路基压实填土平板载荷试验方法研究

摘要：随着高速重载铁路和公路的快速发展，对填土压实质量的要求越来越高，平板荷载试验是近年来被广泛用来检验填土压实质量的一种测试方法。文章在回顾填土压实测试方法发展历史的基础上，分析了各种测试方法的特点，指出了平板荷载试验的优越性，重点讨论平板荷载试验的试验原理、试验要点、误差修正等内容，并结合现场试验，进一步分析说明了平板荷载试验的适用性。

关键词：填土压实；地基系数； 平板载荷试验；路基实验

中图分类号：U213 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）36-0119-02

一、填土压实测试方法发展

从20世纪30年代开始，国内外开始应用压实系数的试验测试方法。压实系数的试验测试方法是现场压实层的干密度与相同土类的室内击实试验最大干密度之比值。压实系数测试技术的原理是建立在填土强度和变形等指标与土体密实程度密切相关的基础之上的。该测试技术历经多年的使用，已经形成一套较为完善的方法及配套的室内外试验测试仪器和标准，现场干密度的测试包括了环刀法、灌砂（水）法及核子湿度密度仪等方法。而这些测试技术的基本测试原理都是通过测试压实层的含水量和天然容重，来计算填土干密度和压实系数。

k30平板荷载试验是用千斤顶对不同直径的刚性荷载板进行分级加荷和卸荷的试验，在试验过程中需要测试每一级荷载稳定标准下的沉降量，并计算荷载板下荷载强度；然后绘制每一级荷载下的沉降量与荷载强度曲线，求取沉降量的基准值（1.25mm）所对应的荷载强度，该荷载强度除以1.25就得到地基系数。

二、平板荷载试验

（一）基本原理

平板荷载试验测定的指标能直接与变形特性相联系；荷载量大，影响范围广，可反映一定范围内压实填土的整体情况；对土不产生扰动，不破坏土体结构；尤其对于不能用小件试样试验的各类填土、含碎石的土等，荷载试验对确定压力与沉降的关系更显示了优越性。

根据每级荷载强度下测得的承压板的稳定沉降量，即可得出荷载强度D沉降关系曲线（σ-s曲线），典型的σ-s曲线见图1，按其所反映的应力状态可以分为三个阶段：直线变形阶段、剪切变形阶段、破坏阶段。

试验研究表明，k30平板荷载试验所得到的荷载强度σ与相应的土体沉降s的关系曲线（即σ-s曲线）直接反映土体所处的应力状态。

（二）仪器设备

k30平板载荷试验的设备主要由荷载板（直径为30cm）、加荷系统、反力系统、沉降观测系统等部件组成。世界上多数国家都制定了相应的平板荷载试验规程，日本平板荷载试验规程用30，40，75cm三种规格尺寸的圆形荷载板；德国平板荷载试验规程30，50，76.2cm三种规格尺寸的圆形荷载板。加荷装置包括压力源（千斤顶）、载荷台架、反力构架等。加荷方式为油压千斤顶反力加荷。反力系统得功能是提供加载所需的反力。最常见的反力系统有两种：一是采用地锚反力梁（桁架）构成；二是采用堆重平台构成。观测系统一般分为两部分，一是压力观测系统；二是沉降观测系统。

（三）试验要点

1．地基系数k30试验时，对测试面进行平整，将承压板放置于测试地面上，使承压板与地面完全接触，将反力装置承载部分安置在于承压板上方，并加以制动。

2．承压板外侧边缘与反力装置支撑点之间的距离不得小于75cm。将千斤顶安放在承压板的中心位置，使千斤顶保持垂直，用加长杆和调节丝杆使千斤顶顶端球铰座与反力装置承载部分紧贴。

3．安置测桥，将沉降量测装置的触点自由地放入承载板上测量孔的中心位置，沉降量测表必须与测试面垂直。

4．对荷载板沉降的量测，通常采用三只百分表按120°圆心角等中心距设置，以量测荷载板平面法线方向位移，一般控制表的最高、最低读数不得超出一倍。

5．加载时，以0.04MPa的增量逐级加载；每增加一级荷载，当1min的下沉量不大于该级荷载产生的下沉量的1%时，读取荷载强度和下沉量读数，然后增加下一级荷载。

6．地基系数k30试验结果计算：根据每级试验数据绘出荷载与下沉量关系曲线（σ-S曲线）从荷载与下沉量关系曲线上找出下沉量基准时对应的荷载强度，并计算地基系数k30值。

（四）试验误差

地基系数k30测试值往往离散性较大，造成这些现象的原因有：k30平板荷载仪装置系统本身的误差；试验外部环境条件的影响；测试结果的整理及修正产生的误差。

三、路基试验

（一）平板荷载试验数据记录

在渝怀铁路涪陵段路基施工现场，进行了k30平板荷载。试验数据记录见表1，P-S曲线图见图2，采用回归分析的方法，求出k30=0.157MPa/mm。

四、结论

平板荷载试验测定的指标能直接与变形特性相联系；荷载量大，影响范围广，可反映一定范围内压实填土的整体情况；对土不产生扰动，不破坏土体结构；用k30地基系数可以直观的评价填筑路基的密实情况，并且有直观的测试数据，所以此方法有很好的推广价值。

参考文献

[1] 朱霞．公路工程试验检测技术[M]．北京：高等教育出版社，2004．

[2] 李小勇．载荷板尺寸效应的试验研究[J]．太原理工大学学报，2005，（1）．

[3] 杨广庆．铁路路基施工质量检测方法[J]．铁道技术监督，2005，（2）．

基金项目：2011年北京市大学生科学研究与创业行动计划（项目编号：A1006）；北京市属高等学校人才强教深化计划“中青年骨干人才培养计划”项目（项目编号：PHR20110868）；北京市教育委员会科技发展计划面上项目（项目编号：KM201210009009）。

作者简介：许康（1990-），男，安徽宿州人，北方工业大学建筑学院学生，研究方向：土工仪器开发。