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1、岩土工程原位测试技术岩土工程原位测试技术第第1章章地基静载荷试验地基静载荷试验第章内第章内 容容概述（地基基础的一般知识）概述（地基基础的一般知识）1.1 试验设备和方法试验设备和方法1.2 基本测试原理基本测试原理1.3 试验成果的整理分析试验成果的整理分析1.4 螺旋板载荷试验要点螺旋板载荷试验要点1.5 复合地基载荷试验要点复合地基载荷试验要点1.6 岩石地基载荷试验要点岩石地基载荷试验要点1.7 小小 结结概述（地基基础的一般知识）概述（地基基础的一般知识） 1. 建筑物、地基、基础的关系建筑物、地基、基础的关系 2. 地基基础的类型地基基础的类型 3. 对地基和基础的一般要求对地基和
2、基础的一般要求 4. 地基和基础的常用检测方法地基和基础的常用检测方法 1. 建筑物、地基、基础的关系建筑物、地基、基础的关系 一个完整的建筑体系包括了上部结构、基础与地基一个完整的建筑体系包括了上部结构、基础与地基三个组三个组成部分，成部分，三者构成一个相互依存的整体，具有各自的功能。三者构成一个相互依存的整体，具有各自的功能。 上部结构是完成设计预定功能的主体结构。上部结构是完成设计预定功能的主体结构。 基基础础通通常常指指建建筑筑物物最最下下端端与与地地基基直直接接接接触触并并经经过过了了特特殊殊处处理的结构部件。理的结构部件。地地基基是是指指建建筑筑物物下下方方的的承承受受建建筑筑物物
3、的的荷荷载载并并维维持持建建筑筑物物稳稳定的岩土体。定的岩土体。请看图例。请看图例。图图 1 房屋建筑体系的组成房屋建筑体系的组成楼层（上部结构）楼层（上部结构）楼层（上部结构）楼层（上部结构）基础（下部结构）基础（下部结构）基础（下部结构）基础（下部结构）地基地基桥跨（上部结构）桥跨（上部结构）桥跨（上部结构）桥跨（上部结构）桥墩（下部结构）桥墩（下部结构）桥墩（下部结构）桥墩（下部结构）地基地基地基地基基础（下部结构）基础（下部结构）基础（下部结构）基础（下部结构）图图 2 桥梁建筑体系的组成桥梁建筑体系的组成2. 地基基础的类型地基基础的类型 （1 1）地基的类型）地基的类型（2）基础的
4、类型）基础的类型3. 对地基和基础的一般要求对地基和基础的一般要求 保证建筑物的安全和正常使用，充分发挥地基的承载能力。保证建筑物的安全和正常使用，充分发挥地基的承载能力。安全保证是第一位的。此外尚应注意经济与安全的协调。安全保证是第一位的。此外尚应注意经济与安全的协调。4. 地基和基础的常用检测方法地基和基础的常用检测方法 地地基基检检测测方方法法：静静载载试试验验，静静力力触触探探，动动力力触触探探，标标准准贯贯入入。承承载载力力与与变变形形指指标标检检测测常常用用静静载载试试验验，均均匀匀性性与与密密实实程程度度检检测常用静力触探、动力触探和标准贯入。测常用静力触探、动力触探和标准贯入。
5、桩桩基基础础检检测测方方法法：静静载载试试验验，低低应应变变，高高应应变变，超超声声波波，钻钻芯芯。承承载载力力检检测测常常用用静静载载试试验验（单单桩桩，深深井井）和和高高应应变变，强强度度与与完整性检测常用低应变、超声波和钻芯法。完整性检测常用低应变、超声波和钻芯法。1.1 试验设备和方法试验设备和方法 一、试验设备一、试验设备目前国内采用的目前国内采用的试验装置，大体可装置，大体可归纳为由承由承压板、加板、加荷系荷系统、反力系、反力系统、观测系系统四部分四部分组成。成。设备的具体布置方式有如下两种：的具体布置方式有如下两种： 百分表堆 载荷载板主梁平台千斤顶图图2-1 堆载平台系统的设备
