工程结构检测与加固-2-地基基础检测与加固

2023/12/12第2章

地基基础检测与加固2023/12/12一、地基与基础的联系与区别二、地基与基础常见问题三、基础工程与检测四、地基承载力五、地基处理与检测六、既有地基基础加固地基与基础的联系与区别12023/12/123地基与基础概念地基与基础联系地基的分类基础的分类1234地基与基础的联系与区别章节引导2023/12/1251、地基与基础的联系与区别任何建筑物都坐落在一定的地层上，建筑物的全部荷载均由基础传递至下面的地层来承担。受结构物影响的那部分地层称为地基，结构物与地基接触的部分称为基础。地基与基础概念地基及基础示意图2023/12/1261、地基与基础的联系与区别地基与基础联系

基础的作用是充当上部结构与地基之间的过渡，并将上部建筑物的荷载传递给地基，基底所传递的荷载应小于地基的设计承载力、并有一定的安全储备，同时保证地基沉降变形均匀且不超过建筑物变形的限值。上部结构、基础、地基相互联系成为整体承担荷载并发生变形，按各自的刚度对变形产生相互作用。2023/12/1271、地基与基础的联系与区别地基的分类

地基可分为天然地基与人工地基。

不需处理可直接承担基础和上部结构的天然土层称为天然地基。

若天然地基承载力不足或有其它不满足工程要求的问题，则需要经过人工加固处理后才能使用，这种地基称为人工地基。天然地基人工地基1、地基与基础的联系与区别基础的分类

不同的基础形式适用于不同的上部结构和荷载。基础主要分为两大类：浅基础和深基础。

浅基础包括无筋扩展基础（刚性基础）、扩展基础（柔性基础）、独立基础、条形基础、联合基础、箱形基础等。

深基础包括桩基础、沉井沉箱基础、地下连续墙基础等。柔性基础刚性基础桩基础地基与基础常见问题22023/12/129地基常见问题基础工程问题12地基与基础常见问题章节引导2、地基与基础常见问题1.地基刚度不足2.地基承载力不足失稳3.渗流造成土体性能的改变4.地基滑动5.地基液化失效6.地下水位变化诱发沉降7.特殊土地基地基常见问题2、地基与基础常见问题基础工程问题1.设计错误2.基础错位3.基础构件施工质量问题4.其它问题，筏板基础混凝土开裂、箱型基础渗水等。32023/12/1213基础工程及检测桩基础的特点及类型桩基承载机理桩基质量检测方法123基础工程及检测章节引导2023/12/12153、基础工程及检测桩基础是由承台将若干根桩的顶部连接成整体，以共同承受荷载的一种深基础。桩基础的特点：（1）通过桩侧面和土体接触，将荷载传递给桩周土体，或者通过桩端将荷载传递给深层的岩层、砂层或坚硬黏土层，从而具备承载能力以支撑上部建构筑物。（2）对于液化的地基，为了在地震时仍保持建构筑物的安全，通过桩穿过液化土层，将荷载传给稳定的不液化土层。（3）桩基具有很大的竖向刚度，因而采用桩基础的建构筑物，沉降比较小，而且比较均匀，可以满足对沉降要求高的上部结构安全需要和使用要求。（4）桩具有很大的侧向刚度和抗拔能力，能抵抗台风和地震引起的巨大水平力、上拔力和倾覆力矩，保持高耸结构物和高层建筑的安全。（5）改变地基基础的动力特性，提高地基基础的自振频率、减小振幅、保证机械设备的正常运转。桩基础检测桩基础及其特点3、基础工程及检测1.按桩身材料分类①混凝土桩②钢桩2.按成桩时对地基土的影响程度分类①抗压桩②抗拔桩③水平受荷桩3.按成桩方法分类①打（压）入桩②就地灌注桩桩基础检测桩基础类型混凝土桩钢桩2023/12/12173、基础工程及检测桩的作用是将上部荷载传递到地基深部较坚硬、压缩性小的岩土层。总体上可考虑按竖向受荷与水平受荷两种工况来分析桩的承载性状。1.竖向受压荷载作用下的单桩2.竖向抗拔荷载作用下的单桩3.