《桩基础实务》第二部分 土的抗剪强度与地基承载力.ppt

土的抗剪强度与地基承载力,一、土的抗剪强度的工程意义二、土的强度理论与强度指标三、土的极限平衡条件四、土的抗剪强度指标的测定五、地基破坏形式及承载力的概念六、地基承载力的确定,学习目标:理解掌握土的抗剪强度理论和抗剪强度指标，掌握土的极限平衡理论，学会利用土的极限平衡条件分析土的状态的方法。熟悉土的强度指标的测定方法及测定方法的选择。了解粘性土在不同排水条件下的实验结果。理解地基破坏的基本形式和地基承载力确定的几种方法。,抗剪强度:土体抵抗剪切破坏的极限能力。工程中涉及土的抗剪强度的问题：地基承载力、挡土墙土压力、土坡稳定等。,一、土的抗剪强度,路堤,无粘性土 粘性土,二、土的强度理论与强度指标,（二）抗剪强度的来源及影响因素,1.抗剪强度的来源,（1）无粘性土：来源于土粒间的摩擦力（内摩擦力）。包括：1）一部分由于土颗粒粗糙产生的表面摩擦力。2）另一部分是粗颗粒之间互相镶嵌，联锁作用 产生的咬合力。,（2）粘性土：除内摩擦力外，还有内聚力。内聚力主要来源于：土颗粒之间的电分子吸引力 和土中胶结物质（eg.硅、铁物质和碳酸盐等）对 土粒的胶结作用。,二、土的强度理论与强度指标,2.影响土的抗剪强度的因素,影响c，的因素可归纳为两类：,（1）土的物理化学性质的影响 1）土粒的矿物成分、颗粒形状与级配的影响。2）土的原始密度的影响。3）土的含水量的影响。4）土的结构的影响。,（2）孔隙水压力的影响 工程上，根据 实际地质情况和孔隙水压力消散程度，采用三种不同方法。1）排水剪；2）不排水剪；3）固结不排水剪。,二、土的强度理论与强度指标,二、土的强度理论与强度指标,（一）土体中任一点的应力状态,假定土层为均匀、连续的半空间材料，研究地面以下任一深度处M点的应力状态。,下面仅研究平面问题，在土体中取一微单元体，作用在该单元体上的两个主应力为，则作用在与大主应力作用面成 角的 平面上的正应力 和剪应力 可根据静力平衡条件求得：,三、土的极限平衡条件,三、土的极限平衡条件,三、土的极限平衡条件,根据极限应力圆与抗剪强度包线相切的几何关系，可建立以下极限平衡条件：,三、土的极限平衡条件,破裂面,破裂角：,化简后得：,三、土的极限平衡条件,三、土的极限平衡条件,室内试验常用的有：直接剪切试验 三轴压缩试验 无侧限抗压强度试验现场原位测试的有：十字板剪切试验 大型直接剪切试验,四、土的抗剪强度指标的测定,四、土的抗剪强度指标的测定,应变控制式直剪仪,（一）直接剪切试验1.试验装置。2.试验成果。,由 曲线可得抗剪强度参数。,为了近似模拟土体在现场受剪的排水条件，直剪试验可分为快剪、固结快剪和慢剪三种方法。直接剪切仪的优点：构造简单、操作方便。直接剪切仪的缺点：剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱的剪切面破坏；剪切面上剪应力分布不均，在边缘发生应力集中现象；在剪切过程中，剪切面逐渐缩小，而计算抗剪强度时却按圆截面计算；试验时不能严格控制排水条件，不能量测孔隙水压力。,四、土的抗剪强度指标的测定,（二）三轴压缩试验1.试验装置。2.试验成果。,四、土的抗剪强度指标的测定,三轴压缩试验按剪切前的固结程度和剪切时的排水条件，分为以下三种试验方法：（1）不固结不排水试验（）。（2）固结不排水试验（）。（3）固结排水试验（）。三轴压缩仪的优点：能较为严格地控制排水条件以及可以量测试件中孔隙水压力的变化，试件中的应力状态比较明确，破裂面发生在最薄弱的部位。缺点：试件中的主应力，而实际上土体的受力状态未必都属于轴对称情况。,四、土的抗剪强度指标的测定,，对一般粘性土就难以,作出破坏包线。而对饱和粘性土，根据在三轴不固结不排水实验的结果，其破坏包线近于一条水平线，,（三）无侧限抗压强度试验,1.试验装置。,2.试验结果。只能作出一个应力圆,即,土的不排水抗剪强度时，就可利用构造简单的无侧限抗压试验。,。这样，仅为测定饱和粘性,不排水抗剪强度。,四、土的抗剪强度指标的测定,（四）十字板剪切试验1.试验装置。2.抗剪强度公式：,为简化计算，设：,3.优点：构造简单、操作方便、对土的扰动小。,4.测定饱和粘性土的原位不排水剪，特别适用于均匀饱和软粘土。,四、土的抗剪强度指标的测定,三种不同排水条件下的试验结果：如果以总应力表示，将得出完全不同的试验结果，而以有效应力表示，则不论采用那种试验方法，都得到近乎一条有效应力破坏包线（虚线），可见，抗剪强度与有效应力的唯一对应关系。