河北省工程检测培训教材--地基基础工程检测[1]

河北省建设工程质量检测培训教材 地基基础工程检测 河北省住房和城乡建设厅 2010 年 6 月 地基基础工程检测 2 前言前言 自 2005 年原建设部 建设工程质量检测管理办法 141 号部长令 颁布实施以来 我省按照原建 设部的要求 积极推进检测单位向具有独立法人资格的中介服务机构转变 原省建设厅根据我省的 实际情况 先后出台了冀建质 2006 155 号 冀建质 2006 180 号等多个文件 贯彻落实部里的要求 调整理顺我省检测机构的资质管理工作 推进工程质量检测行业的发展 通过省 市 县各级相关部 门的共同努力 几年来我省建筑工程质量检测行业得到了快速发展 一大批原有的检测机构通过改 制 重组等方式成为独立法人企业 同时一批新组建的民营股份制公司也日益壮大 成为我省检测行 业的新生力量 我省取得检测资质的检测机构为我省的工程建设以及全省三年大变样工作的顺利推 进发挥了巨大的作用 为工程建设的质量提供了有力的保障 在全省检测行业快速发展的同时 也伴随着一些问题和不足需要解决 主要表现在 行业发展不 平衡 市场行为不规范 工作质量参差不齐 信息化水平有待提高 我国正处在经济快速发展的时期 基本建设项目的投资大 任务重 而我省正处在三年大变样的关键阶段 建筑行业蓬勃发展 城镇面 貌日新月异 在这快速发展的阶段 这些问题和不足如果不能及时予以解决 任其发展下去 就会严 重危害整个行业的健康发展 乃至引发工程质量事故 因此省住建厅于 2010 年 1 月发布了 关于加 强建设工程质量检测管理工作的通知 冀建质 2010 40 号 进一步规范对检测机构的管理 统一检 测人员培训制度 提高工程质量检测水平 促进我省检测行业健康有序地发展 为贯彻落实省住建厅冀建质 2010 40 号文件精神 促进我省检测机构的发展 省住建厅组织省 内专家依据国家颁布的有关建设工程标准 规范 规程等文件共同编写了本系列教材 按照我省检测 资质分类 本系列培训教材共分八册 分别是 见证取样检测 建筑工程 使用功能 见证取样检测 地 基基础工程检测 主体结构工程检测 钢结构工程检测 室内环境检测 建筑节能 建筑门窗 建筑幕 墙工程检测 建筑智能化系统工程检测 内容涵盖各类检测资质 既是建设工程质量检测人员的培训 用书 也可以做为建设 施工 监理 监督等单位技术人员的工具书 本册 地基基础工程检测 共 4 章 包括地基及复合地基静载荷试验 桩基承载力载荷试验 桩身 完整性检测 锚杆试验等 本书系统介绍了地基基础工程检测中各类地基基础及基坑锚杆试验等的 基本知识 检测依据标准 检测仪器设备 环境条件 试验方法 检测试验步骤 数据处理 结果评定 等 在使用本教材时 还应结合现行的标准 规范 并及时关注标准的更新 以修订后的标准为准 此 外 由于作者学术水平和实践经验有限 且时间较为仓促 书中肯定有不少缺点 错误 恳请广大读 者批评指正 以便再版时修订 教材教材编编制制组组 2010 年年 6 月月 地基基础工程检测 3 目 录 概 述 第一章 地基及复合地基静载荷试验 第一节 概述 第二节 浅层平板载荷试验 第三节 螺旋板和岩基载荷试验 第四节 其它载荷试验 第五节 工程实例 第二章 桩基承载力载荷试验 第一节 概述 第二节 单桩竖向抗压静载荷试验 第三节 单桩竖向抗拔载荷试验 第四节 单桩水平静载荷试验 第五节 工程实例 第三章 桩身完整性检测 第一节 低应变法 第二节 声波透视法 第三节 钻芯法 第四章 锚杆检测 第一节 基本试验 第二节 验收试验 第三节 蠕变试验 地基基础工程检测 4 概述 一 地基基础工程检测的基本概念 作为建筑物的地基 Foundation subgrade 现在主要采用天然地基 人工地基 含复合地基 及桩基础 不同的地基所采用的检测方法也不尽相同 地基作为建筑物 构筑物 的主要受力构件 从他的受力机理来讲 概括起来有以下两方面 一 强度及稳定性问题 当地基的抗剪强度不足以支承上部结构的自重及外荷载时 地基就会产生局部或整体剪切破坏 它会影响建 构 筑物的正常使用 甚至引起开裂或破坏 承载力较低的地基容易产生地基承载力 不足问题而导致工程事故 土的抗剪强度不足除了会引起建筑物地基失效的问题外 还会引起其他一系列的岩土工程稳 定问题 如边坡失稳 基坑失稳 挡土墙失稳 堤坝垮塌 隧道塌方等 二 变形问题 当地基在上部结构的自重及外界荷载的作用下产生过大的变形时 会影响建 构 筑物的正常 使用 当超过建筑物所能容许的不均匀沉降时 结构可能开裂 高压缩性土的地基容易产生变形问题 一些特殊土地基在大气环境改变时 由于自身物理力学 特性的变化而往往会在上部结构荷载不变的情况下产生一些附加变形 如湿陷性黄土遇水湿陷 膨 胀土的遇水膨胀和失水干缩 冻土的冻胀和融浣 软土的扰动变形等 这些变形对建 构 筑物的 安全都是不利的 基于以上两点 对地基的强度及变形检测是非常重要的 对地基土及复合地基 新的规范中 将地基的静载试验的重要性提到了一个新的高度 取消了 承载力取值表 强调以工程试验和工程经验 载荷试验或其他原位测试公式计算 并结合工程实 践经验等方法综合确定 对桩基 规范中 对于基础设计安全等级为一 二级的项目 均要求以静载试验方式来检验桩 的承载力 中国建研院李大展研究员在 桩基工程检测的若干问题及建议 中认为静载试验是桩 基检测的标准方法 动力检测只能是静载试验的一种补充 