水平荷载作用下的单桩桩基础检测桩基承载机理2023/12/12183、基础工程及检测1.竖向受压荷载作用下的单桩单桩竖向抗压极限承载力是指桩在竖向荷载作用下到达破坏状态前或出现不适于继续承载的变形时所对应的最大荷载，由以下两个因素决定：一是桩自身强度，即桩在轴向受压、偏心受压或在桩身压曲的情况下，结构强度的破坏；二是地基土强度，即地基土对桩的极限支承能力。通常情况下，第二个因素是决定单桩极限抗压承载力的主要因素。在竖向受压荷载作用下，桩顶荷载由桩侧摩阻力和桩端阻力承担，桩侧阻力先发挥，达到极限后端阻才发挥作用；在初始受荷阶段，桩顶位移小，荷载由桩上侧表面的土阻力承担，以剪应力形式传递给桩周土体，桩身应力应变随深度递减；随着荷载的增大，桩顶位移加大，桩侧摩阻力由上至下逐步被发挥出来，在达到极限值后，继续增加的荷载则由桩端土阻力承担。随着桩端持力层的压缩，桩顶位移增长速度加大，在桩端阻力达到极限值后，位移迅速增大而破坏，此时桩所承受的荷载就是桩的极限承载力。桩基础检测3、基础工程及检测2.竖向抗拔荷载作用下的单桩承受竖向抗拔荷载作用下的单桩承载机理同竖向受压桩有所不同。首先抗拔桩常见的破坏形式是桩-土界面间的剪切破坏，桩抗拔破坏是复合剪切面破坏，即桩的下部沿桩-土界面破坏，而上部靠近地面附近出现锥形剪切破坏，且锥形土体会同下面土体脱离与桩身一起上移。当桩身材料抗拉强度不足（或配筋不足）时，也可能出现桩身被拉断现象。其次是当桩在承受竖向拉拔荷载时，桩-土界面的法向应力比受压条件下的法向应力数值小，这就导致了土的抗剪强度和侧摩阻力降低，而对复合剪切破坏可能产生的锥形剪切体，因其土体内的水平应力降低，也会使桩上部的侧摩阻力有所折减。桩的抗拔承载力由桩侧阻力和桩身重力组成，而上拔时对桩端形成的作用力，因其所占比例小，对桩的长期抗拔承载力影响不大，一般不予考虑。桩周阻力的大小与竖向抗压桩一样，受桩土界面的几何特征、土层的物理力学特性等较多因素的影响；但不同的是，黏性土中的抗拔桩在长期荷载作用下，随上拔量的增大会出现应变软化的现象，即抗拔荷载达到峰值后会下降，而最终趋于定值。桩基础检测3、基础工程及检测3.水平荷载作用下的单桩桩所承受的水平荷载部分由桩本身承担，大部分是通过桩传给桩侧土体，当桩产生水平变形时，促使桩周土也产生相应变形，产生的土抗力会阻止桩变形的进一步发展。在桩受荷初期，由靠近地面的土提供土抗力，土的变形处在弹性阶段；随着荷载增大，桩变形量增加，上部土层出现塑性屈服，土抗力逐渐由深部土层提供；随着变形量的进一步加大，土体塑性区自上而下逐渐开展扩大，最大弯矩断面下移，当桩自身的截面抗拒无法承担外部荷载产生的弯矩或桩侧土强度遭到破坏失去稳定时，桩土体系便处于破坏状态。按桩土相对刚度，桩土体系的破坏机理及工作状态分为两类：①刚性短桩，此类桩长径比小，桩入土深度小，桩的抗弯刚度比地基土刚度大得多，在水平力作用下，桩身像刚体一样绕桩上某点转动或平移而破坏；此类桩的水平承载力由桩周土的强度控制；②弹性长桩，此类桩的桩长径比大，桩入土深度大，桩的抗弯刚度与土刚度相比较具柔性，在水平力作用下，桩身发生挠曲变形，桩下段嵌固于土中不能转动；此类桩的水平承载力由桩身材料的抗弯强度和桩周土的抗力控制。桩基础检测3、基础工程及检测桩基础检测桩基质量检测方法和目的检测方法检测目的成孔质量检测检测混凝土灌注桩成孔的孔径、孔深、桩孔倾斜度及沉淀厚度。单桩竖向抗压静载试验（1）确定单桩竖向抗压极限承载力；（2）判定竖向抗压承载力是否满足设计要求；（3）通过桩身应变、位移测试测定桩侧、桩端阻力，验证其它方法得到的单桩竖向抗压承载力检测结果。单桩竖向抗拔静载试验（1）确定单桩竖向抗拔极限承载力；（2）判定竖向抗拔承载力是否满足设计要求；（3）通过桩身应变、位移测试、测定桩的抗拔侧阻力。