基礎(chǔ)工程第三章地基承載力及確定課件

第3章地基承載力3.1基本概念3.2設(shè)計理論3.3地基承載力的確定3.4地基承載力的修正1第3章地基承載力3.1基本概念13.1基本概念地基承受荷載的能力。為了滿足地基強度和穩(wěn)定性的要求，設(shè)計時必須控制基礎(chǔ)底面最大壓力不得大于某一界限值，這一界限值稱為地基承載力。地基承載力有容許值、特征值、極限值等。1、地基承載力2、地基承載力特征值fa：指由載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對應(yīng)的壓力值。sp~spcr

pufasa

p23.1基本概念地基承受荷載的能力。為了滿足地基強度和3、地基承載力特征值fa的特點：1.地基承載力特征值實質(zhì)就是容許承載力2.按正常使用極限狀態(tài)原則確定3.以地基的變形作為控制標準

33、地基承載力特征值fa的特點：1.地基承載力特征值實質(zhì)就是重要性系數(shù)分項系數(shù)分項系數(shù)1）容許承載力理論2）極限承載力理論－安全系數(shù)法3）極限承載力理論－分項系數(shù)法3.2設(shè)計理論4重要性系數(shù)分項系數(shù)分項系數(shù)1）容許承載力理論2）極限承載力理1)容許承載力理論承載力：塑性區(qū)開展范圍：Pcr，P1/4，s/b=0.01-0.02（載荷試驗）、計算公式荷載：標準值（組合）F塑性區(qū)容許承載力:確保地基不發(fā)生剪切破壞而失穩(wěn)，同時又保證建筑物的沉降不超過允許值的最大荷載。51)容許承載力理論承載力：塑性區(qū)開展范圍：Pcr，P1/1)容許承載力理論在載荷試驗中可以由其比例界限確定；按一定沉降比人為規(guī)定，例如s/b0.002在理論計算中可以由塑性區(qū)發(fā)展理論中的臨塑荷載pcr、p1/4、p1/3確定。按容許承載力理論確定的承載力，其沉降一般也會滿足要求，常常不需進行沉降驗算。在這種設(shè)計中，工程的安全性和可靠性是無定量的概念。因而是一種經(jīng)驗的設(shè)計方法。其設(shè)計荷載可取為標準值或標準組合。61)容許承載力理論在載荷試驗中可以由其比例界限確定；62)極限承載力理論—安全系數(shù)法承載力：極限承載力理論公式、平板載荷試驗極限值/安全系數(shù)（2~3）荷載：采用標準值（組合）72)極限承載力理論—安全系數(shù)法承載力：7在這一理論方法中，其安全程度用單一的安全系數(shù)K表示，但這一安全系數(shù)反映多大的失事概率是不得而知的。對于地基承載力問題，單一安全系數(shù)法的一般表達式為：8在這一理論方法中，其安全程度用單一的安全系3)極限承載力理論－分項系數(shù)承載力（抗力）：采用極限承載力標準值除以抗力分項系數(shù)荷載：荷載效應(yīng)組合的代表值×分項系數(shù)

93)極限承載力理論－分項系數(shù)承載力（抗力）：9基于可靠度理論的分項系數(shù)設(shè)計方法是一種極限狀態(tài)設(shè)計方法。由于工程中的荷載和抗力都是隨機變量，有多少可能使荷載大于抗力而失事是一個隨機事件。破壞的概率（可能性）決定于兩個隨機變量的均值（眾值，中值及某個分位值）及其分布。

3)極限承載力理論－分項系數(shù)10基于可靠度理論的分項系數(shù)設(shè)計方法是一種極限狀態(tài)設(shè)計方法。3)3.3地基承載力的確定按土的抗剪強度指標以理論公式計算載荷試驗按規(guī)范提供的承載力表確定（地方規(guī)范）經(jīng)驗方法113.3地基承載力的確定按土的抗剪強度指標以理論公式計算111）理論公式：

pcr、p1/4、p1/3以及極限承載力理論計算公式,如太沙基、普郎德爾、斯肯普特、漢森、魏西克公式等。當偏心距e小于或等于0.033倍基礎(chǔ)底面寬度時，根據(jù)土的抗剪強度指標確定地基承載力特征值可按下式計算，并應(yīng)滿足變形要求：fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck

