地下结构工程的现场检测

第13章建筑地基基础的检测本章主要学习内容：1、地基土静载荷试验（重点）2、复合地基载荷试验（了解）3、单桩竖向静载试验（重点）4、桩基动力测试（了解）5、基坑工程监测（重点）重点掌握几种测试技术的基本原理、主要仪器设备的使用、测试方法、测试资料整理以及测试成果的应用等方面的知识。2由于地基土在建筑物荷载作用下产生变形，引起基础过大的沉降或者沉降差，使上部结构倾斜、开裂以致毁坏或失去使用价值。地基中有哪些问题需要考虑呢？建筑物荷载基础地基地基中产生附加应力地基变形由于建筑物的荷载过大，超过了地基土所能承受的能力而使地基产生滑动破坏。4.1概述3建筑物基础的沉降量或沉降差必须在该建筑物所允许的范围内（变形要求）。地基必须满足哪些条件呢？建筑物的基底压力应该在地基所允许的承载能力之内（稳定要求）。特殊的建筑物如堤坝、水闸等地基还应满足抗渗、防冲等特殊要求。4地基承载力不足而使地基破坏的根本原因是由于荷载过大，使地基中的剪应力达到或超过了地基土的抗剪强度。整体剪切破坏局部剪切破坏冲剪破坏地基中剪切破坏的型式有地基承载力不足而使地基破坏的实质是基础下持力层土的剪切破坏。地基破坏原因：5(2)随着荷载增加，压密区I向两侧挤压，土中产生塑性区，塑性区先在基础边缘产生，然后逐步扩大形成II、III塑性区。基础的沉降增长率较前一阶段增大，故p－s曲线呈曲线状。(1)当基础上荷载较小时，基础下形成一个三角形压密区I，随同基础压入土中，p－s曲线呈直线关系。整体剪切破坏p-s曲线上有两个明显的转折点，区分地基变形三个阶段：整体剪切破坏(3)当荷载达到最大值后，土中形成连续滑动面，并延伸到地面，土从基础两侧挤出并隆起，基础沉降急剧增加，整个地基失稳破坏。弹塑性变形阶段ps0线性变形阶段塑性破坏阶段6某谷仓的地基整体剪切破坏71940年在软粘土地基上的某水泥仓的倾覆8随着荷载的增加，基础下也产生压密区I及塑性区II，但塑性区仅仅发展到地基某一范围内，土中滑动面并不延伸到地面，基础两侧地面微微隆起，没有出现明显的裂缝。局部剪切破坏p-s曲线没有明显的直线段，地基破坏时曲线也没有明显的陡降。局部剪切破坏Ospp～s曲线上坡度发生显著变化（即变化率最大的点）所对应的基底压力p作为地基的极限承载力fu。压力和沉降关系曲线从一开始就呈现非线性关系9随着荷载的增加，基础下土层发生压缩变形，基础出现持续下沉，当荷载继续增加，基础周围附近土体发生竖向剪切破坏，使基础刺入土中，地基不出现连续的滑动面，基础两侧地面不出现隆起。冲剪破坏p-s曲线没有明显的转折点。冲剪破坏p～s曲线上平均下沉梯度接近常数且出现不规则下沉时对应的基底压力p作为地基的极限承载力fu。Osp无明显的转折现象10软粘土上的密砂地基的冲剪破坏第一节概述11一、建筑地基基础检验的一般要求1、基槽检验2、压实填土检验3、复合地基检验4、预制桩检验5、混凝土灌注桩检验6、人工挖孔桩检验7、桩身质量检验8、工程桩竖向承裁力检验9、地下连续墙检验10、抗浮锚杆检验124.2地基承载力的检测千斤顶荷载板13141、静力载荷试验的基本原理和意义静力载荷试验就是在拟建建筑场地上，在挖至设计的基础埋置深度的平整坑底放置一定规格的方行或圆形承压板，在其上逐级施加荷载，测定相应荷载作用下地基的稳定沉降量，分析地基土的强度与变形特性，求得地基土容许承载力与变形模量等力学数据。对于建筑物地基承载力的确定，比其他测试方法更接近实际；当试验影响深度范围内土质均匀时，用此法确定该深度范围内土的变形模量也比较可靠。一、静力载荷实验（CPT）15第一阶段：从p～s曲线的原点到比例界限压力(亦称临朔压力)。该阶段p～s成线性关系，故称之为直线变形阶段。在这个阶段内受荷土体中任意点产生的剪切力小于土的抗剪强度，土体变形主要由于土中空隙的减少引起，土颗粒主要是竖向变位，且随时间渐趋稳定而土体压密，所以也称压密阶段。用静力载荷试验测得的压力P（kPa）与相应的土体稳定沉降量s(mm)之间的关系曲线（即p～s曲线），按其所土体的应力状态，一般可划分为三个阶段，如图所示。