建筑地基基础测试.ppt
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1、建筑地基基础现场测试,贺怀建中国科学院武汉岩土力学研究所,内 容,一、地基原位试验二、桩身质量检测新方法三、桩身内力和桩端阻力测试四、基桩静载试验五、波速测试六、基坑监测,一、地基原位试验,(一)原位测试的概念原位测试(In-Situ Testing):在岩土体原有的位置上,在保持岩土的天然结构、天然含水量以及天然应力状态条件下测定岩土性质称为原位测试。土体原位测试:一般指的是在工程地质勘察现场,在不扰动或基本不扰动土层的情况下对土层进行测试,以获得所测土层的物理力学性质指标。,1、优点(与室内试验比较)不需经过钻探取样,直接测定岩土力学性质,更能真实反映岩土的天然结构及天然应力状态下的特性。
2、原位测试所涉及的土尺寸较室内试验样品要大得多,因而更能反映土的宏观结构如裂隙等)对土的性质的影响,比土样具代表性。可重复进行验证,缩短试验周期。,2、土体原位测试的种类土体原位测试方法很多,可以归纳为下列两类:(1)土层剖面测试法(logging or stratigraphic profiling methods):主要包括静力触探、动力触探、扁铲松胀仪试验及波速法等。土层剖面测试法具有可连续进行、快速经济的优点。(2)专门测试法(specific test methods):主要包括载荷试验、旁压试验、标准贯入实验、抽水和注水试验、十字板剪切试验等。土的专门测试法可得到土层中关键部位土的各
3、种工程性质指标,精度高,测试成果可直接供设计部门使用。其精度超过室内试验的成果。,3、土体原位测试的应用根据不同的测试方法(包括CPT、DPT、PLT、PMT、FVST、SDPT),其应用可归纳为:(1)、土层土类划分;(2)、求天然地基承载力;(3)、测定土的物理力学性质指标;(4)、在桩基勘察中的应用;(5)、评价砂土和粉土的地震液化;(6)、求解土的固结系数、渗透系数及不排水抗剪强度等;(7)、检验压实填土的质量及强夯效果;(8)、进行浅基础的沉降计算;(9)、其它。,(二)静力触探 1、定义静力触探(Static Cone Penetration Test,简称CPT)是借助机械把一定
4、规格的圆锥形探头匀速压入土中,通过测定探头的端阻q,侧壁摩阻力f来确定土体的物理力学参数,划分土层的一种土体勘测技术。,静力触探首先在荷兰研制成功,因此静力触探也叫“荷兰锥”试验。按测量机理分:机械式静力触探和电测式静力触探按探头功能分:单桥静力触探、双桥静力触探、孔压静力触探电测式静力触探的优点:(1)测试连续、快速,效率高,功能多,兼具勘探与测试双重作用;(2)测试数据精度高,再现性好;(3)采用电测技术,便于实现测试工程的自动化,测试成果可由计算机自动处理,减少了工作强度。,2、测试设备与种类设备组成:触探主机和反力装置触探主机可分为液压式和机械式反力装置可分为自重式和锚式 测量与记录显
5、示装置 探头和探杆,触探主机为液压传动式的,反力装置为自重式。,单用(桥)探头 双用(桥)探头 多用(孔压)探头,3、测试原理,I电流R电阻 U电压(根据欧姆定律),电阻应变片,电桥,4、测试步骤探头率定率定的目的是求出测量仪表的读数与荷载之间的关系率定系数率定的设备可分为两个主要部分a.可移动的活动架b.量力环,探头率定的步骤:a.安装设备b.把连着电缆线和记录仪表的探头安装上c.旋转手轮施加压力,边记录仪表上的读数 d.画压力读数曲线,一般情况下应该是直线e.求率定系数KK等于直线的斜率,野外测试的关键步骤:a.布孔位,平整场地b.安装触探机,并调平机座(为使贯入压力保持垂直方向),把机座