以p1/4=NB/2+Nq

d+Ncc為理論依據(jù)1、按土的抗剪強度指標確定2）規(guī)范推薦的公式≥24°時，Mb實際比理論大121）理論公式：pcr、p1/4、p1/3以及極限承載力理fa——由土的抗剪強度指標確定的地基承載力特征值；Mb、Md、Mc——承載力系數(shù)，按規(guī)范GB50007-2002查表確定；b——基礎(chǔ)底面寬度，大于6m按6m取值，對于砂土小于3m按3m取值ck——基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標準值。γ——基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；γm——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度；注意：上式計算結(jié)果不再進行寬度和深度的修正。應(yīng)進行地基變形驗算。13fa——由土的抗剪強度指標確定的地基承載力特征值；13承載力系數(shù)

Mb、Md、Mc表3-1土的內(nèi)摩擦角標準值ψk(°)MbMdMc0

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5.00

5.801.00

1.12

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2.72

3.06

3.44

3.87

4.37

4.93

5.59

6.35

7.21

8.25

9.44

10.843.14

3.32

3.51

3.71

3.93

4.17

4.42

4.69

5.00

5.31

5.66

6.04

6.45

6.90

7.40

7.95

8.55

9.22

9.97

10.80

11.73注：

ψk---基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的內(nèi)摩擦角標準值.14承載力系數(shù)Mb、Md、Mc表32、載荷試驗法

載荷試驗：包括淺層平板載荷試驗和深層平板載荷試驗，淺層平板載荷試驗適用于淺層地基，深層平板載荷試驗適用于深層地基。

152、載荷試驗法載荷試驗：包括淺層平板載荷試1616淺層平板載荷試驗17淺層平板載荷試驗171818

載荷板的測試范圍：在現(xiàn)場通過0.25～0.50m2的載荷板對擾動較少的地基土體直接施荷，所測得的成果一般能反映相當于1～2倍荷載板寬度的深度以內(nèi)土體的平均性質(zhì)。

規(guī)范要求:對地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級的建筑物采用載荷試驗、理論公式計算及其他原位試驗等方法綜合確定。19載荷板的測試范圍：在現(xiàn)場通過0.25～0.50m2的載荷板試驗的主要優(yōu)缺點：載荷試驗可靠性高；費時、耗資；試驗只能反映淺層地基的承載力。

圖載荷板與實際基礎(chǔ)對地基的影響深度比較(a)載荷試驗(b)實際基礎(chǔ)

20載荷板試驗的主要優(yōu)缺點：圖載荷板與實際基礎(chǔ)對地基的影響確定地基承載力特征值的方法(一)p-s曲線“陡降型”——取值主要由地基強度控制，常出現(xiàn)于低壓縮性土（二）p-s曲線“緩變型”——取值主要由地基允許變形控制，常出現(xiàn)于中、高壓縮性土21確定地基承載力特征值的方法(一)p-s曲線(一)p-s曲線“陡降型”

取圖中的比例界限荷載作為承載力特征值對于少數(shù)呈“脆性”破壞的土，Pb與極限載荷很接近，當Pu<2Pb時，取Pu/2作為承載力特征值。22(一)p-s曲線“陡降型”取圖中的比例界限荷載作為承載力特（二）p-s曲線“緩變型”

當壓板面積為0.25～0.50m2時，規(guī)定取s/b=0.01～0.015所對應(yīng)的荷載作為承載力特征值，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。23（二）p-s曲線“緩變型”當壓板面積為同一層土，應(yīng)選擇三個以上試驗點，得到

則取24同一層土，應(yīng)選擇三個以上試驗點，得到23、巖石地基承載力確定方法按巖基載荷試驗方法確定。按GB50007-2002附錄H進行。對完整、較完整、較破碎的巖石地基承載力特征值，可根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強度按下式計算：

