平板动力载荷试验技术.docx

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平板动力载荷试验技术

1.0.1为规范平板动力载荷试验技术及地基工程检测方法，做到安全适用、测试可靠、数据准确、技术先进、评价客观、经济合理、保护环境，制定本标准。

1.0.2本标准适用于建筑和市政工程平板动力载荷试验及地基（含路基）质量检测，交通、铁路等工程领域也可按照本标准执行。

1.0.3本标准用于检测地基在动力载荷下各种动态变形模量、动态承载力特征值及动力学响应全过程特征等参数指标，可作为静力平板载荷试验的补充手段，还可作为地基工程质量检测的一种普查手段。

1.0.4平板动力载荷试验除应执行本标准外，尚应符合国家、广东省的现行有关技术标准的规定。

2术语和符号

2.1术语

2.1.1动态变形模量dynamicdeformationmodulus

半无限体界面上动力竖向作用下，被测体动应力增量与对应动应变增量的比值，描述该状态下被测体抵抗动态变形的能力。

2.1.2初始段、线性或近线性段、平均动态变形模量dynamicdeformationmodulusofeachstage（initialsegment,linearornearlinearsegment,average）

半无限体界面上动力竖向作用下，被测体各典型变形阶段（初始段、线性或近线性段、失稳前的完整段）的动态变形模量。

2.1.3地基动态承载力特征值grounddynamicbearingcapacitycharacteristicvalue

地基动力载荷试验获得的压力-变形曲线线性段内规定的变形值对应的压力值，其最大值为比例界限值。

2.1.4平板动力载荷试验platedynamicloadingtest（PDLT）

对地基表面施加竖向冲击力，测量载荷与位移随时间的变化，以确定地基承载能力与变形参数等的试验方法。

2.1.5自由落体式平板动力载荷试验platedynamicloadingtestwithfreefall

竖向冲击力仅由冲击杆（锤）自由落体运动产生的平板动力载荷试验。

2.1.6附加激发力式平板动力载荷试验platedynamicloadingtestwithadditionalexcitationforce

竖向冲击力主要由除冲击杆（锤）自由落体运动之外的附加激发力提供的平板动力载荷试验。

2.1.7采样频率acquisitionfrequency，samplingfrequency

采样频率，也称为采样速度或者采样率，表示每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数，用赫兹（Hz）来表示。

2.1.8动力响应时长dynamicresponsetime

冲击力作用下被测体振动力学响应的时间长度。

2.1.9载荷时程曲线load-timehistorycurve

作用载荷随时间变化的全过程曲线；全称为载荷-时间历程曲线。

2.1.10位移时程曲线displacement-timehistorycurve

位移随时间变化的全过程曲线；全称为位移-时间历程曲线。

2.2符号

d——圆形刚性承压板直径；

Eid——附加激发力平板动力载荷试验下被测体某变形阶段动态变形模量；

Eid,i、Eid,l、Eid,m——分别为附加激发力平板动力载荷试验下被测体P-s曲线0点至直线段起点之间曲线段的初始变形模量、直线或近直线段始末点线段的线性段动态变形模量、0点至未出现显著拐点的曲线末点的平均动态变形模量；

Evd——标准自由落体冲击下被测试体动态变形模量；

fd,ak——动态承载力特征值；

P——承压板下的某状态下动应力；

Pf——与确定的承压板沉降sf所对应的单位面积荷载；

Pmax——荷载峰值；

Pz——承压板下最大动应力；

r——圆形刚性承压板半径；

s——承压板沉降；

sf——与动态承载力特征值对应的承压板沉降；

——应力率效应系数；

——应变率效应系数；

μ——测试地基土体或其他岩土介质的泊松比；

ω——承压板形状系数。

3基本规定

3.1一般规定

3.1.1各类建设工程中平板动力载荷试验及检测应按本标准的规定进行。

3.1.2采用平板动力载荷试验进行的地基质量检测内容包括动态变形模量、动态承载力特征值及岩土性状评价；检测方法可选择自由落体式平板动力载荷试验、附加激发力式平板动力载荷试验，当测试影响深度超过平板直径1.5倍时，不宜采用标准自由落体式平板动力载荷试验。

