岩土工程勘察土体原位测试

第四章土体原位测试

4.1 概述

优点：(1) 可在拟建工程场地进行测试，毋需取样，避免了因钻探取样所带来的一系列困难和问题，如原状样扰动问题等。(2) 原位测试所涉及的土尺寸较室内试验样品要大得多，因而更能反映土的宏观结构(如裂隙等)对土的性质的影响。

缺点：(1) 土体原位测试技术的发展历史较短，对测试机理及应用的研究都有待于进一步深入。

(2) 由于现场土体边界条件不易控制及其复杂性，使所测成果和数据与土的工程性质指标等对比时，目前仍主要是建立在大量统计的经验关系之上。

4.1.2 土体原位测试技术的种类

土体原位测试可以归纳为下列两类：(1)土层剖面测试法。它主要包括静力触探、动力触探、扁铲松胀仪试验及波速法等。(2)专门测试法。它主要包括载荷试验、旁压试验、标准贯入实验、抽水和注水试验、十字板剪切试验等。

4.2 静力载荷试验

平板静力载荷试验(英文缩写PLT)，简称载荷试验。

其方法是在保持地基土的天然状态下，在一定面积的承压板上向地基土逐级施加荷载，并观测每级荷载下地基土的变形特性。测试所反映的是承压板以下大约1.5-2倍承压板宽的深度内土层的应力—应变—时间关系的综合性状。

载荷试验的主要优点是对地基土不产生扰动，利用其成果确定的地基承载力最可靠、最有代表性，可直接用于工程设计。

其成果用于预估建筑物的沉降量效果也很好。

载荷试验按试验深度分为浅层和深层；按承压板形状有平板与螺旋板之分；按用途可分为一般载荷试验和桩载荷试验；按载荷性质又可分为静力和动力载荷试验。

4.2.1 静力载荷试验的仪器设备及试验要点

一、仪器设备

载荷试验的设备由承压板、加荷装置及沉降观测装置等部件组合而成。

1)承压板

有现场砌置和预制两种，一般为预制厚钢板(或硬木板)。

2)加荷装置

加荷装置包括压力源、载荷台架或反力构架。加荷方式可分为两种，即重物加荷和油压千斤顶反力加荷。

3)沉降观测装置

沉降观测仪表有百分表、沉降传感器或水准仪等。

二、试验要点

(1)载荷试验一般在方形试坑中进行。

试坑底的宽度应不小于承压板宽度(或直径)的3倍，以消除侧向土自重引起的超载影响，使其达到或接近地基的半空间平面问题边界条件的要求。试坑应布置在有代表性地点，承压板底面应放置在基础底面标高处。

(2)为了保持测试时地基土的天然湿度与原状结构，应做到以下几点：

①测试之前，应在坑底预留20~30cm厚的原土层，待测试将开始时再挖去，并立即放入载荷板。

②对软粘土或饱和的松散砂，在承压板周围应预留20~30cm厚的原土作为保护层。

③在试坑底板标高低于地下水位时，应先将水位降至坑底标高以下，并在坑底铺设2cm厚的砂垫层，再放下承压板等，待水位恢复后进行试验。

(3) 安装设备，参考图4-1或图4-2，其安装次序与要求：

①安装承压板前应整平试坑底面，铺设1~2cm厚的中砂垫层，并用水平尺找平，以保证承压板

与试验面平整均匀接触。②安装千斤顶、载荷台架或反力构架。其中心应与承压板中心一致。③安装沉降观测装置。其支架固定点应设在不受土体变形影响的位置上，沉降观测点应对称放置。

(4) 加荷(压)。安装完毕，即可分级加荷。测试的第一级荷载，应将设备的重量计入，且宜接近所卸除土的自重(相应的沉降量不计)。以后每级荷载增量，一般取预估测试土层极限压力的1/8-1/10。当不宜预估其极限压力时，对较松软的土，每级荷载增量可采用10-25kPa；对较坚硬的土，采用50kPa；对硬土及软质岩石，采用100kPa。