6、与反力装置衔接 c.将探头、测量电缆、探杆连接起来,并检查测量仪表,并调零d.将连着探杆的探头压入地下,同时记录深度值和测量仪表的数据,注意事项:触探机就位后,应调平机座,并使用水平尺校准,使贯入压力保持竖直方向,并使机座与反力装置衔接、锁定。触探机的贯入速率应控制在1-2cm/s,一般为2cm/s;使用手摇式触探机时,手把转速应力求均匀。使用记读式仪器时,每贯入0.1m或0.2m时应记录一次读数。遇下列情况时应停止贯入:a、触探主机负荷达到其额定荷载的120%时;b、贯入时探杆出现明显弯曲;c、反力装置失效;d、探头负荷达到额定荷载时;e、记录仪器显示异常。,5、测试成果的应用CPT(静力触
7、探)在土木工程中的应用特别广泛 土层划分:绘制CPT的贯入曲线(包括qc-H,fs-H,FR-H),然后根据相近的qc、fs和FR,将触探孔分层力学分层,并计算各参数的平均值。结合钻探取样,考虑临界深度进一步分层工程地质分层,并定土名。,临界深度模型试验及实测表明,地表厚层均质土的贯入阻力自地表向下是逐渐增大的。当超过一定深度后,阻力才趋近一个常数值,这个土层表面一定深度就称为临界深度。临界深度在砂土中表现明显,在粘土中基本不存在。,土类划分单桥探头根据Ps,Ps 大的一般为砂层,Ps 小的一般为粘土层。双桥探头 在划分土类时,以qc为主,结合fs(或FR),并在同一层内的触探参数值基本相近为
8、原则。不同的土有不同的FR,砂类土 FR通常小于或等于1,粘性土FR常大于2。,确定土的物理力学性质指标CPT可以确定如 c,Cu,Dr,Es,sat,等土的物理力学性质指标。,确定浅基的承载力用静力触探确定地基承载力一般依据的是经验公式,是建立在静力触探与载荷试验的对比关系上。确定的是地基承载力的基本值,需经过修正。用于一般的建筑物。地基土的成因、时代及含水量等对静力触探求地基承载力的经验公式有影响,经验公式有地区性。,确定单桩的承载力静力触探机理和桩的作用机理类似,静力触探相当于沉桩的模拟试验。与静力触探相比,桩的表面粗糙,直径大,沉桩对桩周土的扰动大,沉降速度慢。应与桩载荷测试配合使用,
9、互相验证。静力触探法计算单桩极限承载力的基本公式如下:,(三)孔压静力触探 1、定义孔隙水压力静力触探(Piezo Cone penetration Test),简称孔压触探(CPTU),它是在普通的CPT探头上安装了可以测量孔隙水压力的传感器,使贯入时能在测量q,s的同时,测量贯入引起的超孔隙水压力,当停止贯入时,可测量超孔隙水压力的消散过程及完全消散时的静止孔隙水压力u孔压触探是可测孔隙水压力的电测式静力触探。,孔压触探与一般的静力触探相比,具有下面一些突出优点:由于不同土体的渗透性差别很大,CPTU量测孔隙水压力的灵敏度很高,能够分辨12cm厚的薄土层土性的变化,因而可以详细分层。特别是
10、在区分砂层和粘土层方面精度很高。可以量测到孔隙水压力,从而有可能进行有效应力分析。可以估算土体的渗透系数和固结系数。可以测定土层不同深度的静止水压力,获得地下水条件的资料。可以区分排水、部分排水和不排水的贯入条件。可计算土的超固结比,评价土层应力历史,计算静止侧压力系数k等。,2、孔压探头,3、孔压探头的饱和与标定,探头饱和的方法有加热排气法和真空排气法可以用水、硅油、甘油等对探头进行饱和孔压探头饱和与检验的装置,孔压探头测力传感器的检验与率定同常规探头对孔压探头,还应进行如下检验与标定1.饱和度检验(采用孔压响应试验)2.测力传感器与孔压传感器之间的干扰3.探头孔压传感器的绝缘性检验孔压传感
