大型平板载荷试验在刚性桩复合地基中的研究与应用

大型平板载荷试验在刚性桩复合地基中的研究与应用

邓少权

东莞市建设工程检测中心523000

摘要：随着我国建筑行业高速发展，对建筑环境地基处理要求越来越高。刚性桩复合地基以其承载力高、变形率小等特点，在高层建筑地基处理方式中得到广泛应用。大型平板载荷试验是一项使用已久且应用广泛的原位试验法，是通过观察一定尺寸的刚性承压板上分级施压的荷载情况，了解在不同载荷作用下，天然地基变形状况。刚性桩复合地基适合含碎石土和填土的各种土类。本文将通过大型平板载荷试验，了解大型平板载荷试验在刚性桩复合地基中的研究与应用。

关键词：平板载荷试验；刚性桩复合地基；现场试验

Abstract：Withtherapiddevelopmentofconstructionindustryinourcountry，therequirementsonfoundationtreatmentofbuildingenvironmentaregettinghigherandhigher.Duetoitshighbearingcapacityandsmalldeformationrate，rigidpilecompositefoundationiswidelyusedinfoundationtreatmentofhigh-risebuildings.Large-scaleplateloadtestisalong-establishedandwidelyusedin-situtestmethod，whichisusedtoobservethedeformationofnaturalgroundunderdifferentloadsbyobservingtheloadofgradingpressureonarigidpressureplateofacertainsize.Rigidpilecompositefoundationsuitableforgravelsoilandfillavarietyofsoil.Inthispaper，largeflatloadtestwillbeconductedtounderstandtheresearchandapplicationoflargeflatloadtestinrigidpilecompositefoundation.

Keywords：plateloadtest；rigidpilecompositefoundation；fieldtest

前言：刚性桩复合地基是为了满足高层建筑对承载力和变形要求而产生的一种人工地基，刚性桩体材料主要有素混凝土桩、CFG桩和预制桩等，为了满足高层建筑地基承载力要求在成桩工艺方面主要使用螺旋钻孔压灌工艺、振动沉管工艺和静压桩工艺等，最大程度发挥刚性桩复合地基的承载性能，减少复合地基沉降变形情况发生。利用刚性桩复合地基桩体刚性大的特点，将上部荷载重量向更深处土层传播，一次来提高刚性桩复合地基的承载能力，减少沉降量。通过对大型平板在和试验的研究与应用，了解刚性桩复合地基在不同地质土地上的使用情况。

一、大型平板荷载试验在刚性桩复合地基中的技术要点

在进行刚性桩复合地基平板载荷试验时，我们一般选择具有代表性的实验地点，在同一个建筑施工单位所建设工程中，大型平板载荷试验点不得少于三个，特别是在建筑施工地地质体岩土成分复杂情况下，应根据不同岩土性质特点，增加试验点。大型平板载荷试验应在试验坑中进行，试验坑的直径和宽度一定要大于或等于承压板直径3倍以上。可以在试验坑坑底预留不超过30cm厚的土层，以保持试验面的原装结构，避免对试验面干扰。

承压板是模拟建筑物的基础，要求使用特制厚加筋钢板，减小承压板在试验过程中变形程度。为了符合弹性理论中的轴对称理论，最好采用圆形承压板。根据不同岩土性质、特点和状态，合理选择承压板尺寸，但这个尺寸一般不小于25厘米。在放置承压板之前应对试验坑的试验面进行平整处理，如果试验面不平整，可以用中砂对试验面进行填平处理，但是厚度不能超过2厘米。试验面平整后才可以放承压板，这样才能保证承压板和试验面均匀接触。

例如：根据《沿途工程勘察规范》的要求，在软土和土层不均匀等大型平板载荷试验地点，承压板不能小于50厘米；在适合使用刚性桩复合地基的含碎石土区域，承压板平面尺寸应是最大碎石直径的10倍到20倍。