,四、土的抗剪强度指标的测定,（五）抗剪强度指标的选择 首先要根据工程问题的性质确定分析方法，进而决定采用总应力或有效应力强度指标，然后选择测试方法。一般认为，由三轴固结不排水试验确定的有效应力强度参数 和 宜用于分析地基的长期稳定性（如土坡的长期稳定分析，估计挡土结构的长期土压力等）；而对于饱和粘性土的短期稳定问题，则宜采用不固结不排水试验的强度指标，即，以总应力法分析。一般工程问题多采用总应力法分析，其指标和测试方法大致如下：,四、土的抗剪强度指标的测定,若建筑物施工速度较快，而地基土的透水性和排水条件不良时，可采用三轴仪不固结不排水试验或直剪仪快剪试验的结果；如果地基荷载增长速率较慢，地基透水性不太小（如低塑性的粘土）以及排水条件又较佳时（如粘土中夹砂层），则可采用固结排水或慢剪试验；如介于上述两种情况之间，可用固结不排水或固结快剪试验结果。,四、土的抗剪强度指标的测定,（一）剪切破坏型式1.整体剪切破坏破坏时形成了延续至地面的连续滑动面，破坏曲线三阶段明显，如曲线A。2.局部剪切破坏形成局部滑动面，压力与沉降关系一开始就呈显非线性关系，如曲线B。3.冲剪破坏基础近乎竖直刺如土中，如曲线C。,五、地基破坏类型及承载力的概念,p-s曲线,五、地基破坏类型及承载力的概念,无埋深,（1）基本假定 1）地基受条形均布荷载。2）各向的自重应力相等。（2）塑性区边界方程 1）无埋深情况下M点的大小主应力为：,1.地基的临塑荷载,五、地基破坏类型及承载力的概念,2）有埋深情况下地基中任意点的大小主应力为：,有埋深,五、地基破坏类型及承载力的概念,当M点达到极限平衡状态时，该点的大、小主应力应满足极限平衡条件：,将 代入上式得：,（塑性区边界方程）,根据上式可绘出塑性区边界线如右图。塑性区最大深度zmax可由dz/d=0求得：,将其代入上式得：,五、地基破坏类型及承载力的概念,当 时，表示地基中刚要出现但尚未出现塑性区，相应的荷载即为临塑荷载：,五、地基破坏类型及承载力的概念,五、地基破坏类型及承载力的概念,六、地基承载力的确定,建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）规定，地基承载力特征值可由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。,（一）动力触探 动力触探根据探头结构的不同分为标准贯入试验和圆锥动力触探试验（见第8章）。各地方根据地区试验成果统计分析和地方建设经验，建立了地方承载力表。如河北省建筑地基承载力技术规程（DB13(J)/T482005）规定，锤击数经杆长修正和地下水影响修正后，可查表确定地基承载力，部分表格如下。,六、地基承载力的确定,六、地基承载力的确定,表6.1 粘性土、粉土承载力特征值（kPa）,注：1.N10为轻型圆锥动力触探锤击数；2.在饱和软粘土中不宜单一采用N10确定承载力特征值fak，应与其它原位测试方法结合使用；3.本表中粉土指塑性指数大于或等于5的粉土。,六、地基承载力的确定,表6.2 素填土承载力特征值（kPa）,注：本表只适用于粘性土和粉土组成的素填土。,表6.3 粉、细砂承载力特征值（kPa）,注：N为标准贯入试验锤击数。,表6.4 中、粗砂承载力特征值（kPa）,注：N为标准贯入试验锤击数。,六、地基承载力的确定,建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）强调，利用触探法时必须有地区经验，即当地的对比资料。当地基基础设计等级为甲级和乙级时，应结合室内试验成果综合分析，不宜单独应用。,式中:修正后的地基承载力特征值；fak地基承载力特征值；b、d基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土的类别查表6.5取值。基础底面以下土的重度，地下水位以下取有效重度；b基础底面宽度（m），当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值；基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取有效重度；,六、地基承载力的确定,（二）地基承载力特征值的修正,d基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。在填方整平地区，可自填土地面标高算起，但填土在上部结构施工后完成时，应从天然地面标高算起。对于地下室，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。