式中：fa——巖石地基承載力特征值（kPa）；

frk——巖石飽和單軸抗壓強度標準值（kPa）,按下式計算：253、巖石地基承載力確定方法按巖基載荷試驗方法確定。按GB50frk=ψ×frmψ=1-(1.704/√n+4.678/n2)δψ、δ、n——分別為統(tǒng)計修正系數(shù)、變異系數(shù)和統(tǒng)計個數(shù)。frm——巖石飽和單軸抗壓強度平均值；該值是以每組六個φ50mm*100mm的飽和巖樣（對于粘土質(zhì)巖，在確保施工期及使用期不致遭水浸泡時，可采用天然濕度的式樣，不進行飽和處理）以每秒500~800kPa的加載速度加載直至試樣破壞，作為一組試樣試驗值計算其平均值。ψr——折減系數(shù)。根據(jù)巖體完整程度以及結(jié)構(gòu)面的間距、寬度、產(chǎn)狀和組合，由地區(qū)經(jīng)驗確定。無經(jīng)驗時，對完整巖體可取0.5；對較完整巖體可取0.2~0.5；對較破碎巖體可取0.1~0.2；該折減系數(shù)值未考慮施工因數(shù)及建筑物使用后風(fēng)化作用的繼續(xù)。26frk=ψ×frm26在ψr的確定中，關(guān)鍵的是要確定巖體的完整性，巖體的完整程度劃分為完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎?？砂聪卤矶縿澐郑和暾潭韧暾^完整較破碎破碎極破碎完整性指數(shù)＞0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15＜0.15令完整性指數(shù)為ζ，則ζ=(VPY/VPK)2，式中：VPY為巖體縱波波速，VPK為巖塊縱波波速。選定巖體、巖塊測定波速時應(yīng)有代表性。當缺乏試驗數(shù)據(jù)時可按GB50007~2002附錄A.0.2執(zhí)行。27在ψr的確定中，關(guān)鍵的是要確定巖體的完整性，巖體的完靜力觸探；動力觸探；標準貫入試驗等當?shù)鼗A(chǔ)設(shè)計等級為甲級和乙級時，應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗成果綜合分析，不宜單獨應(yīng)用。其他原位測試方法28靜力觸探；當?shù)鼗A(chǔ)設(shè)計等級為甲級和乙級時，應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗成3.4地基承載力的修正當基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.5m時，從荷載試驗或其他原位測試、經(jīng)驗值等方法確定的地基承載力特征值，尚應(yīng)按下式修正：293.4地基承載力的修正當基礎(chǔ)寬度大于3m或埋置深度大于0.ηb、ηd——基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)。按基礎(chǔ)下土的類別查表取值。γ——基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；γm——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度；b——基礎(chǔ)底面寬度（m），當基寬小于3m時按3m取值，大于6m時按6m取值；d——基礎(chǔ)埋置深度（m），一般自室外地面標高算起。在填方整平地區(qū)，可自填土地面標高算起，但填土在上部結(jié)構(gòu)施工后完成時，應(yīng)從天然地面標高算起。對于地下室，如采用箱形基礎(chǔ)或筏基時，基礎(chǔ)埋置深度自室外地面標高算起；當采用獨立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)時，自室內(nèi)地面標高算起。30ηb、ηd——基礎(chǔ)寬度和埋深的地基承載力修正系數(shù)。按基礎(chǔ)下31313232例1：如圖所示地質(zhì)土性和獨立基礎(chǔ)尺寸，使用承載力公式計算持力層的承載力特征值。若地下水穩(wěn)定下降1m至1.7m，問承載力特征值有何變化？33例1：如圖所示地質(zhì)土性和獨立基礎(chǔ)尺寸，使用承載力公式計算持解：由φk=20o,查表得Mb=0.51、Md=3.06、Mc=5.66。持力層地基承載力的特征值為：若地下水穩(wěn)定下降1—1.7m，則地基承載力特征值增加至：34解：由φk=20o,查表得Mb=0.51、Md=3.06例2：某柱基，作用在設(shè)計處的荷載特征值、基礎(chǔ)尺寸、埋置深度及地基條件如圖所示，計算修正后的地基承載力特征值。圖5-335例2：某柱基，作用在設(shè)計處的荷載特征值、基礎(chǔ)尺寸、埋置深可以查得承載力特征值修正系數(shù)：基底以上的土加權(quán)平均重度為：持力層承載力特征值修正后為：36可以查得承載力特征值修正系數(shù)：基底以上的土加權(quán)平均重度為：持例3：某建筑物基礎(chǔ)寬度b=3.5m，埋深d=3m.承受上部結(jié)構(gòu)荷載F=2800KN，M=80KN。M。其地基土層的分布如圖所示?，F(xiàn)在粉質(zhì)粘土層中取土原狀土樣進行三軸試驗，測得抗剪強度參數(shù)如表所示。試確定粉質(zhì)粘土層的地基承載力。37例3：某建筑物基礎(chǔ)寬度b=3.5m，埋深d=3m.承受根據(jù)抗剪強度指標的確定方法可得：38根據(jù)抗剪強度指標的確定方法可得：383939（2）根據(jù)條件，可用規(guī)范推薦的理論公式來確定地基承載力特征值，由φk=25.470查表用內(nèi)插法40（2）根據(jù)條件，可用規(guī)范推薦的理論公式來確定地基承載力特第3章地基承載力3.1基本概念3.2設(shè)計理論3.3地基承載力的確定3.4地基承載力的修正41第3章地基承載力3.1基本概念13.1基本概念地基承受荷載的能力。為了滿足地基強度和穩(wěn)定性的要求，設(shè)計時必須控制基礎(chǔ)底面最大壓力不得大于某一界限值，這一界限值稱為地基承載力。地基承載力有容許值、特征值、極限值等。1、地基承載力2、地基承載力特征值fa：指由載荷試驗測定的地基土壓力變形曲線線性變形段內(nèi)規(guī)定的變形所對應(yīng)的壓力值。sp~spcr

