1、螺旋板载荷试验在岩土工程勘察中的应用摘要：螺旋板载荷试验是由常规的平板载荷试验演变发展而来的，该试验最初是从挪威技术学院 JANBU 等人提出并研制的现场压缩仪开始的。经过现代社会科学技术的不断发展，国外很多国家分别对软粘土、砂类土、硬粘土的岩土工程指标用它来测试。 关键词：螺旋板载荷试验；岩土工程；勘察 中图分类号： S29 文献标识码： A 引言： 螺旋板载荷试验是采用机械力或人力将一螺旋形的承压板从地面以下旋入到预定的试验深度，对螺旋板通过传力杆施加一定的荷载，螺旋板承受的荷载通过螺旋板相连的电阻应变式传感器与传力杆下端测读，通过所获得的应力变形时间关系曲线，通过螺旋板相连的传力杆的变形
2、测读与观测螺旋板承受不同荷载时的相应变形，地基土的变形模量与承载力就要按照平板载荷试验理论进行确定。 螺旋板载荷试验的原理及仪器设备 (一)螺旋板载荷试验的原理 螺旋板载荷试验是把圆形螺旋板旋入地下预定深度,向螺旋板施加荷载通过传力杆来对其测定,同时量测螺旋板的沉降的载荷试验，通过分析施加的荷载及相应荷载所对应的沉降量，可以得到地基土的承载力、变形模量及基床系数等值。 平板载荷试验与螺旋板载荷试验一样，同时假设土体为理想的塑性体或线弹性，不同的是螺旋板载荷试验是在地下面一定深度(板上土体不挖除)进行，而平板载荷试验是在土体表面(板上土体挖除)进行，我们把介质当作无限体看待，当试验时螺旋板的埋深
3、(H)与螺旋板的直径(B)之比，即 H/B 6 时，把试验看作在半无限体表面进行，当 H/B 6)试验来对螺旋板载荷进行试验。 (二)仪器设备 对于螺旋板载荷试验的仪器设备的选择，通常首先要了解其原理，由于螺旋板载荷试验是借助于机械或人力，用一个螺旋形的承载板，将其旋入地面下预定的深度，用千斤顶在地面对螺旋板通过传力杆施加一定的荷载，以观测螺旋板在受压后其竖向的位移变化，以此获得应力应变时间的关系曲线，然后通过理论进一步来计算，将试验点的模量、承载力、抗剪强度等岩土工程指标的试验以便能获得。试验仪器设备主要包括以下几个部分(见图 1). (1)反力装置：由地锚(或重物)用构架组成，其最大试验荷
4、载不应大于承载能力的 1.5 2.0 倍。 (2)加压系统：用 50100kN 的液压千斤顶。 (3)传力杆：其强度以及刚度一定要满足要求，尤其在实验过程中对挠曲的产生进行控制，国内一般对厚壁合金钢管采用的是 3642mm。 (4)螺旋形承载板：其强度以及刚度一定要满足要求，在选用材质的时候通常选用的是铸铁或者钢材。 (5)量测系统：选用压力传感器来进行荷载量测，控制一般需要电阻应变仪来进行;可用位移传感器或机械百分表、机电百分表测量来对沉降量的量测。 二、螺旋板载荷试验的具体操作方法及对比试验和结果分析 (一)螺旋板载荷试验的具体操作方法（1）在所需进行试验的位置钻孔，将钻穿上部的填土后，钻
5、进可停止，孔底受扰动的土层进行清除。 （2）将螺旋板连接在传力杆上旋入土层。 （3）在测试点周围将反力锚杆旋入周边土层，将测读承压板位移的两个百分表装好，确保测读准确，固定好反力梁，将油压千斤顶与反力装置安装好，将数显仪与测力传感器连接线正确链接并校正准确。 （4）用油压千斤顶对载荷板分级加压，对砂土、中低压缩性的粘性土、粉土宜采用每级 50kPa，对于高压缩性土宜采用每级 25kPa。 （5）每级加荷后，按间隔时间10、10、10、15、15min，承压板的沉降量以后每隔半小时读一下，施加下一级载荷条件就是连续读数 2 小时，当每小时沉降量不大于 0.1mm 时，则达到相对稳定标准， 。 （
6、6）满足下列条件时停止加载：1）沉降 s 急剧增大，荷载-沉降（P-s）曲线上有可判定极限承载力的陡降段，且沉降量超过 0.06d（d 为承压板直径） ；2）当出现本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的 5 倍；3）某级荷载下 24h 沉降速率不能达到相对稳定标准；4）沉降很小时，当持力层坚硬，最大加载量不小于设计要求的 2 倍。（7）试验精度：位移量测的精度应高于 0.01mm；不应低于最大荷载的1%相对于荷载量测精度来说；同一试验孔在垂直方向的试验点间距应大于 1m，以保证试验的准确性。 (二)试验结果对比 由于螺旋板载荷试验设备安装简易，携带轻便，在使用中能适应的土层种类多，尤其在一些试验
7、深度很大以及地下水之下的一些土层也能进行试验，因此上在进行岩土勘察过程中被许多企业或者单位用来对土层地基承载力进行评价。因为各拐点在其曲线上表现的不是很明显，所以在对地基承载力进行确认时一般都运用相对沉降的控制方法，一般都借用相对沉降控制法来进行平板荷载试验。即所对应的荷载取s/d=0.010.015(s-沉降量,mm;d-承压板直径,mm)。在通过大量的试验数据进行对比分析，确定的地基承载力用螺旋板载荷试验这种方法离散性较大，即使在同一地点，同一个实验过程中，其实验结果也有很大的差异。如图 2 所示： 线,地基承载力 fak=325kpa 的确定按上述方法来进行,线,地基承载力确定 fak=
