全面!10种地基承载力检测方法1次讲透
发布时间:2019-07-24

 

地基承载力(Subgrade Bearing Capacity)

 

地基土单位面积上随荷载增加所发挥的承载潜力,常用单位kPa,是评价地基稳定性的综合性用词。应该指出,地基承载力是针对地基基础设计提出的为方便评价地基强度和稳定的实用性专业术语,不是土的基本性质指标。土的抗剪强度理论是研究和确定地基承载力的理论基础。

 


 

在荷载作用下,地基要产生变形。随着荷载的增大,地基变形逐渐增大,初始阶段地基土中应力处在弹性平衡状态,具有安全承载能力。当荷载增大到地基中开始出现某点或小区域内各点在其某一方向平面上的剪应力达到土的抗剪强度极限时,该点或小区域内各点就发生剪切破坏而处在极限平衡状态,土中应力将发生重分布。这种小范围的剪切破坏区,称为塑性区(Plastic Zone)。地基小范围的极限平衡状态大都可以恢复到弹性平衡状态,地基尚能趋于稳定,仍具有安全的承载能力。但此时地基变形稍大,必须验算变形的计算值不允许超过允许值。当荷载继续增大,地基出现较大范围的塑性区时,将显示地基承载力不足而失去稳定。此时地基达到极限承载力。

 

01

地基承载力检测方法

 

部分原位测试方法原理图

 

平板荷载试验

01

适用于各类土、软质岩和风化岩体。

平板荷载试验是一项使用最早、应用最广泛的原位试验方法,该试验是在一定尺寸的刚性承压板上分级施加荷载,观测各级荷载作用下天然地基土随压力而变形的原位试验,它可用于:根据荷载-沉降关系线(曲线)确定地基的承载力;设计土的变形模量;估算土的不排水抗剪强度及极限填土高度。

 

螺旋板荷载试验

02

适用于软土、一般粘性土、粉土及砂类土。

螺旋板载荷试验(SPLT)是将一螺旋形的承压板用人力或机械旋入地面以下的预定深度,通过传力杆向螺旋形承压板施加压力,测定承压板的下沉量。

 

标准贯入试验

03

适用于一般粘性土、粉土及砂类土。

标准贯入试验(standard penetration test,SPT)是动力触探的一种,是在现场测定砂或粘性土的地基承载力的一种方法。这一方法已被列入中国国家《工业与民用建筑地基基础设计规范》中。

标准贯入测试图示

1

钻孔至预定深度后,用一个重63.5kg (140磅)的落锤,从76cm (30英寸)的高度自由落下,锤击一根标准的探杆。

2

根据取样长度的要求,将取样器从当前的孔底向下贯入18或者24英寸。

3

记录探杆贯入15cm所需要的锤击数,然后记录后30cm中每10cm的锤击数及30cm的总计锤击数。

4

天然状态砂土的密实度分类

标准贯入试验锤击数N

密实度

N≤10

松散

10<N≤15

稍密

15<N≤30

中密

N>30

密实

标准开管式的贯入器

标准贯入分析仪

标准贯入分析仪是一种广泛应用于岩土工程勘察领域的标贯仪器能量标定设备。

使用几种不同类型的SPT锤进行标准贯入试验(SPT)时,不同的锤击效率会影响到标贯击数(N值)的取值(不同锤的能量传输比:环状锤45%,安全锤60%,自动锤80%)。为了提高标准贯入试验(SPT)中标贯击数(N值)的可靠性,标准贯入分析仪通过测量标准贯入试验(SPT)中锤击时的力和速度值,来确定锤击的转换能量。

 

动力触探试验

04

适用于粘性土、砂类土和碎石类土。

 

 

动力触探试验(DPT)是岩土工程勘察常用的一种原位测试方法。该方法是利用一定的落锤质量,将一定尺寸、一定形状的探头打入土中,根据打入的难度,即贯入锤击数,判定土层名称及其工程性质。

APAFOR多功能重型动力触探仪

多功能性动力触探仪包含三大功能:重型动力触探仪,动力触探试验取样系统,锤击取芯筒

  • 非常紧凑,可折叠桅杆,方便运输

  • 完整的锤击计数贯入试验

  • 取样管内部为光滑的塑料内衬,可以进行无扰动取样

  • 完全由热发动机提供动力

  • 结实的支架确保稳定站立

APAFOR100重型动力触探仪

动力触探仪和取样系统,符合NF P 94-114和94-115标准,用于动力触探试验;符合XP 94-063标准,用于控制沟渠或者平面压实度。

  • 非常高的能量-重量比率

  • 非常紧凑和轻便,便于运输

  • 完整锤击数的贯入试验(动力触探和标准贯入试验)

  • 根据每击贯入度的测量控制沟渠或者平面的压实度

  • 取样器管的里面有一个塑料的光滑衬里可以进行无扰动取样

  • 可以实现螺旋钻取样,或者在较浅的深度进行贯入试验(可选用旋转头)

 

