确定既有建筑地基承载力的方法及设备.pdf

一种确定既有建筑物地基承载力的方法及设备，先通过既有建筑的勘察报告，得到既有建筑下方土层分布情况与分布规律，在需确定既有建筑物地基承载力土体A的旁边选择土体B，在土体B的坑底表面做找平层，放置承压板，在承压板中心安置千斤顶，千斤顶上面依次安置主梁、次梁和反力装置，在主梁两侧安置基准梁，在承压板的上面均布位移传感器，位移传感器与传感器测试仪信号连接，千斤顶与压力传感器连接，压力传感器与持载试验仪信号连接；用持载试验仪进行加载试验，当试验荷载达到基底压力为止，开始持载阶段，持载后加载到一直到土体破坏，得到土体B的P-S曲线，模拟得到土体A的P-S曲线，从土体A的P-S模拟曲线中得到既有建筑地基土体A在荷载长期作用下的承载力特征值。

权利要求书

确定既有建筑地基承载力的方法及设备
技术领域
本发明涉及既有建筑加固改造中的确定地基承载力的方法及设备，是针对修建年代比较久、沉降已经稳定的既有建筑，属于建筑工程地基与基础技术领域。
背景技术
在既有建筑加固改造中，首先要解决的问题是对地基土作出正确的评价。然而同原始设计时相比较，建筑物建成以后，地基土在长期荷载作用下其性质发生了一系列的变化。必须重新对既有建筑下整个地基土的性状作全面、正确的评价。现有确定既有建筑地基承载力方法主要有现场载荷板试验方法、公式计算法、土工试验方法等。现场载荷试验方法是公认比较可靠的方法，但是因其在既有建筑基础下做试验必需挖走30～50cm压密程度高的土体，对压密土体的承载性能影响很大。同时承压板的大小对试验结果影响较大，不能完全表达既有建筑物地基土的特征。
发明内容
本发明的目的在于提供一种明确可靠的确定既有建筑地基承载力的方法及设备，要解决传统技术必须在既有建筑基础下做静载荷试验、要挖走30～50cm的土体、影响既有建筑承载性能的问题，以便为既有建筑地基基础的加固设计提供依据。
本发明的目的是这样实现的：一种确定既有建筑物地基承载力的方法，其特征在于有以下步骤：
步骤1、调查既有建筑设计资料，通过既有建筑的勘察报告，得到既有建筑下方土层分布情况与分布规律，通过上部结构的设计资料得到实际由上部结构荷载传递到既有建筑基础的基底压力P_A，即土体A所受的长期荷载作用值。
步骤2、在需确定既有建筑物地基承载力土体A的旁边选择与其土层分布情况和分布规律基本一致的土体B。
步骤3、在土体B上挖一个深度与既有建筑物地基深度相同的坑体，在坑底表面做厚度不超过20mm的找平层，在找平层上放置承压板，在承压板中心安置千斤顶，千斤顶上面依次安置主梁、次梁和反力装置，反力装置即提供千斤顶的抗力装置，在承压板两侧安置基准梁基准梁的位移不受土体B的变化而变化，是测量承压板位移的基准，在基准梁上安置位移传感器、位移传感器的信号感应探头安置在承压板上，且通过导线与传感器测试仪信号连接，千斤顶与压力传感器连接，压力传感器通过导线与有自动补载功能的持载试验仪信号连接，整个加载系统由持载试验仪控制。
步骤4、用持载试验仪进行加载试验，模拟既有建筑物地基土建造阶段的所受荷载历史，当试验荷载达到既有建筑物的使用荷载，即此时基底压力为P_A时为止。
步骤5、开始持载阶段，持载阶段一直维持基底压力P_A不变，持载时间视土体性质而定，此时模拟既有建筑地基土受上部结构长期荷载作用，持载完后继续加载一直到土体破坏。
步骤6、通过试验期间记录的持载试验仪和传感器测试仪试验数据，得到土体B的荷载与位移关系曲线，即土体B的P-S曲线。
步骤7、根据土体B的P-S曲线，根据建筑地基基础设计规范中对地基承载力特征值的定义：指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值；可由试验取得的P-S曲线的再加载曲线线性变形阶段内的变形所对应的压力值作为既有建筑地基土体A在荷载长期作用后的承载力特征值，其最大值可取为比例界限值，模拟得到土体A的P-S曲线，得出既有建筑地基土体A在荷载长期作用后的承载力特征值。
所述步骤1中，如果没有既有建筑的勘察报告，先补充勘察。
所述步骤2中，土体B是在既有建筑室内或在既有建筑室外。
所述步骤3中，找平层是粗砂层或中砂层。