图：p～s曲线16第二阶段；从临塑压力到极限压力Pu，p～s曲线由直线关系转变为曲线关系，其曲斜率ds/dp随压力p的增大而增大。这个阶段除土体的压密外，在承压板边缘已有小范围局部土体的剪应力达到或超过了土的抗剪强度，并开始向周围土体发生剪切破坏（产生朔性变形区）；土体的变形由于土中空隙的压缩和土颗粒剪切移动同时引起，土粒同时发生竖向和侧向变位，且随时间不易稳定，称之为局部剪切阶段。图：p～s曲线17第三阶段：极限压力Pu以后，沉降急剧增加。这一阶段的显著特点是，即使不施加荷载，承压板也不断下沉，同时土中形成连续的滑动面，土从承压板下挤出，在沉压板周围土体发生隆起及环状或放射状裂隙，故称之为破坏阶段。该阶段在滑动土体范围内各点的剪切力达到或超过土体的抗剪强度；土体变形主要由土颗粒剪切变位引起，土粒主要是侧向移动，且随时间不能到达稳定。显然，当建筑物附加压力≤P0时，地基土的强度是完全保证的，且沉降也很小。而当基底附加压力大于P0小于Pu时，地积土不会发生整体破坏，但建筑物的沉降量较大。图：p～s曲线18静力载荷试验可用于下列目的：1）确定地基土的临朔荷载P0.极限荷载Pu，为评定地基土的承载力提供依据；2）估计地基土的变形模量E0。不排水抗剪强度Cu和基床反力系数K。油压千斤顶反荷加载静力试验装置2、载荷试验的装置1）沉压板：一般为方形或圆形板，要有足够的刚度，面积一般为1000-5000cm22）加荷装置：包括压力源，载荷台架或反力架，加荷方式可采用重物加荷和油压千斤顶反压加荷；3）沉降观测装置：百分表、沉降传感器和水准仪等。19优点：对地基土不产生扰动，结果最可靠、最具有代表性，可直接用于工程设计。是确定承载力的最主要方法。缺点：价格昂贵、费时2021试验步骤：1、试验方案确定2、现场准备3、安装设备4、分级加荷，观测每级荷载下的沉降5、尽可能使最终荷载达到地基土的极限承载力，以评价承载力的安全度。22静力载荷试验的承压板，一般用刚性的方形或圆形板，其面积应为2500cm2或5000cm2，目前工程上常用的是70.7cm和50cm。对于均质密实的土也可用1000cm2的承压板。但对于饱和软土层，考虑到在承压板边缘的塑性变形影响，承压板的面积不应小于5000cm2。如果地表为厚度不大的硬壳层，其下为软弱下卧层，建筑物基础以硬壳层为持力层，此时承压板应当选用尽量大的尺寸，使受压土层厚度与实际压缩层厚度相当，但困难也就增大。故除了专门性的研究外，通常仍然采用70.7的承压板。在软土层或一般粘性土层中，比例界限值p0（临塑压力）一般不受或很少受承压板宽度的影响，但埋深对p0有影响。所以，对于厚度大而且比较均匀的软土或一般粘性土地基，可以采用较小面积的承压板进行静力载荷试验，故《岩石工程勘察规范》（GB50021－94）第9.2.3条规定：承压板面积可采用0.25～0.5m2。3、静力载荷试验的基本技术要求23为了排除承压板周围超载的影响，试验标高处的坑底宽度不应小于承压板直径（或宽度）的3倍，并应尽可能减小坑底开挖和整平对土层的扰动，缩短开挖与试验的间隔时间。而且，在试验开始前应保持土层的天然湿度和原状结构。当被试土层为软粘土或饱和松散砂土时，承压板周围应预留20～30cm厚的原状土作为保护层。当试验标高低于地下水时，应先将地下水位降低至试验标高以下，并在基坑底部敷设5cm厚的砂垫层，待水位恢复后进行试验。承压板与土层接触处，一般应敷设厚度为10mm左右的中砂或粗砂层，以保证底板水平，并与土层均匀接触。24试验加荷方法应采用分级维持荷载沉降相对稳定法（慢速法）或沉降非稳定法（快速法）。试验的加荷标准：试验的第一级荷载（包括设备重量）应接近卸去土的自重。每级荷载增量（即加荷等级）一般取被试地基土层预估极限承载力的1/10～1/8。施加的总荷载应尽量接近试验土层的极限荷载。荷载的量测精度应达到最大荷载的1％，沉降值的量测精度应达到0.01mm。