深层平板载荷试验检测方法研究

摘要：深层平板载荷试验适用于确定深部地基土层及大直径桩端土层在承压板下应力主要影响范围内的承载力和变形系数。因此，本篇文章对深层平板荷载试验检测方法进行分析，对堆载法、利用桩混凝土护壁摩阻力加岩（土）自重法、地锚法进行介绍，并以某项目为例，谈论深层平板载荷试验，验证地基承载力是否满足建设要求，并对其试验进行了探讨，用以同行借鉴与自勉。

关键词：深层平板；荷载试验；检测方法

目前，我国正处于高速发展阶段，如何正确评价地基承载能力显得十分必要。平板载荷试验以其直观便捷的检测方式得到广泛认可，该装置包含承压板、千斤顶、主梁，副梁、枕板、混凝土配重块等（如图1所示),已成为地基承载力最普遍的检测方法，广泛应用于建筑、交通、市政、水利等各个行业中。平板载荷测试方法在地基工程中被广泛应用于评估地基的承载力和变形特性[1]。深层平板载荷试验适用于确定深层地基土和大直径桩的桩端土的承载力和变形参数，通过深层平板载荷试验能够对深层土体承载特征进行更为准确的反映，但是深层平板载荷试验存在操作复杂性以及数据的不确定性等特点，因此需要对其检测方法进行深入研究，以确保试验结果的准确性和可靠性。

图1 平板载荷试验设备及安装示意图

一、深层平板载荷试验概述

作为一项重要的试验手段，深层平板载荷试验是地基评估与地下结构在不同荷载作用下的稳定与安全的一项重要试验手段。该试验手段在实际工程中得到了越来越多地使用，对国家重大工程项目的安全运行起到了关键作用。相关研究人员通过在地面或地下放置一个能够真实反映能够模拟实际工程中可能受到的力的平板或承载体，为了更真实地模拟实际情况，试验过程中会施加不同方向和大小的载荷，从而全面评估地基或地下结构对载荷的承受能力。深层平板载荷试验的关键步骤包括试验方案设计、试验设备选型、试验数据采集与处理等。在试验方案设计过程中，应根据具体的工程条件，选择适当的试验参数及试验方式。在试验设备的选择上，必须选择高性能和高精度的试验设备，以保证试验结果的准确。在试验资料的收集和处理方面，为了能更好地了解建筑物的受力状况，必须对试验中的各项参数进行实时的收集与分析。通过深层平板载荷试验，使广大工程技术人员能够更好地理解地基及地下工程的工作状态，进而指导工程建设。研究成果有助于工程人员对结构进行合理的设计，从而有效地改善结构的安全与稳定，减少工程风险[2]。

二、深层平板载荷试验的重要性

（一）评估结构强度和稳定性

深层平板载荷试验通过对构件进行多种形式、尺寸的荷载作用，观测其在荷载作用下的响应，可以获得实际使用下的承载性能、变形性能和稳定性能。该试验技术为确保建筑物、桥梁或其他工程设施在外界外力的影响下仍能正常工作。深层平板载荷试验不仅能够帮助工程师评估结构的整体性能，还可以用来验证和优化设计方案。通过对各种负载情况的模拟，使工程人员能够综合考虑各种载荷作用下的结构响应，进而对其进行进一步的改进与优化，从而取得工作效率与可靠性。此外，深层平板载荷试验还可以用于验证数值模拟结果的准确性。通过将试验结果与数值模拟结果进行比较，工程师可以验证模型的准确性，并识别潜在的模拟误差或假设不足，从而有助于提高结构分析的可信度，并为未来的设计和分析工作提供宝贵的经验教训[3]。

（二）指导工程实践

深层平板载荷试验既可供实验室研究，也可供科研人员自行研究，更可用于实际工程中。深层平板载荷试验结果对实际施工有重要的指导意义，可为今后类似的工程设计工作提供有益的借鉴。通过对各种荷载作用下的响应的理解，使工程人员能够更加精确地对其进行评价和预报。这样才能让工程人员做出更为科学、更合理的设计计划，从而保证整个工程建成后的稳定性和可靠性。同时，通过对实验数据的分析，能够找出存在的问题与缺陷，并对其进行改进，进而提升工程的整体性能与可持续发展。同时，通过对大型工程进行深层平板载荷试验，可以为工程的维修与管理工作提供参考。通过对试验工况下的结构响应进行观测与研究，为设计人员提供合理的维修保养方案，提高其使用寿命，降低维修费用，保证其安全可靠运行。