,六、地基承载力的确定,六、地基承载力的确定,小 结 本章主要介绍了土的强度理论与抗剪强度指标、土的极限平衡条件、土抗剪强度指标的测定方法、地基破坏的形式及地基承载力的确定方法。1.土的抗剪强度理论是研究与计算地基承载力和分析地基承载稳定性的基础。土的抗剪强度可以采用库仑公式表达，土的极限平衡条件是判定土中一点平衡状态的基准。2.土的抗剪强度指标c,值一般通过试验确定，试验条件尤其是排水条件对强度指标将带来很大的影响，故在选择抗剪强度指标时应尽可能符合工程实际的受力条件和排水条件。,3.当基础宽度大于3m或深度小于0.5m时，从载荷试验或其他原位测试、经验值等方法确定的地基承载力特征值，尚应进行深度和宽度修正。4.目前工程实际中使用的许多承载力指标（如载荷试验指标）已经包含了沉降控制的含义。带有较大的经验性，而规范推荐的理论公式（6.19）并未考虑地基变形的要求，应用此公式，必须进行地基特征变形的验算。5.触探法是确定地基承载力的重要手段，但应用时必须有地区经验，即当地的对比资料。,学习目标:理解三种土压力的概念。掌握朗肯土压力理论；理解库伦土压力理论及其与朗肯土压力理论的比较；掌握常见情况下土压力的计算。熟悉挡土墙的类型、构造和设计方法。掌握土坡稳定的概念和规范对土层边坡开挖的规定；理解简单土坡稳定分析的方法。,一、概述,（一）影响土压力的因素,1.填土性质：包括填土重度、含水量、内摩擦角、内聚力的大小及填土表面的形状（水平、向上倾斜、向下倾斜）等。2.挡土墙形状、墙背光滑程度、结构形式。3.挡土墙的位移方向和位移量。,（二）土压力分类：,1.静止土压力：墙本身不发生变形和任何位移（移动和转动），土处于弹性平衡状态。,2.主动土压力：墙离开填土向前发生位移至土体达到极限平衡状态。,3.被动土压力：墙向填土方向发生位移至土体达到极限平衡状态。,二、土压力的分类,（1）主动土压力（2）被动土压力（3）静止土压力,主动土压力 被动土压力 静止土压力,二、土压力的分类,（三）静止土压力计算：,取单位墙长，总静止土压力：,静止土压力系数，可近似按 计 算。,二、土压力的分类,朗肯土压力理论是根据半空间的应力状态和土的极限平衡条件得出的土压力计算方法。在半空间中取一微单元体M，当整个土体都处于静止状态时，各点都处于弹性平衡状态：,主动状态：,被动状态：,三、朗肯土压力理论(Rankine,1857),（一）基本原理与假设,朗肯假设：1.挡土墙墙背垂直。2.墙后填土表面水平。3.墙背光滑无摩擦力，因而无剪应力，即墙背为主应面。,三、朗肯土压力理论(Rankine,1857),假定条件：墙背光滑（满足剪应力为零的边界条件）、直立、填土面水平。当挡墙偏离土体时，逐渐减小到 时达到朗肯主动极限平衡状态，主动土压力强度 为：,粘性土：,无粘性土：,三、朗肯土压力理论(Rankine,1857),主动土压力合力（取单位墙长计算）：,无粘性土 粘性土,无粘性土：,粘性土：,令,得,三、朗肯土压力理论(Rankine,1857),（三）被动土压力,无粘性土：粘性土：,三、朗肯土压力理论(Rankine,1857),无粘性土：粘性土：,三、朗肯土压力理论(Rankine,1857),三、朗肯土压力理论(Rankine,1857),三、朗肯土压力理论(Rankine,1857),三、朗肯土压力理论(Rankine,1857),【例题7.1】某挡土墙，高度为5m，墙背垂直光滑，填土面水平。填土为粘性土，其物理力学性质指标如下：，。试计算该挡土墙主动土压力及其作用点位置，并绘出主动土压力强度分布图。解：（1）主动土压力系数（2）墙底处的主动土压力强度,三、朗肯土压力理论(Rankine,1857),（3）临界深度（4）主动土压力 主动土压力强度分布如图7.7所示。总主动土压力 主动土压力作用点距墙底的距离为,（一）基本假设：根据墙后土体处于极限平衡状态并形成一滑动楔体，从楔体的静力平衡条件得出的土压力计算理论。（为平面问题）基本假定：墙后填土是理想的散粒体（c=0）；滑动破坏面为通过墙踵的平面。（二）主动土压力,四、库仑土压力理论,楔体在三力作用下处于静力平衡状态，由力矢三角形按正弦定理：,力矢三角形,令,得到E为极大值时的破坏角,，代入上式得：,库伦主动土压力系数查表。,四、库仑土压力理论,（三）被动土压力,被动土压力系数。,四、库仑土压力理论,（四）朗肯理论与库伦理论比较1.基本假定：前者假定挡墙光滑、直立、填土面水平；后者假定填土为散体（c=0）。2.