pufasa

p423.1基本概念地基承受荷載的能力。為了滿足地基強度和3、地基承載力特征值fa的特點：1.地基承載力特征值實質(zhì)就是容許承載力2.按正常使用極限狀態(tài)原則確定3.以地基的變形作為控制標準

433、地基承載力特征值fa的特點：1.地基承載力特征值實質(zhì)就是重要性系數(shù)分項系數(shù)分項系數(shù)1）容許承載力理論2）極限承載力理論－安全系數(shù)法3）極限承載力理論－分項系數(shù)法3.2設(shè)計理論44重要性系數(shù)分項系數(shù)分項系數(shù)1）容許承載力理論2）極限承載力理1)容許承載力理論承載力：塑性區(qū)開展范圍：Pcr，P1/4，s/b=0.01-0.02（載荷試驗）、計算公式荷載：標準值（組合）F塑性區(qū)容許承載力:確保地基不發(fā)生剪切破壞而失穩(wěn)，同時又保證建筑物的沉降不超過允許值的最大荷載。451)容許承載力理論承載力：塑性區(qū)開展范圍：Pcr，P1/1)容許承載力理論在載荷試驗中可以由其比例界限確定；按一定沉降比人為規(guī)定，例如s/b0.002在理論計算中可以由塑性區(qū)發(fā)展理論中的臨塑荷載pcr、p1/4、p1/3確定。按容許承載力理論確定的承載力，其沉降一般也會滿足要求，常常不需進行沉降驗算。在這種設(shè)計中，工程的安全性和可靠性是無定量的概念。因而是一種經(jīng)驗的設(shè)計方法。其設(shè)計荷載可取為標準值或標準組合。461)容許承載力理論在載荷試驗中可以由其比例界限確定；62)極限承載力理論—安全系數(shù)法承載力：極限承載力理論公式、平板載荷試驗極限值/安全系數(shù)（2~3）荷載：采用標準值（組合）472)極限承載力理論—安全系數(shù)法承載力：7在這一理論方法中，其安全程度用單一的安全系數(shù)K表示，但這一安全系數(shù)反映多大的失事概率是不得而知的。對于地基承載力問題，單一安全系數(shù)法的一般表達式為：48在這一理論方法中，其安全程度用單一的安全系3)極限承載力理論－分項系數(shù)承載力（抗力）：采用極限承載力標準值除以抗力分項系數(shù)荷載：荷載效應(yīng)組合的代表值×分項系數(shù)