8、250kpa 按上述方法来进行。可以看出两者相差达 30%,可供评价分析许可范围已经远远的超出。 (三)试验结果分析 在同一土层所作的两次螺旋板载荷试验结果为什么相差比较悬殊呢,从图 2 中对两条螺旋板试验曲线进行分析,可以看出，其均有一样的特征：曲线不如平板载荷试验曲线圆滑,有明显的凹凸,而地基土在微观上“不均匀”这一特征是客观普遍现象。这说明,从宏观上属于同一性质的地基土,这一微小尺寸直径放在螺旋板的板上衡量,是不均匀的。以面积200cm2 的螺旋板为例,这时螺旋板直径为 160mm,按沉降控制法s/d=0.010.015,s=1.602.40mm,这么微小的沉降量,很容易受仪器本身误差及
9、操作误差所影响,因此,也就不难理解即使在同一土层作螺旋板载荷试验,两次试验结果相差较大的现象了。 而平板载荷试验,由于其尺寸较大,即使是 0.25m2 规格的平板,其直径也达到 564mm,其 s=5.648.46mm,对于绝大多数地基土,其微观上的不均匀部分已不构成影响平板载荷试验结果,因此,平板载荷试验曲线多数圆滑,拐点明显。 (四)试验成果的应用 根据实测的结果，绘制出螺旋板试验的荷载与沉降量的关系曲线(PS 曲线)，沉降量与时间的关系曲线(SLgt 曲线)，试验时可模拟建筑物的加载情况，选择应力法或应变法，各个指标的计算可根据试验点的深度、加荷速度、土体应力状态及扰动程度等因素综合分析
10、。参数计算有的可参考平板载荷试验的方法确定，而更多的是按螺旋板载荷试验的特定环境来分析确定，因过程比较复杂，在此不再叙述。 用螺旋板载荷试验可确定的岩土工程指标有：承载力、模量、固结系数、抗剪强度。 三、螺旋板载荷试验的主要优缺点 (一)优点 (1)试验深度大，可以在地下水位以下，地基土的应力状态没有破坏的条件下，根据需要在不同深度进行试验。 (2)可以通过直接测定的地基土的应力应变时间的关系曲线，求变形、固结、强度等岩土工程参数，这是其它原位测试方法(平板载荷、旁压、静力触探试验)所不能的。 (3)加荷方式是竖向的，与工程中地基土的实际受荷方向相同，比起旁压试验更接近实际情况，特别是对各向异
11、性的土体更具重要意义。 (4)测试范围大，对具有微裂隙、微层理、特别是对夹薄层砂的土层及砂层.取样做室内试验样扰动大，甚至不能采取原状样，本试验可以测得比较符合实际的岩土工程参数。 (5)本试验设备简单，操作方使，便于在实际工作中推广。 (二)缺点 (1)由于试验用的螺旋板是用人力或机械旋入土中的，螺旋板必定对土体产生扰动，而我们对土体的扰动程度不好判断。 (2)国内现在使用的螺旋板仅有 100cm2 ,200cm2.500cm2 几种规格，这样的尺寸和建筑物基础的尺寸有很大差别，这是它的缺点。 (3)受螺旋板荷载作用后，地基土内的实际应力复杂，我们现在都是假设土体为线弹性的、半无限(或无限)
12、体的条件下进行计算的，实际情况远比这更复杂，另外在测试过程中对土体的排水条件也很难控制。 (4)对土体的破坏机理的认识还有待进一步研究，因为破坏机理复杂，给成果的分析带来很大困难。 (5)由于螺旋板的荷载是靠传力杆传递的、国内 WDL 型设备的传力和测沉降量均由同一套杆来承担(国外是由外、内两套杆承担)，这就要求杆的刚度足够大，事实上如果把杆的连接等因素考虑在内，当杆达到一定长度后，势必产生一定的挠曲，所以一般都对试验深度做了限制，这是需要改进的。 四、结束语 随着我国城市建设的不断发展.建筑物不断的以更高的趋势发展，其带来的结果是越来越大的基础荷载，埋置的越来越深，要求更加严格的岩土工程勘察
13、，螺旋板载荷试验被纳入新的岩土工程勘察规范之中其目的就是，对当前以及未来的岩土工程勘察能很好的使用以及满足岩土工程的需求，通过长期的实践证明这种勘察方法是可行的。 尽管螺旋板载荷试验还在推广阶段，试验设备、成果分析和应用均需进一步研究，相信在不远的将来，随着不断总结经验和计算机在成果分析上的应用，螺旋板载荷试验会得到越来越多勘察单位的应用，成为岩土工程勘察中一种重要手段。 参考文献： 1李宝成,王军,孙兴华. 螺旋板载荷试验在岩土工程勘察中的应用J. 水利科技与经济,1998,02：89-90. 2顾尧章,余祖国. 用螺旋板载荷试验确定土的非线性变形模量J. 岩土工程学报,1993,03：94-100. 3李东文. 螺旋板载荷试验评价地基承载力的局限性J. 低温建筑技术,2010,07：77-79. 4张海东,张金力,郝庆芬. 螺旋板载荷试验资料整理若干问题探讨J. 岩土工程技术,2004,06：282-285.