3.1.3检测工作的程序，应按图3.1.3进行。

图3.1.3检测工作程序框图

3.1.4平板动力载荷试验前，检测单位应进行现场调查和收集资料。

调查、资料收集宜包括下列内容：

1收集被检测工程的地基土体基本物理力学指标参数等岩土工程勘察资料、地基基础设计及施工资料；了解现场存在的异常情况，明确检测的地基需要达到的技术指标；

2进一步明确委托方的具体要求；

3考察并分析现场实施条件及可行性。

3.1.5检测单位应根据调查结果和检测目的制定检测技术方案，检测技术方案宜包含以下内容：

1工程概况；

2本标准3.14条所规定的内容；

3检测方法及其所依据的标准规范；

4相关单位确定的检测数量及检测对象（检测位置），检测对象（检测位置）应利用施工记录、平面轴线、平面几何坐标等方式进行唯一性标识；

5所需的检测仪器、机械设备和人员配合，试验时间要求；

6现场安全生产措施；

7尚宜包括供电、道路通行与场地整治及交付试验及检测使用时间等要求。

3.1.6地基工程验收检测的抽检数量应按单ZB土建设计室位工程计算，当单位工程由若干个子单位工程组成时，抽检数量宜按子单v加shejiyuan8位工程或分部工程计算；单位工程地基抽检数量为每500m2不应少于1个点，且不得少于5点；对于复杂场地或重要建筑地基应增加抽检数量，按普查性质应增加检测数量，且应符合下列规定：

1对地基面积超过20000m2大型单位工程，地基处理面积超过20000m2的部分，抽检数量可适当减少，但不应少于相应规定最低抽检数量的50%；

2小区工程中，地基设计等级为丙级，且地基处理面积小于500m2、大于100m2，经工程质量各方责任主体共同确认，可将地质条件相近、施工工艺相同的若干个单位工程合并起来确定抽检数量，且应对每个单位工程进行抽检，检测抽检数量总共不得少于5点；地基设计等级为丙级，地基处理面积100m2及以下，检测抽检数量总共不得少于3点；