6、布置堆载平台系统的设备布置图图2-2 锚桩反力梁系统的设备布置锚桩反力梁系统的设备布置钢绞线锚桩基准梁千斤顶承压板支墩钢板工字钢锚具反力梁（一）承（一）承压板板类型和尺寸型和尺寸 承承压板板可可用用混混凝凝土土、钢筋筋混混凝凝土土、钢板板、铸铁板板等等制制成成，多多以以钢板板为主主。要要求求压板板具具有有足足够的的刚度度，不不破破损、不不挠曲曲，压板板底底部部光光滑滑平平整整，尺尺寸寸和和传力力重重心心准准确确，搬搬运运和和安安置置方方便便。承承压板板形形状状可可加加工工成成正正方方形形或或圆形形，其其中中圆形形压板板受受力力条条件件较好而且好而且边界条件界条件简单，使用最多。，使用最多。 （
7、二）承（二）承压板面板面积 岩岩土土工工程程勘勘察察规范范规定定一一般般宜宜采采用用0.250.50m2，对均均质密密实的的土土，可可采采用用0.1m2，对软土土和和人人工工填填土土，不不应小小于于0.5m2。建建筑筑地地基基基基础设计规范范GBJ5007-2002规定定承承压板板面面积不不应小于小于0.25m2，对于于软土不土不应小于小于0.5m2。采采用用单桩复复合合地地基基试验方方式式时，压板板面面积为一一根根桩承承担担的的处理面理面积。采采用用多多桩复复合合地地基基试验方方式式时，压板板面面积为相相应多多根根桩承担的承担的处理面理面积。 二、二、试验方法方法平板平板载荷荷试验适用于浅适
8、用于浅层地基、深地基、深层地基或大直径人工地基或大直径人工挖孔挖孔桩的的桩端土端土层测试。 试验的的加加载方方式式一一般般采采用用分分级维持持荷荷载沉沉降降相相对稳定定法法（慢速法）和沉降非（慢速法）和沉降非稳定法（快速法），以慢速法定法（快速法），以慢速法为主。主。典典型型的的慢慢速速法法加加载过程程（建建筑筑地地基基基基础设计规范范GBJ5007-2002）：）：荷荷载分分级：不不应少少于于8级，最最大大加加载量量不不应小小于于设计要要求的两倍；求的两倍；数数据据测读：每每级加加载后后，按按间隔隔10、10、10、15、15min，以后以后为每隔半小每隔半小时测读一次沉降量。一次沉降量。稳
9、定定标准准：当当在在连续两两小小时内内，每每小小时的的沉沉降降量量小小于于0.1mm时，认为沉降已沉降已趋稳定，可加下一定，可加下一级荷荷载。 加加载终止止标准：准：1. 承承压板周板周围的土明的土明显地地侧向向挤出；出；2. 沉降沉降s急急骤增大，荷增大，荷载沉降（沉降（ps）曲曲线出出现陡降段；陡降段；3. 在在某某一一级荷荷载的的作作用用下下，24小小时内内沉沉降降速速率率不不能能达达到到稳定；定；4. 沉降量与承沉降量与承压板板宽度或直径之比大于或等于度或直径之比大于或等于0.06。卸卸载：该规范范没没有有对卸卸载过程程做做出出规定定，但但完完整整的的试验应包含卸包含卸载过程。程。注意
10、各注意各规范的范的规定有一些差定有一些差别。 1.2 复合地基载荷试验要点复合地基载荷试验要点 复合地基测试的特殊性，主要在于复合地基中存在加固复合地基测试的特殊性，主要在于复合地基中存在加固体。关键在于体。关键在于压板尺寸的板尺寸的选择和和压板的安装。板的安装。 选择压板尺寸板尺寸时应根据地基根据地基处理理时的施工的施工图计算。采用算。采用单桩复合地基复合地基试验方式方式时，压板在安装板在安装时要特要特别注意注意压板下板下面面应该只有一根只有一根桩，且，且应该使使压板的中心与板的中心与桩的中心的中心对正。正。采用多采用多桩复合地基复合地基试验方式方式时，应该使使压板的中心与板的中心与桩群的群
11、的中心中心对正。正。 一、一、单桩或多或多桩复合地基复合地基载荷荷试验要点要点 图图2-3 a) 矩形布桩方式矩形布桩方式图图2-3 b) 等边三角形布桩方式等边三角形布桩方式图图2-3 c) 梅花形布桩方式梅花形布桩方式一根一根桩承担的承担的处理面理面积可按如下方法可按如下方法计算：算：对于于矩矩形形布布桩，一一根根桩承承担担的的处理理面面积等等于于两两个个方方向向的的桩距的乘距的乘积；对于于等等边三三角角形形布布桩，一一根根桩承承担担的的处理理面面积等等于于0.866乘以乘以桩距的平方；距的平方；对于于梅梅花花形形布布桩，一一根根桩承承担担的的处理理面面积等等于于桩的的行行距距与与排距的乘