在桩的动力检测方法未取得突破性进展 之前 桩静载试验仍然是桩承载力检验可靠的评定方法 二 地基基础工程检测的检测程序 检测机构遵循必要的检测工作程序 不但符合我国质量保证体系的基本要求 而且有利于检测 工作开展的有序性和严谨性 使检测工作真正做到管理第一 技术第一和服务第一的最高宗旨 具 体的检测程序如下所述 接受委托 正式接手检测工作前 检测机构应获得委托方书面形式的委托函 以帮助了解工程概况 明确 检测目的 同时也使即将开展的检测工作进入合法轨道 调查 资料收集 为进一步明确委托方的具体要求和现场实施的可行性 了解施工工艺和施工中出现的异常情况 应尽可能收集相关的技术资料 必要时检测人员到现场踏勘 使检测工作做到有的放矢 提高检测 质量 检测工作应收集的主要资料有 岩土工程勘察报告 设计施工资料 现场辅助条件情况 如 地基基础工程检测 5 道路 水 电等 及施工工艺等等 制定检测方案与前期准备 在上述两项准备就绪后 应着手制定检测方案 方案的主要内容应包括工程概况 地质概况 检测目的 检测依据 抽检原则 所需的机械或人工配合 检测采用的设备 试验周期等等 现场检测 数据分析与扩大验证 现场试验必须严格按照规范的要求进行 以使检测数据可靠 减少实验误差 当测试数据因外 界因素干扰 人员操作失误或仪器设备故障影响变得异常时 应及时查明原因应加以排除 然后重 新组织检测 否则用不正当的测试数据进行分析 得出的结果必然不正确 扩大验证是指针对检测中出现的缺乏依据 无法或难以定论的情况所进行的同类方法或不同类 方法的核验过程 以得到准确和可靠数据 扩大验证不能盲目进行 应首先会同建设方 设计 施 工 监理等有关方分析和判断 然后再依据地质情况 设计及施工中的变异性等因素合理确定 并 经有关方认可 检测结果评价和检测报告 1 检测结果评价 通过现场监测数据 绘制各种辅助表格 曲线 进行综合分析 得出检测结果 检测结果需结 合设计条件 如上部结构形式 地质条件 对地基的沉降控制要求等 与施工质量的可靠性给出 2 检测报告 作为技术存档资料 检测报告首先应结论准确 用词规范 具有较强的可读性 其次是内容完 整 精炼 其内容包括 1 委托方名称 工程名称 地点 建设 勘察 设计 施工和监理单位 基础 结构形式 层数 设计要求 检测目的 检测数量 检测日期 样品描述 2 地质条件描述 3 检测点数量 位置和相关施工记录 4 检测方法 检测仪器设备 检测过程描述 5 检测依据 实测与计算分析曲线 表格和汇总结果 6 与检测有关的结论 地基基础工程检测 6 第一章 地基及复合地基静载荷试验 第一节 概述 一 地基及复合地基基本知识 一 天然地基 凡是基础直接建造在未经加固的天然岩土层上时 这种地基称之为天然地基 作为建筑地基的 岩土 可分为岩石 碎石土 砂土 粉土 粘性土和人工填土 1 岩石 自然界各种各样的矿物 并不是孤立的个体 而是以一定的规律结合在一起的 由一 种或多种矿物组成的集合体叫岩石 分为岩浆岩 沉积岩 变质岩 岩石地基在我们日常工作中遇到的不多 我们经常遇到的第四系松散物 碎石土 砂土 粉土 粘性土 2 碎石土 为粒径大于 2mm 的颗粒含量超过全重 50 的土 碎石土分为 1 漂石 圆形及亚圆形为主 粒径大于 200mm 的颗粒含量超过全重 50 2 块石 棱角形为主 3 卵石 圆形 亚圆为主 粒径大于 20mm 的颗粒含量超过全重 50 4 碎石 棱角形为主 5 圆砾 圆形 亚圆 粒径大于 2mm 的颗粒含量超过全重 50 6 角砾 棱角形为主 3 砂土 粒径大于 2mm 的颗粒含量不超过全重 50 粒径大于 0 075mm 的颗粒超过全重 50 的 土 可分为 1 砾砂 粒径大于 2mm 的颗粒含量占全重 25 50 2 粗砂 粒径大于 0 5mm 的颗粒含量超过全重 50 3 中砂 粒径大于 0 25mm 的颗粒含量超过全重 50 4 细砂 粒径大于 0 075mm 的颗粒含超过全重 85 5 粉砂 粒径大于 0 075mm 的颗粒含超过全重 50 4 粘性土 塑性指数 Ip 大于 10 的土 Ip 17 粘土 10 Ip 17 粉质粘土 5 粉土 介于砂土与粘性土之间 塑性指数 Ip 10 且粒径大于 0 075mm 的颗粒含量不超过全 重 50 的土 6 人工填土 素填土 压实填土 杂填土 冲填土 二 人工地基 当天然地基不能满足建筑基础要求时 需要对地基进行加固处理 这样的地基统称为人工地基 这有两层概念 1 天然地基很软弱 不能满足地基强度和变形等要求 2 随着结构物的荷载日益 增大 对变形的要求越来越严 因而原来被评价是良好的地基 也可能在特定的条件下需要处理 人工地基的分类多种多样 按其作用的机理来说 主要有两大类 1 物理处理 地基基础工程检测 7 1 换土处理 挖除换土法 强制换土法 爆破换土法 2 密实处理 浅层密实处理 碾压法 重锤夯实法 振动压实法 和深层密实处理 冲击 密实法 振冲法 挤密法 3 排水处理 力学排水 电学排水 其它排水法 4 加筋处理 加筋土 土工聚合物 土锚 土钉 树根桩 砂 石 桩 5 热学处理 热加固法 冻结法 2 化学处理 1 灌浆法 2 搅拌法 实际应用中 应根据不同的地质条件 处理目的 采取不同的处理方式 形成了各种各样的人 工地基 三 复合地基 复合地基 Composite Ground 也是人工地基的一种 是指地基中部分土体被增强或置换形成 增强体 有增强体和周围地基土共同承担荷载的地基 