基本方法：前者应用半空间中应力状态和极限平衡理论；后者按墙后滑动土楔体的静力平衡条件导出计算公式。3.结果比较：朗肯理论忽略了墙背与填土之间的摩擦影响，使计算的主动土压力偏大，被动土压力偏小；库伦理论假定破坏面为一平面，而实际上为曲面。实践证明，计算的主动土压力误差不大，而被动土压力误差较大。,四、库仑土压力理论,当填土为粘性土时，规范（GB50007-2002）对边坡支挡结构土压力计算提出如下规定：（1）计算支挡结构的土压力时，可按主动土压力计算；（2）边坡工程主动土压力应按下式进行计算：,五、建筑地基基础设计规范推荐方法,c主动土压力增大系数，土坡高度大于5m时宜取1.0；高度为58m时宜取1.1；高度大于8m时宜取1.2；ka主动土压力系数，按规范附录L确定。,（一）挡土墙的类型1.重力式挡土墙（1）。2.悬臂式挡土墙（2）。3.扶壁式挡土墙（3）。,（1）（2）（3）,六、挡土墙设计,（二）挡土墙的计算设计方法：先假定截面尺寸，然后验算稳定性及强度，若不满足要求，再修改设计。计算内容：1.稳定性验算，包括抗倾覆和抗滑移验算。2.地基承载力验算。3.墙身强度验算。,六、挡土墙设计,六、挡土墙设计,六、挡土墙设计,挡土墙排水措施,六、挡土墙设计,（三）重力式挡土墙体型选择与构造措施,无粘性土土坡稳定性分析,（二）无粘性土简单土坡稳定性分析,1.151.5。,=,K,稳定安全系数,从上式看出，只要 土坡就是稳定的。,七、土坡稳定性分析,简单土坡指由均质土组成，坡面单一，顶面与底面均水平，且长度为无限长的土坡。,（三）土质边坡开挖规定,七、土坡稳定性分析,规范规定，在山坡整体稳定的条件下，土质边坡的开挖应符合下列规定：（1）边坡的坡度允许值，应根据当地经验，参照同类土层的稳定坡度确定。当土质良好且均匀、无不良地质现象、地下水不丰富时，可按表7.2确定。（2）土质边坡开挖时，应采取排水措施，边坡的顶部应设置截水沟。在任何情况下不允许在坡脚及坡面上积水。（3）边坡开挖时，应由上往下开挖，依次进行。弃土应分散处理，不得将弃土堆置在坡顶及坡面上。当必须在坡顶或坡面上设置弃土转运站时，应进行坡体稳定性验算，严格控制堆栈的土方量。（4）边坡开挖后，应立即对边坡进行防护处理。,土质边坡坡度允许值,注：1.表中碎石土的充填物为坚硬或硬塑状态的粘性土。2.对于砂土或充填物为砂土的碎石土，其边坡坡度允许值均按自然休止角确定。,七、土坡稳定性分析,小 结:本章主要介绍了土压力的形成过程、土压力计算的朗肯理论和库仑理论、重力式挡土墙的设计以及土坡稳定的分析方法。1.土压力的性质和大小与支挡结构位移方向和位移量直接相关，并由此形成了三种土压力静止土压力、主动土压力和被动土压力。2.静止土压力的计算方法由水平向自重应力计算公式演变而来；朗肯土压力计算公式由土的极限平衡条件推导而来；库仑土压力公式则是由滑动土楔的静力平衡条件推导获得。各种土压力公式都有其适用条件，应用中应引起注意。,3.重力式挡土墙的设计除需进行各种验算外，还必须合理的选择墙型和采取必要的构造措施。4.在工程建设中常会遇到土坡稳定性问题，如道路路堤、基坑开挖和山体边坡等。土坡失稳是土体内部应力状态发生显著改变的结果。对无粘性土土坡，其滑动面可假设为平面，通过滑动平面上的受力平衡条件导出其土坡稳定安全系数的验算公式；对均质粘土土坡可以采用圆弧滑动面假设用瑞典圆弧法进行验算。5.规范对土质边坡的开挖提出了要求。,学习目标：了解岩土工程勘察三阶段、地基勘察的任务及地基勘察方法。熟悉地基土的野外鉴别和描述。熟悉地基勘察报告书的内容并会阅读使用地基勘察报告书。掌握验槽的目的和内容，掌握轻便触探的方法，掌握常见的基槽局部处理方法。,（一）工程地质勘察的目的 工程地质勘察的目的在于以各种勘察手段和方法，调查研究和分析评价建筑场地和地基的工程地质条件，为设计和施工提供所需的工程地质资料。地基勘察必须遵守岩土工程勘察规范（GB 500212001）的有关规定。地基勘察和评价的任务：认识场地的地质条件，分析它与建筑物之间的相互影响。地质条件包括岩土的类型及其工程性质、地质构造、地形地貌、水文地质条件、不良地质现象和可资利用的天然建筑材料等。,一、地基勘察基本概念,（二）决定勘察任务的因素,勘察任务工作内容、工作量、工作方法应按下列四个因素确定：1.建筑场地的复杂程度（场地、地基等级）。2.建筑规模及建筑物等级（安全等级）。3.对建筑场地地质条件的研究程度及当地建筑经验。4.地基基础设计、施工的特殊要求。,一、地基勘察基本概念,岩土工程勘察规范根据工程重要性等级、场地复杂程度等级和地基复杂程度等级，按下列条件划分岩土工程勘察等级。