CN102312421A - 测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量装置，特别是现场测定湿陷性黄土湿陷系数的装置，该装置是在顶板和底板之间通过筋板相互连接为一体，顶板与底板之间相互平行，在底板上均布有用于标点的孔。利用本发明的技术方案在需要测试的现场进行模拟浸水试验时，具有试验场地小、测试周期短、使用方便等特点，测试结果可较为真是的反映被测试现场的湿陷性黄土湿陷系数，可工程节约工程造价和测试费用。

Description

测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种测量装置，特别是测定湿陷性黄土湿陷系数的装置及其测试方法。

背景技术

随着我国国民经济飞速发展，西北地区工程建设规模、投资越来越大，安全、技术要求越来越高。在国家标准GB50025-2004《湿陷性黄土地区建筑规范》中，两个主要系数β₀—因地区土质而异的修正系数和β—考虑地基受水浸湿的可能性和基底下土的侧向挤出等因素的修正系数，是根据不同区域有限的试验数据给出的一个范围值，如陇西地区β₀取1.50，其他地区取0.50，而β值基底下0—5m取1.50，基底下5—10m取1，基底10m以下取所在地区的β₀值。通过室内试验的计算湿陷量乘以β_0、β值，就得到了湿陷量评价值，这样得出的湿陷量与实际工程现场浸水载荷试验实测结果存在差异，有时差异很大，指导工程设计，就有可能造成工程建设安全隐患或投资浪费，甚至造成事故，特别是在深厚湿陷性黄土场地，问题尤为突出。

产生这种差异主要原因，一是β₀、β值通过有限现场资料对比分析结果确定的，也只是一个范围值，而且随着工程不同，范围值区间也很大，自然会产生差别，这是统计方法带来的误差，另外室内试验条件与现场湿陷性黄土场地在一定压力下或自重下浸水湿陷变形的浸水、边界条件、土质的空间分布等试验条件不同，室内试验测定湿陷系数当然不能完全代表现场土层湿陷性，与现场实测结果存在差异，这是造成差异主要内在原因。 

目前解决差异方法就是现场的浸水试验，由于在自重湿陷性黄土场地上进行现场浸水试验，工期长、成本大，一般在2个月左右，又受到工程建设各方面的条件限制，实际工程中很难实施浸水试验。在非自重场地由于需要在一定压力下的现场浸水试验，除了浸水还需要加压条件和设备，因此在实际工程中无法实施。因此设计一种行之有效的现场湿陷系数的测定装置和测量方法就变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种测试周期短、费用低、测试结果准确的测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置及其测试方法。 

本发明的技术方案是：一种测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置，其特征在于在相互平行的顶板和底板之间通过筋板连接为一体，在底板上均布有用于放置标点的孔。

上述底板为圆形，用于放置标点的孔均布在与底板同心的圆上，且顶板和底板的几何中心重合。

于上述用于放置标点的孔均布在与底板同心，且半径为底板半径1/2的圆上。

上述用于放置标点的孔为4个。

利用上述测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置进行测试的方法，其测量步骤如下：

1）开挖试验坑和安装载荷试验设备；

a.试验坑底面的直径，不应小于承压板直径的3倍；

b.试验坑底面标高，为需要测定现场湿陷系数土层标高；

c.在挖至试验坑底面标高附近，采取长高宽分别为200mm原状土样进行室内试验；

d.放置现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置时，应注意保持试验土层的天然湿度和原状结果；

e．在放置现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置的地表铺设10～20mm厚度的中、粗砂找平；

f．在与现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中的孔（4）对应处，采用洛阳铲沿垂直方向打深、浅标点孔各2个，深标点孔的孔深为2R，浅标点孔孔深为1R，R为现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中底板（1）的半径，在深、浅标点孔内分别放置深、浅标点，同时将塑料套管套在深、浅标点上；

g．按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中，加压前顶板中心点，各标点底板点和标点顶点的标高；

h．载荷试验基准梁的支点应设置在承压板直径的3倍范围以外；

I．承压板的形心与载荷作用点应重合；

2）加载：加载等级不少于10级，加载至200kPa；

每加一级荷载的前、后，分别测记1次测定现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置的下沉量，以后每0.5h测记1次，连续2h内，每1h的下沉量小于0.10mm时，认为压板下沉已趋稳定，即可加下一级荷载，且每级荷载的间隔时间不应小于2h；

