地基承載力的十種檢測(cè)方法

地基承載力

地基承載力（subgrade bearing capacity）是地基土單位面積上隨荷載增加所發(fā)揮的承載潛力，常用單位KPa,是評(píng)價(jià)地基穩(wěn)定性的綜合性用詞。地基承載力是針對(duì)地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提出的為方便評(píng)價(jià)地基強(qiáng)度和穩(wěn)定的實(shí)用性專業(yè)術(shù)語(yǔ)，不是土的基本性質(zhì)指標(biāo)。土的抗剪強(qiáng)度理論是研究和確定地基承載力的理論基礎(chǔ)。

在荷載作用下，地基要產(chǎn)生變形。隨著荷載的增大，地基變形逐漸增大，初始階段地基土中應(yīng)力處在彈性平衡狀態(tài)，具有安全承載能力。當(dāng)荷載增大到地基中開(kāi)始出現(xiàn)某點(diǎn)或小區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)在其某一方向平面上的剪應(yīng)力達(dá)到土的抗剪強(qiáng)度時(shí)，該點(diǎn)或小區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)就發(fā)生剪切破壞而處在極限平衡狀態(tài)，土中應(yīng)力將發(fā)生重分布。這種小范圍的剪切破壞區(qū)，稱為塑性區(qū)（plastic zone）。地基小范圍的極限平衡狀態(tài)大都可以恢復(fù)到彈性平衡狀態(tài)，地基尚能趨于穩(wěn)定，仍具有安全的承載能力。但此時(shí)地基變形稍大，必須驗(yàn)算變形的計(jì)算值不允許超過(guò)允許值。當(dāng)荷載繼續(xù)增大，地基出現(xiàn)較大范圍的塑性區(qū)時(shí)，將顯示地基承載力不足而失去穩(wěn)定。此時(shí)地基達(dá)到極限承載力。

十種檢測(cè)方法

1.平板荷載試驗(yàn):適用于各類土、軟質(zhì)巖和風(fēng)化巖體。

平板荷載試驗(yàn)是在一定尺寸的剛性承壓板上分級(jí)施加荷載，觀測(cè)各級(jí)荷載作用下天然地基土隨壓力和變形的原位試驗(yàn)，是一項(xiàng)使用早、應(yīng)用廣泛的原位試驗(yàn)方法。該試驗(yàn)是在一定尺寸的剛性承壓板上分級(jí)施加荷載，觀測(cè)各級(jí)荷載作用下天然地基土隨壓力和變形的原位試驗(yàn)，它可用于：根據(jù)荷載-沉降關(guān)系線(曲線)確定地基力的承載力；設(shè)計(jì)土的變形模量；估算土的不排水抗剪強(qiáng)度及極限填土高度。

平板荷載試驗(yàn)適用于地表淺層地基，特別適用于各種填土、含碎石的土類。由于試驗(yàn)比較直觀、簡(jiǎn)單，因此多年來(lái)應(yīng)用廣泛，但本方法的使用有以下局限性：平板荷載試驗(yàn)的影響深度范圍不超過(guò)兩倍承壓板寬度(或直徑)，故只能了解地表淺層地基土的特性；承壓板的尺寸比實(shí)際基礎(chǔ)小，在剛性板邊緣產(chǎn)生塑性區(qū)的開(kāi)展，更易造成地基的破壞，使預(yù)估的承載力偏低。荷載平板試驗(yàn)是在地表進(jìn)行的，沒(méi)有埋置深度所存在的超載，也會(huì)降低承載力；應(yīng)用時(shí)應(yīng)考慮荷載試驗(yàn)的加載速率較實(shí)際工程快得多，對(duì)透水性較差的軟粘土，其變形狀況與實(shí)際有較大的差異，由此確定的參數(shù)也有很大的差異；小尺寸剛性承壓板下土中的應(yīng)力狀態(tài)極復(fù)雜，由此推求的變形模量只能是近似的。

CTK-500平板載荷儀

2.螺旋板載荷試驗(yàn):適用于軟土、一般粘性土、粉土及砂類土。

螺旋板載荷試驗(yàn)(SPLT)是將一螺旋形的承壓板用人力或機(jī)械旋入地面以下的預(yù)定深度，通過(guò)傳力桿向螺旋形承壓板施加壓力，測(cè)定承壓板的下沉量。

螺旋板載荷試驗(yàn)適用于深層地基土或地下水位以下的地基土。它可以測(cè)求地基土的壓縮模量、固結(jié)系數(shù)、飽和軟秸土的不排水抗剪強(qiáng)度、地基士的承載力等，其測(cè)試深度可達(dá)10 ~15m。

