地基勘察及测试

地基勘察及测试
3.3.1 地基勘察的任务
1.地基勘察的要求
（1）与场地稳定性和适宜性有关的不良地质现象，如强震区的重大工程场地的断裂类型，尤其是断裂的活动性及其地震效应；岩溶及其伴生土洞的发育规律和发育程度，预测其危害性；滑坡的范围、规模、稳定程度，进而预测其发展趋势和危害程度；崩塌的产生条件、范围、规模与危害性；泥石流的产生及其类型、规模、发育阶段和活动规律；以及地下采空区、大面积地表沉降、河岸冲刷、沼泽相沉积等。

（2）查明场地的地层类别、成分、厚度和坡度变化等，特别是基础下持力层和软弱下卧层的工程地质性质。

（3）查明场地的水文地质条件：河流水位及其变化、地表径流条件、地下水的埋藏类型、赋存方式、补给来源、排泄途径、水力特征、化学成分及污染程度等情况。

（4）提供满足设计、施工所需的土的物理性质和力学性质指标等。

（5）在地震设防区划分场地土类型和场地类别，并进行场地与地基地震效应评价。

（6）推荐承载力及变形计算参数，提出地基、基础设计和施工的建议，尤其是不良地质现象处理的对策。

（7）当工程需要时，尚应提供：
①深基坑开挖的边坡稳定计算和支护设计所需的岩土技术参数，论证
其对周围已有建筑物和地下设施的影响；
②基坑施工降水的有关技术参数及施工降水方法的建议；
③用于计算地下水浮力的设计水位。

地基勘察工作具体内容、工作深度、工作量、工作方法等均应以地基勘察等级为依据，即应根据工程安全等级、场地等级和地基等级等综合确定。

2.勘察阶段的划分
（1）可行性研究勘察阶段
这一阶段的勘察应符合场址选择的要求，应对拟建场地的稳定性和适宜性作出评价。

要求搜集区域地质、地形地貌、地震、矿产和附近地区的工程地质资料及当地的建筑经验，了解场地地层、构造、岩石和土的性质、不良地质现象及地下水等工程地质条件。

对地质条件复杂，已有资料不能符合要求，但其它方面条件较好且倾向于选取的场地，应根据具体情况进行工程地质测绘及必要的勘探工作。

在选址时，宜避开下列地段：
1）不良地质现象发育且对场地稳定性有直接危害或潜在威胁；
2）地基土性质严重不良；
3）对建筑抗震不利；
4）洪水或地下水对建筑场地有严重不良影响；
5）地下有未开采的有价值的矿藏或未稳定的地下采空区。

（2）初步勘察阶段
这一阶段的勘察应符合初步设计或扩大初步设计的要求。

主要任务是
对建筑地段的稳定性作出岩土工程评价。

依据资料为：建筑区范围的地形图、可行性研究阶段岩土工程勘察报告及有关的工程性质、规模的文件。

勘察要求为：初步查明地层、构造、岩土物理力学性质、地下水埋藏条件以及冻结深度；查明场地不良地质现象的成因、分布、对场地稳定性的影响及其发展趋势；对抗震设防烈度大于或等于7度的场地，应判定场地和地基的地震效应；初步勘察，尚应调查地下水类型、补给和排泄条件，实测地下水位并初步确定其变化幅度，以及判别地下水对建筑材料的腐蚀作用。

（3）详细勘察阶段
详细勘察应符合施工图设计的要求。

其主要任务是对不同建筑物或建筑群提出详细的岩土勘察资料和设计所需的岩土技术参数；对建筑地基应作出工程分析评价，并应对基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等提出方案、论证和建议。

（4）施工勘察阶段
1）浅基础的基槽开挖后应进行施工验槽；
2）验槽发现岩土条件与原勘察资料不符时，应进行施工勘察；3）新发现地基中溶洞或土洞较发育时，应查明情况并提出处理建议；4）施工中出现有边坡失稳危险时，应查明原因、进行监测并提出处理建议。

3.勘探方法
（1）钻探
钻探是勘探方法中应用最广泛的一种，它采用钻探机具向地下钻孔，用以鉴别和划分地层、测定地下水位，并采取原状土样和水样以供室内试验，确定土的物理、力学性质指标和地下水的化学成分。

需要时还可以在
钻孔中进行原位测试。

钻探的钻进方式可以分为回转式、冲击式、振动式、冲洗式四种。

每种钻进方法各有独自特点，分别适用于不同的地层。

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021—2001）的规定，钻进方法可根据地层类别及勘察要求按表3.9进行选择。

