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地基承载力检测与评定方法优化

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:当出现下列情况之一时,应对建筑物的地基承载力进行重新评价。(一)野外鉴别法对于灌区建筑物的地基承载力检测与评定,常采用比较简单、可靠并适用于浅埋天然地基的野外鉴别法。基岩的承载力主要与其风化程度有关。对素填土应测定其压缩模量ES。对于砂土、粘土和素填土的承载力一般可通过标准贯入和轻便触探法确定。

地基承载力检测与评定方法优化

在地基不因剪切破坏而丧失稳定性和地基变形(建筑物的沉降量)不超过允许值的条件下,地基单位面积的最大承载能力称为地基土的承载力

当出现下列情况之一时,应对建筑物的地基承载力进行重新评价。

(1)对建筑物进行改建、扩建、加固而导致建筑物重量或使用荷载增大时。

(2)对建筑物进行病害分析中怀疑地基承载力不足是其原因之一时。

对已有建筑物的地基承载力,通常由野外鉴别和用土的物理力学指标查表或通过标准贯入试验、轻便触探试验来确定。

(一)野外鉴别法

对于灌区建筑物的地基承载力检测与评定,常采用比较简单、可靠并适用于浅埋天然地基的野外鉴别法。其工作程序为:挖探坑→现场鉴别→取原状土样→土工试验→根据现场鉴别和土工试验得修正后的土性指标,查承载力表确定地基承载力。

1.基岩的鉴别与承载力的确定

呈整体或具有节理裂隙的岩体为岩石。基岩的承载力主要与其风化程度有关。基岩风化程度的野外鉴别是通过挖探坑,观察基岩的结构构造变化情况、矿物色泽的新鲜程度、裂隙面紧密与连接状况、锤击音质及可挖性等,查表2-1 确定。挖坑数量应根据具体的地质结构及风化情况的变化情况确定。

表2-1 岩石风化程度鉴别

注 波速比为风化岩石与新鲜岩石的弹性纵波速度之比。

根据现场鉴别结果,岩石的承载力标准值fk 可查表2-2确定。

表2-2 岩石fk (单位:kPa)

注 强风化岩石改变埋藏条件后,如强度降低,宜按降低程度选用较低值。

2.碎石土的鉴别与承载力的确定

粒径大于2mm 的碎石颗粒含量超过全重50%的土为碎石土。碎石土可根据构成其骨架的颗粒形状和砾石含量由表2-3分类,并根据碎石颗粒含量、排列及可挖性等按表2-4 确定其密实度。挖坑数量应根据碎石土分布的变化情况确定。

表2-3 碎石土按砾的含量分类

表2-4 碎石土密实度鉴别标准

注 骨架颗粒指碎石土中含有的卵石、碎石、圆砾或角砾。

根据现场鉴别结果,碎石土的承载力标准值fk 可分别查表2 - 5。

表2-5 碎石土fk (单位:kPa)

注 1.表中数值适用于骨架颗粒空隙全部由中砂、粗砂或坚硬的粘性土所充填的情况。
2.当粗颗粒为中等风化或强风化时,可按其风化程度适当降低承载力,当颗粒间呈半胶结状时,可适当提高允许承载力。

3.土类土的鉴别与承载力的确定

(1)取样方法。在建筑物基础外侧挖探坑,一般不应少于3个,坑壁宜靠基础外侧面。坑的尺寸一般可采用1.5m×1.0m 的矩形,深度应视地层土质情况而定。一般应大于基础埋置深度0.5~1.0m,较深的坑井必须进行坑壁加固。探坑挖至预定深度后,在坑底的靠近基础处和坑壁的预定深度处(取基础下土样)分别各挖一土柱(一个探坑中同一土层取2 个土样)。土样的直径应稍大于取土筒的直径,将土柱顶面削平,放上两端开口的取土筒,并削去筒外多余的土,一面削土一面将其压入筒中,直到土柱完全套入筒后,切断土柱,削平两端土体,盖好上、下筒盖,用熔蜡密封后贴上标签,注明土样的上、下方向和取样部位、深度。宜及时将土样送至土工试验室进行试验。取样后的探坑应及时回填,并确保夯实质量。

(2)土的分类。土的分类方法不同的分类方法所得的分类结果也不同。水闸新规范[2]的方法为按颗粒级配和塑性指标进行分类。按土的颗粒级配分类见图2-4;按土的塑性指标IP 分类见表2-6。

1)砂土。粒径大于2mm的颗粒含量不超过全重50%,粒径大于0.075mm的颗粒超过全重50%的土为砂土。根据砂粒的含量,砂土又可以进一步细分为表2-7所示的几种。砂土的密度可按表2-8 划分。

图2-4 按颗粒级配对土分类的三角坐标图

(若土中含有砾,但其含量不超过10 % ,在土名前加“含少量砾的”5 个字)

表2-6 土按塑性指标分类的标准

表2-7 砂土按砂粒含量的分类标准

表2-8 砂土按密实度分类

2)粉土。塑性指标IP ≤10,且性质介于砂土和粘性土之间的土为粉土,对其应测定含水量和孔隙比e。

3)红粘土。由碳酸盐岩系外露区的岩石风化(红土化)而形成的棕红、褐黄等色的高塑性粘土为红粘土。其液限一般大于50,上硬下软,有明显的收缩性,裂隙发育。对红粘土应测定其含水比aw=w/wl 和液塑比Ir=wl/wp

4)淤泥。在静水或缓慢的流水环境中沉积、并经生物化学作用形成,天然含水量大于液限,天然空隙比e ≥1.5的粘性土为淤泥,若1.5>e ≥1.0的称为淤泥质土。对淤泥应测定其天然含水量。

