层为第四系全新统和上更新统冲积成因的粉土层，往下为漂 （卵） 石地层。从上而下地层依次为：①层粉土，②层粉土，③粉土，④卵石。

粉土的承载力如何提是个难题，再加上地区建设匮乏，工程经验无从谈起。而考虑到工程造价，设计要求尽可能使用天然地基，否则采用桩基础。因此本工程对地基土的承载力比较敏感，其大小有时直接决定着基础型式。

工程所在场地交通条件差，现场高低起伏，设备搬迁难度大，常规的载荷试验方法难度极大。在勘测期间，笔者采用新型平板载荷试验方法及装置，通过大量的试验和数据分析，并结合其他诸如静力触探、标贯等原位测试方法的比对，最终确定各粉土层的地基承载力特征值，很好地解决了勘察的精度问题。最终判定：①层粉土fak=70kPa，②层粉土fak=100kPa，③粉土fak=140kPa。从而对整个地层有个准确评价：①层粉土，为高压缩性土，工程性质差，不宜作为持力层；②层粉土，为高压缩性土，工程性质较差，可作为一般轻型及对不均匀沉降不敏感的建构筑物的地基持力层，但需对其变形进行验算；③层粉土，为中等压缩性土，工程性质一般-较好，是良好的天然地基持力层和下卧层。

这种基于土反力的简易平板载荷试验方法，在该工程实践中，得到了很好的应用和验证。针对一些地基土强度问题，在将载荷试验整体装置小型化的基础上，利用试验点周围土重作为配重的反力型式，从而便捷地实现载荷试验的操作。该方法在保证地基检验成果准确性的同时，提高了试验效率，轻便可靠。

4 结论及建议

（1） 传统的平板载荷试验，由于设备复杂，机械沉重，往往在地广人稀、交通极差的条件下，许多时候试验设备根本就不了位，当然用于测试土的承载力和变形特性的载荷试验也就开展不了了；尤其是在工程的可行性研究和初设阶段，由于对工程场地地层的地基土特性的误判，可能给工程的方案及概算造成难以低估的影响。

（2） 本文所述的新型方法是一种测试地基承载力的简易平板载荷试验方法，通过该简易方法还可测试地基系数和变形模量。

（3） 该新型的平板载荷试验方法及装置由于利用试验点周围“土重” （包括土的实际重量、土的摩擦力和内聚力） 作为反力，不受地形影响和制约，从而真正使得载荷试验的应用在空间上变得更为广泛。

（4） 该新型方法和装置是利用土的“自重”来提供反力，故试验点以上土的厚度对能否用该法完成载荷试验进行地基检测影响很大，一般可以根据公式fak＜100h进行初判 （其中fak为预估的地基承载力特征值，h为压重土层厚度），若上式成立，则可以用该法进行试验。

（5） 该新型方法适用于粘性土、粉土等地基土，一般不适用于砂土、碎石土等地基土。考虑到带肋钢板及横梁的刚度以及土扰动对试验结果的影响，该方法适宜于检验承载力特征值一般的地基土，fak＜180kPa为宜。