在对刚性桩复合地基进行大型平板载荷试验时，必须根据实验要求选择加荷装置，特别是千斤顶的大小。根据现场条件选择反力装置，对于不同荷载平台提供不同反力装置，如堆载、地锚等。选择反力装置时应根据平板载荷试验最大荷载值的1.2倍来进行选择。在设置好反力装置后，才可以进行加荷装置的设置。在加荷设置过程中，要保证千斤顶、传力柱、荷载力值传感器和承压面均匀接触，加荷装置的受力方向向承压板中心垂直。

使用力值传感器对平板载荷试验的荷载大小进行观测，在观测时，要注意对观测精度的把握，不可以低于平板载荷试验最大荷载值的±1%，使用位移传感器或百分表对平板载荷试验的沉降量进行测量。这两样装置一定要安装牢，放置位置根据承压板的形状呈几何对称形势分布，保证装置放置位置不受承压板变形影响，才能在测量时保证测量精度准确性。如果平板载荷试验地不方便观测，可以放弃装置百分表，使用位移传感器进行远距离测量。

二、大型平板载荷试验在刚性桩复合地基中的试验方法

大型平板载荷试验在刚性桩复合地基中的试验方法就是通过不同增加荷载量方式，测量刚性桩复合地基最大承载能力及变形特点。通过千斤顶对承压板进行施压，千斤顶所施加的压力通过承压板到达刚性桩复合地基，并对刚性桩复合地基施加静止的竖向压力。根据不同平板载荷试验对加荷方式的不同要求，加荷方式一般分为等沉降速率法、快速法和慢速法。其中使用最多的是慢速法，加速法和等沉降速率法虽然能加快试验周期，但无法反应在排水条件下刚性桩复合地基固结变形性。无论使用哪种加荷方式，加荷等级一般不能少于8级。

如果采用等沉降速率法作为平板载荷试验的加荷方式，可以在每一等级加荷中，将固定的沉降速率作为观测条件。如果采用快速法作为平板载荷试验的加荷方式，就需要对刚性桩复合地基的最大荷载值进行估算，每次加荷量不能超过最大荷载值的12%，每15分钟观察一次沉降量，并维持2小时后，在进行下一次加荷。如果采用慢速加荷法，加荷量和快速法一样，但是前三次加荷后每10分钟进行一次沉降量检测，之后两次每15分钟观察一次沉降量，最后每30分钟进行一次沉降量测量，并对每小时沉降量数值进行计算。

在刚性桩复合地基平板载荷试验过程中，如果承压板周围出现破坏性裂缝或承压板隆起的情况，呈现出强度破坏极限状态，表明大型平板载荷试验地被整体破坏，应当立即终止大型平板载荷试验，并视上一次加荷时承压板荷载量为刚性桩复合地基最大荷载量。在加荷过程中，如果出现加荷后沉降量突然增大（本次加荷后沉降量达到上一次加荷沉降量的5倍）的情况，则视上一次加荷时承压板荷载量为刚性桩复合地基最大荷载量。在荷载量不变的情况下，24小时内的沉降速率不变或加速发展，说明承压板下产生刺入性破坏，刚性桩复合地基的最大荷载量依旧为上一次加荷后承载量。

在大型平板载荷试验过程中，应保证加荷时荷载物受力方向向承压板中心垂直，避免试验中承压板歪斜，加荷系统失去稳固性。确保加荷过程平稳性、均匀性，尽可能减小脉冲荷载对沉降量影响。在力值传感器、百分表、传感器传感器等仪表装置安装之前，确定仪表装置安装行程，如果发生意外，需对仪表装置进行调整，需在本级加荷沉降值稳定后进行并对本次调整进行记录。在平板载荷试验过程中，一旦出现加荷系统顶起、变形等情况，应停止加荷，做好安全保护措施，确认加荷系统是否处于安全稳定状态，如果加荷系统倾斜严重应立即停止试验，确保参加试验人员人身安全。