12、排距的乘积。单桩或多或多桩复合地基静复合地基静载试验与常与常规静静载试验的差异在于：的差异在于：1压板的面板的面积有比有比较严格的格的规定。定。2压板板的的定定位位要要求求不不同同。平平面面上上与与桩的的中中心心或或重重心心重重合合，标高与高与桩顶一致。一致。3依据的依据的规范不同，故范不同，故试验过程与控制程与控制标准有一些差异。准有一些差异。4曲曲线特征多特征多为缓变形，且平滑度形，且平滑度较差。差。一一般般试验过程程与与常常规压板板试验相相同同，只只是是在在选择承承压板板时，进行行桩体体测试的的压板板应与与桩的的截截面面适适应，进行行土土体体测试的的压板板可可按按常常规地地基基测试的的压
13、板板选择，但但应注注意意其其覆覆盖盖面面内内不不应有有桩体存在，且其周体存在，且其周边应留有适当余地。留有适当余地。 二、二、桩土分离式土分离式试验要点要点 测测试试完完成成后后，分分别别对对桩桩体体和和土土体体进进行行统统计计分分析析，得得出出桩桩的的承承载载力力特特征征值值和和土土的的承承载载力力特特征征值值，然然后后按按下下式式计计算算复复合合地地基基承载力特征值：承载力特征值：fsp，k=mfp，k+(1-m)fs，km=Ap/Asp1.3 试验成果的整理分析试验成果的整理分析 一、一、试验成果的整理成果的整理（一）原始（一）原始读数的数的计算复核算复核 （二）异常数据（二）异常数据处
14、理理 大大量量实测结果果表表明明，当当地地基基土土的的均均匀匀性性尚尚可可且且测试过程程正正常常时，测试得得出出的的主主要要曲曲线（p-s曲曲线）是是比比较光光滑滑的的。所所谓异常数据是指背离异常数据是指背离这一一规律性的数据。律性的数据。最好的最好的办法是防止法是防止发生数据异常。生数据异常。 （三）曲线绘制（三）曲线绘制一一般般地地，地地基基静静载载试试验验主主要要应应绘绘制制p-s曲曲线线，但但根根据据需需要要，还还可可绘绘制制各各级级荷荷载载作作用用下下的的沉沉降降和和时时间间之之间间的的关关系系曲曲线以及地面变形曲线。线以及地面变形曲线。完整的完整的p-s曲线包含了曲线包含了3个阶段
15、，例如：个阶段，例如： 图图2-4 地基静载试验的典型地基静载试验的典型p-s曲线曲线 若若绘出出的的ps曲曲线的的直直线段段不不通通过坐坐标原原点点，可可按按直直线段的段的趋势确定曲确定曲线的起始点，以便的起始点，以便对ps曲曲线进行修正。行修正。必必要要时可可绘制制其其他他辅助助判判断断曲曲线，比比如如slgt曲曲线、slgp曲曲线等。等。二、地基承载力的判断二、地基承载力的判断确确定定地地基基的的承承载载力力时时既既要要控控制制强强度度，又又要要能能确确保保建建筑筑物不致产生过大沉降。物不致产生过大沉降。建建筑筑地地基基基基础础设设计计规规范范（GBJ50007-2002）对对于于确定承
16、载力特征值的规定如下：确定承载力特征值的规定如下：1. 当当ps曲曲线线上上有有比比例例界界限限时时，取取该该比比例例界界限限所所对对应应的的荷载值；荷载值；2. 当当极极限限荷荷载载小小于于对对应应比比例例界界限限的的荷荷载载值值的的2倍倍时时，取取极限荷载的一半；极限荷载的一半；3. 当当不不能能按按上上述述两两款款要要求求确确定定时时，当当压压板板面面积积为为0.250.5m2，可可取取s/b=0.010.015所所对对应应的的荷荷载载，但但其其值值不不应大于最大加载量的一半。应大于最大加载量的一半。同同一一土土层层参参加加统统计计的的试试验验点点不不应应少少于于3点点，当当试试验验实实