3当配套附属设施工程与主体工程地基采用同一施工工艺同时进行施工时，可将附属设施工程与主体工程合并一起确定抽检数量，且各个附属设施工程应有检测位置；

4应根据有效检测结果统计计算实际检测数量，当出现下列情况之一时，检测数量不得计入抽检数量。

当不能提供检测结果时，宜在检测报告中予以说明。

1）检测深度未达到规定的深度，设计单位认为满足设计要求的除外；

2）检测数据不全、检测数据异常、动力载荷与位移相应波形无规律。

3.1.7检测位置的确定宜均匀分布，并应综合考虑下列因素：

1动力载荷作用较多或有重要影响的区域；

2设计认为重要的部位；

3局部岩土特性复杂可能影响施工质量的区域；

4静力平板载荷试验不便实施的区域。

3.1.8当需要进行重新检测时，宜在原试验点附近重新选点进行试验。

3.1.9仪器设备性能应符合相应检测方法的技术要求，并应符合下列规定：

1仪器设备应在检定或校准的有效期内；

2当本标准对仪器设备有率定要求时，应在检测前对仪器设备进行率定；

3检测前应对仪器设备检查调试，检测过程中应判断确认仪器设备处于正常工作状态；

4仪器设备使用时应按检定或校准结果设置仪器设备相关参数；

5仪器及传感器应能在温度-10℃~50℃的环境中工作；当现场操作环境不符合仪器设备使用要求时，应采取有效的措施，保证仪器设备的正常工作。

3.1.10现场检测的安全控制，除应执行本标准的有关规定外，尚应遵守国家、广东省有关安全生产的规定。

3.1.11处理土地基和复合地基检测宜在合理间歇时间后进行。

当无工程实践经验时，间歇时间应符合下列规定：

1处理土地基：

黏性土地基不宜少于28d；粉土地基不宜少于14d；碎石土和砂土地基可取7d~14d；其他土层地基不应少于7d；

2散体材料增强体复合地基：

粉质黏土地基不宜少于21d；粉土地基不宜少于14d；砂土和杂填土地基不宜少于7d；

3有粘结强度的增强体复合地基和强夯置换地基：

不宜少于28d。

3.2自由落体式平板动力载荷试验及检测

3.2.1自由落体式平板动力载荷试验的检测深度按自由落体的冲击力确定。

最大冲击力为7.07kN、承压板直径300mm的标准自由落体式平板动力载荷试验检测约为1.5倍承压板直径深度以内的地基动态变形模量。

推荐该标准自由落体式平板动力载荷试验为自由落体式平板动力载荷试验的主要试验类型。

3.2.2对于非标准的自由落体平板载荷试验，其检测深度应通过实测确定。

3.3附加激发力式平板动力载荷试验及检测

3.3.1附加激发力式平板动力载荷试验检测深度的确定应符合下列规定：

1最大冲击力为300kN、承压板直径300mm的附加激发力式平板动力载荷试验检测不超过5倍承压板直径的土质地基深度；

2最大冲击力为450kN、承压板直径300mm的附加激发力式平板动力载荷试验检测不超过6倍承压板直径的土质地基深度；

3当最大冲击力进一步加大，或采用更大直径的平板时，其检测深度应通过实测确定；

4推荐承压板直径为300mm，最大冲击力为300kN、450kN，载荷脉冲宽度为（0.75±0.15）ms的平板动力载荷试验为附加激发力式平板动力载荷试验的主要试验类型；。

