根据式(4.5),且=△ 可得 E (4.8) Ae 由式(4.8)可见,E,与a成反比,即E,愈大,a愈小,土体的压缩性愈低。 4.1.3静荷载试验和变形模量 土的侧限压缩试验是工程中常用的测定地基土压缩性的方法,属于室内试验, 土样保持天然状态下的含水量和结构很困难。工程上常用静荷载试验来测定土的 压缩性,属于原位测试试验。荷载试验可用于测定承压板下应力主要影响范围内岩 土的承载力和变形模量。 1.静荷载试验 荷载试验应布置在有代表性的地点,每个场地不宜少于3个,当场地内岩土体 不均匀时,应适当增加。 试验前在试验点开挖试坑,试坑宽度和直径不应小于承压板宽度和直径的3 倍,深度与被测土层深度相同。承压板面积不应小于0.25m2,对软土和粒径较大的 填士不应小于05m。路是两般由加荷稳定装置反力装置及 观测装置三部分组成。加荷稳定装平包廉压板、千斤顶及稳压器等;反力装置常 用堆载和地锚;观测装置包括面分表及定皮槊。 排钢梁 钢梁 堆载 娘表殷木操水啉小百分表 千斤顶 地锚 AIN 承压板 承压板 图4.5静荷载试验 试验时坑底土应避免扰动,保持其原状结构和天然湿度,并在承压板下铺设不 超过20mm的砂垫层找平,尽快安装试验设备,减少对土的扰动。 荷载试验加荷方式应采用分级维持荷载沉降相对稳定法(常规慢速法);有地 区经验时,可采用分级加荷沉降非稳定法(快速法)或等沉降速率法;加荷等级宜取 10~12级,并不应少于8级,最大加载量不应小于设计要求的两倍。第一级荷载接 近开挖试坑所卸除的土重,相应的沉降量不计,其后每级荷载增量,对软土可采用
根据式（４５），且 σz＝Δp ，εz＝ Δe １＋e１ ，可得 E s ＝ ΔP Δe １ ＋ e１ ＝ １ ＋ e１ α （４８） 由式（４８）可见， E s 与 α成反比，即 E s 愈大，α愈小，土体的压缩性愈低。 ４１３ 静荷载试验和变形模量 土的侧限压缩试验是工程中常用的测定地基土压缩性的方法，属于室内试验， 土样保持天然状态下的含水量和结构很困难。 工程上常用静荷载试验来测定土的 压缩性，属于原位测试试验。荷载试验可用于测定承压板下应力主要影响范围内岩 土的承载力和变形模量。 １静荷载试验 荷载试验应布置在有代表性的地点，每个场地不宜少于 ３ 个，当场地内岩土体 不均匀时，应适当增加。 试验前在试验点开挖试坑，试坑宽度和直径不应小于承压板宽度和直径的 ３ 倍，深度与被测土层深度相同。 承压板面积不应小于 ０２５ｍ２ ，对软土和粒径较大的 填土不应小于 ０５ｍ２ 。 试验装置如图 ４５ 所示，一般由加荷稳定装置、反力装置及 观测装置三部分组成。 加荷稳定装置包括承压板、千斤顶及稳压器等；反力装置常 用堆载和地锚；观测装置包括百分表及固定支架。 图 ４５ 静荷载试验 试验时坑底土应避免扰动，保持其原状结构和天然湿度，并在承压板下铺设不 超过 ２０ｍ ｍ 的砂垫层找平，尽快安装试验设备，减少对土的扰动。 荷载试验加荷方式应采用分级维持荷载沉降相对稳定法（常规慢速法）；有地 区经验时，可采用分级加荷沉降非稳定法（快速法）或等沉降速率法；加荷等级宜取 １０～１２ 级，并不应少于 ８ 级，最大加载量不应小于设计要求的两倍。 第一级荷载接 近开挖试坑所卸除的土重，相应的沉降量不计，其后每级荷载增量，对软土可采用 · ７０·
10~25kPa,对较硬的土则用50kPa。每级荷载施加后,间隔10、10、10、15、15min测 读一次沉降,以后每间隔半小时测读一次沉降,当连读两小时每小时沉降量小于等 于0.lmm时,可认为沉降已达相对稳定标准,施加下一级荷载。 当出现下列情况之一时,可终止试验 1)承压板周边的土出现明显侧向挤出。 2)本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的5 倍,荷载与沉降曲线出现明显陡降。 3)在某级荷载下24小时沉降速率不能达到相对 稳定标准。 4)总沉降量与承压板直径(或宽度)之比超过 根据试验结果,按一定比例以压力p为横坐标,以 稳定沉降s为纵坐标,可绘制荷载沉降(p-s)曲线,如 图4.6所示。 