所述步骤3中，承压板的底面宽度与既有建筑基础的底面宽度尺寸大小一样，所述承压板是现场浇筑承压板或预制承压板。
所述步骤3中，反力装置是采用现场堆载堆重方式，例如可以采用砂袋等，或者打地锚桩的方式。
所述步骤4中，加载试验根据基底压力P_A分级加载，每级加载后，按间隔10min、10min、10min、15min、15min，以后为每隔半小时测读一次沉降位移量，当在连续两小时内，每小时的沉降位移量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。
所述步骤5中，砂性土体的持载时间不少于15天，粘性土体的持载时间不少于25天。
所述步骤7中，根据得到的持载试验P-S曲线，既有建筑地基承载力的最大值可取范围是f_a1～f_a2。
一种确定既有建筑地基承载力的设备，其特征在于：安装于既有建筑物地基承载力土体A旁边的土坑内，承压板上，千斤顶安置在承压板的中心，千斤顶上面依次安置主梁、次梁和反力装置，即提供千斤顶的抗力，在承压板两侧安置基准梁，其位移不受土体B的变化而变化，是测量承压板位移的基准，在基准梁上安置位移传感器，位移传感器的信号感应探头一端安置在承压板上，且顶端通过导线与传感器测试仪信号连接，千斤顶与压力传感器连接，压力传感器通过导线与持载试验仪信号连接，持载试验仪有自动补载功能。
在确定既有建筑地基承载力时，在与既有建筑下相同性质的土体上做持载试验，然后根据试验完成后取得的P-S曲线，即荷载与位移关系曲线，确定地基承载力特征值。
上述持载试验，是指一种静载荷试验，其能真实模拟地基土在既有建筑的建造过程、使用期间时上部结构荷载下的地基基础的性状变化情况。试验前需要确定反力系统、加载系统及持载仪、加载分级及持载反力大小、持载时间等等。
上述持载试验反力系统可采用桩锚或者现场堆载的方式。
上述持载试验加载系统可采用液压千斤顶，需配合持载设备，持载仪需有自动补载功能。
上述加载分级可参考现行地基规范中的相关规定。
上述持载反力大小宜为实际传递到需确定地基承载力的基础的基底压力。
上述持载时间，根据土性的不同，建议采用：砂性土不少于15天，粘性土不少于25天。
本发明与现有的确定既有建筑地基承载力方法相比具有以下特点：
1、省工省时省力，节约试验经费。不破坏既有建筑，不必在既有建筑基础下做静载荷试验，不必挖走既有建筑基础下方的土体，不会影响既有建筑承载性能。
2、本方法通过持载克服了原方法不能考虑土的应力历史影响的缺点。
3、本方法采用了与原基础底面积宽度一致的承压板尺寸，克服了原方法的不确定因素，是比较明确可靠的方法。
4、本方法基本上不影响该既有建筑居民或工作员工的正确生活或工作，操作简单，便于推广应用。
附图说明
图1确定既有建筑地基承载力现场持载试验的方法及设备示意图；
图2持载试验与正规荷载试验P-S曲线对比示意图。
1--反力装置，2--次梁，3--传感器测试仪，4--基准梁，5--位移传感器，6--主梁，7--压力传感器，8--持载试验仪，9--千斤顶，10--承压板，11--土体B，12--地坪，13--既有建筑基础，14--土体A。
具体操作方法
本发明的具体操作方法参见图1、图2。这种确定既有建筑物地基承载力的方法，有以下步骤：
步骤1、调查既有建筑设计资料，通过既有建筑的勘察报告，得到既有建筑下方土层分布情况与分布规律，通过上部结构的设计资料得到实际传递到既有建筑基础(13)的基底压力P_A。
步骤2、在需确定既有建筑物地基承载力土体A(14)的旁边选择与其土层分布情况和分布规律基本一致的土体B(11)。
步骤3、在土体B(11)上挖一个深度与既有建筑物地基深度相同的坑体，在坑底表面做找平层，在找平层上做厚度不超过20mm的承压板(10)，在承压板(10)中心安置千斤顶(9)，千斤顶(9)上面依次安置主梁(6)、次梁(2)和反力装置(1)，在承压板(10)两侧安置基准梁(4)，在基准梁(4)上安置位移传感器(5)、位移传感器(5)的信号感应探头安置在承压板(10)上，且通过导线与传感器测试仪(3)信号连接，千斤顶(9)与压力传感器(7)连接，压力传感器(7)通过导线与有自动补载功能的持载试验仪(8)信号连接，整个加载系统由持载试验仪控制。