17、测测值值的的极极差差不不超超过过其其平平均均值值的的30%时时，取取此此平平均均值值作作为为该该土土层的地基承载力特征值层的地基承载力特征值fak。单桩或多桩复合地基承载力的计算方法大致相同。单桩或多桩复合地基承载力的计算方法大致相同。三、变形模量计算三、变形模量计算在在p-s曲曲线的的直直线段段OA上上可可以以任任选一一点点p和和对应的的s，代代入入下下列列公公式式即即可可算算出出压板板下下压缩土土层(大大致致3B或或3D厚厚)内内的的平均平均E0值，并可用于，并可用于计算地基沉降。算地基沉降。 圆形刚性压板（圆形刚性压板（D为直径）：为直径）： 方形方形刚性性压板（板（B为边长）：）：要要
18、注注意意的的是是，如如果果压压板板下下方方不不远远处处还还含含有有软软弱弱下下卧卧层层，把把表表层层荷荷载载试试验验所所得得的的E0用用于于全全压压缩缩层层的的总总沉沉降降计计算算，其其结果必然较地基的实际沉降为低，这是偏危险的。结果必然较地基的实际沉降为低，这是偏危险的。 四、实例分析四、实例分析 载荷荷试验中中采采用用直直径径1.128m的的圆形形压板板，得得出出的的p-s曲曲线如如图2-4，已已知知压板板下下的的地地基基土土较为均均匀匀，其其横横向向变形形系系数数 可可取取为0.25。试根根据据该图确确定定该地地基基土土的的极极限限荷荷载pl、承承载力特征力特征值fak、和和变形模量形模
19、量E0。 解解：按按该图得得到到A点点对应的的荷荷载为350kPa，相相应的的压板板沉沉降降量量为12.4mm，C点点对应的的荷荷载为500kPa。故故得得到到地地基基土土的的比比例例界界限限为350kPa，极极限限荷荷载pl为500kPa。按按规范范的的规定定，因因为比比例例界界限限不不是是很很清清晰晰，而而极极限限荷荷载容容易易确确定定且且极极限限荷荷载小小于于对应比比例例界界限限值的的2倍倍，故故取取极极限限荷荷载的的一一半作半作为该试验点的承点的承载力特征力特征值，即，即为250kPa。 算得变形模量：算得变形模量： 从从上上述述计算算过程程可可以以看看出出，在在数数据据处理理和和分分
20、析析过程程中中不不是是太太精精确确，规范范的的规定定对很很多多情情况况也也不不是是太太明明确确，一一般般应借助于借助于经验和理和理论知知识，且，且应偏于安全。偏于安全。 复习思考题复习思考题 1.基基础的作用是什么？的作用是什么？为什么建筑物要什么建筑物要设置基置基础？2.什么是地基？什么是天然地基？什么是人工地基？什么是地基？什么是天然地基？什么是人工地基？3.什么是复合地基？列什么是复合地基？列举出常出常见的的4种复合地基的名称。种复合地基的名称。4.在什么情况下在什么情况下应该使用人工地基？使用人工地基？5.地基静地基静载荷荷试验可以解决工程中的那些可以解决工程中的那些问题？6.为什什么
21、么说地地基基静静载荷荷试验是是最最直直观可可靠靠的的地地基基测试方方法法？它它的主要缺陷是什么？的主要缺陷是什么？7.在在天天然然地地基基和和复复合合地地基基上上做做静静载荷荷试验时，应如如何何选取取压板板尺寸？尺寸？8.采采用用慢慢速速加加载载法法时时，荷荷载载应应如如何何进进行行分分级级？为为什什么么要要满满足足稳稳定标准？定标准？9.采采用用单桩复复合合地地基基试验对某某工工程程的的振振冲冲碎碎石石桩复复合合地地基基进行行检测，已已知知桩的的排排列列为等等边三三角角形形，桩距距为1.2m，设计要要求求复复合合地地基基承承载力力特特征征值不不低低于于200kPa，如如采采用用圆形形承承压板板，请确确定定承承压板板的的直直径径和和千千斤斤顶的的级别，又又如如果果采采用用压重重平平台台作作为反反力力，请确确定定堆堆载物的重量。物的重量。10.采采用用单桩复复合合地地基基试验对某某工工程程的的砂砂石石桩复复合合地地基基进行行检测，已已知知桩的的排排列列为梅梅花花形形，桩距距为1.2m，排排距距为0.9m，设计要要求求复复合合地地基基承承载力力特特征征值不不低低于于200kPa，如如采采用用方方形形承承压板板，请确确定定承承压板板的的边长和和千千斤斤顶的的级别，又又如如果果采采用用压重重平平台台作作为反反力力，请确定堆确定堆载物的重量。物的重量。