493)極限承載力理論－分項系數(shù)承載力（抗力）：9基于可靠度理論的分項系數(shù)設(shè)計方法是一種極限狀態(tài)設(shè)計方法。由于工程中的荷載和抗力都是隨機變量，有多少可能使荷載大于抗力而失事是一個隨機事件。破壞的概率（可能性）決定于兩個隨機變量的均值（眾值，中值及某個分位值）及其分布。

3)極限承載力理論－分項系數(shù)50基于可靠度理論的分項系數(shù)設(shè)計方法是一種極限狀態(tài)設(shè)計方法。3)3.3地基承載力的確定按土的抗剪強度指標以理論公式計算載荷試驗按規(guī)范提供的承載力表確定（地方規(guī)范）經(jīng)驗方法513.3地基承載力的確定按土的抗剪強度指標以理論公式計算111）理論公式：

pcr、p1/4、p1/3以及極限承載力理論計算公式,如太沙基、普郎德爾、斯肯普特、漢森、魏西克公式等。當偏心距e小于或等于0.033倍基礎(chǔ)底面寬度時，根據(jù)土的抗剪強度指標確定地基承載力特征值可按下式計算，并應(yīng)滿足變形要求：fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck

以p1/4=NB/2+Nq

d+Ncc為理論依據(jù)1、按土的抗剪強度指標確定2）規(guī)范推薦的公式≥24°時，Mb實際比理論大521）理論公式：pcr、p1/4、p1/3以及極限承載力理fa——由土的抗剪強度指標確定的地基承載力特征值；Mb、Md、Mc——承載力系數(shù)，按規(guī)范GB50007-2002查表確定；b——基礎(chǔ)底面寬度，大于6m按6m取值，對于砂土小于3m按3m取值ck——基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的粘聚力標準值。γ——基礎(chǔ)底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；γm——基礎(chǔ)底面以上土的加權(quán)平均重度，地下水位以下取浮重度；注意：上式計算結(jié)果不再進行寬度和深度的修正。應(yīng)進行地基變形驗算。53fa——由土的抗剪強度指標確定的地基承載力特征值；13承載力系數(shù)

Mb、Md、Mc表3-1土的內(nèi)摩擦角標準值ψk(°)MbMdMc0

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5.59

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10.843.14

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6.04

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7.40

7.95

8.55

9.22

9.97

10.80

11.73注：

ψk---基底下一倍短邊寬深度內(nèi)土的內(nèi)摩擦角標準值.54承載力系數(shù)Mb、Md、Mc表32、載荷試驗法

載荷試驗：包括淺層平板載荷試驗和深層平板載荷試驗，淺層平板載荷試驗適用于淺層地基，深層平板載荷試驗適用于深層地基。

552、載荷試驗法載荷試驗：包括淺層平板載荷試5616淺層平板載荷試驗57淺層平板載荷試驗175818

載荷板的測試范圍：在現(xiàn)場通過0.25～0.50m2的載荷板對擾動較少的地基土體直接施荷，所測得的成果一般能反映相當于1～2倍荷載板寬度的深度以內(nèi)土體的平均性質(zhì)。

規(guī)范要求:對地基基礎(chǔ)設(shè)計等級為甲級的建筑物采用載荷試驗、理論公式計算及其他原位試驗等方法綜合確定。59載荷板的測試范圍：在現(xiàn)場通過0.25～0.50m2的載荷板試驗的主要優(yōu)缺點：載荷試驗可靠性高；費時、耗資；試驗只能反映淺層地基的承載力。