复合地基在我国 尤其是北方地区 得到大 量的采用 按照增强体的材料强度 复合地基主要分为 1 散体材料桩 无桩身强度 如碎石桩 砂桩和矿渣桩 2 柔性桩 桩身强度小于 1Mpa 变形模量小于 200Mpa 主要包括土桩 灰土桩 石灰桩和强 度较低的水泥土桩 3 半刚性桩 桩身强度在 1Mpa 和 10Mpa 之间 变形模量在 200 1000Mpa 之间 主要包括强 度较高的水泥土桩 4 刚性桩 桩身强度大于 10Mpa 变形模量大于 1000Mpa 主要包括 CFG 桩和各种混凝土桩 二 地基的静载荷试验分类 根据载荷板的形式 1 平板载荷试验 2 螺旋板载荷试验 根据载荷板的受力边界条件又分为 1 浅层平板载荷试验 2 深层平板载荷试验 三 适用条件 1 地基浅层平板载荷试验可用于确定浅部地基土层的承压板下应力主要影响范围内的承载力 和变形特性 2 深层平板载荷试验 可用于测求深部地基土层 大于或等于 3m 及大直径桩桩端土层在承 压板下应力主要影响范围内的承载力和变形特性 3 螺旋桩载荷试验适用于一定深度处的砂土 粉土和粘性土层 地下水位以下 深层软土地 基 四 试验依据 1 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 2 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 3 建筑基桩检测技术规范 JGJ106 2003 4 建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB50202 2002 5 岩土工程勘察规范 GB50021 2001 6 建设单位提供的有关勘察 设计 施工等技术资料 地基基础工程检测 8 第二节 浅层平板载荷试验 一 基本原理 平板载荷试验 英文名称 Plate Loading Test PLT 是一种最古老的并被广泛应用的土工原 位测试方法 根据布辛奈斯克 Boussinesq 法国 在弹性半空间表面上作用一个竖向集中力 半 空间内任意点处所引起的位移和应力 得到了一个弹性力学的解 推广到在面荷载作用下的地基土 的沉降与荷载的关系 S 1 2 pd E0 1 1 S 1 2 pb E0 1 2 式中 沉降影响系数 与承压板的刚度 形状有关 方形刚性板 0 88 圆形刚性板 0 79 土的泊松比 与土的特性有关 一般为 0 15 0 42 d b 为承压板的直径 边长 p p s 曲线直线段内任一点的压力 kPa E0 土的变形模量 kPa 利用上式就可从载荷试验 p s 曲线上直线比例段反求出土的变形模量 二 试验目的 在岩土工程勘察规范 GB50021 2001 中条文说明解释 平板载荷试验的主要目的是测定岩 土体的承载力和变形特性 应当注意的是 通过载荷试验测得的变形 并不是结构的最终变形 基础下地基土最终总沉降 分为三部分 Sd瞬时沉降 Sc固结沉降 Ss次固结沉降 S Sd Sc Ss 1 3 载荷试验中的沉降变形主要是瞬时沉降 Sd 具体试验目的 破坏性试验 为获得地基的极限承载力 校核性试验 检验地基是否达到设计要求的承载力指标 三 试验设备 平板载荷试验设备 通常有 a 承压板 b 加荷系统 c 反力系统 d 观测系统四部分组成 其各部分的机能为 加荷系统控制并稳定加荷大小 通过反力系统将荷载反作用于承压板 承 压板将荷载均匀传递给地基土 地基土的变形由观测系统测定 一 承压板类型和尺寸 基本要求 承压板应为刚性 要求承压板具有足够刚度 不破损 不挠曲 压板底部光平 尺 寸和传力重心准确 搬运方便 形状 可加工成正方形或圆形 压板材质 钢板 钢筋砼 素砼 承压板面积 对天然地基 规范规定宜用 0 25 0 5m2 对软土应采用尺寸大些的承压板 否 则易发生倾斜 对碎石土 要注意碎石的最大粒径 对较硬的裂隙性黏土及岩层 要注意裂隙的影 响 对复合地基 单桩复合地基载荷试验 取一根桩承担的处理面积 多桩复合地基载荷试验 按实际桩数所承担的处理面积确定 二 加荷系统 加荷系统是指通过承压板对地基施加荷载的装置 分为加荷装置和测量荷载装置 加荷装置大体可分为四类 地基基础工程检测 9 1 单个手动液压千斤顶加荷装置 2 两个或两个以上千斤顶并联加荷 高压油泵 3 千斤顶自动控制加荷装置 4 压重加荷装置 直接称重堆放 三 测量系统 测量荷载装置有三种方式 1 油压表量测荷载 在千斤顶侧壁安装油压表显示油压 根据率定的曲线 将千斤顶油压换 算成荷载 或在油泵上安装油压表显示油压 换算成荷载 常用油压表的规格 10MPa 20MPa 40MPa 60MPa 100MPa 2 标准测力计量测荷载 在千斤顶端放置标准测力计 压力环 由测力计上的百分表直接测 量荷载 常用规格 300kN 600kN 1000kN 2000N 3000kN 3 荷载传感器量测荷载 称重传感器的一种 通过放置在千斤顶上的荷载传感器 将荷载信 号转换成电信号通过专门显示器 显示荷载大小 目前较好的为轮辐式荷载传感器 其抗水平横向 能力强 四 反力系统 反力系统有多种 在我省常用的可分为 4 大类 1 堆重平台反力装置 利用钢锭 砼块 砂袋等重物堆放在专门平台上 压重应在试验开始 前一次加上 并均匀稳固放置于平台上 2 锚桩横梁反力装置 二桩 四桩 六桩 八桩 最大反力可达 40000kN 3 伞型构架式地锚反力装置 12 锚 24 