工程試驗(yàn)講義

28三月2024工程試驗(yàn)講義第１章內(nèi)容概述（地基基礎(chǔ)的一般知識(shí)）1.1試驗(yàn)設(shè)備和方法1.2基本測(cè)試原理1.3試驗(yàn)成果的整理分析1.4螺旋板載荷試驗(yàn)要點(diǎn)1.5復(fù)合地基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)1.6巖石地基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)1.7小結(jié)概述（地基基礎(chǔ)的一般知識(shí)）1.建筑物、地基、基礎(chǔ)的關(guān)系2.地基基礎(chǔ)的類型3.對(duì)地基和基礎(chǔ)的一般要求4.地基和基礎(chǔ)的常用檢測(cè)方法1.建筑物、地基、基礎(chǔ)的關(guān)系一個(gè)完整的建筑體系包括了上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基三個(gè)組成部分，三者構(gòu)成一個(gè)相互依存的整體，具有各自的功能。上部結(jié)構(gòu)是完成設(shè)計(jì)預(yù)定功能的主體結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)通常指建筑物最下端與地基直接接觸并經(jīng)過了特殊處理的結(jié)構(gòu)部件。地基是指建筑物下方的承受建筑物的荷載并維持建筑物穩(wěn)定的巖土體。請(qǐng)看圖例。圖1房屋建筑體系的組成樓層（上部結(jié)構(gòu)）基礎(chǔ)（下部結(jié)構(gòu)）地基橋跨（上部結(jié)構(gòu)）橋墩（下部結(jié)構(gòu)）地基地基基礎(chǔ)（下部結(jié)構(gòu)）圖2橋梁建筑體系的組成2.地基基礎(chǔ)的類型

（1）地基的類型（2）基礎(chǔ)的類型3.對(duì)地基和基礎(chǔ)的一般要求保證建筑物的安全和正常使用，充分發(fā)揮地基的承載能力。安全保證是第一位的。此外尚應(yīng)注意經(jīng)濟(jì)與安全的協(xié)調(diào)。4.地基和基礎(chǔ)的常用檢測(cè)方法地基檢測(cè)方法：靜載試驗(yàn)，靜力觸探，動(dòng)力觸探，標(biāo)準(zhǔn)貫入。承載力與變形指標(biāo)檢測(cè)常用靜載試驗(yàn)，均勻性與密實(shí)程度檢測(cè)常用靜力觸探、動(dòng)力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入。樁基礎(chǔ)檢測(cè)方法：靜載試驗(yàn)，低應(yīng)變，高應(yīng)變，超聲波，鉆芯。承載力檢測(cè)常用靜載試驗(yàn)（單樁，深井）和高應(yīng)變，強(qiáng)度與完整性檢測(cè)常用低應(yīng)變、超聲波和鉆芯法。1.1試驗(yàn)設(shè)備和方法一、試驗(yàn)設(shè)備目前國(guó)內(nèi)采用的試驗(yàn)裝置，大體可歸納為由承壓板、加荷系統(tǒng)、反力系統(tǒng)、觀測(cè)系統(tǒng)四部分組成。設(shè)備的具體布置方式有如下兩種：

百分表堆載荷載板主梁平臺(tái)千斤頂圖2-1堆載平臺(tái)系統(tǒng)的設(shè)備布置圖2-2錨樁反力梁系統(tǒng)的設(shè)備布置鋼絞線錨樁基準(zhǔn)梁千斤頂承壓板支墩鋼板工字鋼錨具反力梁（一）承壓板類型和尺寸