3.3.2地基动态变形模量、动态承载力特征值以及地基土体冲击振动性质参数应采用具有荷载与位移全过程数据采集系统的附加激发力式平板载荷试验进行检测。

3.3.3附加激发力式平板动力载荷试验也可检测测试影响范围内的复合地基中增强体及其周边土的地基动态变形模量与动态承载力特征值，以及地基土体冲击振动性质参数。

复合地基的增强体施工质量的抽检数量应符合下列规定：

1有粘结强度的复合地基增强体的单桩动力载荷试验抽检数量不应少于总桩数的0.5%~1%，且不得少于3根；

2散体材料复合地基增强体密实度抽检数量应为总桩（墩）数的1%~1.5%，且不得少于6根。

3.4验证检测与扩大检测

3.4.1当对检测结果有异议时，应进行验证检测。

检测方法和检测数量宜根据实际情况确定，宜在原检测位置附近重新选择1~2点进行验证检测；

3.4.2当检测结果满足修改变更后的设计要求或经设计复核检测结果满足要求时，经建设主体责任方等共同确认，可不进行扩大抽检。

3.4.3除本标准第3.4.2条规定的情况外，当检测结果不满足设计要求时，应进行扩大抽检。

扩大抽检的数量应按不满足设计要求的数量加倍扩大抽检。

3.4.4验证检测和扩大抽检后，应根据检测结果，经工程质量各方责任主体共同确定处理方案或进一步抽检的方法和数量。

进一步抽检宜结合平板载荷试验或其他方法，进行综合检测及评价。

3.5检测结果评价和检测报告

3.5.1平板动力载荷试验结果评价应满足下列要求：

1自由落体式平板动力载荷试验应给出每个测点的动态变形模量值，并给出单位工程的试验评价结果；

2附加激发力式平板动力载荷试验应给出每个测点的承载力特征值和所要求的各动态变形模量值及其他动态参数值，并给出单位工程的试验评价结果。

3.5.2检测报告应包含以下内容：

1委托方名称，工程名称，工程地点，建设、勘察、设计、监理和施工单位，基础类型，设计要求，检测目的，检测依据，检测数量与检测日期；

2主要岩土工程勘察资料，受检地基土（岩）层种类、泊松比、含水率等基本物理力学指标参数；

3检测对象或检测位置的唯一性标识和相关施工记录；

4主要检测仪器设备；

5检测方法；

6检测过程叙述及异常情况描述；

7实测与计算分析图表和检测数据汇总结果；

8与检测内容相应的结论。

4自由落体式平板动力载荷试验

4.1一般规定

4.1.1自由落体式平板动力载荷试验适用于检测颗粒直径不大于承压板直径1/4的各类岩土和土石混合填料的动态变形模量。

4.1.2标准自由落体式平板动力载荷试验可用于测定在标准自由落体冲击载荷作用下影响范围内的土体沉降值，计算该影响范围土体或其他岩土介质的动态变形模量。

4.1.3试验场地及环境条件应符合下列规定：

1测试面宜水平，其倾斜度不大于5°；

2测试面应平整无坑洞；

3测试面应远离震源。

4.1.4当采用非标准自由落体式平板动力载荷试验进行检测时，应按照实测的最大冲击力进行数据处理。

4.2仪器设备及其安装

4.2.1自由落体式平板动力载荷试验测试设备由加载装置、承压板、沉降测定装置三部分组成。

4.2.2自由落体式平板动力载荷试验加载装置由落锤、挂（脱）钩或其他固位（释放）装置、导向杆（筒）、阻尼装置构成；标准落锤重10kg。

4.2.3承压板为圆形钢板，并安装有加速度位移传感器或其他类型位移传感器。

标准承压板直径应为（300±0.5）mm，厚度应为（20±0.2）mm，位移传感器必须牢固密贴地安装在承压板的中心位置。

4.2.4沉降测定装置主要由位移数据采集装置、显示器构成。

最大冲击力为7.07kN、载荷脉冲宽度为（18±2）ms、承压板直径300mm的自由落体式平板载荷试验沉降测试范围为（0.1~2.0）mm±0.04mm，动态变形模量测试范围为10MPa≤Evd≤225MPa。

4.2.5在刚性基础上标定载荷板下最大冲击力，计算载荷板下的最大动应力，测定冲击作用时间。

4.2.6荷载或位移传感器应满足载荷或位移的采样频率要求，保证足够多的采样数据。

4.3现场检测

4.3.1现场试验前的准备及要求应符合下列规定：

1每次试验前检查仪器标明的落距。

2测试场地平整，无浮土。

测试面宜水平，可用水平尺或其他仪器测试水平，必要时可用少量干燥砂补平，宜采用干燥中细砂。

3将承压板放置在平整好的测试面上，安装导向装置并保持其垂直。

4.3.2将落锤提升至固位装置，然后使落锤释放并自由落下，当落锤弹回后将其抓住并固位。

按此操作进行三次预冲击。

4.3.3预冲击结束后，按照第4.3.2条的操作方式进行三次冲击测试，记录沉降值和冲击时间。

4.3.4测试时应避免载荷板的移动和跳跃。

4.4检测数据分析与判定

4.4.1当冲击力恒定，试验结果应按下式计算：

Evd=ω（1-μ2）dPz/s（4.4.1-1）

式中Evd——动态变形模量（MPa），计算至0.1MPa；

ω——承压板形状系数，圆形板取0.785，方形板取0.886；

μ——测试地基土体或填料泊松比，可以进行实测；当实测难以实施时，可按表4.4.1数值选取；

d——圆形刚性承压板直径（mm），标准直径为300mm；

Pz——承压板下的最大动应力，通过在刚性基础上标定得到；

s——承压板沉降值（mm），取三次测试结果的平均值。

表4.4.1各类土的泊松比参考值

土的名称

卵石

砂土

粉土

粉质

黏土

黏土

0.18～0.35

0.25～0.35

0.30～0.40

0.35～0.42

0.36～0.48

备注

密实的土宜选低值，稍密或松散的土宜选高值。

当采用圆形板，ω为0.785，泊松比μ为0.21的情况下，可简化为

Evd=1.5rPz/s（4.4.1-2）

式中r——圆形刚性承压板半径（mm）。

5附加激发力式平板动力载荷试验

5.1一般规定

5.1.1附加激发力式平板动力载荷试验适用于检测颗粒直径不大于承压板直径1/4的各类岩土、土石混合填料和复合地基中增强体及其周边土的动态变形模量和动态承载力特征值，以及振动响应特征。