静力触探试验

05

适用于软土、粘性土、粉土、砂类土及含少量碎石的土层。

静力触探试验是以静压力将圆锥形探头按一定速率匀速压入土中,测量其贯入阻力(包括锥尖阻力和侧壁摩阻力或摩阻比), 并按其所受阻力的大小划分土层, 确定土的工程性质。静力触探试验能确定各类土体的空间分布及其工程特性, 且野外现场作业简单、方便、测试时间短, 在工程地质勘察中得到广泛应用。

根据标准化的CPT数据获取的土壤分类图(Robertson提供,1990)

静力触探探头

FOX-100

 FOX-200

 

独立操作静力触探设备

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FOX-100/ FOX-200均为独立操作贯入设备具有操作简便、寿命长、功能齐全的特点,被广泛应用于CPT试验中。

 

FOX-100

最大贯入力为100kN,双活塞结构使该设备可以采用各种测量装置的推拉设备和推/拉梁,也可以安装与电子式CPT(U)探头、SCPT探头和机械式CPT探头配套的夹具。FOX-100配有手推车,可以轻松操作,它通过两个(或更多)锚梁和土锚固定到地面,土锚通过一个手持式液压驱动齿轮“Hygand”下锚装置钻入土层中。也可以固定在一个坚实的基础上,例如卡车平台、千斤顶平台等,以获得适当的反力。

 

FOX-200

最大贯入力为200kN。该设计提供了充分的保护,有两个液压缸防护罩,这样就消除了损坏汽缸活塞进而导致液压泄漏的风险。

静力触探车

静力触探车是一套完整的静力触探设备,集贯入装置、探杆、电缆、探头、数据采集仪于一体,能够在恶劣的环境中开展静力触探试验。且自动化程度高、机动性能好,能够实现安全的全天候工作。

 

岩体直剪试验

06

适用于具有软弱结构面的岩体和软质岩。

岩体直剪试验又包括岩体沿软弱结构面直剪试验、岩体沿软弱结构面直剪蠕变试验、岩体沿软弱结构面限胀直剪试验、岩体本身直剪试验、混凝土与岩体直剪试验等。所有试验的目的不仅在于测定岩体强度特性,同时要分析在外力作用下岩体的变形特性和破坏机理。

 

旁压试验

07

适用于确定粘性土、粉土、黄土、砂类土、软质岩石及风化岩石。

旁压试验是在现场钻孔中进行的一种水平向荷载试验。具体试验方法是将一个圆柱形的旁压器放到钻孔内设计标高,加压使得旁压器横向膨胀,根据试验的读数可以得到钻孔横向扩张的体积-压力或应力-应变关系曲线,据此可用来估计地基承载力,测定土的强度参数、变形参数、基床系数,估算基础沉降、单桩承载力与沉降。

预钻式旁压仪:利用预先成孔,将旁压器放入孔内,通过对测试段孔壁施加径向压力使地基土体产生相应变形,测得土体各级压力与变形对应关系的原位测试方法

自钻式旁压仪:将旁压器安装在钻杆上,旁压器底端安装旋转刀具,钻进时随之进入土层预定深度,停钻后进行试验,通过对测试段孔壁施加径向压力使地基土体产生相应变性,测得土体各级压力与变形对应关系的原位测试方法;

梅纳旁压仪

自动控制梅纳旁压仪

高压自动控制旁压仪

梅纳旁压仪是最经典的预钻式旁压仪,由控制单元、管路和三腔探头构成,试验符合EN ISO 22476-4和ASTM D-4719-00 标准。数据可以通过人工或GeoBox数据采集仪自动采集。

剑桥自钻式旁压仪

自钻式旁压仪的探头是一个微型掘进机,有钻机提供动力,带动探头上的钻头旋转钻进,到达测试深度以后,对探头施加压力膨胀,对周围的土体进行测试。自钻式旁压仪采用传感器测量施加到土体上的压力以及土体发生的变形,精度非常高。而且探头上还带有孔隙水压力传感器,可以测量孔隙水压力,进而可以得到更多的参数。

 

十字板剪切试验

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适用于测定饱和软粘性土的不排水抗剪强度及灵敏度等参数。

十字板剪切试验是一种用十字板测定饱和软粘性土不排水抗剪强度和灵敏度的试验,属于土体原位测试试验的一种。

测试方法

  • 将一个装有4个叶片的探头压入到未扰动的土层,然后转动探头,直至土壤剪切破坏。

十字板剪切测试示意图

  • 测试中,通常会记录两个抗剪强度,最大抗剪强度,以及修正后的抗剪强度。

  • 通过这些测试,我们可以确定土壤的敏感性,并且可以用来对土壤的阻力进行分析,而这个阻力也就是我们在打桩的时候需要克服的。

  • 连接探杆的侧壁摩阻力也需要加以测量,因为在计算真实抗剪强度时需要减去这个阻力。当不排水抗剪强度低于1ksf时,十字板剪切测试所测得的不排水抗剪强度是最准确的。