步骤4、用持载试验仪进行加载试验，模拟既有建筑物地基土建造阶段的所受荷载历史，当试验荷载达到既有建筑物使用荷载，即基底压力P_A时为止。
步骤5、开始持载阶段，持载阶段一直维持基底压力P_A不变，持载时间视土体性质而定，持载完后用千斤顶加载到承压板破坏。
步骤6、通过试验期间记录的持载试验仪(8)和传感器测试仪(3)试验数据，得到土体B的荷载与位移关系曲线，即土体B(11)的P-S曲线。
步骤7、根据土体B(11)的P-S曲线，模拟得到土体A(14)的P-S曲线，根据《建筑地基基础设计规范》中对地基承载力特征值的定义：指由载荷试验测定的地基土压力变形曲线线性变形段内规定的变形所对应的压力值，其最大值为比例界限值。即可得到既有建筑地基土体A(14)在荷载长期作用下的承载力特征值。
所述步骤1中，如果没有既有建筑的勘察报告，先补充勘察。
所述步骤2中，土体B(11)是在既有建筑室内或在既有建筑室外。
所述步骤3中，找平层是粗砂层或中砂层。承压板(10)的底面宽度与既有建筑基础(13)的底面宽度尺寸大小一致，所述承压板(10)是现场浇筑承压板或预制，承压板反力装置是采用现场堆载堆重或者打地锚桩的方式。
所述步骤4中，加载试验根据基底压力P_A分级加载，每级加载后，按间隔10min、10min、10min、15min、15min，以后为每隔半小时测读一次沉降位移量，当在连续两小时内，每小时的沉降位移量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。
所述步骤5中，砂性土体的持载时间不少于15天，粘性土体的持载时间不少于25天。
所述步骤7中，根据得到的持载试验P-S曲线，既有建筑地基承载力的最大值可取范围是f_a1～f_a2。
这种确定既有建筑地基承载力的设备，安装于既有建筑物地基承载力土体A(14)旁边的土坑内，承压板(10)上，千斤顶(9)安置在承压板(10)的中心，千斤顶(9)上面依次安置主梁(6)、次梁(2)和反力装置(1)，在承压板(10)两侧安置基准梁(4)，在基准梁(4)上安置位移传感器(5)、在位移传感器(5)的信号感应一端均布在承压板(10)上，顶端通过导线与传感器测试仪(3)信号连接，与千斤顶(9)连接压力传感器7，压力传感器(7)通过导线与持载试验仪(8)信号连接，持载试验仪有自动补载功能。
其具体操作方法如下：
1、调查既有建筑设计资料
通过既有建筑的勘察报告，得到既有建筑下土层分布情况与分布规律。如果没有既有建筑的勘察报告，建议先补充勘察。
在需要确定既有建筑地基承载力的既有建筑基础(13)旁边(可以是室内，也可以是室外)找到与既有建筑基础(13)下的土体A(14)分布与分层情况基本一致的土体B(11)。
可以通过上部结构的设计资料得到实际传递到既有建筑基础(13)的基底压力P_A。
2、加载前期准备
找到土体B(11)以后，在土体B(11)旁安置持载试验设备，其安装方法可以参考常规现场载荷试验的内容。
宜在拟试压表面用粗砂或中砂层找平，其厚度不超过20mm，承压板(10)的底面积宜选为既有建筑基础(13)的底面积尺寸大小，可以是现场浇筑或者采用预制板。反力装置(1)可根据实际情况采用现场堆载或者打地锚桩的方式。传感器测试仪(3)数据的采集可以采用符合规范要求的仪器，比如TML研发的TDS-303。持载试验仪(8)需有自动补载功能，比如可选用江苏省徐州建筑工程研究所研发的JCQ-503E。
3、加载试验
在地基土(11)上做模拟既有建筑地基土受荷历史的加载试验。可以参考一般的静载荷试验以及《建筑地基基础设计规范》中有关平板载荷试验的内容。具体地：
a)、根据基底压力P_A，制定加载分级。每级加载后，按间隔10min、10min、10min、15min、15min，以后为每隔半小时测读一次沉降位移量，当在连续两小时内，每小时的沉降位移量小于0.1mm时，则认为已趋稳定，可加下一级荷载。
b)、当加载到基底压力P_A时，开始持载阶段的试验，即一直维持着基底压力为P_A不变，持载时间建议：砂性土不少于15天，粘性土不少于25天。持载完以后按a)中的说明继续加载，一直加载到破坏。
4、确定既有建筑地基承载力
根据持载试验，可以得到P-S曲线。既有建筑地基承载力的最大值可取范围是f_a1～f_a2。