1.甲级。在工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级中，有一项或多项为一级。2.乙级。除勘察等级为甲级和丙级以外的勘察项目。3.丙级。工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级均三级。另外，建筑在岩质地基上的一级工程，当场地复杂程度等级和地基复杂程度等级均为三级时，岩土工程勘察等级可定为乙级。,（三）岩土工程勘察等级,一、地基勘察基本概念,（四）工程地质勘察三阶段,对应于工程设计中场址选择、初步设计和施工图三阶段，为了提供各设计阶段所需的工程地质资料，勘察工作也相应分为选址勘察、初步勘察和详细勘察三阶段。对于地质条件复杂或有特殊施工要求的重大建筑物地基，尚应进行施工勘察。,一、地基勘察基本概念,1.勘察（可行性研究勘察）基本要求 选址勘察的目的是为了取得几个场址方案的主要工程地质资料，对拟选场地的稳定性和适宜性作出工程地质评价和方案比较。选择场址时，应进行技术经济分析，避开不利地段。可行性研究阶段的勘察工作，主要侧重于收集和分析区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质资料及当地的建筑经验。,一、地基勘察基本概念,2.初步勘察基本要求 初步勘察的任务是查明地层构造、岩土性质、地下水埋藏条件、冻结深度、不良地质现象的成因、分布及对场地稳定性的影响以及地基土的地震效应等，对场地内建筑地段的稳定性作出岩土工程评价，为确定建筑总平面布置，选择主要建筑物地基基础设计方案和不良地质现象的防治对策提供工程地质资料。,一、地基勘察基本概念,二、地基勘察的任务和勘探点的布置,（一）地基勘察（详细勘察）的任务 详细勘察应按单体建筑物或建筑群提出详细的岩土工程资料和设计、施工所需的岩土参数；对建筑地基做出岩土工程评价，并对地基类型、基础形式、地基处理、基坑支护、工程降水和不良地质作用的防治等提出建议。主要应进行下列工作：1.搜集附有坐标和地形的建筑总平面图，场区的地面整平标高，建筑物的性质、规模、荷载、结构特点，基础形式、埋置深度，地基允许变形等资料。2.查明不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度，提出整治方案的建议。3.查明建筑范围内岩土层的类型、深度、分布、工程特性，分析和评价地基的稳定性、均匀性和承载力。,二、地基勘察的任务和勘探点的布置,4.对需进行沉降计算的建筑物，提供地基变形计算参数，预测建筑物的变形特征。5.查明埋藏的河道、沟浜、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物。6.查明地下水的埋藏条件，提供地下水位及其变化幅度。7.在季节性冻土地区，提供场地土的标准冻结深度。8.判定水和土对建筑材料的腐蚀性。,二、地基勘察的任务和勘探点的布置,（二）勘探点的布置1勘探点的间距对土质地基，勘探点的间距可按表8.1确定。表8.1 详细勘察勘探点的间距（m）,详细勘察的勘探点布置，应符合下列规定：1）勘探点宜按建筑物周边线和角点布置，对无特殊要求的其他建筑物可按建筑物或建筑群的范围布置。2）同一建筑范围内的主要受力层或有影响的下卧层起伏较大时，应加密勘探点，查明其变化。3）重大设备基础应单独布置勘探点；重大的动力机器基础和高耸构筑物，勘探点不宜少于3个。4）勘探手段宜采用钻探与触探相配合，在复杂地质条件、湿陷性土、膨胀岩土、风化岩和残积土地区，宜布置适量探井。详细勘察的单栋高层建筑勘探点布置，应满足对地基均匀性评价的要求，且不应少于4个；对密集的高层建筑群，勘探点可适当减少，但每栋建筑物至少应有1个控制性勘探点。,二、地基勘察的任务和勘探点的布置,在实际工程地质勘察中，可采取测绘与调查、勘探、原位测试与室内试验等勘察方法。（一）测绘与调查 测绘与调查的目的是通过对场地的地形地貌、地层岩性、地质构造、地下水与地表水、不良地质现象进行调查研究与必要的测绘工作，为评价场地工程条件及合理确定勘探工作提供依据。对建筑场地的稳定性进行研究是工程地质调查和测绘的重点问题。,三、地基勘察方法,（二）勘探 勘探是地基勘察过程中查明地质情况的一种必要手段在测绘和调查的基础上，进一步对场地的工程地质条件进行定量的评价。常用的勘探方法有坑探、钻探、触探和地球物理勘探等。1.坑探 坑探是在建筑场地挖深井（槽）以取得直观资料和原状土样，这是一种不必使用专门机具的一种常用的勘探方法。