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        平板載荷試驗在高速公路路基檢測中的應(yīng)用

        2022-11-22 09:48:22靳澤華
        交通世界 2022年28期
        關(guān)鍵詞:高速公路設(shè)備檢測

        靳澤華

        (中建路橋集團(tuán)有限公司,河北 石家莊 050000)

        0 引言

        平板載荷試驗是高速公路路基檢測的重要方式,其能在不改變路基整體性的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)路基承載力、平整程度的有效檢測。隨著新型檢測技術(shù)的發(fā)展,有必要在高速公路路基檢測中深化平板載荷試驗應(yīng)用,提升整體檢測效果,為高速公路工程建設(shè)奠定良好基礎(chǔ)。

        目前,關(guān)于平板載荷試驗的研究已有不少成果。如,吳起星等[1]為確定樁端承載力,對非超載和加載破壞兩種工況的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析,得出了重要的經(jīng)驗價值;韓強[2]針對平板載荷試驗的中英標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)容,歸納了兩本規(guī)范的區(qū)別,指出了各自適用的場合與應(yīng)用特點,認(rèn)為國外規(guī)范注重靈活性,而國內(nèi)規(guī)范則具備更好的實際操作性。本文在已有研究的基礎(chǔ)上,介紹平板載荷試驗的應(yīng)用原理,并進(jìn)一步分析其在高速公路路基檢測中的應(yīng)用方法和注意事項,為此類項目提供參考。

        1 平板載荷試驗原理及應(yīng)用特征

        1.1 技術(shù)原理

        平板載荷試驗本質(zhì)上是一種承載力原位測試方法,需要在確定測試區(qū)域后,選擇一個剛性承壓板進(jìn)行逐級加荷。該試驗方法能測定天然地基、單樁及復(fù)合地基的沉降隨荷載變化情況,對于掌握地基承載能力具有重要作用(見圖1)。結(jié)合大量試驗可知,在公路路基檢測中,在一定限制內(nèi),路基的沉降與平板上荷載量成正比,即平板上荷載越大,其最終的影響范圍也就越大。基于這一特征,能較為直接地體現(xiàn)出一定范圍內(nèi)路基填土的壓實情況。通過對不同程度的荷載強度下承壓板產(chǎn)生的不同沉降量進(jìn)行分析,技術(shù)人員可以構(gòu)建荷載強度-沉降關(guān)系曲線,并且基于整體的變形情況,將該曲線分為直線變形、剪切變形和破壞階段三個階段[3]。

        1.2 應(yīng)用特征

        現(xiàn)階段,平板載荷試驗在高速公路路基檢測中得到了廣泛應(yīng)用,除確定地基土變形模量、比例界限壓力、極限壓力外,平板載荷試驗在估算地基土不排水抗剪能力、基床反力系數(shù)、樁基極限承載力中有廣泛應(yīng)用。從應(yīng)用過程來看,平板載荷試驗的應(yīng)用范圍極為廣泛,其適用于各種類型的地基土試驗,該地基土包含各種填土、含碎石土。相比其他類型的地基試驗方法,平板載荷試驗不會對地基土產(chǎn)生擾動作用,試驗過程較為便捷,結(jié)構(gòu)較為可靠。現(xiàn)階段,平板載荷試驗已經(jīng)成為確定承載力的主要方法[4]。

        2 高速公路路基檢測中平板載荷試驗的應(yīng)用要點

        2.1 試驗要求

        現(xiàn)代工程建設(shè)模式下,人們對于高速公路的建設(shè)質(zhì)量提出了較高的要求。在高速公路路基施工中,平板載荷試驗是較為常用的試驗方式。在具體試驗過程中,應(yīng)充分保證平板載荷試驗的代表性、典型性。通常單位工程平板載荷試驗的試點數(shù)量應(yīng)保持在3點以上,在試驗檢測過程中,若發(fā)生試驗區(qū)的土質(zhì)情況較為復(fù)雜,則還應(yīng)結(jié)合實際情況及工程建設(shè)目標(biāo)要求,適當(dāng)性地增加試驗點。同時,平板載荷試驗基本在試坑中進(jìn)行,以保證試壓面處于基礎(chǔ)底面的標(biāo)高處。就試坑結(jié)構(gòu)本身而言,其直徑、寬度均需保持在承壓板直徑或?qū)挾?~4倍。

        另外,試驗人員需充分保證試壓面的穩(wěn)定性,避免外在因素對試壓面產(chǎn)生擾動和影響。值得注意的是,為確保高速公路路基平板載荷試驗的規(guī)范性,保證路基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和硬度,在試驗中需預(yù)留200~300mm的原狀土層,為試驗工作開展創(chuàng)造良好條件,滿足平板載荷試驗要求[5]。