承壓板可用混凝土、鋼筋混凝土、鋼板、鑄鐵板等制成，多以鋼板為主。要求壓板具有足夠的剛度，不破損、不撓曲，壓板底部光滑平整，尺寸和傳力重心準(zhǔn)確，搬運(yùn)和安置方便。承壓板形狀可加工成正方形或圓形，其中圓形壓板受力條件較好而且邊界條件簡(jiǎn)單，使用最多。（二）承壓板面積巖土工程勘察規(guī)范規(guī)定一般宜采用0.25~0.50m2，對(duì)均質(zhì)密實(shí)的土，可采用0.1m2，對(duì)軟土和人工填土，不應(yīng)小于0.5m2。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ5007-2002規(guī)定承壓板面積不應(yīng)小于0.25m2，對(duì)于軟土不應(yīng)小于0.5m2。采用單樁復(fù)合地基試驗(yàn)方式時(shí)，壓板面積為一根樁承擔(dān)的處理面積。采用多樁復(fù)合地基試驗(yàn)方式時(shí)，壓板面積為相應(yīng)多根樁承擔(dān)的處理面積。二、試驗(yàn)方法平板載荷試驗(yàn)適用于淺層地基、深層地基或大直徑人工挖孔樁的樁端土層測(cè)試。試驗(yàn)的加載方式一般采用分級(jí)維持荷載沉降相對(duì)穩(wěn)定法（慢速法）和沉降非穩(wěn)定法（快速法），以慢速法為主。典型的慢速法加載過程（建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范GBJ5007-2002）：荷載分級(jí)：不應(yīng)少于8級(jí)，最大加載量不應(yīng)小于設(shè)計(jì)要求的兩倍；數(shù)據(jù)測(cè)讀：每級(jí)加載后，按間隔10、10、10、15、15min，以后為每隔半小時(shí)測(cè)讀一次沉降量。穩(wěn)定標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)在連續(xù)兩小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)的沉降量小于0.1mm時(shí)，認(rèn)為沉降已趨穩(wěn)定，可加下一級(jí)荷載。加載終止標(biāo)準(zhǔn)：1.承壓板周圍的土明顯地側(cè)向擠出；2.沉降s急驟增大，荷載~沉降（p~s）曲線出現(xiàn)陡降段；3.在某一級(jí)荷載的作用下，24小時(shí)內(nèi)沉降速率不能達(dá)到穩(wěn)定；4.沉降量與承壓板寬度或直徑之比大于或等于0.06。卸載：該規(guī)范沒有對(duì)卸載過程做出規(guī)定，但完整的試驗(yàn)應(yīng)包含卸載過程。注意各規(guī)范的規(guī)定有一些差別。1.2復(fù)合地基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)復(fù)合地基測(cè)試的特殊性，主要在于復(fù)合地基中存在加固體。關(guān)鍵在于壓板尺寸的選擇和壓板的安裝。

選擇壓板尺寸時(shí)應(yīng)根據(jù)地基處理時(shí)的施工圖計(jì)算。采用單樁復(fù)合地基試驗(yàn)方式時(shí)，壓板在安裝時(shí)要特別注意壓板下面應(yīng)該只有一根樁，且應(yīng)該使壓板的中心與樁的中心對(duì)正。采用多樁復(fù)合地基試驗(yàn)方式時(shí)，應(yīng)該使壓板的中心與樁群的中心對(duì)正。

一、單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)

圖2-3a)矩形布樁方式圖2-3b)等邊三角形布樁方式圖2-3c)梅花形布樁方式一根樁承擔(dān)的處理面積可按如下方法計(jì)算：對(duì)于矩形布樁，一根樁承擔(dān)的處理面積等于兩個(gè)方向的樁距的乘積；對(duì)于等邊三角形布樁，一根樁承擔(dān)的處理面積等于0.866乘以樁距的平方；對(duì)于梅花形布樁，一根樁承擔(dān)的處理面積等于樁的行距與排距的乘積。單樁或多樁復(fù)合地基靜載試驗(yàn)與常規(guī)靜載試驗(yàn)的差異在于：1．壓板的面積有比較嚴(yán)格的規(guī)定。2．壓板的定位要求不同。平面上與樁的中心或重心重合，標(biāo)高與樁頂一致。3．依據(jù)的規(guī)范不同，故試驗(yàn)過程與控制標(biāo)準(zhǔn)有一些差異。4．曲線特征多為緩變形，且平滑度較差。一般試驗(yàn)過程與常規(guī)壓板試驗(yàn)相同，只是在選擇承壓板時(shí)，進(jìn)行樁體測(cè)試的壓板應(yīng)與樁的截面適應(yīng)，進(jìn)行土體測(cè)試的壓板可按常規(guī)地基測(cè)試的壓板選擇，但應(yīng)注意其覆蓋面內(nèi)不應(yīng)有樁體存在，且其周邊應(yīng)留有適當(dāng)余地。二、樁土分離式試驗(yàn)要點(diǎn)

