第一节 地基承载力检测

第三章桥涵工程基础检测
第一节地基承载力检测
桥涵地基的容许承载力可根据地质勘测、原位测试、野外荷载试验以及邻近旧桥涵调查对比，由经验和理论公式计算综合分析确定。

当缺乏上述资料时可按《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）推荐的方法确定地基容许承载力，对地质和结构复杂的桥涵地基应根据现场荷载试验确定容许承载力。

按规范确定地基承载力时，须先确定地基基本容许承载力﹝ó0﹞，即基础宽度b ≤2m，埋置深度h≤3m时地基的容许承载力。

当基础宽度b＞2m，埋置深度h＞3m，且h ／b≤4时可以按规范对容许承载力予以提高，地基容许承载力确定按地基土分类进行。

一、粘性土、黄土地墓承载力检测
对于粘性土和黄土地基，可在现场取有代表性的土样（一般每个基础的地基不少于4个土样）进行土工试验，得到地基土的有关物理力学指标，由规范求出承载力。

对于老粘性土和残积粘性土地基，可取土样进行压缩试验，求得土样压缩模量查表确定容许承载力。

对于一般粘性土和新近沉积粘性土地基，测土样含水量、湿容重、液限、塑限和颗粒密度，求出土样天然孔隙比和液性指数，查表确定容许承载力。

对新近堆积黄土地基，按土含水比（天然含水量w和液限w L的比值）确定容许承载力，对于一般新黄土地基，按天然含水量和液限比（液限w L与天然孔隙比e的比值）确定容许承载力，对于老黄土地基，按天然孔隙比e和含水比w/ w L确定容许承载力。

二、砂立、碎石地基承载力检测
对于砂类土、碎石土地基承载力可按其分类和密实度确定，规范给出了其容许承载力，砂类土和碎石土的分类可以按桥规规定确定。

砂土的密实度可用相对密度表示，碎石土的密实度根据钻探情况按规范而定。

土的密实度一般可用孔隙比e表示，但对砂类土和碎石土只用孔隙比一个指标还不够，密实度还和颗粒的形状、大小以及级配有关。

因此引人相对密度的概念，如用一定的试验方法测得砂土最紧密状态的孔隙比e min和最疏松状态的一孔隙比e max（最大孔隙比），则相对密度D r可由下式求得：
式中：e为砂土天然状态的孔隙比。

不同矿物成分、不同级配和不同粒度成分的砂土，最大孔隙比和最小孔隙比都是不同的；因此相对密度D r，比孔隙比e能更全面地反映上述各因素对密实度的影响。

从理论上讲，用相对密度划分砂土的密实度的概念是比较理想的，但是测定e max和e min，的试验方法却缺少完善的标准，试验结果常常有很大的出入。

同时由于很难在地下水位以下的砂土层取得原状土样，因而测定天然孔隙比的结果很不可靠，这就使相对密度的指标更难于测准，所以实际工程中直接测试相对密度并不普遍，而是通过标准贯人试验，测得地基标准贯人撞锤击数来确定相对密度和密实度。

三、标准员人试验
标准贯人试验（SPT）是一种重型动力触探法，采用质量为63．5kg的穿心锤，以76cm 的落距，将一定规格的标准贯人器先打入土中15cm，然后开始记录锤击数目，将标准贯人器再打入土中30cm，用此30cm的锤击数作为标准贯人试验的指标N。

标准贯人试验是国内外广泛应用的一种现场原位测试手段，该试验法方便经济，不仅用于砂土，亦可用于粘性土的测试。

标准贯人锤击数N，可用于判定砂土的密实度、粘性土的稠度、地基土的容许承载力、砂土的振动液化、桩基承载力等，也是检验地基处理效果的重要手段。

1．试验设备
标准贯人试验装置的重要部件为：
（1）落锤：质量为63.5kg的穿心锤；
（2）贯人器：
（3）探杆：直径Ф42mm；
（4）锤垫和导向杆；
（5）自动落锤装置；
2．试验注意事项
（1）将贯人器打人士中，贯人速率为15~30击1min，并记录锤击数，包括先打15cm 的预打击数,后30cm中每10cm的锤击数以及30cm的累计锤击数N。