单桩水平静载试验（1）确定单桩水平临界荷载和极限承载力，推定土抗力参数；（2）判定水平承载力或水平位移是否满足设计要求；（3）通过桩身应变、位移测试，测定桩身弯矩。高应变法（1）判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求；（2）检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别；（3）分析桩侧和桩端土阻力；（4）进行打桩过程应力监测。钻孔取芯法检测灌注桩桩长、桩身混凝土强度、桩身缺陷及位置、桩底沉渣厚度，判定或鉴别桩端持力层岩土性状，判定桩身完整性类别。超声波法低应变反射波法检测灌注桩桩身缺陷及位置，判定桩身完整性类别。3、基础工程及检测桩基础检测单桩竖向抗压静载试验单桩竖向抗压静载试验是指在桩顶部逐级施加竖向压力，观测桩顶部随时间产生的沉降，以确定单桩竖向抗压承载力的试验方法。这种方法是检测基桩竖向抗压承载力最直观、最可靠的试验方法。通过试验可以得到：单根试桩荷载与沉降即Q-S关系曲线，还可获得每级荷载下桩顶沉降随时间的变化S-lgt关系曲线；当桩身中埋设传感器、位移杆等量测元件时，还可以直接测得桩侧各土层的极限摩阻力和端承力。3、基础工程及检测试验目的为工程提供基桩承载力设计依据；为基桩的工程质量检验和评定提供依据；为基桩施工选择最佳工艺参数；为本地区采用新桩型与提供承载力的设计依据等。3、基础工程及检测试验方法循环加载法卸荷法等变形速率法终级荷载长时间维持法3、基础工程及检测试验加载反力装置1.锚桩横梁反力装置2.压重平台反力裝置3.锚桩压重联合反力装置3、基础工程及检测试验操作①加载应分级进行，采用逐级等量加载；分级荷载宜为最大加载量或预估极限承载力的1/10~1/15，其中第一级可取分级荷载的2倍。②卸载应分级进行，每级卸载量取加载时分级荷载的2倍，逐级等量卸载。③加、卸载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击，每级荷载误差不得超过分级荷载的士10%。加、卸载的规定3、基础工程及检测试验操作每级荷载施加后按第5、15、30、45、60min测读桩顶沉降量，以后每隔30min测读一次。当桩顶沉降速率达到相对稳定标准时，再施加下一级荷载。试桩沉降量的相对稳定标准：在每级荷载作用下，桩顶的沉降量连续两次在每小时内不超过0.1mm，可视为稳定（由1.5h内连续3次每30min的沉降观测值计算）。卸载时，每级荷载维持1h，按第15、30、60min测读桩顶沉降量后可卸下一级荷载；卸至零后，应测读桩顶残余沉降量，维持时间不得少于3h。测桩端为砂类土时，应在开始30min内每15min测读一次；桩端为黏质土时，应在开始60min内每15min测读一次，以后每隔30min测读一次桩顶残余沉降量。慢速维持荷载法试验3、基础工程及检测终止加载条件1）某级荷载作用下，桩顶沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的5倍，且桩顶总沉降量超过40mm（或大于前一级沉降量2倍，且经24h尚未稳定）。2）已达到设计要求的最大加载值，且桩顶沉降达到相对稳定标准。3）当工程桩作锚桩时，锚桩上拔量已达到允许值。4）当荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶总沉降量60～80mm；当桩端阻力尚未充分发挥时，可加载至桩顶累计沉降量超过80mm。5）桩身出现明显破坏现象。