49载 荷 试 验

49.1  一 般 规 定

49.1.1       载荷试验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模量，包括平板载荷试验和螺旋板载荷试验， 每个场地试验点不宜少于3个，土体不均匀时，应适当增加试验点。

49.1.2       平板载荷试验方法适用于各类地基土。它所反映的相当 于承压板下1.5倍～2.0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于浅层地基土，深层平板载荷试验适用于试验深度不小于5m的深层地基土和大直径桩的桩端土。

49.1.3       螺旋板载荷试验适用于黏土和砂土地基，用于深层地基 土或地下水位以下的地基土。

49.2  平板载荷试验

49.2.1       本试验所用的主要仪器设备应符合下列规定：

1    承压板：平板载荷试验一般采用圆形或正方形钢质板，也  可采用现浇或预制混凝土板，应具有足够的刚度。土的浅层平板  载荷试验承压板的面积不应小于0.25m², 对于软土和粒径较大的  填土，不应小于0.50m²; 对于含碎石的土类，承压板宽度应为  碎石直径的10倍～20倍，加固后复合地基宜采用大型载荷试验。 土的深层平板载荷试验承压板面积宜选用0.5m², 紧靠承压板周  围外侧的土层高度不应少于80cm。

2    加荷装置：包括压力源、载荷台架或反力构架；

1)压力源：可用液压装置或重物，出力允许误差为±1%F.S;  安全过负荷率应大于120%;

2)载荷台架或反力构架：必须牢固稳定、安全可靠，其承受能力不小于试验荷载的1.5倍～2.0倍；

3    沉降观测装置：其组合必须牢固稳定、调节方便。位移仪 表可采用大量程百分表或位移传感器等，其量测允许误差应 为±1%F.S。

49.2.2       平板载荷试验试验应按下列步骤进行：

1   在有代表性的地点，整平场地，开挖试坑。浅层平板载 荷试验的试坑宽度不应小于承压板直径或宽度的3倍，深层平 板载荷试验的试井直径应等于承压板直径，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。

2    试验前应保持试坑或试井底的土层避免扰动，在开挖试坑 及安装设备中，应将坑内地下水位降至坑底以下，并防止因降低地 下水位而可能产生破坏土体的现象。试验前应在试坑边取原状土 样2个，以测定土的含水率和密度。

3  设备安装应符合图49.2.2-1、图49.2.2-2的要求，步骤应 符合下列规定：

图49.2.2-1  重物式装置示意图

1—承压板；2一沉降观测装置；3一荷载台架；4--重物

图49.2.2-2  反力式装置示意图

1一承压板：2-加荷千斤顶；3一荷重传感器；4一沉降观测装置；5一反力装置

              1)安装承压板前应整平试坑面，铺设不超过20cm 厚的中砂 垫层找平，使承压板与试验面平整接触，并尽快安装设备；

2)安放载荷台架或加荷千斤顶反力构架，其中心应与承压 板中心一致。当调整反力构架时，应避免对承压板施加 压力；

3)安装沉降观测装置。其固定点应设在不受变形影响的位 置处。沉降观测点应对称设置。

4 试验点应避免冰冻、曝晒、雨淋，必要时设置工作棚。

5 载荷试验加荷方式应采用分级维持荷载沉降相对稳定法 (常规慢速法),有地区经验时，可采用分级加荷沉降非稳定法(快 速法)或等沉降速率法。加荷等级宜取10级～12级，并不应少于 8级，加载量不应小于设计要求的2倍，载荷量测允许误 差应为±1%F.S。每级荷载增量一般取预估试验土层极限压力的 1/10～1/12,当不易预估其极限压力时，可参考表49.2.2所列增量选用。

表49.2.2  荷载增量表(kPa)

