螺旋板载荷试验是由平板载荷试验演变而来的一种非开挖型、能够在赋存地下水和在地表下较大深度工作的轻便原位测试手段。该测试方法始于20世纪70年代初期，30多年来，螺旋板载荷试验已经广泛应用于世界各国的工程勘察中，最大工作深度已达30m。
螺旋板载荷试验的工作原理是：通过机械或人力把地锚状的螺旋形载荷试验板，旋入到地下预定测试深度处，通过对螺旋承压板逐级施加荷载，并测计地基土受压后产生的垂向位移和所施加荷载的关系并依此绘制地基土的应力—应变—时间关系曲线，进而求得不同深度处地基土的承载力特征值、模量值、固结系数、土的湿陷量以及软土的不排水抗剪强度等指标。
一、螺旋板载荷试验装置组成
螺旋板载荷试验装置有如下几个主要部分(图2-8)：
(1)荷载源——①地面荷载源：有液压千斤顶、顶座、传力杆、应力/应变自动补偿伺服系统等②地下荷载源：由压杆内的水压力活塞向螺旋承压板施加荷载
(2)反力系统：由4个大直径反力地锚、地锚接杆、反力横梁组成
(3)沉降观测装置：由2个小直径地锚、沉降支架、千分表等组成
图2-8 螺旋板载荷试验仪示意图
1—传力杆2—测计系统地锚3—沉降支板4—千分表5—千斤顶6—反力工字梁7—反力地锚8—测计系统横梁9—螺旋承压板
(4)测压系统：对地面荷载源，通过安装在螺旋板上的应变式电阻传感器，和地面上的数字测力仪确定螺旋板上所受荷载源施加的荷载值对地下荷载源，可通过施加的水压力获得施加的荷载值一些螺旋承压板头还可以兼备测试试验深度内地基土孔隙水压力的功能
(5)螺旋承压板：既是测试时钻进的钻头，又是到达试验深度后向地基土施加荷载的承压板。根据场地特点不同，分别有适于软土、硬土几种螺旋承压板型：①ϕ113mm，螺旋承压板面积100cm2，螺距25mm②ϕ159.58mm，螺旋承压板面积200cm2，螺距40mm③ϕ195.44mm，螺旋承压板面积300cm2④ϕ252.23mm，螺旋承压板面积500cm2，螺距65mm⑤ϕ298.55，螺旋承压板面积700cm2与平板载荷试验不同的是，螺旋承压板在旋入试验深度过程中，由于螺旋板顺螺纹方向产生的切土效应，对测点地基土产生扰动，影响到测量的准确性。为此，需要对螺旋板的螺距、螺旋板材料厚度进行必要的限制，一般是取螺旋板直径与螺距之比值为4～5螺旋板直径与板厚之比值为25为宜。
二、螺旋板载荷仪的安装与调试
螺旋承压板型号较多，这里简要介绍螺旋承压板的常见安装与调试过程。
1.准备工作
最主要的是对螺旋板探头进行标定：①绝缘测试：将探头批量放入压力不小15个大气压力的水容器中观察1天，其绝缘性能不发生变化②将螺旋板探头置于率定架上，观察加荷与读数的线性关系，并写出率定报告备查。
2.现场安装
(1)要求在平整的场地上先标好测试孔位、反力地锚及测量支架地锚孔位。若雨季施工，应搭设临时防雨设施
(2)安装地锚和螺旋板的顺序为：旋入4 根反力地锚→旋入沉降支架的2 根地锚→将螺旋板旋到预定测试深度(信号电缆随同旋入)。要特别注意：螺旋板头入土时，应按每转一圈下入一个完整螺距进行操作，即：旋入过程是每一旋次必须完成一整圈不间歇的旋入螺旋板，并尽量减少对土的扰动→安装反力横梁和测计系统横梁→调整好传力杆顶部至反力横梁的间距(使其恰好能安装液压千斤顶及相配套顶头、顶座等)→安装千斤顶→安装测计仪器、仪表并调整到合适位置(电子测量仪器需要预热，以保持性能稳定)。
3.测试方法
试验一般顺高程由上而下依次进行，完成一个点的深度测试后加接传力杆，将螺旋承压板旋入下一试验深度，进行新的试验。一般测点间距根据土层变化决定，大多以1m为常规间距遇薄层时，也不应小于0.75m如遇有软夹层，应事先设计好各测点深度。当土质均匀且层厚较大时，测点间距可取2～3m。
螺旋板载荷试验方法有两种，即应力法和应变法。
(1)应力法：用荷载等级控制沉降与时间关系的方法。①相对稳定法，也叫慢速法每级荷载施加后，间隔5min、5min、10min、10min、15min、15min测读一次沉降，以后间隔30min 测读一次沉降，当连续两小时内每小时沉降量都小于0.1mm时，可认为沉降已达相对稳定标准，即可施加下一级荷载②等速加荷法，也叫快速法 根据土体情况和当地已有测试经验，采取分级施加荷载，每级荷载都保持固定时间间隔(5min～2h，由土的状态决定)，每级荷载增量取预估极限承载力的1/10，直至达到极限承载力或土体破坏。