锚 32 锚等 最大反力可达 2000kN 4 撑壁式反力装置 适用于天然土 土质坑壁稳定 坑深 1 5m 以上 综合国内的实验装置 常用加荷装置见表 1 1 表 1 1 常用加荷载装置 类别序号名称示意图主要特点适用范围 重物 加荷 1 荷载台重 加荷 结构简单 加工容易 可保 持荷载静 稳 恒 但堆载有限 易倾斜欠安全 适用于试验 荷载在 50 100kN 且要求重物几何 形状规则 墩式荷载台 重物提供反 力 具有较大的 反力条件 安全 可靠 适用于具有 砌制垛台及吊装 重物的条件 垛 基距试坑边应大 于 1 2m 伞形构架式 结构简单 装拆容易 对中 灵活 下锚费力 且反力大小取决 于土层性质 适用于能下 锚的场地及土层 条件 地锚距试 坑边应大于 0 8m 液 压 加 荷 装 置 桁架式 反力梁能根 据试验需要配备 荷载易保持竖向 安全 适用于采用 地锚 或锚桩 的场地 地锚试 坑地应大于 1m 地基基础工程检测 10 K 型反 力构架式 反力装置重 心低 稳定性能 较好 但开挖成 型较困难 且受 土质条件约束 适用于地下 水位以上的坚实 土层条件 坑壁斜撑式 设备简单 反力受坑壁土质 强度控制 适用于试验 深度大于 2m 地 下水位以上 硬 塑或坚硬的土层 硐室支撑法 装置简单 反力大小取决于 硐顶土层性质 适用于黄土 等稳定性好 地 下水位低 硐顶 土层性质良好的 条件 五 观测系统 测定地基土沉降的量测系统 由观测基准支架和测量仪表两部分构成 1 观测基准支架用来固定量测仪表的装置 基准支架由基准梁和基准桩 基准梁和支承量测 仪表的夹具在构造上应确保不受气温 振动和其他外界因素影响而发生竖向变位 基准桩距离承压 板中距离不小于 1 5B 以确保观测系统稳定 2 测量仪表 精密水准仪 机械百分表 数字式位移计 常用百分表 量程 0 10mm 0 30mm 0 50mm 0 100mm 四 天然地基浅层平板载荷试验的试验方法 一 试验准备 根据试验内容和目的 在试验开始前应进行充分的准备 以确保试验准确无误地进行 试验准备工作主要包括 1 各种仪表的标定 油压表 测力计 荷载传感器 百分表 千斤顶 油泵 应按规定到法 定计量部门定期进行计量标定 一般一年一次 2 编写试验方案 通过编写试验方案 了解工程概况 明确试验目的 3 设备选定 按照试验方案 确定试验的承压板的尺寸 加荷 反力量测系统及观测系统 承压板面积 对一般土选用 0 25m2 对软土不应小于 0 5m2 加荷系统 根据加荷值的大小 确定加荷设备 对液压加荷系统 加荷值不应超过加荷设备额 定值的 80 量测仪表精度应不大于加荷值的 1 反力系统 对试验深度大于 1 5m 土层可采用撑壁式 在地表进行试验可采用地锚式或堆重式 反力值应大于最大加荷值的 1 2 倍 沉降量测仪表 采用百分表 对中 低压缩性土和小承压板可选用小量程 0 30mm 百分表 对高压缩性和大承压板可选用大量程 0 50mm 0 100mm 百分表 二 试坑开挖 1 试坑开挖 根据试验面深度和选用的承压板直径 反力系统类型 事先规划好试坑形式 按大于 3 倍压板直径或宽度的坑宽开挖 当接近试验面 0 3m 或坑壁面 撑壁式 0 2m 左右时 应 采用平底铁锹沿试验面或坑壁面进行薄层剥土 以免试验土层或坑壁土体受扰动或破坏 2 整平 试验面应开挖成水平面 压板位置坑洼处可用粗砂或中砂层找平 厚度不超过不超 过 20mm 厚 撑壁式两侧坑壁与撑板接触面 一般开挖成 600左右的内倾角 撑板以上土壁可挖成 地基基础工程检测 11 直立状 当试验面较深或坑壁不稳定 坑壁应予支撑 试验承压板标高 根据试验方案确定试验土层 对基础下的接触土层 试验承压板标高宜与基 础底标高一致 三 试验加荷等级及沉降稳定标准 1 试验加荷等级 试验加荷等级不应少于 8 级 一般分为 10 级 最大加载量不应少于设计要求的两倍 2 试验沉降稳定标准 沉降稳定标准 对不同的加载方式 稳定标准不同 试验加载方式有 1 分级维持荷载沉降相对稳定法 慢速维持荷载法 常规载荷试验法 规范规定方法 2 沉降非稳定法 快速载荷试验 3 等沉降速率法 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 规定 每级加载后 按间隔 10 10 10 15 15min 以后为每隔 30min 读一次沉降 当连续两个小时内 每小时沉降量小于 0 1mm 时 则认为已达稳定 可加下一级荷载 四 设备安装和试验操作 1 设备安装 设备安装顺序是 先下后上 先中心后两侧 即先轻放承压板并尽量一次达到预定位置 再放 置千斤顶于其上 后安装反力系统 最后安装观测系统 设备安装过程应注意 1 对试验面 应尽量使其平整 避免扰动 并保证承压板与土之间有良好接触 2 确保反力系统 加荷系统和承压板的传力重心在一条垂线上 各部件连接应牢固 但不 应使地基土受到预压 3 安装观测系统打入土中的基准桩应离压板边缘一倍板直径 4 在压板上两侧各装置一个百分表测定地基土沉降 两块百分表应对称安装 2 试验操作 1 正式加荷前 将试验面打扫干净以观测地面变形 将承压板上的两个百分表调至零位 2 按规定逐级加荷和记录百分表读数 达到沉降稳定标准后再施加下一级荷载 一般在加荷五级或已能定出比例界限点后 注意观测地基土产生塑必变形使压板周围地面出现 裂纹和土体侧向挤出的情况 记录并描绘地面裂纹形状 放射状或环状 