11、器的率定孔压率定系数ku,(四)动力触探 1、定义动力触探测试(DPT:dynamic penetration test):是利用一定的锤击动能,将一定规格的探头打入土中,根据打入土的难易程度(可用贯入度、锤击数或探头单位面积动贯入阻力来表示)判定土层性质的一种原位测试的方法。优点:(1)设备简单,且坚固耐用;(2)操作及测试方法容易,一学就会;(3)适用性广;(4)快速,经济,能连续测试土层;(5)有些动力触探,可同时取样,观察描述;(6)经验丰富,使用广泛。,分类:依据为穿心锤的重量和探头类型,标贯与一般动探的主要区别在于探头不同,圆锥动力触探简称动力触探或动探标准贯入测试(Standar
12、d penetration Test)简称标贯(SPT):63.5kg的穿心锤自0.76m高处自由下落,撞击锤座,通过探杆将标准贯入器贯入孔底土层中,记录贯入0.30m的锤击数,用来测试土层物理力学参数的一种测试方法。每次测试共贯入0.45m,其中仅0.3m记锤击数,2、测试设备与测试原理 测试设备 a.探杆(包括导向杆)b.提引器(分内挂式和外挂式两种)c.穿心锤d.锤座(包括钢砧与锤垫)e.探头,测试原理DPT 的基本原理可以用能量平衡法来分析。在一次锤击作用下的功能转换按能量守恒原理,其关系可写成:Em=Ek+Ec+Ef+Ep+Ee 式中:Em-穿心锤下落能量;Ek-锤与触探器碰幢时损失
13、的能量;Ec-触探器弹性变形所消耗的能量;Ef-贯入时用于克服杆侧壁磨阻力所耗能;Ep-由于土的塑性变形而消耗的能量;Ee-由于土的弹性变形而消耗的能量;,考虑在动力触探测试中,只能量测到土的永久变形,故将和弹性有关的变形略去,通过推导可得土的动贯入阻力Rd为:其中:e贯入度(mm),每击贯入的深度;M重锤质量;m触探器质量;A圆锥探头底面积(m2),3、测试程序与要求(1)轻型动力触探 先用轻便钻具钻至试验土层标高以上0.3m处,然后对土层进行连续触探;试验时,穿心锤落距为0.500.02m,记录每打入0.30m所需的锤击数;如想取样,则需把触探杆拔出,换钻头进行取样。一般用于触探深度小于4
14、m的土层。(2)中型动力触探(省略),重型动力触探 试验前将触探架安装平稳,使触探保持垂直地进行。垂直度的最大偏差不得超过2%;贯入时应使穿心锤自由落下。地面上的触探杆的高度不宜过高,以免倾斜与摆动太大;锤击速率宜为每分钟15-30击;及时记录每贯入0.10m所需的锤击数;对于一般砂、圆砾和卵石,触探深度不宜超过12-15m;超过该深度时,需考虑触探杆的侧壁摩阻的影响;每贯入0.1m所需锤击数连续三次超过50击时,即停止试验。,4、测试成果的应用 划分土类或土层剖面锤击数越少,土的颗粒越细;锤击数越多,土的颗粒越粗。,动力触探直方图及土层划分,确定地基土承载力,确定单桩容许承载力,Meyerh
15、of法,式中:B为桩宽度或直径m,h为桩进入砂层的深度m,日本法,式中:N1为桩端处的N值,N2为桩尖上10B范围内的平均N值,(五)载荷试验1、概述载荷平板试验是一种地基土的原位测试方法,可用于测定承压板下应力主要影响范围内岩土的承载力和变形特性。载荷试验可分为浅层平板载荷试验、深层平板载荷试验和螺旋板载荷试验三种。浅层平板载荷试验适用于浅层地基土;深层平板载荷试验适用于埋深大于3m和地下水位以上的地基土;螺旋板载荷试验适用于深层地基土或地下水位以下的地基土。岩土工程勘察规范(GB50021-2001)第条规定,载荷试验应布置在有代表性的地点,每个场地不宜小于3个点,当场地内岩土体不均匀时,