6   每级荷载作用下都必须保持稳压，由于地基土的沉降和设 备变形等都会引起荷载的减小，试验中应随时观察压力变化，使所加的荷载保持稳定。

7  稳定标准可采用相对稳定法，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。

8   应按时、准确观测沉降量。每级荷载下观测沉降的时间间 隔一般采用下列标准：对于慢速法，每级荷载施加后，间隔5min、 5min、10min、10min、15min、15min 测读1次沉降，以后每隔30min 测读1次沉降，当连续2小时每小时沉降量不大于0. 1mm  时，可 以认为沉降已达到相对稳定标准，施加下一级荷载。

9  试验宜进行至试验土层达到破坏阶段终止。当出现下列 情况之一时，即可终止试验，前三种情况其所对应的前一级荷载即 为极限荷载：

1)承压板周围土出现明显侧向挤出，周边土体出现明显隆 起和裂缝；

2)本级荷载沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载-沉降 曲线出现明显陡降段；

3)在本级荷载下，持续24h 沉降速率不能达到相对稳定值； 4)总沉降量超过承压板直径或宽度的6%;

5)当达不到极限荷载时，压力应达预期设计压力的2.0 倍或超过拐点至少三级荷载。

10  当需要卸载观测回弹时，每级卸载量可为加载增量的2 倍，每卸一级荷载后，间隔15min 观测一次，1h 后再卸第二级荷 载，荷载卸完后继续观测3h。

11    对于深层平板载荷试验，加荷等级可按预估承载力的 1/15～1/10分级施加，当出现下列情况之一时，可终止加荷：

1)在本级荷载下，沉降急剧增加，荷载-沉降曲线出现明显的陡降段，且沉降量超过承压板直径的4%;

2)在本级荷载下，持续24h 沉降速率不能达到相对稳定值； 3)总沉降量超过承压板直径或宽度的6%;

4)当持力层土层坚硬，沉降量很小时，加载量不应小于 设计要求的2.0倍。

49.2.3      对原始数据检查、校对后，整理出荷载与沉降值、时间与沉降值汇总表。

49,2.4      绘制 p-s  曲线(图49.2.4),必要时绘制s-t  曲线或s-lgt  曲线，如果 p-s 曲线的直线段延长不经过(0,0)点，应采用图解法 或最小二乘法进行修正。p坐标单位为 kPa,s 坐标单位为mm。

图49.2.4 典型 p-s曲线

49.2.5      特征值的确定应符合下列规定：

1    当曲线具有明显直线段及转折点时，以转折点所对应的荷 载定为比例界限压力和极限压力；

2    当曲线无明显直线段及转折点时，可按本标准第49.2.2条第9款所列情况确定极限荷载值，或取对应于某一相对沉降值 (即 s/d,d 为承压板直径)的压力评定地基土称承压力。

49.2.6       承载力基本值f₀可按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB  50007 确定。

1  比例界限明确时，取该比例界限所对应的荷载值，即f₀=p_f;

2  当极限荷载能确定时(且该值小于比例界限荷载值1.5倍 时),取极限荷载值的一半，即 f₀=p_l/2;

3  不能按照上述两点确定时，以沉降标准进行取值，若压板面 积为0.25m²~0.50m²,   对低压缩性土和砂土，取s=(0.01～0.015)b对应的荷载值；对中、高压缩性土，取 s=0.02b   对应的荷载值。

49.2.7  变形模量计算应符合下列规定：

1  浅层平板载荷试验法可按下列公式计算：

 (承压板为圆形)(49.2.7-1)

      (承压板为方形)(49.2.7-2)

2  深层平板载荷试验法可按下式计算：

   (49.2.7-3)

式中：E₀—— 试验土层的变形模量(kPa);

μ——土的泊松比(碎石取0.27,砂土取0.30,粉土取0.35,粉质黏土取0.38,黏土取0.42);