表3.9 钻探方法的适用范围
注：“++”适用，“+”部分适用，“-”不适用。

在地基勘察中，对岩土层的钻探有如下具体要求：
1）钻进深度、岩土分层深度的量测误差范围应为±0.05m；
2）非连续取芯钻进的回次进尺，对螺旋钻探应在1m以内，对岩芯钻探应在2m以内；
3）对鉴别地层天然湿度的钻孔，在地下水位以上应进行干钻。

当必须加水或使用循环液时，应采用双层岩芯管钻进；
4）岩芯钻探的岩芯采取率，对一般岩石不应低于80％，对破碎岩石不应低于65％。

对需重点查明的部位（滑动带、软弱夹层等）应采用双层岩芯管连续取芯。

当需确定岩石质量指标RQD时，应采用75mm口径（N 型）双层岩芯管，且宜采用金刚石钻头。

RQD的意义是：岩芯中长度为100mm以上的分段长度总和与该架次钻进深度之比，以百分数表示。

岩芯长度的量测以岩芯中心线为准。

（2）井探、槽探
当钻探方法难以查明地下情况时，可采用开挖探井、探槽进行勘探。

为减少开挖土方量，断面尺寸不宜过大，一般圆形直径或方形边长为O.8～1.2m。

需要适当放坡或分级开挖时，井口可大于上述尺寸。

探井深度超过
地下水埋深时，应能实施有效降水。

在开挖探井或探槽时，应采取措施防止侧壁坍塌。

当采用人工开挖时，更应采取严格措施，保证井、槽中工作人员的安全。

对探井、探槽以及探洞除文字描述记录外，尚应以剖面图、展开图等反映井、槽、洞壁及底部的岩性、地层分界、构造特征、取样及原位试验位置，并辅以代表性部位的彩色照片。

（3）地球物理勘探
地球物理勘探是利用仪器在地面、空中、水上或钻孔内测量物理场的分布情况，通过对测得的数据和分析判释，并结合有关的地质资料推断地质体性状的勘探方法，简称“物探”。

它是一种间接勘探方法。

如果作为钻探的先行手段，可以了解隐蔽的地质界线、界面或异常点；如作为钻探辅助手段，在钻孔之间增加物探点，可以为钻探成果的内插、外延提供依据。

(4)钎探
钎探是在土方施工到持力层后，设计好钎探点位置，用长1.8-2.0m、直径为Ф25的钢钎，依靠人力用重8-10磅的大锤向持力层下锤打钢钎（也可机械锤打），以探明持力层下土层是否均匀；检查持力层下有无空穴、古墓、古井、防空掩体、地下埋设物及其他变异的一种简易勘探方法。

若经过钎探地基不符合要求，则必须进行地基处理；若地基钎探无问题，则撰写钎探报告进入基坑（槽）验槽程序。

3.3.2 地基原位测试
原位测试是在岩土原来所处的位置上，基本保持其天然结构、天然含水量及天然应力状
态下进行测试的技术。

它的作用是与室内试验取长补短、相辅相成的。

常用的原位测试方法主要有载荷试验、动力触探试验、静力触探试验、十字板剪切试验、旁压试验、现场剪切试验、波速试验等。

本节主要介绍其中的载荷试验、静力触探试验与动力触探试验（圆锥动力触探和标准贯入试验）。

1.载荷试验
载荷试验是在天然地基上模拟建筑物的基础荷载条件，通过承压板向地基施加竖向荷载，借以确定在承压板下应力主要影响范围内的承载力与变形参数。

浅层平板载荷试验应布置在场地内具有代表性位置的基础底面标高处。

试坑宽度不应小于承压板宽度或直径的3倍。

应注意保持试验土层的原状结构和天然湿度。

宜在拟试压表面用不超过20mm厚的粗、中砂找平。

载荷试验宜用液压千斤顶均匀加荷。

由压重平台上的堆载提供反力（如下图）。

承压板面积不应小于O.25m，对软土不应小于O.5m。

在岩层中，承压板尺寸宜根据节理裂隙的密度确定。

试验时，荷载应分级施加，加荷等级不应少于8级。

最大加载量不应少于荷载设计值的两倍。

开始加载先按间隔10min、10min、10min、15min、15min，以后为每隔30min 测读一次沉降。

在连续2h内，每小时沉降量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。

当出现下列情况之一时，即可终止加载：
22
堆载-千斤顶静载荷试验示意图
1—堆载；2—排钢梁；3—钢梁；4—千斤顶；5—百分表；6—基准梁；
7—承压板；8—基准桩；9—支墩
（1）承压板周围的土有明显的侧向挤出、隆起或裂纹；
（2）沉降量急剧增加，荷载沉降曲线出现陡降；
（3）在某级荷载作用下，24h内沉降速率不能达到稳定标准；
（4）沉降量与承压板宽度或直径之比≥O.06。