        2.2 試驗設(shè)備選擇

        嚴(yán)格控制平板載荷試驗的設(shè)備,能確保相關(guān)試驗工作的有序開展,提升試驗檢測的效率和質(zhì)量。在具體試驗中,土層硬度、壓板大小、試驗土層深度等都是影響測試設(shè)備選擇和試驗結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。但從整體而言,平板載荷試驗的設(shè)備可大致范圍四個部分,即除承壓板、加荷系統(tǒng)外,反力系統(tǒng)、觀測系統(tǒng)等都是平板載荷試驗設(shè)備的重要組成。

        在承壓板選擇過程中,先應(yīng)注重板材材質(zhì)的系統(tǒng)考慮。常見的承壓板不僅包括混凝土、鋼筋混凝土材質(zhì),而且涉及鋼板、鑄鐵板等材質(zhì),其中,多肋加固鋼板的應(yīng)用較為常見。在使用這些承壓板過程中,需嚴(yán)格控制承壓板的剛度,確保承壓板無破損、撓曲現(xiàn)象,同時應(yīng)保證承辦板的底部光滑、平整,且尺寸和傳力中心準(zhǔn)確,在施工試驗中能快速、方便地搬運和放置。

        承壓板的基本形式為正方形和圓形。其中,圓形壓板的受力條件較好,使用頻率較高。承壓板的尺寸因土質(zhì)而發(fā)生變化。一般對淺層土壤實施平板載荷試驗時,承壓板的尺寸應(yīng)不小于0.25m2;土層均質(zhì)密實時,所選擇承壓板的規(guī)格不小于0.1m2;施工區(qū)域的路基存在軟土或人工填土?xí)r,承壓板規(guī)格應(yīng)超過0.5m2;深層平板載荷試驗中,要求所選擇承壓板面積超過0.5 m2,或者承壓板的直徑超過80cm。

        加荷系統(tǒng)能通過承壓板對地基施加荷載,其包含堆重加荷裝置和千斤頂加荷裝置兩種形態(tài)。就堆重加荷裝置而言,其多使用沙袋、砌塊、鋼釘?shù)戎匚?,?yīng)按照對稱分布的方式將這些重物放在加荷板上,嚴(yán)格按照逐級加荷的裝置進(jìn)行操作,并積極預(yù)防偏壓問題,以有效提升地基承載力試驗檢測的規(guī)范性(見圖2)。千斤頂加荷多使用不同規(guī)格的液壓千斤頂,該設(shè)備使用過程中會配合使用壓力表、測量計完成對加荷值的檢測。在試驗過程中,可使用一個或多個千斤頂,避免出現(xiàn)沖擊荷載問題。

        反力系統(tǒng)、量測系統(tǒng)也是平板載荷試驗裝置的重要組成,其在平板載荷試驗中起到至關(guān)重要的作用。一般反力系統(tǒng)包含錨固式、撐壁式、平洞式三種形態(tài)(見圖3)。不論使用哪種形態(tài)的反力系統(tǒng),均需做好其與加荷系統(tǒng)的配合。量測系統(tǒng)不僅包含基準(zhǔn)梁、位移計,而且設(shè)計有磁性表座、油壓表等。在量測系統(tǒng)使用中,若使用機械類的位移計,則需保證其最小刻度保持在0.01mm,而量程需保持在5~30mm。新時期,還應(yīng)深化電子類位移計的使用,以擴大有效量程,降低讀數(shù)誤差[6]。

        2.3 試驗方法

        平板載荷試驗具有較強的專業(yè)性、綜合性和復(fù)雜性,試驗操作的規(guī)范性對于總體的檢測效率和精度具有深刻影響。

        (1)在完成試驗設(shè)備安裝后,應(yīng)嚴(yán)格開展設(shè)備安裝調(diào)試工作。在設(shè)備調(diào)試中,一是要避免測試土層受到擾動,二是要精心安裝平板載荷試驗設(shè)備的各個單元,承壓板、反力系統(tǒng)、加荷系統(tǒng)的傳力重心應(yīng)保持在一條垂線或直線上,同時,部件應(yīng)連接牢固,地基土不受預(yù)壓。測量系統(tǒng)安裝中,應(yīng)保證其觀測的基準(zhǔn)點穩(wěn)定可靠,使系統(tǒng)各部件處于最佳工作狀態(tài)。

        (2)常規(guī)載荷試驗和快速載荷試驗是高速公路平板載荷試驗的兩種基本方式。在試驗操作階段,先應(yīng)注重加荷等級標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格控制,選擇地基基本承載能力的1/5或者界限承載能力的1/10作為試驗的使用值。同時,高速公路平板載荷試驗多將加荷等級分為10~12級,加荷等級應(yīng)不小于8級。