长短粗细 及出现时间 3 试验过程的各级荷载要始终确保稳压 百分表行程接近最大值时应在加下一级荷载前调 零 并随时注意地锚拔起 撑板上爬撑杆倾斜 坑壁变形等不安全因素 及时采取处置措施 必要 时可终止试验 五 试验终止 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 规定 当出现下列情况之一时 即可终止加载 1 承压板周围的土明显的侧向挤出 2 沉降 s 急骤增大 荷载 沉降 p s 曲线出现陡降段 3 在某一级荷载下 24 小时内沉降速率不能达到稳定 4 s d 0 06 d 为压板直径或宽度 满足其中前三种情况之一时 其对应的前一级荷载定为极限荷载 试验终止条件是结合浅基础地基破坏特征而确定的 五 复合地基平板载荷试验方法 一 试验准备 试验准备工作与天然地基载荷试验程序基本相同 地基基础工程检测 12 1 仪表标定 2 编写方案 3 设备选定 不同点 1 试验依据 除依据设计图纸外 依据各个地基处理专项规程 无专项规程的可依据国定行 业标准 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 2 承压板面积 应按实际设计桩的置换率选定 复合地基试验 承压板面积不是一个固定参数 不同工程 不同设计置换率 承压板的面积不 同 单桩与多桩之分 3 反力装置多采用堆重 地锚或者锚桩等形式 二 试验承压板标高和试坑开挖 1 试验承压板标高 规范要求 承压板高程应与基础底面设计高程相同 压板下宜设中粗砂 找平层 对复合地基设计中要求有褥垫层时 承压板下宜铺设与设计复合地基垫层相应的垫层 垫层厚 度宜取 50 150mm 2 试坑开挖 试验标高处的试坑宽度 应不小于承压板尺寸的 3 倍 与天然地基土试验中试坑开挖相同点 注意对试验土层的保持天然状态 将桩顶与周围土体清 理在一个水平面 注意保持桩体完整性 铺设褥垫 三 试验加荷等级及沉降稳定标准 1 加荷等级 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 附录一规定 加荷等级可分为 8 12 级 最大加载压力不宜小于设计要求压力值的 2 倍 2 沉降稳定标准 规范推荐标准 每加一级荷载 在加荷前后应各读记压板沉降量一次 以后每半小时读记一次 当 一小时内沉降增量小于 0 1mm 时即可加下一级荷载 四 设备安装和试验操作 1 设备安装 设备安装顺序 先下后上 先中心后两侧 先轻放承压板 再尽量一次达到预定位置 再放置 千斤顶于其上 注意保持各传力系统之间结合平稳 重心一致对中 承压板中心应于其下桩中心相对应 对小承压板可用两块对称安装的百分表测读沉降 对较大承压板 应安装四块百分表测读压板 沉降 2 试验操作 试验前应采取有效的预防措施 防止地基土含水量变化或地基土受到扰动 五 试验终止 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 规定 当出现下列现象之一时 可终止加荷 1 沉降急剧增大 土被挤出或承压板周围出现明显裂缝 2 承压板的累计沉降量已大于其宽度或直径的 6 3 达不到极限荷载 而最大加载压力已大于设计要求压力值的 2 倍 六 试验资料整理 一 原始读数的计算复核 对位于承压板上左右两侧百分表的现场记录读数 按算术平均值计算 计算出各级荷载下各观 测时间的累计沉降量及沉降增量 确认无误 试验人员 记录者 校核者均应签字 二 编制地基 复合地基 静载试验结果汇总表 对现场原始记录复核确认无误后 按按试验点编制单点压板静载试验结果汇总表 表 1 2 天然地基 复合地基 静载试验结果汇总表 地基基础工程检测 13 历时 min 沉降 mm 序号 荷载 kPa 本级累计本级累计 三 绘制地基土试验特征曲线 依据各试点的试验结果汇总表 绘制试验荷载与沉降 p s 曲线 沉降与时间 s t 曲线 四 试验曲线的分析 地基静载试验曲线 p s 曲线和 s t 曲线 实际是地基土受力破坏发展过程的反映 对地基变 形破坏理论分析提供了较多的信息 有利于综合判定地基承载力 所以试验曲线的分析实际是对地 基破坏发展过程的研究 地基土在受压状态下 变形经历了三个阶段 1 第一阶段 弹性变形阶段 相当于 p s 曲线的 oa 部分 地基的变形主要是压密变形引起 p s 曲线降基本呈直线或近似直线段 相应的 s t 曲线各级荷载变化幅度和线形基本相同 在这一 阶段内可以借用弹性力学解地基中的应力与应变问题 地面下沉主要是地基土压密下沉带动周围地 面土体下沉 其地面下沉最大值恰与比例界限拐点 p1 相对应 2 第二阶段 塑性变形阶段 当荷载增到大于相应于 a 点的压力 p1 时 压力与沉降不再 成直线关系 属塑性变形阶段 此时 p s 曲线呈斜率渐增趋势 相应的 s t 曲线各级荷载的变化幅 度也随之增大 在这一阶段中 地基在局部范围内发生剪切破坏 地面由下沉转为回升并逐渐超过 原地面 表明地基土因塑性变形产生侧向挤出致使地面变形上升 当荷载超过比例界限 30 50 以后 地面开始产生放射状剪切裂纹 3 第三阶段 破坏阶段 相当于 p s 曲线的 bc 部分 曲线段骤然变陡 s t 曲线随之逐渐变 长 即长时间或达 24 小时沉降仍不稳定 地面隆起变形随之出现突变的拐点 地面出现环状裂纹 其部位一般在距压板边 0 5 1d 范围 放射状裂纹也逐渐变粗或增长 表明地基土进入破坏阶段 