各级荷载下沉降相对稳定标准一般采用连续2h的每小时沉降量不超过0.1mm，或连续1小时的每30min的沉降量不超过0.05mm。试验点附近应有取土孔提供土工试验指标，或其他原位测试资料，试验后应在承压板中心向下开挖取土试验，并描述2.0倍承压板直径（或宽度）范围内土层的结构变化。25(1)承压板周围的土体有明显的侧向挤出，周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展；(2)本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5倍，荷载与沉降曲线出现明显陡降；(3)在某级荷载下24h沉降速率不能达到相对稳定标准，沉降随时间趋于等速增加；(4)荷载p增加很小，但沉降量s却急剧增大，p～s曲线出现陡降阶段，或相对沉降s/b≥0.06。静力载荷试验过程中出现下列现象之一时，即可认为土体已达到极限状态，应终止试验：26（1）确定地基的承载力根据实验得到的p～s曲线，可以按强度控制法（拐点法）、相对沉降控制法或极限荷载法来确定地基的承载力。1）强度控制法（拐点法）以p～s曲线对应的比例界限压力或临塑压力作为地基上极限承载力的基本值。当p～s曲线上有明显的直线段时，一般使用该直线段的终点所对应的压力为比例界限压力或临塑压力P0，见图4-8。当p～s曲线上没有明显的直线段时，lgp－lgs曲线或p－△s/△p曲线上的转折点所对应的压力即为比例界限压力或临塑压力p0，见图4-9、4-10。图4-8图4-94、静力载荷试验资料的应用及其有关问题4-10272）相对沉降控制法根据相对沉降量s/b，即沉降量和承压板的宽度或直径之比来确定地基承载力。若承压板面积为0.25～0.50mm2，对于低压缩性土和砂土，可取s/b＝0.01～0.015所对应的荷载值作为地基土的承载力基本值；对于中、高压缩性土可取s/b＝0.02所对应的荷载值为承载力的基本值。3）极限荷载法若比例界限压力p0和极限承载力pu接近，即当p～s曲线上的比例界限点出现后，土体很快达到破坏时，可以用pu除以安全系数K作为地基土承载力的基本值；也可取相对沉降s/b=0.06所对应的荷载作为极限荷载P。安全系数K值一般取2。s0u00pppfF＋＝当p0与极限荷载pu不接近时，此时p～s曲线上既有p0，又有pu，可按下式计算地基承载力基本值：28（2）地基极限承载力的确定可以用如下方法：①p～s曲线、lgp～lgs曲线或p～△s/△p曲线的第二转折点对应荷载作为地基极限承载力；②对相沉降s/b=0.06的荷载为地基极限承载力；③外插作图法，见图29（3）确定地基土的变形模量E0一般取p-s曲线的直线段(即第l阶段)，用下式计算E0(kPa)值：spBE4)1(20式中B——承压板直径(m)，当为方形板时；AB2A——方形板面积(m2)；△p／△s——曲线直线段的斜率(kPa／m)；——地基土的泊松比，对于砂土和粉土，=0.33；对于可塑一硬塑粘性土，=0.38；对于软塑一流塑粘性土和淤泥质粘性土，=0.41。当p-s曲线的直线段不明显时，可用前面讲述的确定地基土承载力的方法来确定地基承载力的基本值与相应的沉降量，但此时，应与其他原位测试资料比较，综合考虑确定E0值。30在应用荷载试验的成果时，由于加荷后影响深度不会超过２倍承压板边长或直径，因此对于分成土要估计到该影响范围的局限性。特别是当表面有一层“硬壳层”，其下为软土层，软土层对建筑物沉降起主要作用，它却不受到承压板的影响，因此实验结果和实际情况有很大的差异。所以对于地基压缩范围内土层时，应该用不同尺寸的承压板或进行不同深度的静力荷载实验，也可以采用其他的原位测试和室内土工实验。图4．7承压板与实际基础尺寸的差异对评价建筑物沉降的影响31复合地基（CompositeFoundation）一词,国外最早见于1962年。复合地基的概念已成为很多地基处理方法的理论分析及公式建立的基础和根据。它已广泛地运用于如