3.標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn):適用于一般粘性土、粉土及砂類土。

標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)（standard penetration test，SPT）是動(dòng)力觸探的一種，是在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定砂或粘性土的地基承載力的一種方法。這一方法已被列入中國(guó)國(guó)家《工業(yè)與民用建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中。它利用一定的錘擊功能(錘重63. 5kg，落距76cm)，將一定規(guī)格的對(duì)開(kāi)管式的貫入器(對(duì)開(kāi)管外徑51mm，內(nèi)徑35mm，長(zhǎng)度大于457mm，下端接長(zhǎng)度為76 mm、刃角18°～20°， 刃口端部厚1. 6mm的管靴，上端接鉆桿) 打入鉆孔孔底的土中，根據(jù)打入土中的貫入阻抗，判別土層的變化和土的工程性質(zhì)。

SPT-C履帶式動(dòng)力觸探車(chē)

可執(zhí)行DPL(10kg)、DPM (30kg)、DPH (50kg)、DPSH (63.5kg)、SPT等動(dòng)態(tài)探測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

4.動(dòng)力觸探:適用于粘性土、砂類土和碎石類土。

動(dòng)力觸探是動(dòng)力檢測(cè)試驗(yàn)的一種，即圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)，一般將圓錐動(dòng)力觸探試驗(yàn)簡(jiǎn)稱為動(dòng)力觸探或動(dòng)探。動(dòng)力觸探試驗(yàn)（DPT）是巖土工程勘察中十分常用的原位測(cè)試方法，利用一定的落錘質(zhì)量，將一定尺寸、一定形狀的探頭打入土中，依據(jù)貫入錘擊數(shù)，判定土層名稱和工程性質(zhì)。動(dòng)力觸探車(chē)SPT-C可用于土壤承載力試驗(yàn)、壓實(shí)試驗(yàn)和土壤取樣，是一種功能強(qiáng)大的土壤調(diào)查機(jī)，桅桿可折疊，便于運(yùn)輸。

5.靜力觸探:適用于軟土、粘性土、粉土、砂類土及含少量碎石的土層。

靜力觸探是指利用壓力裝置將有觸探頭的觸探桿壓入試驗(yàn)土層，通過(guò)量測(cè)系統(tǒng)測(cè)土的貫入阻力，可確定土的某些基本物理力學(xué)特性，如土的變形模量、土的容許承載力等。

靜力觸探的基本原理就是用準(zhǔn)靜力（相對(duì)動(dòng)力觸探而言，沒(méi)有或很少?zèng)_擊荷載）將一個(gè)內(nèi)部裝有傳感器的觸探頭以勻速壓入土中，由于地層中各種土的軟硬不同，探頭所受的阻力自然也不一樣，傳感器將這種大小不同的貫入阻力通過(guò)電信號(hào)輸入到記錄儀表中記錄下來(lái)，再通過(guò)貫入阻力與土的工程地質(zhì)特征之間的定性關(guān)系和統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系，來(lái)實(shí)現(xiàn)取得土層剖面、提供淺基承載力、選擇樁端持力層和預(yù)估單樁承載力等工程地質(zhì)勘察目的。

拖掛式靜力觸探車(chē)

6.巖體直剪試驗(yàn):適用于具有軟弱結(jié)構(gòu)面的巖體和軟質(zhì)巖。

巖體直剪試驗(yàn)又包括巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面直剪試驗(yàn)、巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面直剪蠕變?cè)囼?yàn)、巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面限脹直剪試驗(yàn)、巖體本身直剪試驗(yàn)、混凝土與巖體直剪試驗(yàn)等。所有試驗(yàn)的目的不僅在于測(cè)定巖體強(qiáng)度特性，同時(shí)要分析在外力作用下巖體的變形特性和破壞機(jī)理。

便攜式直剪儀

7.預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn):適用于確定粘性土、粉土、黃土、砂類土、軟質(zhì)巖石及風(fēng)化巖石。

旁壓試驗(yàn)是在現(xiàn)場(chǎng)鉆孔中進(jìn)行的一種水平向荷載試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方法是將一個(gè)圓柱形的旁壓器放到鉆孔內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)高，加壓使得旁壓器橫向膨脹，根據(jù)試驗(yàn)的讀數(shù)可以得到鉆孔橫向擴(kuò)張的體積-壓力或應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系曲線，據(jù)此可用來(lái)估計(jì)地基承載力，測(cè)定土的強(qiáng)度參數(shù)、變形參數(shù)、基床系數(shù)，估算基礎(chǔ)沉降、單樁承載力與沉降。