        (3)為保證試驗結(jié)果精準(zhǔn)性,需嚴(yán)格控制平板載荷試驗的細(xì)節(jié)操作過程。如在常規(guī)載荷試驗中,嚴(yán)格按照逐級加荷的操作要求,在既有荷載下地基沉降相對穩(wěn)定后,即連續(xù)2h內(nèi),每小時沉降量小于0.1mm時,實施下一級的加荷操作??焖俸奢d試驗在巖石、碎石類土、粗砂地層中的應(yīng)用較多,一般該試驗方式同樣是按照逐級加荷的方式進(jìn)行操作的,前兩級荷載的加載時間應(yīng)控制在10min。沉降量測中,若連續(xù)三次的測值不超過0.01mm時,認(rèn)定公路基礎(chǔ)穩(wěn)定。

        (4)應(yīng)嚴(yán)格控制平板載荷試驗的終止標(biāo)準(zhǔn)。試驗檢測中,若巖土因擠壓出現(xiàn)隆起、裂縫,或在某一荷載下,24h內(nèi)沉降速率仍有較大變化,則需終止試驗,另外,若最大壓力已經(jīng)超過設(shè)計荷載的2倍,應(yīng)停止載荷試驗,進(jìn)行路基增強處理。

        (5)完成平板載荷試驗操作后,開展試驗資料、數(shù)據(jù)的整理和應(yīng)用。該環(huán)節(jié)中,首先對原始的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核,確?;A(chǔ)讀數(shù)準(zhǔn)確無誤;同時,在數(shù)據(jù)分析階段,應(yīng)注意異常數(shù)據(jù)的處理應(yīng)用,若異常數(shù)據(jù)對測定結(jié)果的判定沒有較大影響,則應(yīng)將這些異常數(shù)據(jù)舍去,而當(dāng)測試點中的異常數(shù)據(jù)明顯較多時,應(yīng)判定測試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確,應(yīng)再次進(jìn)行試驗測量。為獲得較為精準(zhǔn)的平板載荷試驗數(shù)據(jù),還需要準(zhǔn)確繪制P-S曲線(見圖4)對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。數(shù)據(jù)修正中,應(yīng)注重圖解法、最小二乘法等方法的應(yīng)用,繼而保證試驗數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性[7]。

        3 高速公路路基檢測中使用平板載荷試驗的注意事項

        平板載荷試驗在高速公路路基檢測項目中的應(yīng)用日趨深入。為進(jìn)一步提升平板載荷試驗操作的規(guī)范性、精準(zhǔn)性,準(zhǔn)確把握高速公路路基檢測質(zhì)量,應(yīng)注意以下要點控制:

        (1)在高速公路路基檢測初期階段,應(yīng)做好公路施工區(qū)域地質(zhì)基礎(chǔ)情況、水文情況的有效分析,嚴(yán)格按照施工區(qū)域的地質(zhì)基礎(chǔ)情況選擇平板載荷試驗的設(shè)備、方法,為試驗檢測工作的可靠性奠定良好基礎(chǔ)。

        (2)檢測設(shè)備是影響平板載荷試驗效率及精準(zhǔn)性的重要因素。在實驗過程中,還應(yīng)注重承壓板、加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)及觀測系統(tǒng)設(shè)備的優(yōu)先選擇,在這些設(shè)備選擇中,應(yīng)結(jié)合工程項目實驗檢測標(biāo)準(zhǔn)和檢測精度要求,嚴(yán)格開展相關(guān)設(shè)備的選擇和調(diào)試工作,確保設(shè)備本身具有較高的精準(zhǔn)度。尤其是在觀測系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用中,應(yīng)盡可能地使用現(xiàn)代高精度的觀測設(shè)備,并實現(xiàn)觀測設(shè)備與計算機互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的銜接,快速地完成測量數(shù)據(jù)處理,獲得較為準(zhǔn)確的測量結(jié)果。

        (3)實驗人員專業(yè)素養(yǎng)對于高速公路路基平板載荷試驗的開展具有重要影響,因此應(yīng)選擇具有較高專業(yè)素養(yǎng)的人員開展實驗,且在實驗中需注重每個操作環(huán)節(jié)的細(xì)節(jié)把控,以有效提升平板載荷試驗的效率和精度,為高速公路路基檢測和具體工作開展奠定良好基礎(chǔ)。

        4 結(jié)語

        平板載荷試驗是高速公路路基檢測的重要方式,能準(zhǔn)確了解公路路基承載能力,提升高速公路建設(shè)整體質(zhì)量。應(yīng)充分認(rèn)識高速公路路基檢測中開展平板載荷試驗的重要性,結(jié)合工程實際,嚴(yán)格控制平板載荷試驗操作的各個過程,有效提升平板載荷試驗操作規(guī)范性,提升實驗結(jié)果精準(zhǔn)性,滿足高速公路路基施工需要。

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