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螺旋板载荷试验加载方案的设计需综合考虑土的性质、试验目的和规范要求,以下是具体设计要点:
依据地质资料:通过前期的地质勘察,了解试验点所在土层的类型、物理力学性质指标(如内摩擦角、黏聚力、压缩模量等)。例如,对于砂土,可根据其相对密度和标准贯入试验击数来估算承载力;对于黏性土,可参考其液性指数和塑性指数。
参考类似工程经验:查找与试验点地质条件相似的已建工程,参考其螺旋板载荷试验的结果和基础设计承载力。比如,在同一地区、相同土层的桥梁基础工程中,已建桥梁的螺旋板载荷试验数据可以作为本试验预计极限荷载的重要参考。
理论计算初步估算:采用经典的地基承载力理论公式(如太沙基公式、汉森公式等)进行初步估算。以条形基础为例,太沙基公式qult=cNc+γdNq+12γbNγqult=cNc+γdNq+21γbNγ(其中qultqult为极限承载力,cc为土的黏聚力,γγ为土的重度,dd为基础埋深,bb为基础宽度,NcNc、NqNq、NγNγ为承载力系数)可计算出地基的极限承载力,再结合螺旋板的尺寸和受力特点,估算出螺旋板的预计极限荷载。
一般原则:通常取预计极限荷载的110101 -115151作为每级加载量。这样分级可以使试验过程中能更细致地观察土的变形和承载特性,准确捕捉土从弹性变形到塑性变形,再到破坏的全过程。
土质差异调整:对于软土或敏感性较高的土,由于其变形特性较为复杂,每级加载量可适当取小值,如取预计极限荷载的115151 -120201,以避免因加载过快导致土体结构破坏过快,无法准确获取土的力学性能指标。而对于硬土或密实砂土,每级加载量可适当取大值,如取预计极限荷载的1881 -112121。
加载级数:加载级数应根据预计极限荷载和每级加载量来确定。一般来说,加载级数不宜过少,否则无法准确反映土的应力 - 应变关系;也不宜过多,以免试验时间过长。通常加载级数在8 - 12级较为合适。例如,若预计极限荷载为200kPa,每级加载量为15kPa,则加载级数约为13 - 14级,可根据实际情况适当调整为12级。
最大加载量:最大加载量应大于预计极限荷载,但不宜超过过多,一般可取预计极限荷载的1.2 - 1.5倍。这样既可以确保能充分激发土的承载能力,观察到土的破坏过程,又能避免因加载过大而对试验设备造成损坏或引发安全事故。例如,预计极限荷载为200kPa,最大加载量可取240 - 300kPa。
稳定标准:每级加载后,需要等待土体的沉降达到稳定状态后再施加下一级荷载。通常规定,在连续两次观测时间内,螺旋板的沉降量变化小于0.1mm时,认为该级荷载下的沉降已稳定。
时间间隔:根据土的性质和试验经验,初始几级加载后,沉降稳定较快,时间间隔可取5 - 10min;随着荷载的增加,土体的塑性变形逐渐增大,沉降稳定时间会延长,时间间隔可适当延长至15 - 30min。对于软土,由于其压缩性高,沉降稳定时间可能更长,需要根据实际情况灵活调整时间间隔。
卸载级数和卸载量:当加载达到最大加载量或出现明显破坏现象时,需要进行卸载。卸载级数一般与加载级数相同或略少,每级卸载量可取每级加载量的2倍。例如,加载时每级加载量为15kPa,卸载时每级卸载量可取30kPa。
卸载观测:卸载过程中同样需要观测螺旋板的回弹量,每卸载一级后,按照加载时的观测时间间隔进行沉降观测,记录回弹数据,以分析土的弹性变形和塑性变形特性。