p-s曲线通常可分为三个阶段:直线变形阶段、局4.6p-s曲线 部剪切阶段和破坏阶段。在p-s曲线中,a点所对应的荷载称为比例界限荷载,b点 所对应的荷载称为极限岛 变形模量 土的变形模量应根据曲线的始线段,可按均质各向同性半无限弹性 介质的弹性理论计算。荷载试验的变形模量Eo(MPa),可按下式计算 E0=lo(1-p2) (4.9) 式中:E0——地基土变形模量(MPa); o——刚性承压板的形状系数,圆形承压板取0.785;方形承压板取0.886 μ—一土的泊松比(碎石土取0.27,砂土取0.30,粉土取0.35,粉质黏土取 0.38,黏土取0.42) d—承压板直径或边长(m) p-p-s曲线线性段的压力(kPa); 与p对应的沉降 如果p-s曲线不出现直线段,当压板面积为0.20~0.50m2,可取s=(0.01 0.015)d所对应的荷载代入式(4.9)进行计算。根据理论推导知,静荷载试验测定 的地基土的变形模量E。与室内试验测定的压缩模量E,有如下关系 E (4.10) 式中:B—与土的泊松比有关的系数,B 2u2 71
１０～２５ｋＰａ，对较硬的土则用 ５０ｋＰａ。每级荷载施加后，间隔 １０、１０、１０、１５、１５ｍｉｎ 测 读一次沉降，以后每间隔半小时测读一次沉降，当连读两小时每小时沉降量小于等 于 ０１ｍ ｍ 时，可认为沉降已达相对稳定标准，施加下一级荷载。 当出现下列情况之一时，可终止试验： １） 承压板周边的土出现明显侧向挤出。 图 ４６ ps曲线 ２） 本级荷载的沉降量大于前级荷载沉降量的 ５ 倍，荷载与沉降曲线出现明显陡降。 ３） 在某级荷载下 ２４ 小时沉降速率不能达到相对 稳定标准。 ４） 总沉降量与承压板直径 （或宽度）之比超过 ００６。 根据试验结果，按一定比例以压力 p 为横坐标，以 稳定沉降 s 为纵坐标，可绘制荷载沉降（ps）曲线，如 图 ４６ 所示。 p s 曲线通常可分为三个阶段：直线变形阶段、局 部剪切阶段和破坏阶段。 在 ps曲线中，a 点所对应的荷载称为比例界限荷载，b 点 所对应的荷载称为极限荷载。 ２变形模量 土的变形模量应根据 ps曲线的初始直线段，可按均质各向同性半无限弹性 介质的弹性理论计算。 荷载试验的变形模量 E ０ （Ｍ Ｐａ），可按下式计算： E ０ ＝ I ０ （１ － μ２ ） p d s （４９） 式中： E ０—— 地基土变形模量（Ｍ Ｐａ）； I０ ——刚性承压板的形状系数，圆形承压板取 ０７８５；方形承压板取 ０８８６； μ—— 土的泊松比（碎石土取 ０２７，砂土取 ０３０，粉土取 ０３５，粉质黏土取 ０３８，黏土取 ０４２）； d ——承压板直径或边长（ｍ）； p ——p s曲线线性段的压力（ｋＰａ）； s—— 与 p 对应的沉降（ｍ ｍ ）。 如果 p s曲线不出现直线段，当压板面积为 ０２０～ ０５０ｍ２ ，可取 s＝ （００１～ ００１５）d 所对应的荷载代入式（４９）进行计算。 根据理论推导知，静荷载试验测定 的地基土的变形模量 E ０ 与室内试验测定的压缩模量 E s 有如下关系： E ０ ＝ βE s （４１０） 式中：β—— 与土的泊松比有关的系数，β＝１－ ２μ２ １－μ。 · ７１·
4.2地基变形的类型 4.2.1沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜 地基变形的特征,可以分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜四种。 1.沉降量 沉降量指基础中心点的沉降量。沉降量过大,会导致室内外的上下水管、照明 与通讯电缆和煤气管道的折断,以及室内外交通不便等后果,影响建筑物的正常使 用 2.沉降差 沉降差指相邻单独基础沉降量的差值。如建筑物两个相邻基础沉降差过大,会 使上部结构内部产生附加应力,附加应力超过自身强度时,建筑物将产生裂缝、倾 斜甚至破坏,影响建筑物结构的安全和正常使用。 3.