三、大型平板载荷试验在刚性桩复合地基中的试验结果分析

根据大型平板载荷试验原始试验数据，对制荷量和沉降量的关系进行分析，并绘制关系曲线，以临塑压力和极限压力为特点，将制荷量与沉降量的关系曲线分为三段，以这条关系曲线表示刚性桩复合地基受压、变形和破坏的三个阶段。对同一加荷层取点不得少于三点，这样有助于判断承压板下刚性桩复合地基加荷后变化，从而判断受压、变形和破坏三阶段的阶段拐点。

四、大型平板载荷试验在刚性桩复合地基中的实例分析

设计试验条件为：在建筑用地面积约10万平方米，以花岗岩、坡积土和素填土等岩土地质条件为主的建筑地，建设10栋15层到25层的框架性结构楼房，底层设一层地下室。要求刚性桩复合地基的荷载力达到500550kPa，单桩刚性桩承载能力达到500kPa，刚性桩复合地基使用高强混凝土管桩，刚性桩桩长须达到14米。

根据实验条件，对本次刚性桩复合地基的大型平板实验，进行四个单桩刚性桩复合地基的承载力平板载荷试验。

设计试验坑开挖深度为4.5米，将四根单桩刚性桩布桩形状设计为矩形，根据矩形布桩时，一根桩所承担的处理面积的等效直径为桩间距的1.05倍，因此需要选用承压板平面面积为5.5平方米和6.25平方米两种尺寸。

承压板厚50厘米，总质量不大于9吨。由于试验要求刚性桩复合地基的荷载力要达到500，550kPa，所以，要求大型平板载荷试验的最大荷载值达到60，5506，250kPa。并根据单桩刚性桩数量和平板载荷试验最大荷载值要求，选择四个200吨千斤顶，以单桩刚性桩矩形布桩为参考，进行几何对称布置。为了大型平板载荷试验现场吊装、转运操作方便，保证承压板能承受冲切和剪切攻击，在千斤顶布置时，对布置部位进行钢筋加密。

要保证试验坑中试验面的平整，为了检测单桩刚性桩的最大载荷能力，在放置承压板强，铺设10厘米左右的粗砂。在放置承压板时，确保承压板中心和四根单桩刚性桩中心位置重合。在放置千斤顶时，保证千斤顶的施力中心和承压板中心、四根单桩刚性桩中心保持一致。

加荷系统的设计如图：

加荷试验的反力装置选用压重平台装置，在设置压重反力平台时，要注意保持压重反力平台中心和承压板中心、四根单桩刚性桩中心位置重合，在大型平板载荷试验开始前，在试验平台上加荷重，荷重大小为605506250kPa的12%。加荷方式为慢速加荷法，即每次加荷量不能超过最大荷载值的12%，每15分钟观察一次沉降量，并维持2小时后，在进行下一次加荷。如果采用慢速加荷法，加荷量和快速法一样，但是前三次加荷后每10分钟进行一次沉降量检测，之后两次每15分钟观察一次沉降量，最后每30分钟进行一次沉降量测量，并对每小时沉降量数值进行计算。

试验观测数据如图：

当实验中出现：1.承压板周围出现破坏性裂缝或承压板隆起的情况，呈现出强度破坏极限状态，视上一次加荷时承压板荷载量为刚性桩复合地基最大荷载量。2.出现加荷后沉降量突然增大（本次加荷后沉降量达到上一次加荷沉降量的5倍）的情况，视上一次加荷时承压板荷载量为刚性桩复合地基最大荷载量。3.在荷载量不变的情况下，24小时内的沉降速率不变或加速发展，说明承压板下产生刺入性破坏，刚性桩复合地基的最大荷载量依旧为上一次加荷后承载量。终止试验，并根据不同情况计算大型平板载荷实验的最大荷载值。

总结：大型平板载荷试验结果可靠，对于最大荷载量数据也非常直观，但当大型平板载荷试验试验地的岩土层成分复杂或不均匀时，会影响大型平板载荷试验结果。大型平板载荷试验由于试验深度不够，只能反映浅层地基土的特性，这就要求我们在试验时，按实际刚性桩复合地基需求深度来进行大型平板载荷试验。在选择试验方法上，借鉴周围已有建筑经验，进行大型平板载荷试验，保证刚性桩复合地基满足建筑需要。

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