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。

根据试验成果，可绘制如图所示的压力（p）与稳定沉降量（S）的关系等曲线。

（a）（b）
载荷试验的沉降曲线
根据p-s曲线并假定地基为均质、各向同性、半无限弹性介质，可求
得承压板下有限深度内土层的平均变形模量Eo。

（3.22）
式中：
I。

—与荷载板的刚度和形状有关的系数，对刚性承压板，方形I。

=O.88，圆形I。

=0.79；μ—土的泊松比；
b—承压板的边长或直径；
p、s—相应于地基承载力特征值的荷载及其所对应的沉降的特征值。

2.静力触探试验
静力触探试验是通过静压力将一个内部装有传感器的触探头，以匀速压人土中，由于地层中各种土的软硬不同，探头所受阻力自然也不一样。

传感器将感受到的大小不同的贯入阻力，通过电信号输入到电子量测仪中。

因此，通过贯人阻力变化情况，可以达到了解土层的工程性质的目的。

静力触探设备主要由三个部分组成：触探头、触探机和记录器。

其中触探头是静力触探设备中的核心部分，它的类型很多，目前国内大多采用电阻应变式触探头。

当触探杆将探头匀速压入土层时，一方面是引起锥尖以下局部土层的压缩，产生了作用于锥尖的阻力；另一方面又在孔壁周围形成一圈挤密层，产生了作用于探头侧壁的摩阻力。

探头的这两种阻力是土的力学性质的综合反映。

这两种阻力通过设置于探头内的应变元件转变成电讯号，并由仪表量测出来。

探头按其功能可分为单桥和双桥两种。

单桥探头（图3.32）测得的是包括锥尖阻力和侧壁摩阻力在内的总贯入阻力P（kN），通常用比贯入阻力ps（kPa）表示，即
（3.23）
式中：A—探头截面积，m；
双桥探头(图3.33)可以同时分别测得锥尖阻力和侧壁阻力。

用Qc（kN）和Pf（kN）分别表示锥尖总阻力和侧壁总阻力。

则单位面积锥尖阻力qs （kPa）和侧壁阻力ff（kPa）分别为
2
（3.24）
式中：Fs—外套筒的总侧面积，m；2
（3.25）
根据锥尖阻力qc和侧壁阻力fs，可计算同一深度处的摩阻比Rs：
（3.26）测试时，可由静力触探自动记录仪绘制出深度z与阻力的关系曲线。

地基土的承载力取决于土本身的力学性质，而静力触探所得的比贯入阻力等指标在一定程度上反映了土的某些力学性质。

根据静力触探资料可间接地按地区性的经验关系推定土的承载力、压缩性指标和桩承载力的计算指标等。

静力触探试验适用于粘性土、粉土、砂土及含少量碎石的土层。

尤其是对地层变化较大的复杂场地，以及不易取得原状土样的饱和砂土、高灵敏度软粘土地层的勘察，显示出其独特的优越性。

但是静探不能直接识别土层。

而且对碎石类土和较密实的砂土层难以贯入。

所以在工程地质勘察中，它只能作为钻探的配合手段。

单桥探头结构示意图双桥探头工作原理示意图
1.四心电缆；
2.密封圈； 1.贯入力；2.空心柱；
3.侧壁摩阻力；
3.探头管；
4.防水塞； 4.电阻片；
5.顶柱；
6.锥尖阻力；
7.探头套； 5.外套管；6.导线；
8.探头管；
9.防水盘根；10.顶柱7.空心柱；8.电阻片φ-探头锥底直径；L-有效侧壁长度；α-探头锥角 3.动力触探试验
动力触探是利用一定的锤击能量，将一定型式的探头贯入土中，并记录贯入一定深度所需的锤击次数，以此判断土的性质。