GVT-100电动十字板剪切试验仪

当前市面上大多数十字板剪切仪测量扭力和旋转速度的精度都很低,只有最基本的控制功能,操作上具有很大的局限性。GVT-100电动十字板剪切仪克服了上述局限性:它是一套通过复杂的PLC控制的装置,配有高精度的扭力传感器。而且,测试过程和数据采集全部通过软件控制。

 

应力铲试验

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适用于确定软塑~流塑状饱和粘性土。

应力铲是由两块1mm厚的不锈钢板焊接而成一5mm厚的空心扁盒,盒内充满了去气硅油,硅油通往上面杆内的半导体压力传感器。当应力铲受压时,迫使硅油向上挤压,将压力传递给半导体压力传感器。

 

扁铲侧胀试验

10

适用于软土、一般饱和粘性土、松散~中密饱和砂类土及粉土等。

扁铲侧胀测试(DMT)是20世纪70年代起源于意大利的一种原位测试方法,与CPT测试一样,DMT一般也是通过液压的方式压入地下,当然了也可以采用打入的方式。

扁铲侧胀试验是将带有膜片的扁铲压入土中预定深度,充气使膜片向孔壁土中侧向扩张,根据压力与变形关系,测定土的模量及其他有关指标。

DMT在桩基础设计中的主要应用是描述土层轮廓,获取土壤参数。不过,在这方面,CPT/CPTu似乎要比DMT更好。但是对于有水平承载力要求的桩基础的设计,DMT可能就比较有用了。对于轴向承载力为主的桩,扁铲侧胀测试的直接用处不大。

DMT标准扁铲式侧胀仪

“扁铲侧胀仪”(DMT)的扁铲通过贯入仪(可与静力触探设备共用)、钻机或其他野外现场设备压入到土层之中。这种测试方法直接在现场土体中进行,避免了钻孔和取样所带来的土体扰动。其测试结果具有良好的重复性,且与其他原位测试方法所得数据间有着良好的一致性,可以广泛应用于岩土工程勘察设计领域。

 

02

常用原位测试方法总结

 

原位测试方法

在特定土壤类型中获取的用于基础设计的信息

优势

劣势

标准贯入测试(SPT)

收集土样,确定地下土壤类型。

确定原位密度,液化趋势,砂土的摩擦角,粘土的不排水抗剪强度相关的信息。

最适合用于砂土,淤泥土,粘土;不适合用于大块石,卵石和岩层。

1.测试简单;

2.可去除土样,确定土壤类型;

3.设备多,容易获取;

所测结果可用于评估岩土参数。

 

1.对设备和操作人员依赖性较大;

2.土样有扰动;

3.无法评估原位孔隙水压力;

4.所估算的岩土参数精度不高。

含孔隙水压力测试的静力触探测试(CPTu)

连续探测地下土层。

确定原位密度,液化趋势,砂土的摩擦角,粘土的不排水抗剪强度相关的信息。

最适合用于砂土,淤泥土,粘土;不适合用于大块石,卵石和岩层。

1.静力触探探头可以看成一个模型桩;

2.测试简单快速;

3.可以减少钻孔数量;

4.对操作人员的依赖性较低;

5.孔隙水压力的测试可以用来评估土壤沉降作用;

6.可以辅助确定贯入是排水的还是不排水的。

1.没有土样;

2.在勘查项目中应该与钻孔取样配合使用;

3.在数据解读时,当地经验公式很重要;

4.孔压过滤器的现场饱和操作会影响孔隙水压力的测试精度。

旁压测试(PMT)

通过变形模量获得极限压力及压缩率,从而估算承载力;

适用于确定粘性土、粉土、黄土、砂类土、软质岩石及风化岩石;

不适用于有机质土和硬岩。

1.测试可以在无法实施其他原位测试的硬土层中,或者硬土层之下进行;

2.可以在非均匀土层中进行测试。

1.钻孔准备工作非常重要;

2.每天能够进行的测试数量有限;

3.在轴向荷载桩的设计方面应用有限。

扁铲侧胀测试(DMT)

可获取土壤类型,静止土压力,超固结比,不排水抗剪强度,以及膨胀模量;

适用于软土、一般饱和粘性土、松散~中密饱和砂类土及粉土等;

不适用于密实土层,碎石层和岩层。

1.快速,便宜;

2.对操作人员的依赖相对较低。

1.测试方法较陌生;

2.主要用于土颗粒小于级配碎石的土层;

3.在轴向荷载桩的设计方面应用有限。

十字板剪切测试

不排水抗剪强度;

适用于饱和软粘性土;

不适用于淤泥土,砂土或者碎石土层。

1.快速,经济;

2.深度较浅时,与无侧限抗压强度有较好的对比性。

没有套筒的话,测试深度只有13到20英尺。

动力触探测试

定性评估土壤密实度;

定性的土层对照;

适用于砂土和碎石土层;

不适用于粘土。

在静力触探无法贯入的土层较有价值。

1.由于侧摩阻力的存在导致一部分阻力无法得出;

2.总体应用有限。

 

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