D_c—— 承压板的直径(cm);

p—— 单位压力(kPa);

s——对应于施加压力的沉降量(cm);

a_c—— 承压板的边长(cm);

w'—— 与试验深度和土类有关的系数，可按表49.2.7选用。 

表49.2.7 深层载荷试验计算系数w'

49.2.8       平板载荷试验的记录格式应符合本标准附录 D 表 D.83 的规定。

49.3  黄土浸水载荷试验

49.3.1      本试验所用的主要仪器设备应符合下列规定：

1    承压板：面积不宜小于0.5m²,其余应符合本标准第49.2.1 条第1款的规定；

2    加荷装置应符合本标准第49.2. 1条第2款的规定；

3    沉降观测装置应符合本标准第49.2. 1条第3款的规定。

49.3.2      黄土浸水载荷试验应按下列步骤进行：

1   单线法：

1)整平场地，开挖试坑。应在同一土层内平行挖3个试坑，间距不应大于6m;

2)设备安装应按本标准第49.2.2条第2款的规定进行。承压板的安装应按本标准第49.2.2条第3款第1项的规定进行，在承压板以外的试坑面积也应铺设5cm~  10cm厚的砂砾石滤层。沉降观测的装置固定点不得受浸水影响；

3)施加荷载增量取预估湿陷起始压力的1/5,或采用10kPa~20kPa。试验终止压力不宜小于200kPa;

4)按相对稳定法进行天然湿度下的加载试验，直到预估的湿陷起始压力；

      5)向试坑注水。试坑内的水头高度应高于滤层顶面3cm。并按相对稳定法的观测要求观测浸水沉降量(湿陷量), 直至每小时的沉降量不大于0.1mm为止；

6)应按本标准第49.3.2条第1款第4项、第5项的规定， 选用大小或小于预估湿陷压力50kPa 压力下，进行其余两个试坑的试验。

2  双线法：

1)应按本标准第49.3.2条第1 款第1项的规定，在同一土 层内平行开挖2个试坑；

2)应按本标准第49.3.2条第1款第2项的规定安装试验 设备；

3)应按本标准第49.3.2条第1款第3项的规定确定加载 等级；

4)一个试坑按相对稳定法在天然湿度下进行加载试验，另一 个试坑在预先浸水饱和后再按相对稳定法进行加载试验。

3  饱水单线法：

1)应按本标准第49.3.2条第1款第1项的规定平整场地，开挖1个试坑；

2)应按本标准第49.3.2条第1款第2项的规定安装试验设备；

3)应按本标准第49.3.2条第1款第3项的规定确定荷载等级；

4)向试坑内注水，使3.5倍承压板直径(或宽度)深度范围内的土层达到饱和。饱和标准采用饱和含水率；

5)应按相对稳定法进行加荷试验。

49.3.3      绘制 p-s   曲线，然后在图上取不同压力下的湿陷量(ssh 值),并绘出 p-s_sh曲线(图49.3.3-1、图49.3.3-2)。

49.3.4      一般取 p-s_sh 曲线转折点对应的荷载作为湿陷起始压力 (p_sh)。 当曲线上的转折点不明显时，可取浸水下沉量与承压板宽 度之比 等于0.02所对应的荷载作为湿陷起始压力。