3、基础工程及检测单桩抗压极限承载力统计值的确定1）成桩工艺、桩径和单桩竖向抗压承载力设计值相同的受检桩数量不少于3根时，可进行单位工程单桩竖向抗压极限承载力统计值计算。2）参加统计的受检桩试验结果，当满足其极差不超过平均值的30%时，取其算术平均值为单桩竖向抗压极限承载力。当极差超过平均值的30%时，应分析原因，必要时应增加试桩数量。3）对桩数为3根或3根以下的柱下承台，或工程桩抽检数量少于3根时，应取低值。4）单桩竖向抗压承载力特征值应按单桩竖向抗压极限承载力的50%取值。3、基础工程及检测确定单桩竖向抗压极限承载力Qu1）当Q-S曲线的陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载。2）对于缓变型Q-S曲线可根据沉降量确定，对于混凝土桩一般可取S=40mm对应的荷载值。3）取S-lgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前—级荷载。曲线图3、基础工程及检测桩的破坏模式①桩身结构强度破坏②地基土的强度破坏，地基土的强度破坏与地基土的性质密切相关，Q-S曲线既有“陡降型”，也有“缓变型”。典型Q-S曲线（A：陡降型，B：缓变型）3、基础工程及检测单桩竖向抗拔静载试验测试装置抗拔试验装置示意图测试方法：慢速维持荷载法3、基础工程及检测单桩竖向抗拔静载试验终止加载条件在某级荷载作用下，桩顶上拔量大于前一级上拔荷载作用下的上拔量5倍时。某级荷载作用下，上拔变形量陡增且总变形量已超过80mm。按桩顶上拔量控制，当累计上拔变形量超过100mm时。按钢筋抗拉强度控制，钢筋应力达到钢筋强度设计值的0.9倍，或某根钢筋出现异常拉断。对于验收抽样检测的工程桩，应满足设计要求的最大上拔位移或上拔荷载值；当桩有抗裂要求时，不应超过桩身抗裂要求所对应的额何在。3、基础工程及检测单桩竖向抗拔静载试验抗拔承载力特征值的确定资料整理并绘制上拔荷载U与桩顶上拔量△，以及△-lgt的关系曲线曲线，与前述确定单桩竖向抗压承载力特征值相同的方法求取抗拔极限荷载值。如抗拔钢筋断裂时，取其前一级荷载为该桩的极限荷载。对抽样检测的工程桩在最大加载量下，未出现以上三款情况，且桩顶上拔量达到相对稳定标准时，可取最大加载量。3、基础工程及检测单桩水平荷载试验测试装置水平静载试验装置示意图测试方法：多循环加卸载法或慢速维持荷载法3、基础工程及检测单桩水平荷载试验终止加载条件桩身折断。对长桩和中长桩，水平承载力作用下的破坏特征是桩身弯曲破坏，即桩发生折断。水平位移超过30～40mm，软土中的桩取40mm。达到设计要求的最大加载量或水平位移允许值。3、基础工程及检测单桩水平荷载试验单桩水平承载力特征值的确定当桩身不允许开裂或灌注桩的桩身配筋率小于0.65%时，可取单桩水平静载试验的水平临界荷载的0.75倍作为单桩水平承载力特征值。对钢筋混凝土预制桩、钢桩或桩身配筋率不小于0.65%的灌注桩，可取设计桩顶标高处水平位移所对应荷载的0.75倍作为单桩水平承载力特征值。水平位移取值方法：对水平位移敏感的建筑物取6mm；不敏感的取10mm。取设计要求的水平允许位移对应的荷载作为单桩水平承载力特征值，且应满足桩身抗裂要求。3、基础工程及检测低应变法检测数据分析波速在地基条件、桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根I类桩的桩身波速值，按公式计算后再求取平均值。缺陷距柱顶的距离3、基础工程及检测低应变法桩身完整性判定完整桩时域曲线缺陷桩时域曲线3、基础工程及检测高应变法测试在桩顶施加一个较大的冲击能量，通过在适当位置安装的加速度传感器和应力传感器，测定桩顶或附近的动力响应曲线，通过波动理论分析确定桩身完整性和竖向抗压承载力。