16、应适当增加试验点。浅层平板载荷试验应布置在基础底面标高处。,2、平板载荷试验平板载荷试验(PLT)是在一定面积的刚性承压板上加荷,通过承压板向地基土逐级加荷,测定地基土的压力与变形特性的原位测试方法。它反映承压板下1.52.0倍承压板直径或宽度范围内,地基土强度、变形的综合性状。平板载荷试验可用于以下目的:1)确定地基土承载力的特征值,为评定地基土的承载力提供依据。2)确定地基土的变形模量(排水或不排水)。3)估算地基土的不排水抗剪强度。4)确定地基土基床反力系数。5)估算地基土的固结系数。平板载荷试验分为浅层载荷试验和深层载荷试验,适用于各种地基土,特别适用于各种填土及含碎石的土。平板载荷试
17、验反映承压板下不超过2倍承压板宽度(或直径)范围内地基土的特性,如在这影响范围内地基土为非均质土时,试验结果为一综合性状,给试验数据的分析造成一定的困难。,平板载荷试验基本理论典型的平板载荷试验ps曲线(p为施加于承压板上的压力);s为在相应压力下的沉降)可分为3个阶段(见图),直线变形阶段:当压力小于临塑荷载py(比例极限压力),ps成直线关系。剪切阶段:当压力大于py、小于极限压力pu,ps关系曲线由直线变为曲线。破坏阶段:当压力大于pu,沉降急剧增加。对于直线变形阶段,可以用弹性理论来分析压力与变形的关系。,平板载荷试验的技术要求:1)平板载荷试验的常用装置如图所示。2)承压板尺寸。承压
18、板尺寸对评定承载力影响一般不大。对于含碎石的土,承压板宽度应为最大碎石直径的1020倍;对于不均匀的土层,承压板面积不宜小于0.5m2。一般情况下,宜用面积为0.250.5m2的承压板。3)承压板埋深对评定承载力有影响,一般要求承压板埋深等于零(要求荷载施加在半无限空间的表面),即承压板在基坑底面时,试坑宽度应等于或大于承压板宽度的3倍。在个别情况下,为了挖掘地基土承载力的潜力,可模拟实际基础的埋深进行有一定埋深的嵌入式载荷试验。,4)加荷方式:分级维持荷载沉降相对稳定法(常规慢速法)。分级加荷按等荷载增量均衡施加。荷载增量一般取预估试验土层极限荷载的10%20%,或临塑荷载的20%25%。每
19、一级荷载,自加荷开始按时间间隔,10、10、10、15、15 min,以后每隔30min 观测一次承压板沉降,直至在连续2 h 降量不超过0.1mm/h,或连续1h内每30min沉降不超过0.05mm,即可施加下一级荷载。分级维持荷载沉降非稳定法(快速法)。分级加荷与慢速法同,但每一级荷载按间隔15min观察一次沉降。每级荷载维持,即可施加下一级荷载。等沉降速率法。控制承压板以一定的沉降速率沉降,测读与沉降相对应的所施加的荷载,直至试验达破坏状态。,5)试验结束条件,一般应尽可能进行到试验土层达到破坏阶段,然后终止试验。当出现下列情况之一时,可认为已达破坏阶段:在某级荷载作用下,24h沉降速率
20、不能达到相对稳定标准;承压板周围出现明显侧向挤出,周边岩土出现明显隆起或径向裂缝持续发展;相对沉降(s/b)超过0.060.08。,浅层平板载荷试验要点岩土工程勘察规范(GB50021-2001)规定浅层平板荷载试验的要点为:1)地基土浅层平板荷载试验可适用于浅部地基土层的承压板下应力主要影响范 围内的承载力。承压板面积不应小于0.25m2,对于软土不应小于0.5m。2)试验基坑深度不应小于承压板宽度或直径的3倍。应保持试验土层的原状结构和天然湿度。宜在拟试压表面用粗砂或中砂找平,其厚度不超过20mm。3)加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的2倍。4)每级加载后,按间隔10、10