图49.3.3-1 双线法求湿陷起始压力

图49.3.3-2 单线法求湿陷起始压力

49.4  螺旋板载荷试验

49.4.1       仪器设备(图49.4. 1)应由螺旋承压板、加荷装置、位移观测装置组成，并应符合下列规定：

1    螺旋承压板：螺旋板尺寸参数及测力传感器的允许压  力宜符合现行国家标准《岩土工程仪器基本参数及通用技术条件》 GB/T  15406的规定；

2    加荷装置：包括压力源和反力构架，其技术条件应符合本 标准第49.2.1 条第2款的规定；

3    位移观测装置应符合本标准第49.2. 1条第3款的规定。

 图49.4.1 螺旋板荷载试验装置示意图

1一螺旋承载板；2一测力传感器；3一传力杆：4一反力地锚；5一位移计；

6 —油压千斤顶；7一反力钢梁；8一位移固定锚

49.4.2       螺旋板载荷试验应按下列步骤进行：

1   将试验场地平整，设置反力装置及位移计的固定地锚。

2   选择适宜尺寸的螺旋承压板旋钻至预定深度，旋钻时应控制每旋转一周钻进一螺距，尽可能减小对土体的扰动程度。

3    安装加荷千斤顶，其中心应与螺旋承压板中心一致；安装 位移计，并调整零点。

4    按下列方式进行加荷：

1)当采用应力控制式时，按等量分级施加，荷载增量应按本标准第49.2.2条第5款的规定，每级荷载确保稳压；

2)当采用应变控制式时，应连续加荷，控制沉降速度应为 0.25mm/min～2.00mm/min;

3)试验的加荷等级、试验结束条件应符合本标准第49.2.2 条第4款～第9款的规定；

4)按本标准第49.4.2条第4款第1项、第2项的规定加荷 时，应进行沉降观测。应力控制式加荷沉降观测的时间 顺序宜采用0.10min、0.25min、1.00min、2.25min、4.00min 等按读取，直至沉降基本稳定，再加下一级荷载，该时间顺序用于绘制 -s 曲线；应变控制式加载沉降观测每 隔30s 等间距读取1次，试验至土体破坏。

5    土体破坏后，卸除加荷和位移观测装置，再将螺旋承压板旋钻至下一个预定的试验深度，应按本标准第49.4.2条第3款、第4款的规定进行试验。

49.4.3      应按本标准第49.2.3条、第49.2.4条的规定，进行计算并绘制 p-s 曲线(图49.4.3)。

  图49.4.3 p-s曲线

 49.4.4  根据各级荷载下的沉降s 与时间t  的数据，绘制s- 曲 线(图49.4.4)。

 图49.4.4 s- 曲线

49.4.5  特殊值应按下规定确定：

1  原位有效自重压力 p₀: 取 p-s  曲线的直线段与 p 轴的交点作为po 值 ；

2  临塑压力 p_f: 相应于 p-s  曲线的直线段终点的压力；

3  极限压力p_l:  相应于 p-s  曲线末尾直线段起点的压力；

4  固结度达90%所需时间t₉₀:以 s-曲线初始直线段与沉降坐标(纵坐标)的交点作为理论零点，其延长段交于沉降稳定值的渐近线(横坐标)上，见图49.4.4的 x 段，再作与初始直线斜率1.13倍的直线，该直线与s- 曲线的交点所对应的时间为t₉₀。

49.4.6  变形模量应按下式计算：

               (49.4.6-1) 

可根据 p-s 曲线求得变形模量系数m_sc        ：

  (49.4.6-2)

式中：E_sc  ——螺旋板试验土的变形模量(kPa);

       m_sc ——变形模量系数，对正常饱和黏土一般为5～50; 

       p_a——标准压力，取100kPa;

p—— 单位压力(kPa), 取直线段内任一压力值；

a_p——应力指数，超固结饱和土取1,砂与粉土取1/2,正常 固结饱和黏土，取 a=0;

A_p—— 无量纲沉降系数，与p₀、p_n有关，查图49.4.6确定；

s——对应于施加压力的沉降量(cm);

—— 原位有效自重压力(kPa);

D_sc  —— 螺旋承压板直径(cm)

。

图49.4.6 沉降系数A_p值

49.4.7  径向固结系数应按下式估算：

       (49.4.7)

式中：C_h——径向固结系数(cm²/s);

T₉₀——相应于90%固结度的时间因数，T₉₀=0.335;

 R_sc——螺旋承压板半径(cm);

t₉₀——固结度达90%的所需时间(s)。

49.4.8  螺旋板载荷试验的记录格式应符合本标准附录D 表 D.83 的规定。