5.1.2附加激发力式平板动力载荷试验可用于直接测定冲击载荷作用下影响深度内地基所受荷载作用全过程与对应位移的力学响应，获得荷载-位移曲线，计算该深度内地基动态变形模量、动态承载力特征值以及地基振动响应时长、衰减特征等参数，其中动态变形模量包括初始、线性或近线性、平均动态变形模量。

5.1.3试验场地及环境条件应符合本标准第4.1.3条规定。

5.2仪器设备及其安装

5.2.1附加激发力式平板动力载荷试验测试设备由附加激发力加载装置、承压板、载荷与位移测量及采集系统三部分组成。

5.2.2附加激发力加载装置是产生测试仪主要加载力的驱动装置，由冲击杆（锤）、固位（释放）装置、导向装置、电磁式或其他附加激发力驱动装置构成。

5.2.3承压板应具有足够刚度，宜采用圆形钢板，尺寸较大时可采用正方形钢板，安装有高频率采样压电式压力传感器与阻尼垫。

承压板直径可为（300±0.5）mm，厚度应为（20±0.2）mm；当动力荷载足够大，圆形承压板直径可为（800±0.5）mm，方形承压板则按相同面积得到边长为（709±0.5）mm，在不加厚钢板时，可在板的非作用面用肋条加强。

5.2.4荷载与位移测量及采集系统主要由荷载传感器、位移传感器及数据采集系统构成；传感器选择应符合下列规定：

1荷载传感器应适合测量动态力，宜采用高频压电式压力传感器；压力测量精确度应优于或等于0.5级，数据采样频率不宜小于40kHz，并满足量程要求：

10%最大测量范围≤被测量值≤90%最大测量范围；

2位移传感器应适合测量动力作用下的岩土体位移，数据采样频率不宜小于5kHz，测量误差不大于0.1%FS，分辨力优于或等于0.01mm；量程要求与本标准第5.2.4条第1款相同。

5.2.5测试仪可施加的最大动应力应在刚性基础上标定。

5.2.6承压板沉降的测量采用位移传感器，其安装应符合下列规定：

1承压板面积不大于1m2时，应对称安置2个位移传感器；承压板面积大于1m2时，宜适当增加传感器数量；

2位移传感器应安装在承压板上，各位移传感器在承压板上的安装点距承压板边缘的距离应一致；

3基准钢钎（桩）应牢固设置，基准钢钎（桩）和基准梁应具有一定的刚度；

4基准钢钎（桩）、基准梁和固定位移传感器的夹具应避免振动及其他外界因素的影响。

5.2.7承压板直径或边宽为300mm时，承压板与基准钢钎（桩）之间的距离应不小于3倍直径或边宽；承压板直径或边宽不小于800mm情况下，该间距宜不小于2倍直径或边宽。