以上是正常压密土产生局部剪切破坏的典型变形特征 根据国内外的研究 地基土破坏类型主 要可分为 整体剪切破坏型 局部剪切破坏型 冲剪破坏型 以及它们的亚类 五 地基承载力特征值的确定 因为土的结构性能 密实程度 潮湿程度不同 各类土的地基破坏类型也不尽相同 确定试验 点地基承载力特征值的标准也不全一样 这不仅与地基破坏特征有关 更受各类建筑物对变形的要 求有关 因此 确定地基承载力特征值 既要控制强度 一般至少确保安全系数不小于 2 又要用变形 控制 确保建筑物不致产生过大沉降 但各类工程仍有所侧重 铁路建筑物一般以强度控制为主 变形控制为辅 房屋建筑物一般以变形控制为主 强度控制为辅 1 天然地基土 天然地基土应按 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 附录确定 fak值的规定如下 1 当 p s 曲线上有比例界限时 取该比例界限所对应的荷载值 2 当能够确定极限荷载 且该值小于对应比例界限的荷载值的 2 倍时 取极限荷载的一半 3 不能按上述两款确定时 当压板面积为 0 25 0 5m2 可取 s d 0 01 0 015 所对应的荷 载值 但其值不应大于最大加载值的一半 2 复合地基 对复合地基 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 规定复合地基承载力基本值 fak的确定 地基基础工程检测 14 1 当压力 沉降 p s 曲线上极限荷载能确定 而其值不小于对应比例界限的 2 倍时 可取 比例界限 当其值小于对应比例界限的 2 倍时 可取极限荷载的一半 2 当压力 沉降 p s 曲线是平缓的光滑曲线时 可按相对变形值确定 a 对砂石桩和振冲桩复合地基 当以粘性土为主的地基 可取 s b 或 s d 0 015 所对应的压力 b 和 d 分别为承压板宽度和直径 当其值大于 2m 时 按 2m 计算 当以粉土或砂土为主的地基 可取 s b 或 s d 0 01 所对应的压力 b 对土挤密桩 石灰桩或柱锤冲扩桩复合地基 可取 s b 或 s d 0 012 所对应的压力 对灰土 挤密桩复合地基 可取 s b 或 s d 0 008 所对应的压力 c 对深层搅拌桩或旋喷桩复合地基 可取 s b 或 s d 0 006 所对应的压力 d 对水泥粉煤灰碎石桩或夯实水泥土桩地基 当以卵石 圆砾 密实粗中砂为主的地基 可取 s b 或 s d 0 008 所对应的压力 以粘性土 粉土为主的地基 可取 s b 或 s d 0 01 所对应的压力 e 对有经验的地区 也可按当地经验确定相对变形 按相对变形值确定的承载力特征值不应大于最大加载压力的一半 七 地基承载力特征值确定 对天然地基土和复合地基承载力特征值确定的方法基本一致 其要求一个评定区域试验点不应 少于三点 当每点的实测值的极差不超过平均值的 30 时 可取其平均值为地基承载力特征值 1 4 1 5 第三节 深层平板载荷试验 深层平板载荷试验是平板载荷试验的一种 适用于埋深等于或大于 3m 和地下水位以上的地基 土 深层平板载荷试验用于确定深部地基土及大直径桩桩端土层在承压板下应力主要影响范围内的 承载力及变形模量 一 试验设备及规格 一 承压板 载荷试验宜采用圆形刚性承压板 根据土的软硬或岩体裂隙密度选用合适的尺寸 承压板直径 取 800mm 采用厚约 300mm 的现浇混凝土板或预制的刚性板 可直接在外径为 800mm 的钢环或钢筋 混凝土管桩内浇筑 二 反力装置 深层平板载荷试验的加载反力装置有压重平台反力装置 地锚反力装量 锚桩横梁反力装置 锚桩 地锚 压重联合反力装置 自平衡反力装置 l 反力法 当试验地层的承载力较低 加载量小常采用堆载法或地锚反力法 当地层的承载力高 如砂卵 石地层 需加载量大 常采用锚桩或锚桩与堆载相结合的方法 采用上述方法时 反力装置由反力 梁 反力架 拉杆 地锚 锚桩 堆载 传力管等组成 当试验深度 试验压力较大时 常采用 扶正器保持传力管的稳定性 传力杆根据试验时所加荷载的大小 可选用 219 273 600 壁厚为 100mm 的无缝钢管 管与管之间可用法兰盘连结 30 f f mina maxa fff 地基基础工程检测 15 在传力杆出地面后 常用斜拉杆把传力杆固定在地面 防止传力杆在受压时失稳 2 自平衡法 自平衡法的反力通过支撑及护壁直接传递给试井周围的土层 当试验土层的承载力较低时 如 土层等 可直接采用撑壁的方法 将荷载作用于试井周围侧壁的土层中 当试验土层的承载力较高 如砂卵石层等 可采用井圈护壁做为反力 若井壁土层的稳定性较差时 护壁可分节施工 当土层 稳定性好时 可一次施工完毕 三 位移量测装置 在深层平板载荷试验中 位移基准梁的设置对位移的量测非常重要 当基准梁设置在试坑的底 部时 虽位移量测比较方便 但固定基准梁的位置由于离载荷板的距离较近 在试验中随载荷板上 施加荷载的增大也会产生一定的下沉 量测到的位移偏小 因而在深层平板载荷试验中 位移基准 梁常设置在地面上 采用专用的位移测量杆把承压板的位移反映到测量杆上 以便在地面量测 位移测量杆下端铰于靠近承压板的铰座内 上端伸出试坑外 与一根细钢丝绳相连 钢丝绳另 一端经导向滑轮后挂重物 重物的重量等于或不小于位移杆重的 3 4 以保持位移杆处于拉伸状态 考虑到温度变化对位移杆长度的影响 可在位移杆外套一塑料保温管或采用线膨胀系数小的材料 