（三）提高工程安全性

通过对实际真实荷载情况的模拟，能够更好地理解不同受力状态下的受力性能，进而找出可能存在的薄弱环节和问题。通过该系统的试验，可以尽早发现工程中潜在的安全问题，从而及时地对其进行加固和完善，从而提升工程的安全可靠度。这种方式不仅能够降低项目发生的意外与经济损失，保证人身财产的安全，而且还能够提高项目的长远运营效益与保障工程可持续性。在保证结构安全的前提下，进行深层平板载荷试验，对保证结构的安全与安全具有十分重要的意义[4]。

三、深层平板载荷试验检测方法

（一）堆载法

堆载法是目前常用的试验手段之一。它的基本思想就是在地基表面上叠加一定重量的材料，使之逐渐增大，从而达到模拟真实建筑或结构物对地基的作用。试验前，必须先选定适当的试验地点，一般选在建筑物的预计地基位置或地基上存在疑问的区域。然后将钢板，混凝土块或其他重物置于试验场地之上，以提高荷载。当重物不断增加时，地基土将逐步受到较大的荷载。在试验期间，应不断对地基土体的变形进行观察和测量。内容主要是对地基的沉降，水平位移，以及潜在的开裂与变形进行监控通过记录这些数据，可以了解地基在不同荷载条件下的响应情况，从而评估地基的承载能力和变形特性。

图2 试验加载装置（堆载法）现场图

地基的承载力就是在某一荷载作用下，保持地基稳定性的能力。在建设项目中，对地基的承载力进行评估是一个非常重要的环节，其好坏将影响到建筑的安全与稳定性。当地基超出或接近其承受极限时，会引起地面过大或不稳定，进而危及建筑物的安全。通过对各种荷载作用下的地基土承载力的分析与试验，来判断其在使用过程中的稳定程度。同时，采用堆载分析方法还可以反映出土体在荷载作用下的变形特征。在荷载作用下，土体呈现出弹性、塑性、剪切等多种变形特性，这些变形特性的了解对于地基结构的设计和评估至关重要，因为它们直接影响着地基的稳定性和整体结构的安全性[5]。

（二）利用桩混凝土护壁摩阻力加岩（土）自重法

采用桩混凝土护壁摩阻力加岩（土）自重法作为一种试验深度板深层平板载荷试验的主要手段，对其进行了理论分析和数值模拟。本项目提出了一种基于地基土压力的桩基设计新思路，即充分发挥桩基与周边岩土的摩擦效应，并以此为依据对桩基进行荷载分析，进而评价桩基的承载力及变形性能。在工程实践中，这种新的方法将会得到很好的推广。采用桩混凝土护壁摩阻力加岩（土）自重法开展深层平板载荷试验过程中，必须先选择适宜的加载速度及加载能力。加载速度太大会引起桩基失效，而加载速度太低又不能正确评价桩基的承载力。所以，在施工过程中，应结合具体的工程条件及实验需求，选择适当的加荷速度及加荷量。另外，在采用桩混凝土护壁摩阻力加岩（土）自重法过程中，应充分考虑土的物理力学特性、桩身材料特性和桩土共同作用等。通过对这些因素的综合分析，可以更加准确地评估桩地基的承载能力和变形特性。以某高速公路大桥为例，通过利用桩混凝土护壁摩阻力加岩（土）自重法进行深层平板载荷试验。根据实验资料进行了理论和实验研究，发现桩体的摩阻和土体的重量是影响其极限承载力的主要因素，并随荷载的加大而加大。因此根据试验结果，对桥梁桩地基的设计进行了优化，提高了桥梁的安全性和经济性。

（三）地锚法

在深层平板载荷试验检测中，采用地锚法进行试验，在工程实践中有其自身的优越性。在工程实践中，地锚法是指借助土层中的岩体或土层的锚固力，将荷载通过锚（锚）向深部土体中转移，起到稳固地基或构筑物的作用。该技术尤其适合于地质情况复杂、土层较软或有不良地质体的地区使用。

因此，在工程实践中，必须从地质调查资料、锚索材质和直径、锚固长度和张拉技术等方面进行全面分析。通过严格的计算与设计，保证了该方法在工程实践中的稳定、可靠。另外，在工程实践中，必须与现代科学技术相结合，对其进行实时监控与评价。安装应变计、位移计等检测设备，能对锚索、锚固件的应力状态以及周边土的变形状况进行实时监控，以便对可能出现的安全问题进行预警，并提出针对性的防治对策。采用地锚法对基坑开挖过程进行实时监控与评价，为基坑支护结构的长效稳定与安全提供了保障。