单桩轴向抗压极限承载力Rc公式桩身完整性系数β值公式3、基础工程及检测声波透射法在灌注桩基混凝土前，在桩内预埋若干根声测管，作为超声脉冲发射与接收端的通道，用超声探测仪沿桩的纵轴方向逐点测量超声脉冲穿过各横截面时的声参数，根据声时、波幅衰减及主频等特征参数的相对变化来判别桩身的完整性，判定桩身质量。3、基础工程及检测钻芯法采用钻机钻取混凝土桩桩身芯样，通过芯样表观质量和抗压强度试验可用于判断桩长、桩身缺陷及位置、桩底沉渣厚度和桩身混凝土质量，从而对桩基质量作出评价；也可用于评判桩端岩土性状。42023/12/1243地基承载力定义确定方法及影响因素地基变形和破坏地基承载力计算1234地基承载力章节引导45地基承载力存在两种基本形式：承载能力极限状态下的地基极限承载力，对应于地基产生失稳破坏；正常使用极限状态下的地基容许承载力，对应于在确保地基不失稳前提下限制地基发生超限变形。4、地基承载力定义46确定方法：载荷试验、原位测试、理论公式推导、规范表格影响因素：地基土层自身强度和重度、基础形式和尺寸、地下水位4、地基承载力确定方法及影响因素474、地基承载力地基变形和破坏地基破坏模式（a）整体剪切破坏（b）局部剪切破坏（c）冲剪破坏（d）P-S曲线484、地基承载力地基承载力计算地基承载力计算公式地基承载力的深宽度修正公式地基承载力验算要求：应同时满足轴心荷载和偏心荷载52023/12/1249地基处理与检测地基处理的对象地基处理的主要方法地基处理的检测方法压实质量检测方法载荷试验12345地基处理与检测章节引导原位测试方法6复合地基桩质量检验75、地基处理与检测地基处理的对象特殊土地基软弱地基5、地基处理与检测地基处理的主要方法置换法振密/挤密法排水固结法注浆加固法排水固结法注浆加固法5、地基处理与检测地基处理检测方法地基处理方法承载力检测其它方法换填垫层法载荷试验环刀法、贯入仪、标准贯入试验、动力触探试验、静力触探试验碾压法载荷试验十字板剪切试验、土工试验强夯法载荷试验标准贯入试验、动力触探试验、静力触探试验、土工试验、波速测试振冲法载荷试验标准贯入试验、动力触探试验砂石桩法载荷试验标准贯入试验、动力触探试验、静力触探试验CFG桩法载荷试验低应变动力试验夯实水泥土桩法载荷试验轻型动力触探试验水泥土搅拌法载荷试验轻型动力触探试验、钻孔取芯高压喷射注浆法载荷试验标准贯入、钻孔取芯灰土挤密桩法和土挤密桩法载荷试验轻型动力触探试验、土工试验柱锤冲扩桩法载荷试验标准贯入试验、动力触探试验单液硅化法和碱液法动力触探试验土工试验、沉降观测5、地基处理与检测压实质量检测方法检测方法优点缺点灌砂法便于掌握，在公路部、铁路等部门长期使用对颗粒较大的地基土体而言，测试结果偏小灌水法原理类似灌砂法，可准确测定数据工作量大，干密度测定值偏大，压实计法可全面实时的对整个施工现场进行监控仪器读数离散性较大面波仪方便、快速、无损受材料性能局限性较大核子密度仪适于现场快速评定测定数值相关性差，不宜作仲裁和验收标准承载板法适合检测粗粒土，在铁路部门广泛采用需专门的车辆和设备，常规施工中费时费力压沉值法简便快速、无损易掌握，可全场布点控制指标需结合其它施工参数综合确定5、地基处理与检测载荷试验载荷试验装置载荷试验是检测确定地基承载力的基本方法。5、地基处理与检测原位测试方法确定地基承载力触探试验标准贯入试验旁压试验十字板剪切试验旁压试验触探试验5、地基处理与检测复合地基桩质量检验水泥土钻芯法低应变法试验62023/12/1258既有地基基础加固地基基础的常见问题既有地基检验的规定既有基础检验的规定既有建筑地基基础检测既有建构筑物地基加固方法12345既有地基基础加固章节引导既有建筑基础加固方法66、既