四 荷载量测 1 压力传感器放置于传力杆上端 当试验荷载大时 由于所需传力杆直径较大 传力杆直径一般为 600mm 而压力传感器的直径 一般较小 压力传感器放置于传力杆下端时 安装不方便 因此 常把压力传感器放置于传力杆的 下端 这样承压板上实际所承受的荷载应为传力杆的自重与压力传感所测到的荷载之和 2 压力传感器放置于传力杆下端 压力传感器放置于传力杆 F 端时 试坑深度不影响荷载测量精度 承压板的载荷测试 是把压 力传感器直接装在传力柱 管 下部与承压板上部的连接处 千斤顶施加载荷 通过传力柱传给压 力传感器 承压板 由压力传感器输出压力便是承压板实际接受的荷载 该荷载虽然同样来自地面 的千斤顶和孔内的传力柱 但是传力柱与孔壁之间的摩阻力及传力柱的自重不会影响承蚯板上传感 器的实际测量值 五 位移 荷载的量测仪器同浅层平板 深层平板载荷试验装置示意如图 1 1 所示 图 1 1 深层平板载荷试验装置 a 地锚反力法 1 反力梁 2 千斤顶 3 位移传感揣 4 检测仪 5 一传力杆 6 一位穆杆 7 压力传感器 8 密封装置 9 承压板 b 井圈护壁反力法 1 位移传感器 2 塑料保温管 3 传力杆 4 一压力传感器 5 一检测仪 地基基础工程检测 16 6 一井圈护壁 7 位移杆 8 一千斤顶 g 承压板 二 试验要求 1 承压板面积 承压板宜选用面积为 0 5m2的圆形刚性板 2 试坑 井 要求 深层平板载荷试验的试坑 井 直径应等于承压板直径 当试坑 井 直径大于承压板直径时 紧靠承压板周围外侧的土层高度不应小于承压板直径 3 试验土层 试坑 井 底的岩土应避免扰动 保持其原状结构和天然湿度 4 承压板与土层接触处的处理 在承压板下铺设不超过 20rnm 的中 粗砂找平层 5 加荷分级 加荷等级可按预估极限承载力的 1 10 1 15 分级施加 6 试验精度 l 位移量测 位移量测的精度不应低于 0 0lmm 2 荷载量测 荷载量测精度不应低于最大荷载的 1 7 稳定标准 采用沉降相对稳定法 常规慢速法 时 每级加荷后 第一个小时内按间隔 10 10 10 15 l5min 以后每隔半小时测读一次沉降 当在连续两小时内 每小时的沉降量小 于 0 1mm 时 则认为沉降已趋稳定 可加下一级荷载 8 终止加载条件 1 沉降 s 急骤增大 荷载沉降 p s 曲线上有可判定极限承载力的陡降段 且沉降量超过 0 04d d 为承压板直径 2 在某级荷载下 24 小时内沉降速率不能达到稳定 3 本级沉降量大于前一级沉降量的 5 倍 4 当持力层坚硬 沉降量很小时 最大加载量不小于设计要求的 2 倍 三 试睑资料整理 同浅层平板载荷试验 四 成果应用 一 确定地基土的承载力特征值 1 强度控制法 1 当 p s 曲线上有比例界限时 取该比例界限所对应的荷载值 2 当满足上述终止加载条件的前三条之一时 其对应前一级荷载定为极限荷载 当该值小 于对应比例界限的荷载值的 2 倍时 取极限荷载的一半 2 相对沉降控制法 当不能按比例界限和极限荷载确定时地基土承载力时 可取 s d 0 01 0 015 所对应的荷载值 但其值不应大于最大加载量的 1 2 同一土层参加统计的试验点不应少于 3 点 当试验实测值的极差不超过平均值的 30 时 取此 平均值为该土层的地基承载力特征值 fak 根据深层平板载荷试验所确定的地基承载力特征值 fak 在使用时不再进行基础埋深的地基承 载力修正 即基础埋深的地基承载力修正系数取 0 二 计算变形模量 深层平板载荷试验的变形模量 E0可按下式计算 1 6 s pd E0 式中 一与试验深度和土类有关的系数 可按表 1 3 选用 P一p s 曲线线性段的压力 kPa d 一承压板直径或边长 m s 一与 p 对应的沉降 mm 表 1 3 深层平板载荷试验计算系数 地基基础工程检测 17 土性 d z 碎石土砂土粉土粉质粘土黏土 0 300 4770 4890 4910 5150 524 0 250 4690 4800 4820 5060 514 0 200 4600 4710 4740 4970 505 0 150 4440 4540 4570 4790 487 0 100 4350 4460 4480 4700 478 0 050 4270 4370 4390 4610 468 0 010 4180 4290 4310 4520 459 第四节 其它载荷试验 一 螺旋板载荷试验要点 1 螺旋板载荷试验是在不同深度处的原位应力条件下进行的载荷试验 适用于一定深度处 特别是地下水位以下 的砂土 粉性土和粘性土层 2 螺旋板头应有足够刚度 螺旋应加工准确 板头面积可采用 100 cm2 200cm2和 500 cm2 3 试验加荷等级 试验终止条件同浅层平板载荷试验 4 同一试验孔内试验点间距应不小于 1m 一般应在静力触探了解土层的剖面后 结合土层变 化和均匀性布置试验点 5 由螺旋板载荷试验资料绘制 p s 关系曲线和确定地基土承载力特征值的方法同浅层平板载 荷试验 二 岩基载荷试验要点 1 采用刚性承压板 直径为 300mm 2 加荷分级 第一级加载值为预估荷载的 1 5 以后每级 1 10 3 试验加荷等级 试验终止条件同浅层平板载荷试验 4 将极限荷载除以 3 的安全系数 所得值与对应于比例界限的荷载值相比较 取小值作为岩 石地基的承载力特征值 5 岩石地基的承载力特征值在应用时不进行深宽修正 