四、深层平板载荷试验的操作步骤

（一）试验前的准备工作

在进行深层平板载荷试验之前，做好充足的前期工作对于保证试验的成功和获得精确的试验结果至关重要。首先，要对试验场地进行细致的调查，掌握试验场地的岩性、厚度和水位等地基资料。为后续的设备选型及试验计划的制定奠定基础。另外，在测量成果的地基上，还需要对试验现场做一些诸如清理杂物和平整地面等准备工作，以保证试验设备的稳定与精度。在设备选择与校准上，应结合实际情况及试验需要，选用适当的试验设备。在选用仪器时，要综合考虑其承载能力，准确性和稳定性。在试验之前，必须对仪器进行精确的标定，以保证试验结果的准确。其中包含了载荷传感器和位移传感器的标定，保证了试验的准确性满足试验的需要。另外，在试验之前，还要制定具体的试验计划及相关的防护措施。试验计划要清楚地说明试验目标、试验步骤和试验参数的设定，以保证试验的顺利进行。为了保证试验的安全，在试验中需要设置警戒线和设置安全设施，以保证试验工作的安全。

（二）试验过程中的注意事项

在进行深层平板载荷试验时，应严格遵守各项规程，以保证试验数据的准确、可靠。首先要做好试验的前期工作，其中主要有仪器校准，场地选取及布局等。仪器校验是保证试验结果准确的重要依据，应根据有关规范执行。在选取试验点时，要充分利用地质、环境等方面的因素，保证试验点的代表性，另外，还应对加载速度的控制，数据的实时采集与处理等问题进行控制，为了防止在试验时产生应力集中及破坏，必须依据试验对象及实际情况进行适当的调整。通过对试验数据的实时采集与处理，能够在试验中及时地检测出试验中出现的问题，从而为试验结果的解释提供有力支持。同时，在进行深层平板载荷试验时，应重视对其进行误差辨识和控制。误差产生的原因很多，既有仪器误差，也有操作误差。为此，应从改善设备精度、加强对操作人员的培训等方面入手，来减少这种偏差。同时，还应建立完善的误差评估体系，对试验数据进行严格审核和分析，确保试验结果的可靠性[6]。

（三）试验后的数据处理与分析

试验后的数据处理与分析是深层平板载荷试验的重要环节，它直接关系到试验结果的准确性和可靠性。在这一阶段，我们采用了多种数据处理方法，包括数据清洗、统计分析、模型拟合等，以确保试验数据的准确性和有效性。首先，需要对试验数据进行了清洗，去除异常值和重复数据，确保数据的准确性和一致性。接着，我们运用统计分析方法，对试验数据进行了描述性统计和推断性统计，以揭示数据的分布特征和内在规律。在模型拟合方面，通过采用多种回归模型，如线性回归、多项式回归等，对试验数据进行了拟合和预测，比较不同模型的拟合效果和预测精度，最终选择了最优的模型进行后续分析。此外，在试验工作中还可以采用方差分析、协方差分析等方法，对试验数据进行深入的分析和比较。

五、深层平板载荷试验应用案例

某项目存在深厚层的粉砂层，基础埋深约10m，位于2-1层粉砂层之上，地层情况如下所示：

图3 地层情况

为确定持力层承载情况，先行进行浅层载荷试验，将浅部土层挖除，在2-1层粉砂层上直接进行浅层载荷试验，确定承载力平均值为320kPa。

图4 浅层载荷试验成果曲线。

为进一步核实深度修正后承载力是否满足真实有效，再次在该场地进行深层载荷试验。

图6 深层载荷试验装置示意图

图7 现场安装

试验成果如下：

图8 成果曲线

采用深度修正后承载力在埋深7.4米处修正后的承载力为730 kPa。

步判断深宽修正承载力特征值与深层平板载荷试验取得的承载力特征值基本一致，通过深宽修正方法取得较深部位的承载力特征值是可信的。

六、结束语

现如今，随着建筑和地基设施项目的增多，对地基承载能力的准确评估十分重要。就本文试验结果看，改进后的试验装置较好地控制了试验数据的精度，且不受测试深度的影响，为同类工程施工积累了经验。因此未来的工作应着重于开发更为先进的试验技术，以及在不同地质条件下的试验验证，从而进一步完善深层平板载荷试验的应用。

参考文献：

[1]刘永志.深层地基平板载荷试验方案设计及成果分析[J].建筑技术开发，2019，46(03):22-23.

[2]刘秀军.深层平板载荷试验变形模量计算公式推导[J].土木工程学报，2022，55（10）：93-100，116.

[3]池毓财.深层平板载荷试验检测方法分析[J].江西建材，2023，(06):77-79+85.

[4]尚许雯，尚银生，贾迎泽，等.深层平板载荷试验变形模量计算新方法[J].山西建筑，2020，46（8）：1-4.

[5]伦玉宁.深层平板载荷试验传力装置的改进与应用研究[J].建筑监督检测与造价，2019，12（3）：29-32.

[6]章世强，崔伟杰，周建，等.深层平板载荷试验应用与探究[J].中国建材科技，2022，31（6）：78-80.