21、、10、15、15 min,以后每隔30mi测读一次沉降量,当在连续内2h沉降量小于0.1mm/h时,则认为已稳定,可加下一级荷载。,5)当出现下列情况之一时,即可终止加载:承压板周围的土明显地侧向挤出;沉降急剧增大,荷载沉降(ps)曲线出现陡降段;在某一级荷载下,24h 内沉降速率不能达到稳定;当沉降量与承压板或直径之比大于或等于0.06。当满足前三种情况之一时,其对应的前一级荷载定为极限荷载。,深层平板载荷试验的要点岩土工程勘察规范(GB50021-2001)规定深层平板载荷试验要点为:1)深层平板载荷试验可适用于确定深部地基土层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。2)
22、深层平板载荷试验的承压板采用直径为0.8m的刚性板,紧靠承压板周围外侧的土层高度应不少于0.8m3)加荷等级可按预估极限承载力的1/101/15分级施加,以后为每隔。4)每级加荷后,第一个小时内按间隔10、10、10、15、15 min,以后每隔30mi测读一次沉降。当在连续2h内沉降量小于0.1mm/h时,则认为已趋稳定,可加下一级荷载。,5)当出现下列情况之一时,可终止加载:沉降s急剧增大,荷载-沉降(pS)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);在某 荷载下,24h内沉降速率不能达到稳定;本级沉降量大于前一级沉降量的5倍;当持力层土层坚硬,沉降量很小时
23、,最大加载量不小于设计要求的2倍。,试验资料的整理A相对稳定法试验 a 根据原始记录绘制ps和st曲线图。b 修正沉降观测值so 和 ps曲线斜率C。so 和C的求法有图解法和最小二乘法 图解法。在ps曲线草图上找出 比例界限点,从比例界限点引一直线,使比例界限前的各点均匀靠近该直线,直线与纵坐标交点的截距即为so。将直线上任意一点s、p和so代入下式求得C值:S=so+Cp(7-1),最小二乘法。计算式如下:解上两式得式中 N 加荷次数so 教正值,cmp 单位面积压力,kpas 各级荷载下的原始沉降,cmC 斜率,求得so和C值后,按下述方法修正沉降观测值,对于比例界限以前各点,根据C、P
24、值按s=Cp计算;对于比例界限以后各点,则按s=s-so计算。根据p和修正后的s值绘制ps曲线。,二、桩身质量检测,检测前的准备工作,根据桩径大小,受检桩宜布置2个4个检测点,每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个。,D,桩头处理,凿掉浮浆或松散、破碎部分,露出新鲜混凝土桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同 敲击点与传感器安装点打磨平整 桩头干净干燥、无破碎,传感器安装,传感器放置距桩心2/3 R处且安装位置平整尽可能使传感器垂直与桩头平面,空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上,且与桩中心连线形成的夹角宜为90度,激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处 桩顶面应平整
25、、密实、并与桩轴线基本垂直,在桩中传播的应力波,基本假设:一维杆平面波压缩、拉伸(纵波),在桩中传播的应力波,表面波,质点振动,软材料,底部反射,硬材料,在桩中传播的应力波,L,L,L,当波长大于L时,应力波将产生绕射,在桩中传播的应力波,桩身截面变小,在桩中传播的应力波,桩身截面变大,在桩中传播的应力波,半断桩,断桩,在桩中传播的应力波,离析桩,扩底桩,在桩中传播的应力波,嵌岩桩,应力波波速计算,桩身混凝土纵波波速可按下列规定进行判定:应力波在桩身内的传播速度c可根据实测波形测得的时间参数按下列公式计算:,桩身完整的摩擦桩纵波波速计算示意图,C=2000L/tC=2L*f,平均波速计算,式中
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