1優(yōu)點(diǎn):(1）設(shè)備輕便，操作簡(jiǎn)易，測(cè)試迅速;(2）可進(jìn)行不同深度處的巖土層的測(cè)試，而不受地下水的影響;(3）與室內(nèi)試驗(yàn)對(duì)比，其土體擾動(dòng)相對(duì)較小;

2缺點(diǎn):(1）成孔質(zhì)量對(duì)測(cè)試精度影響較大，對(duì)于預(yù)鉆式旁壓試驗(yàn)除鉆孔要垂直、橫截面呈圓形外，還要保證鉆孔大小要與旁壓器直徑相匹配;孔壁土體要盡量少受擾動(dòng);(2）對(duì)預(yù)鉆式，加壓等級(jí)選擇不當(dāng)會(huì)影響試驗(yàn)參數(shù)的確定，如過(guò)密試驗(yàn)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，但精度更高，若過(guò)稀則不易獲得p₀及p_j值。且相應(yīng)的精度受到影響;(3）孔壁土體擾動(dòng)程度的影響，孔壁土體擾動(dòng)過(guò)大，對(duì)于預(yù)鉆式會(huì)導(dǎo)致P₀值變大，壓縮模量也相應(yīng)的發(fā)生變化，甚至?xí)?dǎo)致試驗(yàn)難以進(jìn)行（例如破膜)。

8.十字板剪切試驗(yàn):適用于測(cè)定飽和軟粘性土的不排水抗剪強(qiáng)度及靈敏度等參數(shù)。

十字板剪切試驗(yàn)是一種用十字板測(cè)定飽和軟粘性土不排水抗剪強(qiáng)度和靈敏度的試驗(yàn)，屬于土體原位測(cè)試試驗(yàn)的一種。它是將十字板頭由鉆孔壓入孔底軟土中，以均勻的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)一定的測(cè)量系統(tǒng)，測(cè)得其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需之力矩，直至土體破壞，從而計(jì)算出土的抗剪強(qiáng)度。由十字板剪力試驗(yàn)測(cè)得之抗剪強(qiáng)度代表孔內(nèi)土體的天然強(qiáng)度（不排水抗剪強(qiáng)度）。

16-T0175/A便攜式十字板剪切儀

用于在工程現(xiàn)場(chǎng)/實(shí)驗(yàn)室對(duì)原狀/塑黏性土不排水抗剪強(qiáng)度進(jìn)行直接測(cè)試

9.應(yīng)力鏟試驗(yàn):適用于確定軟塑~流塑狀飽和粘性土。

應(yīng)力鏟試驗(yàn)（SST：Stress Shovel Test）主要是利用應(yīng)力鏟測(cè)試飽和土的靜止側(cè)壓力系數(shù)，現(xiàn)場(chǎng)快速測(cè)定土的垂直貫入阻力和水平總應(yīng)力及孔隙水壓力，從而得到土的水平有效應(yīng)力和靜止側(cè)壓力系數(shù)K0值以及固結(jié)系數(shù)Ch值。

10.扁鏟側(cè)脹試驗(yàn):適用于軟土、一般飽和粘性土、松散~中密飽和砂類土及粉土等。

扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)（ Flat Dilatometer Test，簡(jiǎn)稱DMT）是20世紀(jì)70年代末意大利人Silvano Marchetti提出的一種原位測(cè)試方法。是利用靜力或錘擊動(dòng)力將一扁平鏟形探頭壓入土中，達(dá)到預(yù)定試驗(yàn)深度后，利用氣壓使扁鏟探頭上的鋼膜片側(cè)向膨脹，分別測(cè)得膜片中心側(cè)向膨脹不同距離（分別為0.05mm和1.10mm)時(shí)的氣壓值，根據(jù)測(cè)得的壓力與變形之間的關(guān)系，獲得地基土參數(shù)的一種現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

DMT-W3扁鏟側(cè)脹儀

“扁鏟側(cè)脹儀”（DMT）的扁鏟通過(guò)貫入儀（可與靜力觸探設(shè)備共用）、鉆機(jī)或其他野外現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備壓入到土層之中。這種測(cè)試方法直接在現(xiàn)場(chǎng)土體中進(jìn)行，避免了鉆孔和取樣所帶來(lái)的土體擾動(dòng)。其測(cè)試結(jié)果具有良好的重復(fù)性，且與其他原位測(cè)試方法所得數(shù)據(jù)間有著良好的一致性，可以廣泛應(yīng)用于巖土工程勘察設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

現(xiàn)場(chǎng)DMT布局