測(cè)試完成后，分別對(duì)樁體和土體進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出樁的承載力特征值和土的承載力特征值，然后按下式計(jì)算復(fù)合地基承載力特征值：fsp，k=mfp，k+(1-m)fs，km=Ap/Asp1.3試驗(yàn)成果的整理分析一、試驗(yàn)成果的整理（一）原始讀數(shù)的計(jì)算復(fù)核（二）異常數(shù)據(jù)處理大量實(shí)測(cè)結(jié)果表明，當(dāng)?shù)鼗恋木鶆蛐陨锌汕覝y(cè)試過程正常時(shí)，測(cè)試得出的主要曲線（p-s曲線）是比較光滑的。所謂異常數(shù)據(jù)是指背離這一規(guī)律性的數(shù)據(jù)。最好的辦法是防止發(fā)生數(shù)據(jù)異常。（三）曲線繪制

一般地，地基靜載試驗(yàn)主要應(yīng)繪制p-s曲線，但根據(jù)需要，還可繪制各級(jí)荷載作用下的沉降和時(shí)間之間的關(guān)系曲線以及地面變形曲線。完整的p-s曲線包含了3個(gè)階段，例如：

圖2-4地基靜載試驗(yàn)的典型p-s曲線

若繪出的p~s曲線的直線段不通過坐標(biāo)原點(diǎn)，可按直線段的趨勢(shì)確定曲線的起始點(diǎn)，以便對(duì)p~s曲線進(jìn)行修正。必要時(shí)可繪制其他輔助判斷曲線，比如s~lgt曲線、s~lgp曲線等。二、地基承載力的判斷確定地基的承載力時(shí)既要控制強(qiáng)度，又要能確保建筑物不致產(chǎn)生過大沉降?！督ㄖ鼗A(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ50007-2002）對(duì)于確定承載力特征值的規(guī)定如下：1.當(dāng)p~s曲線上有比例界限時(shí)，取該比例界限所對(duì)應(yīng)的荷載值；2.當(dāng)極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限的荷載值的2倍時(shí)，取極限荷載的一半；

3.當(dāng)不能按上述兩款要求確定時(shí)，當(dāng)壓板面積為0.25~0.5m2，可取s/b=0.01~0.015所對(duì)應(yīng)的荷載，但其值不應(yīng)大于最大加載量的一半。同一土層參加統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)點(diǎn)不應(yīng)少于3點(diǎn)，當(dāng)試驗(yàn)實(shí)測(cè)值的極差不超過其平均值的30%時(shí)，取此平均值作為該土層的地基承載力特征值fak。單樁或多樁復(fù)合地基承載力的計(jì)算方法大致相同。三、變形模量計(jì)算在p-s曲線的直線段OA上可以任選一點(diǎn)p和對(duì)應(yīng)的s，代入下列公式即可算出壓板下壓縮土層(大致3B或3D厚)內(nèi)的平均E0值，并可用于計(jì)算地基沉降。

圓形剛性壓板（D為直徑）：方形剛性壓板（B為邊長(zhǎng)）：

要注意的是，如果壓板下方不遠(yuǎn)處還含有軟弱下臥層，把表層荷載試驗(yàn)所得的E0用于全壓縮層的總沉降計(jì)算，其結(jié)果必然較地基的實(shí)際沉降為低，這是偏危險(xiǎn)的。

四、實(shí)例分析

載荷試驗(yàn)中采用直徑1.128m的圓形壓板，得出的p-s曲線如圖2-4，已知壓板下的地基土較為均勻，其橫向變形系數(shù)

可取為0.25。試根據(jù)該圖確定該地基土的極限荷載pl、承載力特征值fak、和變形模量E0。

解：按該圖得到A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載為350kPa，相應(yīng)的壓板沉降量為12.4mm，C點(diǎn)對(duì)應(yīng)的荷載為500kPa。故得到地基土的比例界限為350kPa，極限荷載pl為500kPa。按規(guī)范的規(guī)定，因?yàn)楸壤缦薏皇呛芮逦?，而極限荷載容易確定且極限荷載小于對(duì)應(yīng)比例界限值的2倍，故取極限荷載的一半作為該試驗(yàn)點(diǎn)的承載力特征值，即為250kPa。算得變形模量：從上述計(jì)算過程可以看出，在數(shù)據(jù)處理和分析過程中不是太精確，規(guī)范的規(guī)定對(duì)很多情況也不是太明確，一般應(yīng)借助于經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)，且應(yīng)偏于安全。

復(fù)習(xí)思考題基礎(chǔ)的