(2)应变法：试验以等沉降速率控制加载速率。试验中，当达到试验设计的沉降量时，就可施加下一级荷载。此法主要适用于在荷载作用下以塑性变形为主的粘性软土、淤泥(质)土等。沉降速率一般控制在0.25～2.0mm/min，对海相高灵敏度饱和淤泥质土、软塑状软粘性土，沉降速度选择在0.25～0.5mm/min为宜一般粘性土、粘性软土可取0.5～2.0mm/min。如此逐级加荷，直至土体破坏。
应力法、应变法的适用范围：
测定地基土的承载力特征值可选用应力法，它适于土质相对较硬或以弹性变形为主的土体，而应变法则适于土质相对较软或以塑性变形为主的土体测定和计算地基土的变形模量、固结系数时，必须选用慢速法才能达到计算精度测定地基土不排水抗剪强度和不排水模量时，可采用应变法。
三、试验成果及其应用
由于假定在螺旋板载荷试验条件下并不考虑土体扰动对P—S曲线所产生的干扰，故对螺旋板载荷试验所产生的数据不必修正。根据试验数据和使用目的，可绘制相应类型的曲线，如：P—S曲线、
曲线、lgS—lgt曲线、S—lgt曲线等。
在P—S曲线上，我们可以找到3个特征点：Pz(螺旋板面以上地基土的自重压力)P0(地基土的比例极限压力)Pu(地基土的极限荷载)，如图2-9所示。
1.用螺旋板载荷试验确定地基承载力
方法一：在S—P曲线上找到比例极限荷载P0，观察P0点与极限荷载Pu的位置关系，决定是否取P0为地基承载力特征值fak，方法同平板载荷试验。
方法二：作P—S/D曲线，在P—S/D曲线上，用S/D=0.02对应的荷载为地基承载力，D为螺旋板直径，如图2-10所示。
图2-9 螺旋板载荷试验P—S曲线的特征点
图2-10 用相对法确定螺旋板载荷试验中的地基承载力
2.计算地基土的变形模量
按照《岩土工程勘察规范》(GB 50021—2001)要求，地基土的变形模量E0(MPa)由下式计算：
土体原位测试与工程勘察
式中：D为承压板直径或边长(m)P为P—S曲线线性段的压力(kPa)S为与P对应的沉降量(mm)ω为与试验深度和土类有关的系数，可按表2-9选用。
表2-9 深度载荷试验计算系数ω取值表
注：D/Z为承压板直径和承压板底面深度之比。
除规范方法外，近年来国际上还广泛使用挪威工学院Jilmar Janbu教授提出的排水模量E和不排水模量Eu的算法：
(1)用沉降稳定法(慢速法)可求地基土的排水模量E：
土体原位测试与工程勘察
式中：S100、P 分别为最终沉降量(mm)和与之对应的固结荷载(kPa)D为螺旋板直径(mm)。
(2)用等速加荷法(快速法)可求土的不排水变形模量Eu(MPa)：
土体原位测试与工程勘察
式中：ΔP/ΔS为P—S曲线初始直线段的斜率K为螺旋板沉降系数R为螺旋板半径(mm)。
根据Selvadurai和Nicholas建议，K的取值范围是：K=0.6～0.75其值代表螺旋板叶片与地基土的粘结程度，如下图所示。
土体原位测试与工程勘察
3.求径向排水固结系数
图2-11 用作图法求地基土固结度达到90%所需的时间t90
按试验数据绘制螺旋板载荷试验的S—
曲线(图2-11)，取曲线前端直线段作延长线AB与时间轴相交于B点，并定义 B点以前时间为X，在时间轴找处1.31X点C，再作AC直线与
曲线相交于D，则D在时间轴上的正投影点E为地基土固结度达到90%所需的时间t90，由公式(2-27)可计算出地基土的径向排水固结系数Ch：
土体原位测试与工程勘察
式中：T90为地基土固结度达到90%的时间因子，公式中的T90取值为0.335t90为地基土固结度达到90%的时间(min)，按图2-11给定方法确定R为螺旋板半径(mm)。
4.计算地基土的不排水抗剪强度Cu
对饱水地基土，可用公式(2-28)计算：
土体原位测试与工程勘察
式中：Pu为饱水地基土在等速加荷法(快速法)条件下求得的极限荷载值其系数(9～11.35)代表地基土的软硬程度，可根据土样条件适当确定该值的大小(见下页图)。
对硬粘性土，Kay＆Parry推荐用公式(2-29)计算：
土体原位测试与工程勘察
土体原位测试与工程勘察
式中：Pu为饱水地基土在等速加荷法(快速法)条件下求得的极限荷载值Pz为螺旋板载荷试验深度以上的地基土自重荷载。
