地基反应模量该如何试验？

关键词：原理 反应模量试验方法

 

 

机场道面通常是按照机场主要飞机的最大起飞重量进行设计，若飞机的荷载超过道面的允许承载力，道面就会产生过大的变形而导致破坏，影响机场的正常使用和起降安全。

 

道面在长久的使用过程中由于受各种不同类型飞机的升降及滑行，加之砼本身的特性变化，气候、环境等不同因素影响，地基状况等都会发生变化，进而影响道面的承载力。

 

地基反应模量参数K的识别大都采用文克勒弹性地基板理论，在数学上计算比较简单方便也能较好的反映地基的实际工作状态，在机场道面力学计算中得到广泛的应用。

 

 

地基反应模量是表征文克勒地基的变形特性，是原捷克斯洛伐克工程师（Winkler）于1876年提出的，基本假定是：地基上任一点的弯沉L，仅与作用于该点的压力P成正比，而与相邻点的压力无关，压力与弯沉值关系的比例常数k称为地基反应模量。根据上述假定，可把地基看作是无数彼此分开的小土柱组成的体系，或者是无数互不相联的弹簧体系。

 

文克勒地基又可称为稠密液体地基，地基反应模量K相当于液体的密度，地基反力相当于液体的浮力。模型由于假设简单，K值测试方便，被广泛采用。我国过去在机场道面设计中一直采用地基反应模量。

 

 

1）设备装置

 

承 载 板：直径750mm

 

载重系统：重物及反力装置

 

加荷系统：千斤顶(＞20吨)、压力表或测力环

 

位移测量：贝克曼梁、百分表

 

试验装置采用堆载平台反力装置,加载装置用油压千斤顶,承载板用4～5 层圆钢板,最下面的承载板( 与地基土直接接触) 用厚28mm , 直径为750mm 的圆钢板,上叠板(3～4 块) 用直径范围为450 mm～600 mm ,厚25 mm～30 mm 的钢板。各级加载量用油压千斤顶上的压力表控制,承载板的沉降量用百分表观测。

 

2）加载方法

 

现场试验共分5级加载，由主梁、工字钢、重物反力装置组成，荷载值通过压力表测量，基板沉降则通过布置于承载板表面的贝克曼梁的位移百分表测得，所有百分表均用磁性表座固定于基准梁上。

 

 

1）试验基坑的开挖

 

在测点位置上开挖试验基坑,基坑宽为2.5 m ,长为2.5～4.5 m ,深度为0. 55 m～0.90 m ,一般挖入试验目的层0.15～0.50 m。在基坑中部放置承载板的位置用铲或刮刀铲至水平,以便平稳放置各试验的承载板。

 

2）试验方法

 

在已铲至水平的土基表面均匀铺细砂少许找平,将大承载板安放平稳并左右转动半周,再用水平尺校正,同时用垂球检查平台荷载重心是否对准大承载板中心,然后在大承载板上从大到小叠置3～4块不同直径的厚钢板,各承载板的中心对齐。

 

接着安置千斤顶, 设置基准桩和基准梁,最后把3 个百分表按120°交角安装在最下层的大承载板上。安装完毕后,用15. 4 kN 荷载预压1～2 次,使承载板紧贴土基表面。

 

卸载后调表对零,然后分级加载,每级加载后120 min 读取沉降值。加载分级为:0.0 →0.034 →0.069 →0.103 →0.137 →0.172 →0.206（单位： Mpa） 。

 

 

5.1 根据测试结果绘制P～S 曲线图

 

5.2 地基土反应模量的计算

 

1) 土基反应模量的计算

 

为使所确定的地基反应模量值有代表性，通常有两种作法：当地基较软弱时，取L=0.127cm时相对应的压力P计算地基反应模量；当地基较为坚硬时，取单位压力P=0.07MPa时相对应的弯沉值L计算地基反应模量。飞行区内各试验点土质以粉质粘土为主,因此土基反应模量按一般的地基土计算,计算式如下:

 

Ku =PB/0.00127

 

式中: Ku—现场测得的土基反应模量(MN/ m3 )

 

PB —承载板下沉量为0. 127cm 时所对应的单位面积压力(Mpa) , PB 值在P～S 曲线上量取。

 

2) 对土基反应模量值的修正

 

由于浅部土层受气候影响较大,旱季地下水位低,含水量较小,雨季地下水位高,含水量大。为确保工程安全宜采用最不利情况(饱和状态) 下的反应模量值,修正方法如下:

K0 =d ·Ku /du

 

式中: K0—修正的土基反应模量(MN/m3) ;

 

d—现场原状试样在0.07MPa 压力下的下沉值(cm)

 

du—现场原状试样浸水饱和后在0.07MPa压力下的下沉值(cm)

 

 

6.1**桃仙国际机场机坪扩建工程

 

对以上结果分析看出，地基土反应模量的高低与土的含水量、物质成分等有密切关系。同一土质，随着土中含水量的增加，反应模量K值逐渐降低，当土中含有砂粒时，土基反应模量K值明显增大。如果反应模量K值离散性较大，说明该土场土质不均匀。

 

 

通过工程实例分析，地基土反应模量的高低与土的含水量、物质成分等有密切关系，这就要求在试坑开挖及测试仪器安装过程中尽可能不扰动土基，保持地基土的原始状态，同时，在试验过程中要规范操作，细心认真，以确保试验数据与实际相符合，为工程设计方提供科学、可靠的数据。

 

参考文献：

 

［1］《岩土工程手册》编写委员会 北京：中国建筑工业出版社

［2］《公路土工试验规程》JTG E40-2007 北京：人民交通出版社