3）加压至200kPa下沉稳定后向试坑内昼夜浸水，连续浸水时间不宜少于10d，坑内水头不应小于200mm,附加沉降稳定后，试验终止；

4）按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定加压浸水后的现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中顶板中心点，各标点底板点和标点顶点的标高；

5）根据现场侧记数据，由此得各标点埋深对应现场土层厚度的湿陷系数计算公式：

δ_i＝(S_w－S_i)/h_i  

上式中:h_i—i标点埋深（mm）、i=1时h₁ =R，i=2时h₂=2R，R为承压板底板的半径；

δ_i—h_i深标点现场检测土层的湿陷系数；

 S_w＝S_p—S₀，S_p承压板顶天然状态试验压力下沉降稳定后与在浸水作用下稳定后的总沉降量（mm），S₀承压板顶天然状态试验压力下稳定后的沉降量（mm）；

S_w—承压板顶天然状态试验压力下稳定后在浸水作用下，附加下沉稳定后的沉降量（mm）；

S_i—h_i深标点天然状态试验压力下沉降稳定后在浸水作用下，浸水前后的总沉降量（mm）。

利用本发明的技术方案在需要测试的现场进行浸水载荷试验，该方法具有试验场地小、测试周期短、使用方便等特点，直接准确的测定现场的湿陷性黄土湿陷系数，同时对室内湿陷性黄土湿陷系数的试验结果进行修正，提出了一种现场测试修正拟合室内试验结果来评价黄土湿陷性的新的可行评价方法，直接可以用于指导实际的工程设计，该方法有广阔的应用前景和显著的经济效益。 

附图说明

附图1为本发明俯视结构示意图；

附图2为本发明使用状态示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，在相互平行的顶板4和底板3之间通过筋板2相互连接为一体。在圆形底板的1/2半径的圆上均布有用于放置标点的孔1。

使用时，按照国标规定进行在需要测试的现场开挖试坑和安装载荷试验设备，试坑底面的直径不应小于底板直径的3倍，试坑底面标高根据测定现场湿陷系数土层标高确定；放置本装置前，在底板下铺设10～20mm厚度的中、粗砂找平，采用洛阳铲，在与底板上用于放置标点的孔对应处，分别打出深度为底板半径和底板直径的浅、深标点孔各2个，在孔内分别放置浅、深标点5各2个，同时在浅、深标点上套塑料管6，以消除实验过程中土对浅、深标点的挤压力。然后按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定加压前顶板中心点，底板点和浅、深标点顶点的标高；载荷试验基准梁的支点设置在底板直径的3倍范围以外；完成上述工作后，在顶板上加载，加载时保证载荷的作用点与顶板的几何中心重合，加载等级不少于10级，加载至200kPa。每加一级荷载的前、后，分别测记1次承压板的下沉量，以后没0.5h测记1次，连续2h内，每1h的下沉量小于0.10mm时，认为压板下沉已趋稳定，即可加下一级荷载。且每级荷载的间隔时间不应小于2h。加压至200kPa下沉稳定后向试坑内昼夜浸水，连续浸水时间不宜少于10d，坑内水头不应小于200mm,附加沉降稳定后，试验终止。按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定加压浸水后本装置顶板中心点，底板点和浅、深标点顶点的标高。根据现场侧记数据，由此得各标点埋深对应现场土层厚度的湿陷系数计算公式：

δ_i＝(S_w－S_i)/h_i  

上式中:h_i—i标点埋深（mm）、i=1时h₁ =R，i=2时h₂=2R，R为承压板底板的半径；

δ_i—h_i深标点现场检测土层的湿陷系数；

 S_w＝S_p—S₀，S_p承压板顶天然状态试验压力下沉降稳定后与在浸水作用下稳定后的总沉降量（mm），S₀承压板顶天然状态试验压力下稳定后的沉降量（mm）；

S_w—承压板顶天然状态试验压力下稳定后在浸水作用下，附加下沉稳定后的沉降量（mm）；

S_i—h_i深标点天然状态试验压力下沉降稳定后在浸水作用下，浸水前后的总沉降量（mm）。

如对位于宁夏盐池县惠安堡镇境内，湿陷性黄土地区Ⅱ陇东—陕北—晋西地区北缘，测实六桩围成的桩间土的湿陷系数，具体做法是：在按等边三角形布桩的素土挤密桩地基处理中，施工采用4遍打成桩施工工艺，在第4遍打放空不成桩，形成一个以6根已成桩围成的正6边形，每一个成桩形成一个所承担地基处理面积的圆，以六边形形心也就是第4遍未成桩桩心为圆心，画一个与6根桩所承担地基处理面积的圆相切的圆，这个圆的直径，就是本载荷试验装置底板1的直径。采用本载荷试验装置进行现场浸水载荷试验，载荷试验浸水前、后200 kPa压力下本承压装置的沉降量分别为4.23㎜和19.45㎜，浸水前后差15.22㎜。加载前后，本载荷试验装置及各标点总沉降量见下表：