动力触探依照探头型式分为, 标准贯入试验和圆锥动力触探（表3.10），前者采用下端呈刃形的管状探头，后者采用圆锥形探头。

以下简要介绍标准贯人试验和圆锥动力触探试验。

表3.10 动力触探类型
（1）标准贯入试验（SPT）
标准贯入试验（简称标贯）主要适用于砂土、粉土及一般粘性土，其
设备主要由标准贯入器、触探杆和穿心锤三部分组成（图3.34）。

触探杆一般采用直径为42mm的钻杆，穿心锤质量为63.5kg。

试验时，用穿心锤以760mm落距自由落下，先将贯入器垂直打入土层中150mm，然后记录打入土层300mm的锤击数，即为实测锤击N。

拔出贯入器后，取出贯入器中的土样进行鉴别描述。

根据标贯锤击数，并结合地区经验可以确定地基土的承载力，并对砂土的密实度、粘性土的稠度以及砂土、粉土的液化势等作出评价。

标贯首先应提供未经修正的实测值，这是基本数据。

《建筑地基基础设计规范》
（GB50007-2002）用标贯击数评定砂土密实度的表格，适用的是未经修正的N值。

在其它场合利用N值时，应根据当地积累的资料的统计结果，并结合室内试验成果综合分析，以便确定实测的N值是否应予修正和如何进行修正。

（2）圆锥动力触探
根据锤击能量，圆锤动力触探常见的有轻型、重型和超重型三种（表3.10）。

其中轻型圆锥动力触探应用较多。

试验设备主要由探头、触探杆、穿心锤三部分组成（图3.35）。

轻型圆锥动力触探试验时，先钻至试验土层标高，然后在对所需试验的土层连续进行触探时，令穿心锤自由下落，将触探头竖直打入土层中，记录每打入土中300mm的锤击数N63.5,此试验设备简单，操作方便，一般用于贯入深度小于4m的土层。

当土质较硬或深度较大时，可采用其它试验方式。

如对于密实砂土、碎石土，为了避免对贯入器的损坏，往往采用重型圆锥动力触探试验，该试验测定的是每
击入土层100mm的锤击数N。

根据圆锥动力触探试验指标，并结合地区经验，可以判定不同地基土的工程特性。

利用轻型触探锤击数N63.5，可以确定粘性土与素填土的承载力以及判定砂土的密实度。

采用重型动力触探的锤击数N63.5可以评定粗粒土的密实度，进而确定地基承载力以及单桩承载力的计算指标。

GB50007正式采用N63.5评定碎石土的密实度。

超重型动力触探锤击数
N120可以用来确定密实砂土
和碎石土的性
标准贯入试验设备（单位：mm）轻便触探试验设备（单位：mm）
1.穿心锤；
2.锤垫；
3.触探杆； 1.穿心锤；2.锤垫；
3.触探杆；
4.探头
4.贯入器头；
5.出水孔；
6.贯入器靴
7.由两半圆形管合成之贯入器身
3.3.3 地基勘察报告的编制
地基勘察成果报告的内容，应根据任务要求、勘察阶段、地质条件、工程特点等具体情况确定，一般应包括下列内容：
（1）勘察的目的、任务和要求；
（2）拟建工程概述：场地位置、工程简介、以往的勘察工作及已有资料等；
（3）勘察方法及勘察工作布置；
（4）场地的地形和地貌特征、地质构造；
（5）不良地质现象的类型特征、发展预测及对工程的影响；
（6）场地地层分布、岩土性质和地基土的物理、力学性质指标的测试结果与选用建议；
（7）地基土承载力指标与变形计算参数建议值；
（8）与地基土有关的气象和水文条件、地下水的类型、埋深、补给和排泄条件、水位的动态变化以及环境水对建筑材料的腐蚀性评定；
（9）场地稳定性和适宜性评价；
（10）地基基础方案、不良地质现象分析与对策、开挖和边坡加固等的建议；
（11）工程施工和使用期间可能发生的岩土工程问题的预测、监控和防治措施的建议；
（12）应附图表。

根据工程的具体情况酌定，常见的图表包括：
1）勘察场地总平面示意图与勘探点平面布置图；
2）工程地质柱状图；
3）工程地质剖面图；
4）原位测试成果图表；
5）室内试验成果表等。

当需要时，尚应提供综合工程地质图、综合地质柱状图、关键地层层面等高线图、地下水等水位线图、素描及照片。

特定工程还应提供岩土工程的整治、改造方案图表及其计算依据。