土基承载能力试验方法比选

关键词：指土土基剪切荷载

土基承载力是指土基单位面积上所能承受荷载的能力, 以KPa计。研究土基承载力的目的是在工程设计中必须限制建筑物基础底面的压力, 使其不得超过土基的容许承载力, 以保证土基不会发生剪切破坏而失去稳定, 同时, 也使建筑物不致因基础产生过大的沉降和差异沉降而影响正常使用。因此, 确定土基的承载力是工程实践中迫切需要解决的问题、也是土力学理论中的重要内容之一。

1 土基承载力测定方法

测定土基承载力的方法有静力载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、标准贯入试验、旁压试验等。

1.1 静力载荷试验

静力载荷试验是在拟建静力载荷试验施工场地上, 在挖至设计的基础埋置深度时的平整坑底放置一定规格的方形或圆形承载板, 在其上逐级施加荷载, 测定相应荷载作用下土基的稳定沉降量, 分析研究土基的强度与变形特性, 求得土基容许承载力与变形模量等力学数据。

静力载荷试验的主要成果是p-s曲线及在一定压力P下的s-t关系曲线。

在应用静力载荷试验资料确定土基的承载力和变形模量、估算软土地基的不排水抗剪强度和土基的基床反力系数时, 必须注意以下两个问题:一是静力载荷试验的受荷面积比较小, 加荷后受影响的深度不会超过两倍承压板边边长或直径, 而且加荷时间也比较短, 因此不能通过静力载荷试验提供建筑物的长期沉降资料;二是在沿海软土分布地区, 地表往往有一层“硬壳层”, 当用小尺寸的承压板时, 常常受压范围还在地表“硬壳层”内, 其下软弱土基还未受到承压板的影响, 而对于实际建筑物的大尺寸基础, 下部软弱土层对建筑物的沉降起着主要的影响。因此, 静力载荷试验资料的应用是有条件的, 在进行载荷试验时, 要充分估计到试验影响范围的局限性, 注意分析试验成果与实际建筑物地基之间可能存在的差异。所以, 当土基压缩层范围内土层单一而且均匀时, 可以直接在基础埋置标高处进行静力载荷试验;如果土基压缩层范围内土层是成层变化的, 或者是不均匀的, 则要进行不同尺寸承压板或不同深度的静力载荷试验。遇到这种情况, 可以采用其他原位测试和室内土工试验来确定静力载荷试验影响不到的土层的工程力学性质。此外, 如果土基土层起伏变化很大时, 还应在不同地点做静力载荷试验。

1.2 静力触探试验

静力触探就是将一金属电测探头用静力贯入土层, 根据测得的探头贯入阻力大小来间接判定土的物理力学性质。其优点是连续、快速、精确, 可以在现场直接测得土的贯入阻力指标, 了解各土层原始状态 (避免了土被扰动和应力状态改变的影响) 的有关物理、力学性质。不足之处在于不能对土进行直接的观察、鉴别;对于含碎石、砾石的土层和很密实的砂层是不适用的, 在资料分析上, 也必须依靠地区经验。

静力触探的贯入机理是个非常复杂的问题, 而影响因素又多, 因此, 目前土力学还不能完善综合地从理论上解析圆锥探头与周围土体间的接触应力的分布及相应的土体变形问题。已有的近似机理的理论分析可分为三大类即承载力理论分析、孔穴扩张理论分析和稳定贯入流体理论分析。承载力理论分析大多借助于对单桩承载力的半经验分析, 这一理论将探头以下的土体受圆锥头的贯入产生整体剪切破坏时的贯入阻力视为是由滑动面处土的抗剪强度提供的, 而滑动面的形状是根据试验模拟或经验假设。

1.3 孔压静力触探试验

孔压静力触探试验把测孔隙水压力的传感元件与标准的静力触探组合在一起, 以使得测定的同时, 能量测土的孔隙水压力。当停止贯入时, 还可量测超孔隙水压力的消散, 直至超孔隙水压力全部消散, 达稳定的静止孔隙水压力。由于静探探头贯入土中所产生的超孔隙水压力是土类、土的强度和变形以及排水性能的函数, 利用孔压静探可以大大提高判别土类和划分土层的能力, 并能在现场通过孔压消散试验为评定土的渗透性和固结特性提供依据。故孔压静探将取代静力触探, 成为新的有效的原位测试技术。

1.4 动力触探试验

圆锥动力触探试验是利用一定的锤击动能, 将一定规格的圆锥探头打入土中, 依据打入土中时的阻力大小判别土层的变化, 对土层进行力学分层, 并确定土层的物理力学性质, 对地基土作出工程地质评价。通常以打入土中一定距离所需要的锤击数来表示土的阻力。

该试验方法的优点是设备简单, 操作方便, 工效较高, 适应性广, 并具有连续贯入的特性。对难以取样的砂土、粉土、碎石类土等, 对静力触探难以贯入的土层, 动力触探是十分有效的勘探测试手段。

而缺点在于不能采样对土进行直接鉴别描述, 试验误差较大, 再现性差。

1.5 标准贯入试验

标准贯入试验实质上仍属于动力触探, 所不同者, 其触探头不是圆锥形而是标准规格的圆筒形 (由两个半圆管合成的取土器) 称之为贯入器。因此, 标准贯入试验就是利用一定的锤击动能将一定规格的对开管式贯入器打入钻孔孔底的土层中, 根据打入土层中的贯入阻力, 评定土层的变化和土的物理力学性质。贯入阻力用贯入器贯入土层中的30cm的锤击数N63.5表示, 也称标贯击数。

标准贯入试验的优点在于操作简便, 设备简单, 土层的适应性广, 而且通过贯入器可以采取扰动土样, 对它进行直接鉴别描述和有关的室内土工试验。如对砂土做颗粒分析试验。本试验特别对不易钻取的砂土和砂质粉土物理力学性质的评定具有独特的意义。