如锤击数超过50，则按下式换算锤击数N：
N=30n/△S
式中：n一所选取的锤击数；
△S——相应于n的锤击量，cm。

（2）旋转探杆，提出贯人器，并取出贯人器中的土样进行鉴别、描述、记录，必要时送试验室分析。

（3）由于钻杆的弹性压缩会引起功能损耗，钻杆过长时传人贯人器的功能降低，因而减少每击的贯人深度，亦即提高了锤击数，所以需要根据杆长对锤击数进行修正。

3，标准贯人试验的应用
标准贯人试验国内外已积累了大量的实践资料，给出了砂性土和粘性土一些物理性质和标准贯人试验锤击数的经验关系，可供工程中使用。

（1）根据N估计砂土的密实度。

（2）根据N估计天然地基的容许承载力（ό0〕。

（3）根据N估计粘性土的状态。

（4）根据N估计土的内摩擦角φ。

四、现场荷载试验。

现场荷载试验是一种古老的原位试验方法，该方法能克服室内压缩试验土样处于元侧胀条件下单向受力状态的局限性，模拟建筑物基础与地基之间实际受力变形状态。

现场荷载试验是将一个一定尺寸的荷载板（常用5000cm2的方板或圆板）置于欲试验的土层表面，在荷载板上分级施加荷载。

每级荷载增量持续时间相同或接近，测记每级荷载作用下荷载板沉降量的稳定值，加载至总沉降量为25mm，或达到加载设备的最大容量为止，然后卸载，记录土的口弹值，持续时间应不小千一级荷载增量的持续时间。

根据试验记录绘制荷载P（或荷载强度P）和沉降量S的关系曲线。

地基在荷载作用下达到破坏状态的5过程可以分为3个阶段：○1压密阶段（直线变形阶段）：相当于P-S曲线上的oa段，P-S 曲线接近于直线土中各点剪应力均小于土抗剪强度土体处于弹性平衡状态，这一阶荷载板的沉降主要是由于土压密变引起的，曲线上相应于a点荷称为比例界限P r。

○2剪切阶段：相当于P-S曲线上的ab段。

这一阶段P-S曲线已不再保持线性关系，沉降增长率△S/△P随荷载的增家而增大。

在这个阶段，地基土中局部范围内（首先在基础边缘处）的剪应力达到土的
抗剪强度，土体发生剪切破坏，这些区域也称性区。

随着荷载的继
续增加，土中塑性区的范围也逐步扩大，直到土中形成连续的滑动面，由荷载板两侧挤出而破坏；因此，剪切阶段也是地基中塑性区的发生及发展阶段。

相应于
P一S曲线上b点的荷载称为极限荷载P u。

③破坏阶段，相当于P一S曲线上的bc段。

当荷载超过极限荷载后，荷载板急剧下沉，即使不增加荷载，沉降也不能稳定，因此，P一S曲线陡直下降。

这一阶段，申于土中塑性区范围的不断扩展，最后在土中形成连续滑动面，土从荷载板四周挤出隆起，地基本失稳而破坏。

对于典型的荷载试验P一S曲线，在曲线上能够明显地区分3个阶段，则在确定地基容许承载力时，一方面要求地基容许承载力不超过比例界限，这时地基土是处于压密阶段，地基变形较小。

但有时为了提高地基容许承载力，在满足建筑物沉降要求的前提下，也
可超过比例界限，允许土中产生一定范围的塑性区。

另一方面又要求地基容许承载力对极限荷载P u有一定的安全度，即地基容许承载力等于极限荷载除以安全系数。

而安全系数的大小，取决于建筑物的可靠程度，同时还要满足建筑物对沉降的要求占如图P一S曲线是
非典型性的，在曲线上没有明显的3个阶段，也很难直接从曲线上得到比例界限，这时根据实践经验，可以取相应于沉降S等于荷载板宽度（或直径）B的2％时的荷载作为地基的容许承载力。