	承压板	0.5m深标点	1.0m深标点
				总沉降量/mm	22.6	5.38	0.25
湿陷量/mm	15.22	9.84	5.13
				湿陷系数		0.02	0.01
中心点σz/kPa	200	120	50

浸水载荷与室内试验200kPa压力下湿陷系数对比见下表：

	0.5m深标点	J03深3m处	4m内J03平均值	4m内整个场地平均值
					湿陷系数	0.02	0.066	0.085	0.061
湿陷量/mm	9.84	49.5	63.75	45.75

通过以上数据可以算数，修正系数β=0.3，而国家标准GB50025-2004《湿陷性黄土地区建筑规范》推荐的β=1.5是按照天然状态下，没有考虑桩深对桩间土的紧固和约束作用。

Claims (5)

1. 一种测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置，其特征在于在相互平行的顶板（4）和底板（3）之间通过筋板（2）连接为一体，在底板上均布有用于放置标点的孔（1）。

2. 根据权利要求1所述的测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置，其特征在于上述底板（3）为圆形，用于放置标点的孔（1）均布在与底板同心的圆上，且顶板（4）和底板（3）的几何中心重合。

3. 根据权利要求2所述的测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置，其特征在于上述用于放置标点的孔（1）均布在与底板（3）同心，且半径为底板半径1/2的圆上。

4. 根据权利要求3所述的测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置，其特征在于上述用于放置标点的孔（1）为4个。

5. 利用上述测定湿陷性黄土湿陷系数的现场浸水载荷试验装置进行测试的方法，其测量步骤如下：

1）开挖试验坑和安装载荷试验设备；

a.试验坑底面的直径，不应小于承压板直径的3倍；

b.试验坑底面标高，为需要测定现场湿陷系数土层标高；

c.在挖至试验坑底面标高附近，采取长高宽分别为200mm原状土样进行室内试验；

d.放置现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置时，应注意保持试验土层的天然湿度和原状结果；

e．在放置现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置的地表铺设10～20mm厚度的中、粗砂找平；

f．在与现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中的孔（1）对应处，采用洛阳铲沿垂直方向打深、浅标点孔各2个，深标点孔的孔深为2R，浅标点孔孔深为1R，R为现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中底板（3）的半径，在深、浅标点孔内分别放置深、浅标点，同时将塑料套管套在深、浅标点上；

g．按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中，加压前顶板中心点，各标点底板点和标点顶点的标高；

h．载荷试验基准梁的支点应设置在承压板直径的3倍范围以外；

I．承压板的形心与载荷作用点应重合；

2）加载：加载等级不少于10级，加载至200kPa；

每加一级荷载的前、后，分别测记1次测定现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置的下沉量，以后每0.5h测记1次，连续2h内，每1h的下沉量小于0.10mm时，认为压板下沉已趋稳定，即可加下一级荷载，且每级荷载的间隔时间不应小于2h；

3）加压至200kPa下沉稳定后向试坑内昼夜浸水，连续浸水时间不宜少于10d，坑内水头不应小于200mm,附加沉降稳定后，试验终止；

4）按精密二等水准，精度在0.15mm内，分别测定加压浸水后的现场测定湿陷性黄土湿陷系数的承压装置中顶板中心点，各标点底板点和标点顶点的标高；

5）根据现场侧记数据，由此得各标点埋深对应现场土层厚度的湿陷系数计算公式：

δ_i＝(S_w－S_i)/h_i  

上式中:h_i—i标点埋深（mm）、i=1时h₁ =R，i=2时h₂=2R，R为承压板底板的半径；

δ_i—h_i深标点现场检测土层的湿陷系数；

 S_w＝S_p—S₀，S_p承压板顶天然状态试验压力下沉降稳定后与在浸水作用下稳定后的总沉降量（mm），S₀承压板顶天然状态试验压力下稳定后的沉降量（mm）；

S_w—承压板顶天然状态试验压力下稳定后在浸水作用下，附加下沉稳定后的沉降量（mm）；

S_i—h_i深标点天然状态试验压力下沉降稳定后在浸水作用下，浸水前后的总沉降量（mm）。

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