倾斜 倾斜指单独基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。建筑物倾斜过大, 将影响建筑物的稳定性;危建筑物的家全 4.局部倾斜 的 局部倾斜指砖石砌体重级的0m内基础两点的沉降差与其距离 的比值。建筑物局部倾斜过大,会使砖石砌体承受弯矩作用而造成拉裂。 由于建筑地基不均匀、荷载差异很大、体形复杂等因素引起的地基变形,对于 砌体承重结构应由局部倾斜控制;对于框架和单层排架结构应由相邻柱基的沉降 差控制;对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值作为控制;必要时尚应控制平 均沉降量。 4.2.2地基变形允许值 地基土在建筑物荷载作用下必然会产生变形,引起基础的沉降。如果变形较 小,不超过地基变形允许值,将不影响建筑物的使用,这是允许的。地基变形允许值 的确定是比较困难的,因为它涉及到上部结构以及基础和地基之间的相互作用,与 建筑物的整体刚度、结构类型、荷载分布、地基土层分布及其施工方法等因素有 关 地基变形允许值按表4.1确定。对表中未包括的建筑物,应根据上部结构对地 基变形的适应能力和使用上的要求确定
４２ 地基变形的类型 ４２１ 沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜 地基变形的特征，可以分为沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜四种。 １沉降量 沉降量指基础中心点的沉降量。 沉降量过大，会导致室内外的上下水管、照明 与通讯电缆和煤气管道的折断，以及室内外交通不便等后果，影响建筑物的正常使 用。 ２沉降差 沉降差指相邻单独基础沉降量的差值。如建筑物两个相邻基础沉降差过大，会 使上部结构内部产生附加应力，附加应力超过自身强度时，建筑物将产生裂缝、倾 斜甚至破坏，影响建筑物结构的安全和正常使用。 ３倾斜 倾斜指单独基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值。建筑物倾斜过大， 将影响建筑物的稳定性，危及建筑物的安全。 ４局部倾斜 局部倾斜指砖石砌体承重结构沿纵向 ６～１０ｍ 内基础两点的沉降差与其距离 的比值。 建筑物局部倾斜过大，会使砖石砌体承受弯矩作用而造成拉裂。 由于建筑地基不均匀、荷载差异很大、体形复杂等因素引起的地基变形，对于 砌体承重结构应由局部倾斜控制；对于框架和单层排架结构应由相邻柱基的沉降 差控制；对于多层或高层建筑和高耸结构应由倾斜值作为控制；必要时尚应控制平 均沉降量。 ４２２ 地基变形允许值 地基土在建筑物荷载作用下必然会产生变形，引起基础的沉降。 如果变形较 小，不超过地基变形允许值，将不影响建筑物的使用，这是允许的。地基变形允许值 的确定是比较困难的，因为它涉及到上部结构以及基础和地基之间的相互作用，与 建筑物的整体刚度、结构类型、荷载分布、地基土层分布及其施工方法等因素有 关。 地基变形允许值按表 ４１ 确定。对表中未包括的建筑物，应根据上部结构对地 基变形的适应能力和使用上的要求确定。 · ７２·
表4.1建筑物的地基变形允许值 地基土类别 形特征 中、低压缩性土 高压缩性土 砌体承重结构基础的局部倾斜 0.0 02 0.003 工业与民用结构相邻柱基的沉降差 0.002L (1)框架结构 0.003L (2)砌体墙填充的边排柱 0.0007L 0.001L (3)当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构 0.005L 0.005L 单层排架结构(柱距为6m)柱基的沉降量/mm (120) 桥式吊车轨面的倾斜(按不调整轨道考虑) 纵向 0.004 横向 0.003 多层和高层建筑的整体倾斜Hg≤24 0.004 24<Hg≤60 60<H,≤100 0.0025 Hg>100 体形简单的高层建筑基础的平降量 高耸结构基础的倾斜 20<Hg≤50 50<Hg≤100 100<Hg≤150 150<Hg≤200 0.002 g 高耸结构基础的沉降量/mmHg≤100 100<Hg≤200 200<Hg≤250 注:1)本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值。 