第五节 工程实例 工程实例一 灰土垫层 一 工程概况 辛集市某住宅楼位于辛集市束鹿大街南侧 拟建住宅楼为 6 层 砖混结构 条形基础 地基采 用灰土换填工艺进行了技术处理 设计要求处理后的地基承载力特征值达到 150kPa 灰土施工完 毕后进行了 4 点灰土地基承载力静载荷检测 二 工程地质概况 根据该住宅楼岩土工程勘察报告 场地地层划分如下 层 新近堆积黄土状粉土 fak 105kPa 层 新近堆积粉质粘土 fak 105kPa 层 新近堆积粉土 fak 110kPa 层 新近堆积粉质粘土 fak 105kPa 层 新近堆积粉土透镜体 fak 120kPa 层 新近堆积粉质粘土 fak 130kPa 层 粉土 fak 170kPa 地基基础工程检测 18 层 粉质粘土 fak 150kPa 三 灰土地基概述 根据设计方提供的灰土换填法地基处理设计方案 1 换填深度及材料配合比 一般为 标高 2 20m 至 3 85m 即换填深度为 1 65m 换填材料配合比 2 20 至 2 80m 采 用灰 土 体积比 3 7 2 80m 以下采用灰 土 体积比 2 8 特殊部位 1 1 剖面 标高 2 60m 至 4 85m 即换填深度为 2 25m 换填材料配合比 2 20 至 2 80m 采用灰 土 体积比 3 7 3 20 至 4 85m 采用灰 土 体积比 2 8 开槽时深浅搭接处放高宽比为 1 2 台阶或斜坡 2 换填范围 垫层宽度一般为基础边缘外每边不小于 0 95m 特殊部位 垫层宽度为基础边缘外每边不小于 1 30m 四 试验依据 建筑地基基础工程施工质量验收规范 GB50202 2002 建筑地基基础设计规范 GB50007 2002 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 有关勘察 设计 施工等资料 五 灰土地基静载试验概况 1 试验目的 通过对灰土地基静载试验 检验处理后的灰土地基承载力特征值能否达到 150kPa 的要求 2 试验方法 采用慢速维持荷载法 3 试验规模 四个点灰土地基静载试验 承压板尺寸 1 0 1 0m 满足规范不小于 1 3 处理深度的要求 最大加载值 300kPa 4 加载反力系统 采用堆载为反力 1000kN 手动千斤顶加荷 5 测试系统 用标准测力计量测荷载 百分表量测沉降变形 注 所有计量设备均经过检定 固定和支撑 百分表的夹具和基准桩不受气温 振动及其它外界因素的影响而产生变形 6 加载条件 每级加载后 按间隔 10 10 10 15 15min 以后每隔半小时测读一次沉降量 当连续两小 时内 每小时的沉降量小于 0 1mm 时 则认为已趋稳定 可加下一级荷载 7 终止试验条件 1 承压板周围的灰土明显地侧向挤出 2 沉降量 s 急骤增大 荷载 沉降 p s 曲线出现陡降段 3 在某一级荷载下 24 小时内沉降速率不能达到稳定 4 沉降量与承压板宽度或直径之比大于或等于 0 06 六 试验数据整理 1 编制灰土地基静载试验结果汇总表 略 2 绘制灰土地基静载试验 p s s t 曲线 见图 1 2 1 6 地基基础工程检测 19 0 2 4 6 8 10 12 037 575112 5150187 5225262 5300337 5 p kPa s mm 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0102030405060708090100110120130 t min s mm 75kPa 112 5kPa 150kPa 187 5kPa 225kPa 262 5kPa 300kPa 图 1 2 灰土地基静载试验 p s 曲线 图 1 3 7 G 灰土地基静载试验s t曲线 0 1 2 3 4 5 6 7 0102030405060708090100110120130 t min s mm 75kPa 112 5kPa 150kPa 187 5kPa 225kPa 262 5kPa 300kPa 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0102030405060708090100110120130 t min s mm 75kPa 112 5kPa 150kPa 187 5kPa 225kPa 262 5kPa 300kPa 图 1 4 19 D 灰土地基静载试验p s曲线 图 1 5 34 A 灰土地基静载试验s t曲线 3 灰土地基在设计荷载作用下的沉降量及两倍设计荷载作用下的沉降量见下表 表 1 4 灰土地基载荷试验成果统计表 试验点位置设计承载力特征值 150kPa 时沉降量两倍设计承载力特征值 300kPa 时沉降量 7 G 轴 3 10mm6 48mm 19 D 轴 3 14mm7 05mm 34 A 轴 3 51mm6 79mm 52 D 轴 4 15mm9 73mm 4 本次灰土地基静载试验为检验性试验 最大 加载量为承载力设计值的两倍 根据曲线特征 按规 范有关规定 四个试验点在两倍荷载作用下未达到极 限 经对灰土地基静载试验资料的计算和综合分析 该住宅楼灰土地基承载力特征值 fak 150kPa 七 结论 经检测 该工程灰土地基承载力特征值满足 150kPa 设计要求 图 1 6 52 D 灰土地基静载试验 s t 曲线 工程实例二 复合地基 一 工程概况 邯