当场地的地址条件比较复杂时，利用坑探能直接观察地层的结构变化，但坑探可达的深度较浅。探井的平面形状为矩形或圆形，深度为23m。较深时应支护坑壁以策安全。,三、地基勘察方法,三、地基勘察方法,2.钻探 钻探是用钻机在地层中钻孔，以鉴别和划分地层，并可沿孔深取样，用以测定岩石和土层的物理力学性质，此外，土的某些性质也可直接在孔内进行原位测试。钻机一般分回转式与冲击式两种。回转式转机是利用钻机的回钻器带动钻具旋转，磨削孔底地层而钻进，通常使用管状钻具，能取柱状岩芯标本。冲击式钻机则是利用卷扬机借纲丝绳带动有一定重量的钻具上下反复冲击，使钻头击碎孔底地层形成钻孔后以抽筒提取岩石碎块或扰动土样。,三、地基勘察方法,三、地基勘察方法,3.触探 触探是通过探杆用静力或动力将金属探头贯入土中，并量测能表征土对触探头贯入的阻抗能力的指标，从而间接地判断土层及其性质的一类勘探方法和原位测试技术。作为勘探手段，触探可用于划分土层，了解地层的均匀性；作为测试技术，则可估计地基承载力和土的变形指标。触探可分为静力触探和动力触探。,三、地基勘察方法,（1）静力触探 静力触探试验借静压力将触探头压入土中，利用电测技术测得贯入阻力来判定土的力学性质。静力触探仪可分为机械式和油压式（如下图）两类。,三、地基勘察方法,静力触探设备中核心部分是触探头。触探杆将探头匀速贯如土层时，触探头可以测得土层作用于探头的锥尖阻力和侧壁阻力。探头按结构分为单桥和双桥两类。单桥探头所测到的是包括锥尖阻力和侧壁阻力在内的总贯入阻力P（kN）。通常用比贯入阻力PS（kPa）表示，即 Ps=P/A,三、地基勘察方法,双桥探头可测出锥尖总阻力Qc（kN）和侧壁总摩阻力Qs（kN）。通常以锥尖阻力qc（kPa）和侧壁阻力fs（kPa）表示：qc=Qc/A fs=Qs/Fs还可计算同一深度处的摩阻比 Rf=fs/qc100%在现场实测以后进行触探资料整理，绘制有关的曲线(如下图），从而划分土层，间接地估算土的承载力、压缩性指标和单桩承载力等。,三、地基勘察方法,三、地基勘察方法,（2）动力触探 动力触探是将一定质量的穿心锤，以一定高度自由下落，将探头贯入土中，然后记录贯入一定深度的锤击次数，以此判别土的性质。下面介绍标准贯入试验和轻便触探两种动力触探方法。1）标准贯入试验 标准贯入试验应与钻探工作相配合。其设备是在钻机的钻杆下端联结标准贯入器，将质量为63.5kg的穿心锤套在钻杆上端。试验时，穿心锤以76cm的落距自由下落，将贯入器垂直打入土层中15cm（此时不计锤击数），随后打入土层30cm的锤击数，即为实测的锤击数。,三、地基勘察方法,但需指出，应用N值时是否修正和如何修正，应根据建立统计关系时的具体情况确定。,按N的大小,确定土的承载力、估计土的抗剪强度和粘性土的变形指标、判别粘性土的稠度和砂土的密实度以及估计砂土液化的可能性。,三、地基勘察方法,2）轻便触探 轻便触探设备组成（如右图）。试验时，先用轻便钻具开孔至被试土层，然后以手提高质量为10kg的穿心锥，使其以50cm的落距自由下落，将触探杆垂直打入土中，记录每打入30cm的锤击数称为N10。应用轻便触探指标N10，可确定粘性土和素填土的承载力，判别土层的均匀性。,三、地基勘察方法,4.地球物理勘探 地球物理勘探（简称物探）也是一种兼有勘探和测试双重功能的技术。物探之所以能够用来研究和解决各种地质问题，主要是因为不同的岩石、土层和地质构造往往具有不同的物理性质，利用其导电性、磁性、弹性、湿度、密度、天然放射性等差异，通过专门的物探仪器的量测，就可区别和推断有关地址问题。常用的物探方法主要有：电阻率法、电位法、地震、声波、电视测井等。,三、地基勘察方法,四、地基土的野外鉴别与描述,（一）地基土野外鉴别 野外鉴别地基土无仪器设备，主要凭感觉和经验。对碎石土和砂土的鉴别方法，利用日常熟悉的食品如绿豆、小米、砂糖、玉米面的颗粒作为标准，进行对比鉴别。对粘性土与粉土的鉴别方法，根据手搓滑腻感或砂粒感等感觉，加以区分和鉴别。,表8.4 粘性土与粉土的野外鉴别,四、地基土的野外鉴别与描述,四、地基土的野外鉴别与描述,表8.5 新近沉积粘性土的野外鉴别,（二）地基土野外描述1.颜色密实度湿度粘性土的稠度含有物其他,四、地基土的野外鉴别与描述,（一）勘察报告书的基本内容 地基勘察的最终成果是以报告书的形式提出的。勘察工作结束后，把取得的野外工作和室内试验记录和数据以及收集到的各种直接间接资料分析整理、检查校对、归纳总结后作出建筑场地的工程地质评价。最后以简要明确的文字和图表编成报告书。