2)有括号者仅适用于中压缩性土。 3)L为相邻柱基的中心距离(mm):H,为自室外地面起算的建筑物高度。 4.2.3可不作地基变形计算的建筑类型 根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑 物破坏或影响正常的程度,将地基基础设计分为三个设计等级,设计时应根据情 况,按表4.2选用 根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响 程度,地基基础设计应符合下列规定:
表 ４１ 建筑物的地基变形允许值 变形特征 地基土类别 中、低压缩性土 高压缩性土 砌体承重结构基础的局部倾斜 ０００２ ０００３ 工业与民用结构相邻柱基的沉降差 （１） 框架结构 （２） 砌体墙填充的边排柱 （３） 当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构 ０００２L ００ ００７L ０００５L ０００３L ０００１L ０００５L 单层排架结构（柱距为 ６ｍ ）柱基的沉降量 ／ｍ ｍ （１ ２０） ２００ 桥式吊车轨面的倾斜 （按不调整轨道考虑） 纵向 横向 ００ ０４ ００ ０３ 多层和高层建筑的整体倾斜 H g ≤２４ ２４＜H g ≤６０ ６０＜ H g ≤１００ H g ＞１００ ００ ０４ ００ ０３ ００ ０２ ５ ００ ０２ 体形简单的高层建筑基础的平均沉降量 ／ｍ ｍ ２００ 高耸结构基础的倾斜 H g ≤２０ ２０＜H g ≤５０ ５０＜ H g ≤１００ １００＜ H g ≤１５０ １５０＜ H g ≤２００ ２００＜ H g ≤２５０ ００ ０８ ００ ０６ ００ ０５ ００ ０４ ００ ０３ ００ ０２ 高耸结构基础的沉降量／ｍｍ H g≤ １００ １０ ０＜H g≤ ２００ ２０ ０＜H g≤ ２５０ ４００ ３００ ２００ 注 ：１） 本表数值为建筑物地基实际最终变形允许值。 ２） 有括号者仅适用于中压缩性土 。 ３） L 为相邻柱基的中心距离 （ｍ ｍ ）；H g 为自室外地面起算的建筑物高度 。 ４２３ 可不作地基变形计算的建筑类型 根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑 物破坏或影响正常的程度，将地基基础设计分为三个设计等级，设计时应根据情 况，按表 ４２ 选用。 根据建筑物地基基础设计等级及长期荷载作用下地基变形对上部结构的影响 程度，地基基础设计应符合下列规定： · ７３·
表4.2地基基础设计等级 设计等级 建筑和地基类型 重要的工业与民用建筑物 30层以上的高层建筑 体型复杂,层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物 大面积的多层地下建筑物(如地下车库、商场、运动场等) 对地基变形有特殊要求的建筑物 复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡) 对原有工程影响较大的新建建筑物 场地和地基条件复杂的一般建筑物 位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程 乙级 除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物 丙级 场地和地基条件简单,荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑 物;次要的轻型建筑物 1)所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。 2)设计等级为甲级、乙级的建筑物,均应按地基变形设计。 