圖載荷板與實際基礎(chǔ)對地基的影響深度比較(a)載荷試驗(b)實際基礎(chǔ)

60載荷板試驗的主要優(yōu)缺點：圖載荷板與實際基礎(chǔ)對地基的影響確定地基承載力特征值的方法(一)p-s曲線“陡降型”——取值主要由地基強度控制，常出現(xiàn)于低壓縮性土（二）p-s曲線“緩變型”——取值主要由地基允許變形控制，常出現(xiàn)于中、高壓縮性土61確定地基承載力特征值的方法(一)p-s曲線(一)p-s曲線“陡降型”

取圖中的比例界限荷載作為承載力特征值對于少數(shù)呈“脆性”破壞的土，Pb與極限載荷很接近，當Pu<2Pb時，取Pu/2作為承載力特征值。62(一)p-s曲線“陡降型”取圖中的比例界限荷載作為承載力特（二）p-s曲線“緩變型”

當壓板面積為0.25～0.50m2時，規(guī)定取s/b=0.01～0.015所對應(yīng)的荷載作為承載力特征值，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。63（二）p-s曲線“緩變型”當壓板面積為同一層土，應(yīng)選擇三個以上試驗點，得到

則取64同一層土，應(yīng)選擇三個以上試驗點，得到23、巖石地基承載力確定方法按巖基載荷試驗方法確定。按GB50007-2002附錄H進行。對完整、較完整、較破碎的巖石地基承載力特征值，可根據(jù)室內(nèi)飽和單軸抗壓強度按下式計算：

式中：fa——巖石地基承載力特征值（kPa）；

frk——巖石飽和單軸抗壓強度標準值（kPa）,按下式計算：653、巖石地基承載力確定方法按巖基載荷試驗方法確定。按GB50frk=ψ×frmψ=1-(1.704/√n+4.678/n2)δψ、δ、n——分別為統(tǒng)計修正系數(shù)、變異系數(shù)和統(tǒng)計個數(shù)。frm——巖石飽和單軸抗壓強度平均值；該值是以每組六個φ50mm*100mm的飽和巖樣（對于粘土質(zhì)巖，在確保施工期及使用期不致遭水浸泡時，可采用天然濕度的式樣，不進行飽和處理）以每秒500~800kPa的加載速度加載直至試樣破壞，作為一組試樣試驗值計算其平均值。ψr——折減系數(shù)。根據(jù)巖體完整程度以及結(jié)構(gòu)面的間距、寬度、產(chǎn)狀和組合，由地區(qū)經(jīng)驗確定。無經(jīng)驗時，對完整巖體可取0.5；對較完整巖體可取0.2~0.5；對較破碎巖體可取0.1~0.2；該折減系數(shù)值未考慮施工因數(shù)及建筑物使用后風(fēng)化作用的繼續(xù)。66frk=ψ×frm26在ψr的確定中，關(guān)鍵的是要確定巖體的完整性，巖體的完整程度劃分為完整、較完整、較破碎、破碎和極破碎。可按下表定量劃分：完整程度完整較完整較破碎破碎極破碎完整性指數(shù)＞0.750.75~0.550.55~0.350.35~0.15＜0.15令完整性指數(shù)為ζ，則ζ=(VPY/VPK)2，式中：VPY為巖體縱波波速，VPK為巖塊縱波波速。選定巖體、巖塊測定波速時應(yīng)有代表性。當缺乏試驗數(shù)據(jù)時可按GB50007~2002附錄A.0.2執(zhí)行。67在ψr的確定中，關(guān)鍵的是要確定巖體的完整性，巖體的完靜力觸探；動力觸探；標準貫入試驗等當?shù)鼗A(chǔ)設(shè)計等級為甲級和乙級時，應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗成果綜合分析，不宜單獨應(yīng)用。其他原位測試方法68靜力觸探；當?shù)鼗A(chǔ)設(shè)計等級為甲級和乙級時，應(yīng)結(jié)合室內(nèi)試驗成3.4地基承載力的修正當基礎(chǔ)