报告书应包括如下内容：（1）任务要求及勘察工作概况；勘察方法与勘察工作布置。（2）场地位置、地形地貌、地质构造、不良地质现象及地震设计烈度。,五、地基勘察成果报告,（3）场地的地层分布、岩石和土的均匀性、物理力学性质、地基承载力和其它设计计算指标。（4）地下水的埋藏条件和腐蚀性以及土层的冻结深度。（5）对建筑场地及地基进行综合的工程地质评价，对场地的稳定性和适宜性作出结论，指出存在的问题和提出有关地基基础方案的建议。所附的图表有下列几种：勘探点平面布置图；工程地质剖面图；地质柱状图或综合地质柱状图；土工试验成果表；其它测试成果表（如静载荷试验、标准贯入试验、静力触探试验、旁压试验等）,五、地基勘察成果报告,五、地基勘察成果报告,钻孔柱状图,五、地基勘察成果报告,五、地基勘察成果报告,首先应熟悉勘察报告的主要内容，对勘察报告有一个全面的了解，复核勘察资料提供的土的物理力学指标是否与土性相符；查看场地的地形地貌、地层分布情况，用于基槽开挖时土层比对；查看地下水埋藏情况、类型、水位及其变化用于施工降水方案的制定；,（二）勘察报告的阅读和使用,五、地基勘察成果报告,五、地基勘察成果报告,4.查看相关土的类别和物理力学指标用于边坡放坡或基坑支护设计。5.查看地基均匀性评价和持力层地基承载力用于验槽时比对。6.还应特别注意勘察报告就岩土整治和改造以及施工措施方面的结论和建议。7.在阅读时，勘察报告中的文字和图件应相互配合。,六、验槽,（一）验槽的目的 1.检验通过有限钻孔资料得到的勘察成果是否与实际符合，勘察报告的结论与建议是否正确和切实可行。2.根据基槽开挖实际情况，研究解决新发现的问题和勘察报告遗留的问题。（二）验槽的基本内容 1.核对基槽开挖的平面位置与槽底标高是否与勘察、设计要求相符。2.检验槽底持力层土质与勘察报告是否相符。参加验槽的各方负责人需下到槽底，依次逐段检验，发现可疑之处，用铁铲铲出新鲜土面，用土的野外鉴别方法进行鉴定。,六、验槽,3.审阅施工单位的钎探记录并做现场对比钎探，检验钎探记录的正确性，判别地基土质是否均匀。对异常点需找出分布范围，总结分布规律并查明原因。如局部存在古井、菜窑、坟穴、河沟等不良地基，则还需用钎探等方法查明其深度。4.研究决定地基基础方案是否需要修改以及局部异常地基处理方案。,六、验槽,（三）验槽的方法 以肉眼观察为主，辅以轻便触探、钎探等方法。观察时应重点关注柱基、墙角、承重墙下或其他受力较大的部位，观察槽底土的颜色是否均匀一致，土的坚硬程度是否一样，有无局部含水量异常现象等。,（四）验槽的注意事项 1.验槽要抓紧时间，基槽挖好后立即钎探并组织验槽，避免下雨泡槽、冬季冰冻等不良影响。2.槽底设计标高若位于地下水位以下较深时，必须做好基槽排水，保证槽底不泡水。如槽底标高在地下水位以下不深时，可先挖至地下水面验槽，验完槽后再挖至基底设计标高。3.验槽时应验看新鲜土面，清除超挖回填的虚土。冬季冻结的表土和夏季日晒后干土似很坚硬，但都是虚假状态，应用铁铲铲去表层再检验。4.当持力层下埋藏有下卧砂层而承压水头高于基底时，不宜进行钎探，以免造成涌砂。,六、验槽,小 结 1地基勘查的任务 详细勘察应按单体建筑物或建筑群提出详细的岩土工程资料和设计、施工所需的岩土参数；对建筑地基做出岩土工程评价，并对地基类型、基础形式、地基处理、基坑支护、工程降水和不良地质作用的防治等提出建议。2地基勘察方法 岩土工程勘察中，可采取的勘察方法有工程地质测绘与调查、勘探、原位测试与室内试验等。地基基础设计规范对不同地基基础设计等级建筑物的地基勘察方法，测试内容提出了不同的要求。常用的勘探方法有坑探、钻探、触探和地球物理勘探等；原位测验包括静载荷试验、旁压试验、十字板剪切试验、土的现场直接剪切试验、地基土的动参数测定、触探试验等。,3地基土的野外鉴别和描述 野外鉴别地基土无仪器设备，主要凭感觉和经验。土的描述包括颜色、密实度、湿度、粘性土的稠度、含有物和其它。应熟悉书中所述鉴别方法并通过实践加以掌握。4地基勘察报告书 岩土工程勘察报告是根据任务要求、勘察阶段、工程特点和地质条件等具体情况编写的。它以简要明确的文字和图表对建筑场地的工程地质作出评价。岩土工程勘察报告应对岩土利用、整治和改造的方案进行分析论证，提出建议；对工程施工和使用期间可能发生的岩土工程问题进行预测，提出监控和预防措施的建议。,5验槽 验槽是一般岩土工程勘察工作最后一个环节。当施工单位将基槽（坑）挖完完毕并普遍钎探后，由建设单位会同质检、勘察、设计、监理、施工单位技术负责人，共同到施工现场验槽。普遍钎探建议采用轻便触探。