3)表4.3所列范围内等级为丙级的建筑物可不作变形验算,如有下列情 况之一时,仍应作变形验算 表43可不作地基变形社算设计等级为丙级的建筑物范围 地基主 地基承载力特征值 60≤fak80≤fak100≤fa130≤fak160≤fa200≤fa 要受力 fakrA <100 <130 <160 <200 <300 层情况 各土层坡度/% ≤5 ≤10 ≤10 砌体承重结构、框架 结构(层数) ≤5 ≤5 ≤6 ≤6 ≤7 吊车额定 5-1010-15152020-3030-5050-100 单单起重量/ 层跨|厂房跨度 ≤30 建筑 排 架 类型结多 吊车额定 3~5 5~10 10-15 15~20 20~3 30~75 起重量 构 跨|厂房跨度 ≤18 烟囱 高度/m 高度 水塔 注:1)地基主要受力层系指条形基础底面下深度为3b(b为基础宽度),独立基础下为1.5b,且厚度均不 小于5m的范围(二层以下一般的民用建筑除外)。 2)表中砌体承重结构和框架结构均指民用建筑,对于工业建筑可按厂房高度、荷载情况折合成与其 相当的民用建筑层数。 3)表中吊车额定起重量、烟囱高度和水塔体积的数值系指最大值 74
表 ４２ 地基基础设计等级 设计等级 建筑和地基类型 甲 级 重要的工业与民用建筑物 ３０ 层以上的高层建筑 体型复杂 ，层数相差超过 １０ 层的高低层连成一体建筑物 大面积的多层地下建筑物（如地下车库、商场、运动场等 ） 对地基变形有特殊要求的建筑物 复杂地质条件下的坡上建筑物（包括高边坡 ） 对原有工程影响较大的新建建筑物 场地和地基条件复杂的一般建筑物 位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程 乙 级 除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物 丙 级 场地和地基条件简单，荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑 物；次要的轻型建筑物 １） 所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定。 ２） 设计等级为甲级、乙级的建筑物，均应按地基变形设计。 ３） 表 ４３ 所列范围内设计等级为丙级的建筑物可不作变形验算，如有下列情 况之一时，仍应作变形验算： 表 ４３ 可不作地基变形计算设计等级为丙级的建筑物范围 地基主 要受力 层情况 地基承载力特征值 f a k／ｋＰａ ６ ０≤f a k ＜８０ ８０≤f a k ＜１００ １００≤f ak ＜１３０ １３ ０≤f ak ＜１６０ １６０≤f ak ＜２００ ２０ ０≤ fa k ＜ ３００ 各土层坡度／％ ≤５ ≤５ ≤１ ０ ≤１０ ≤１０ ≤ １０ 建筑 类型 砌体承重结构、框架 结构 （层 数） 单 层 排 架 结 构 单 跨 多 跨 吊车额定 起重量 ／ｔ 厂房跨度 ／ｍ 吊车额定 起重量 ／ｔ 厂房跨度 ／ｍ 烟囱 高度 ／ｍ 水塔 高度 ／ｍ 容积 ／ｍ ３ ≤５ ≤５ ≤５ ≤６ ≤６ ≤７ ５～１０ １ ０～１５ １５～ ２０ ２０～ ３０ ３０～ ５０ ５０～１００ ≤１２ ≤１８ ≤２ ４ ≤３０ ≤３０ ≤ ３０ ３～５ ５～１０ １０～ １５ １５～ ２０ ２０～ ３０ ３０～７５ ≤１２ ≤１８ ≤２ ４ ≤３０ ３ ０ ≤ ３０ ≤３０ ≤４０ ≤５ ０ ≤ ７５ ≤ １００ ≤１５ ≤２０ ≤３ ０ ≤ ３０ ≤ ３０ ≤５０ ５０～１００ １００～ ２００ ２００～ ３００ ３ ００～ ５００ ５００～１０００ 注 ：１） 地基主要受力层系指条形基础底面下深度为 ３b（b 为基础宽度 ），独立基础下为 １５b，且厚度均不 小于 ５ｍ 的范围 （二层以下一般的民用建筑除外） 。 ２） 表中砌体承重结构和框架结构均指民用建筑，对于工业建筑可按厂房高度、荷载情况折合成与其 相当的民用建筑层数。 ３） 表中吊车额定起重量、烟囱高度和水塔体积的数值系指最大值。 · ７４·