5)人工填土。由碎石、砂土、粉土、粘性土等组成的填土为素填土;含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的为杂填土。对素填土应测定其压缩模量ES

(3)由土性指标查表确定地基承载力。对于砂土、粘土和素填土的承载力一般可通过标准贯入和轻便触探法确定。以下给出几种土质承载力的查用表[3],可根据现场鉴别结果和土工试验得到的土性指标,并参考当地经验查表确定地基承载力。

在查表确定土基的承载力时,应先求出其孔隙比e、含水量w、液性指标IL、压缩模量ES 等的均值μ、标准差σ、变异系数δ,依均值从相应表2-9~表2-13中查出承载力基本值f0,再由该项土性指标参加统计的样本数n 和变异系数δ求得回归修正系数αf 值。则承载力标准值fkff0。同一土层同一土性指标参加统计的样本数n 不少于6。

当表中有并列两个指标时,可按下式将两个变异系数折算为一个综合变异系数δ

表2-9 粉土f0 (单位:kPa)

(www.xing528.com)

注 1.有括号者仅供内插用。
2.折算系数ξ为0。
3.在湖、塘、沟、谷和河漫滩地段,新近沉积粉土的工程性质一般较差,应根据实际经验取值。

表2-10 粘性土f0 (单位:kPa)

注 1.有括号者仅供内插用。
2.折算系数ξ为0.1。
3.在湖、塘、沟、谷和河漫滩地段,新近沉积粘性土的工程性质一般较差;第四纪晚更新世(QS)及其以前沉积的老粘性土,其工程性能通常较好。这些土应根据当地实践经验取值。

表2-11 沿海地区淤泥和淤泥质土f0 (单位:kPa)

注 对于内陆淤泥和淤泥质土,可参照使用。

表2-12 红粘土f0 (单位:kPa)

注 1.本表仅适用于定义范围内的红粘土。
2.Ir=1.7~2.3时,内插。
3.折算系数ξ为0.4。

表2-13 素填土f0 (单位:kPa)

注 本表仅适用于堆填时间超过10年的粘性土,以及超过5年的粉土。

式中:δ1 为表中第一指标的变异系数;δ2 为表中第二指标的变异系数;ξ为折算系数,按有关承载力表的“注”取值。

回归修正系数αf 按下式计算

式中:n 为用以查表的土性指标参加统计的样本数。

(4)由基础附近土样确定地基承载力。当无条件取得建筑物基础下的土样时,可在建筑物基础附近处挖探坑,取基础外的土样,也可用轻便地质钻机钻取土样。因建筑物长期荷载对地基土的压实作用使其承载力有所提高,应对基础外土样的一些土性指标作必要的修正后,再用承载力表确定建筑物基础下的地基承载力。

也可由基础外土样的土性指标直接用承载力表先确定地基承载力,然后再乘以表2-14 压力效应提高系数K0,作为建筑物基础下的地基承载力。

表2-14 压力效应提高系数K0

注 P 为已有建筑物基础底面上的平均压力。

工程实践表明,在建筑物荷载的长期作用下,只要地基土所承受的压力不超过其容许承载力,就会产生压密变形,土的孔隙体积减小,孔隙水排出,地基土固结,从而使土的抗剪强度有不同程度的提高,对粘性土来说,其粘聚力也随时效而增大。

研究表明,受建筑物长期荷载(附加压力)作用下的地基土孔隙比e0 与原地基土孔隙比ec 存在下列关系

式中:e0 为在建筑物荷载的长期作用下,地基土沉降变形(压缩变形)后的孔隙比;ec 为原地基土的空隙比;S 为在建筑物荷载作用下的地基最终变形值;H 为地基的压缩层厚度,可采用下列两种方法计算。

1)应力比法。建筑物荷载(附加压力)PH 等于其上部土体重力Pc 的10%~20%处至基础底面的高度,作为地基压缩层厚度H,即

式中:PH、Pc 分别为基础底面下深度H 处,建筑物对水平面上产生的附加压力和至建筑物底面土层的自重压力。

2)变形比法。自基础底面算起,至满足下式地基计算变形值ΔS 处的深度,作为地基压缩层厚度H。

式中:ΔS 为在深度H 处,向上取计算层厚为1m 的计算变形值;ΔSi 为在深度H 范围内,第i 层土的计算变形值。

试验还表明,在建筑物长期荷载作用下,砂类地基土的内摩擦角和粘聚力与其加载时间存在下列关系。

式中:φ0、C0 分别为基础外砂类土的内摩擦角和粘聚力;φt、Ct 分别为基础底面下地基压缩层以内砂类土的内摩擦角和粘聚力;t 为建筑物已建成的年限。

国内有关试验分析资料表明,对于砂土地基受承载4年以上,轻亚粘土和亚粘土6年以上,粘性土10年以上,如建筑物无不均匀沉降的迹象和无功能性损坏,则其地基承载力可按如下经验公式计算

式中:f0 为原地基或由基础外土样土性指标确定的地基承载力;fk 为建筑物基底的地基承载力;K0 为考虑建筑物长期荷载作用的压力效应提高系数,可按表2-14 取值。

(二)标准贯入和轻便触探法

砂土、粘土和素填土的承载力主要与其密实度有关,加之标准贯入法和轻便触探法简便,且精度较高,所以工程中常采用此方法确定其承载力。可根据标准贯入试验的锤击数N 和轻便触探试验的锤击数N10,查表2-15~表2-18,并参考当地经验,确定地基承载力f0。标准贯入试验和轻便触探试验的设备和操作方法见土力学及有关参考书。

表2-15 砂土f0 (单位:kPa)

表2-16 粘性土f0 (单位:kPa)

表2-17 粘性土f0(单位:kPa)

表2-18 素填土f0(单位:kPa)

注 本表仅适用于粘性土与粉土组成的素填土。

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