验槽的方法以肉眼观察为主，并辅以轻便触探、钎探等方法。对基槽中的松土坑、墓坑、土井、局部硬土或硬物、橡皮土等异常地基应根据实际情况采取相应措施加以处理。,学习目标:熟悉桩基础的构成、特点和适用范围。了解桩的分类和施工方法。掌握单桩、群桩承载力的基本概念和含义。了解桩基础的构造要求。,（一）深基础适用条件,建筑场地浅层地基土质不能满足建筑物对地基承载力和变形的要求，也不宜采用地基处理等措施时。以地基深层坚实土层或岩层作为地基持力层，采用深基础方案。,（二）常见深基础类型,桩基础，沉井基础，墩基础，沉箱基础，地下连续墙以及高层建筑深基础护坡工程等。,一、概述,一、概述,（三）深基础与浅基础区别,1.由深层较好的土来承受上部结构的荷重以外，还有深基础周壁的摩阻力共同承受上部荷重。深基础承载力较高。,2.需要用特殊方法进行施工。,3.造价较高。4.工期较长。,5.技术较复杂，需要专职技术人员负责施工及质量检查，发现问题及时处理。,（一）按承载性状分类,根据竖向荷载下桩土相互作用特点，达到承载力极限状态时，桩侧与桩端阻力的发挥程度和分担荷载比例，将桩分为两大类和四个亚类。,1.摩擦型桩。分为：摩擦桩，端承摩擦桩。,2.端承型桩。分为：端承桩，摩擦端承桩。,二、桩的类型,二、桩的类型,（二）按桩身材料分类,1.木桩（杉木、松木、橡木），长410m，直径1826cm。适用于常年在地下水位以下的地基。,2.混凝土桩,（1）直径3050cm，长不超过25m。,（2）适用于：中小型工程承压桩、深基坑护坡桩。大多为施工期间临时性工程桩，待基础完工，基坑回填至地面后报废。,（3）优点：设备简单，操作方便，经济，省钢材。,（4）缺点：可能产生“缩颈”、断桩、局部夹土、混凝土离析。,3.钢筋混凝土桩,（1）一般为预制桩。截面边长2540cm，预制长度一般不超过12m，可接桩。,（2）适用于：大中型各类建筑工程的承载桩。可承压、抗拔、抗弯、承受水平荷载。,（3）优点：承载力大，不受地下水位与土质条件限制。,（4）缺点：自重大，预制桩需大型打桩机和吊装的吊车。若桩长不够需接桩，桩太长需截桩，费事，造价较高。,二、桩的类型,4.钢桩,（1）直径4001000mm。目前我国最长的钢管桩达88m。,（2）适用于：超重型设备基础；江河深水基础；高层建筑深基槽护坡工程（可多次利用）。,（3）优点：承载力高，材料强度均匀可靠。,（4）缺点：费钢材，价格高，易锈蚀。,二、桩的类型,二、桩的类型,（三）按桩的施工方法分类,1.预制桩,沉桩方法：（1）锤击法（打入）；（2）振动法（砂土地基或钢桩），但不适合一般粘土地基；（3）静力压桩法（均质软土地基），适用于可塑、软塑状的粘性土地基，不适合砂土及其他较坚硬的土层。,2.灌注桩,(1)优点：,在现场开孔，灌注成型。材料使用混凝土或钢筋混凝土。,1）不需预先制作和运输。适用于当地无砼预制厂和交通不便的地区。,2）可根据桩身内力大小，分段配筋或不配筋以节约钢材。,3）可做成大直径灌注桩提高承载力。,4）无如预制桩打桩时的振动和噪音。,(2)缺点：易造成缩颈。,(3)据开孔方法和所用机具不同，可分为：,1）沉管灌注桩；2）钻孔灌注桩（冲孔灌注桩）；3）夯扩桩；4）人工挖孔灌注桩；5）爆扩桩。,二、桩的类型,（四）按成桩方法分类,考虑成桩挤土效应对桩承载力、成桩质量控制和环境等影响。,1.非挤土桩。干作业法，泥浆护壁法，套管护壁法。,2.部分挤土桩。,3.挤土桩。,（五）按桩径大小分类,1.小直径桩。d250mm，多用于基础加固的树根桩或静压锚杆托换桩及复合桩基础。,2.中等直径桩。250mm d800mm。,3.大直径桩。d800mm。,二、桩的类型,（一）单桩承载力的确定方法,1.竖向承载力,取决于地基土对桩的支承能力和桩身材料的强度。一般，只有对端承桩、超长桩以及桩身质量有缺陷的桩，才可能由桩身材料强度控制桩的承载能力。,（1）按材料强度确定。（2）按桩周土的支承能力确定。,1）静载荷试验法；2）静力触探法；3）经验公式法；4）动力分析法。,（3）桩的抗拔承载力。,三、单桩、群桩承载力基本概念,三、单桩、群桩承载力基本概念,2.横向承载力,（1）抗弯性能差的桩（低配筋率的灌注桩）。其横向承载力可能由桩身强度控制。,（2）抗弯性能好的桩（eg.钢筋混凝土预制桩）。则通过由桩周土所能提供的横向承载力控制。常以桩顶水平位移达一定值或桩侧土出现明显破坏，作为达到横向极限承载力的标志。其大小主要与桩身的抗弯刚度、桩周土刚度、桩的入土深度及桩顶约束条件等因素有关。,目前方法有两类：1）通过横向