(5) 观测每级荷载下的沉降。其要求是：

①沉降观测时间间隔。加荷开始后，第一个30min内，每10min观测沉降一次；第二个30min 内，每15min观测一次；以后每30min 进行一次。②沉降相对稳定标准。连续四次观测的沉降量，每小时累计不大于0.1mm时，方可施加下一级荷载。

(6) 尽可能使最终荷载达到地基土的极限承载力，以评价承载力的安全度。当测试出现下列情况之一时，即认为地基土已达极限状态，可终止试验：①承压板周围的土体出现裂缝或隆起；②在荷载不变情况下，沉降速率加速发展或接近一常数。压力-沉降量曲线出现明显拐点；③总沉降量等于或大于承压板宽度(或直径)的0.08；④在某一荷载下，24h内沉降速率不能达到稳定标准。

(7)如达不到极限荷载，则最大压力应达到预期设计压力的两倍或超过第一拐点至少三级荷载。

(8)当需要卸荷观测回弹时，每级卸荷量可为加荷量的2倍，历时1h，每隔15min观测一次。荷载完全卸除后，继续观测3h。

三、静力载荷试验成果整理及其应用

(1) 静力载荷测试成果——压力-沉降量关系曲线

(2) 试验成果的应用

①确定地基土承载力基本值f0 ②计算地基土变形模量E0 ③利用p-S曲线还可确定湿陷性黄土的湿陷起始压力

4.3静力触探试验

一、静力触探试验的特点

静力触探试验(英文缩写CPT)，是把具有一定规格的圆锥形探头借助机械匀速压入土中，以测

定探头阻力等参数的一种原位测试方法。

它分为机械式和电测式两种。机械式采用压力表测量贯入阻力，电测式则采用传感器和电子测试仪表测量贯入阻力。我国采用的是电测式。

电测静力触探是应用最广的一种原位测试技术，这与它明显的优点有关：①兼有勘探与测试双重作用；②测试数据精度高，再现性好，且测试快速、连续、效率高、功能多；③采用电子技术，便于实现测试过程自动化。

二、静力触探试验仪器设备

静力触探试验仪器设备主要由以下几部分组成：

①触探主机和反力装置②测量与记录显示装置③探头

目前国内外使用的探头可分为三种形式:

(1)单用(桥)探头：是我国特有的一种探头型式，只能测量一个参数，即比贯入阻力ps，分辨率(精度)较低。(2)双用(桥)探头：它是一种将锥头与摩擦筒分开，可以同时测量锥头阻力qs和侧壁摩阻力fs两个参数的探头，分辨率较高。(3)多用(孔压)探头：它一般是将双用探头再安装一种可测触探时所产生的超孔隙水压力装置——透水滤器和孔隙水压力传感器，分辨率最高，在地下水位较浅地区应优先采用。④探杆

4.3.2 静力触探试验要点和试验成果整理

一、静力触探试验要点

(1)率定探头，求出地层阻力和仪表读数之间的关系，以得到探头率定系数，一般在室内进行。新探头或使用一个月后的探头都应及时进行率定。

(2)现场测试前应先平整场地，放平压入主机，以便使探头与地面垂直；下好地锚，以便固定压入主机。

(3)将电缆线穿入探

杆，接通电路，调整好仪

器。(4)边贯入，边测记，

贯入速率控制在1-2cm/s。

此外，孔压触探还可进行

超孔隙水压力消散试验，

即在某一土层停止触探，

记录触探时所产生的超孔

隙水压力随时间变化(减

小)情况，以求得土层固结

系数等。

二、静力触探测试成果整

理

(1)对原始数据进行

检查与校正，如深度和零

飘校正。

(2)按下列公式分别

计算比贯入阻力ps、锥尖

阻力qc，侧壁摩擦力fs，

摩阻比FR及孔隙水压力

U。

(3)分别绘制qc 、

ps 、fs 、FR 、U 随