5.2.8试验前应保持测试岩土的原状结构和天然含水率不变。

当试验标高低于地下水位时，应将地下水位降至试验标高以下，再安装试验设备，待水位恢复后方可进行试验。

5.3现场检测

5.3.1现场试验前的准备及要求应符合下列规定：

1测试场地平整，承压板与地面接触良好。

测试面宜水平，可用水平尺或其他仪器测试水平，必要时可用少量干燥砂补平，宜采用干燥中细砂。

2主机与支架固定牢靠，支架与地面接触稳定并保持水平，冲击杆（锤）中心与承压板中心保持在同一条垂线上。

3压力传感器及阻尼垫安放平整；位移传感器探针具有必要的上下伸缩性，向下伸长量应大于预估的动力载荷下的沉降量。

4对于电磁式附加激发力平板动力载荷试验，冲击前检查电压是否达到预定值。

5冲击前设置并检查荷载、位移数据的全过程采集触发与关闭模式。

5.3.2在正式测试前，应根据土体类别及状态并结合现场条件确定预压次数。

在不附加激发力下实施预压，预压次数应按以下方法确定：

当相邻两次预压的回弹位移峰值相近时，即可停止预压，预压次数即为前一次次数。

5.3.3测试成果统计应符合下列规定：

1对于低压缩性土体地基，在预压密实后，取此后3次冲击所得动态参数的算术平均值作为该测试点的动态参数；

2对于高压缩性土体地基，在预压密实后，取此后2次冲击所得动态变形模量和动态承载力特征值的算术平均值作为该测试点的动态参数；

3对于极低渗透性（渗透系数≤10-8cm/s）并易产生“橡皮土”的饱和黏土地基，取1次冲击所得动态参数作为该测试点的动态参数。

5.4检测数据分析与判定

5.4.1荷载数据整理按以下步骤进行：

1识别荷载时程曲线起跳点；

2记取各时刻的荷载数据的变化量，乘以标定系数K（kN/V）；

3整理作用时间和冲击荷载数据，绘制冲击荷载时程曲线（即P-t曲线）；

4冲击荷载数据可按照本标准附录B的格式自动记录。

5.4.2位移数据整理按以下步骤进行：

1识别位移时程曲线起跳点；

2记取各时刻的位移数据的变化量，乘以标定系数L（mm/V）；

3整理作用时间和位移（沉降）数据，绘制位移时程曲线（即s-t曲线）；

4位移数据可按照本标准附录B的格式自动记录。

5.4.3以位移量s为基本变量，以荷载P为因变量绘制P-s曲线，曲线绘制应满足下列要求：

1记取能充分反映介质变形特点的足够数量的位移量si（i=1，2，……，n

）；

2计算位移各量与最大位移量相对应的时间比例关系（以百分比记）：

（5.4.3-1）

3

Ri乘以荷载峰值（

Pmax）得到相应压力：

（5.4.3-2）

4由足够多点（

Pi，si），绘制P-s曲线；

5荷载-位移关系数据可按照本标准附表B的格式自动记录。

5.4.4动态变形模量应按下列公式计算：

（5.4.4-1）

或

（5.4.4-2）

式中Eid——某变形阶段动态变形模量（MPa），计算至0.1MPa；其中，初始变形模量Eid,i为P-s曲线0点至直线段起点之间曲线段的模量；线性段动态变形模量Eid,l为P-s曲线直线或近直线段始末点之间线段的模量；平均动态变形模量Eid,m：

若P-s曲线出现明显拐点，则取0点至拐点之间曲线段的模量，若P-s曲线未出现明显拐点，则取0点至未出明显拐点的曲线末点的模量；

d——圆形刚性承压板直径或正方形刚性承压板边长（m）；

P——承压板下的某状态下动应力，动态P-s曲线中不同阶段的单位面积荷载，单位kPa；

s——与动应力P相应状态下的承压板沉降值（mm）；

ω——承压板形状系数，圆形板取0.785，方形板取0.886；

——应力率效应系数（≥1，不考虑应力率效应时

=1），无量纲量，与土性及加载速率有关，由实测确定；

——应变率效应系数（≥1，不考虑应变率效应时

=1），无量纲量，与土性及应变速率有关，由实测确定；

μ——测试地基土体或其他岩土介质的泊松比，由实测确定；当实测难以实施时，可按本标准表4.4.1取值。

5.4.5动态承载力特征值计算采用相对沉降控制原则，取相对沉降变形所对应的荷载作为动态承载力特征值，公式如下：

（5.4.5）

式中

——动态承载力特征值（kPa）；

——与动态承载力特征值对应承压板沉降（mm），

，d为平板直径（mm），β为特征值对应的相对变形值，与土性相关，β取值见表5.4.5；

——与

关联对应的单位面积荷载（kPa）。

表5.4.5地基承载力特征值对应的相对变形值β

地基类型

地基土性质

特征值对应的相对

变形值

β

天然地基、处理土地基

高