第一部分工民建勘察
1、何为工民建
工业与民用建筑，简称工民建。工业建筑主要包括专供生产用的各种厂房和车间，其特征是：跨度大而结构复杂，基础承受的荷载大、且以动荷载为主，基础埋置较深，以深基础为主。民用建筑按用途可分为住宅建筑和公共事业建筑，其特征是：跨度不大而结构简单，基础承受的荷载较小、且以静荷载为主，基础埋深不大，以浅基础为主。
2、划分标准
目前对高层建筑划分的标准各国不一致，但绝大多数都以建筑物的层数和高度作为划分依据。如美国规定高度25m以上或7层以上，英国规定高度在24.3m以上，法国规定居住建筑高度在50m以上，而其他建筑高度在28m以上，日本则把8层以上或高度超过31m的建筑称为高层建筑。1972年在国际高层建筑会议上，对高层建筑的起点，统一规定为9层，其高度小于50m；超高层建筑为40层以上，其高度大于100m。我国根据目前城市登高消防器材，消防车供水能力等实际情况，参考国外高层与多层建筑的界限，确定适合我国高层建筑的起始高度为24m，其划分标准见表1。
表1 我国工业与民用建筑划分标准
3、勘察的意义
勘察是指根据建设工程的要求，查明、分析、评价建设场地的地质、地理环境特征和岩土工程条件，编制建设工程勘察文件的活动。建设工程设计是指根据建设工程的要求，对建设工程所需的技术、经济、资源、环境等条件进行综合分析、论证，编制建设工程设计文件的活动。
勘察就是从地质角度对场地、地基进行认识，提出合理的地基承载力参数，安全经济合理确定基础形式，经过勘察尽量避免少出现因地质问题引发的不良地质灾害，给设计方提供重要的参数和依据，比如各岩土层的承载力、侧阻力；土层的工程性质好坏；初步判断场地的稳定性等等，是拟建建筑物设计及施工的前期工作。
4、勘察的内容
一、应阐明场地不良地质现象,分析论证静力条件下场地和地基的稳定性；在抗震设防烈度等于或大于6度的地震区,应对场地土类型、建筑场地类别作出判定,7度或大于7度的强震区,应对断裂错动、液化、震陷等进行分析、论证和判定,对整个场地的适宜性作出明确结论；
二、应阐明地层结构和岩土物理力学性质,以岩土的均匀性、强度和变形性状作出定性和定量评价.岩土参数的分析和选定应符合现行《建筑地基基础设计规范》和《岩土工程勘察规范》的规定；
三、应阐明场地水文地质条件、地下水埋藏条件和变化幅度,评价其对地基基础、地下室和施工边坡稳定性的影响,提出预防措施；
四、应对地基基础方案的论证和分析.天然地基方案应提出持力层和基础埋深的建议,进行承载力、沉降的分析和验算,必要时对倾斜方向和倾斜值作出预测；桩基方案应提出桩型、桩端持力层、桩端土承载力和桩周土摩擦力或单桩承载力和沉桩可能性的分析和建议,必要时应进行桩基沉降分析；其它合适的地基基础方案的分析和论证；
五、高层与低层差异沉降的分析及对相邻建筑影响的分析.
六、基坑开挖边坡稳定性的分析,必要时提出支挡方案；
七、施工降水的可行性和对建筑物本身及相邻建筑的影响,必要时提出降水方案；
八、对施工和使用过程中监测检验
第二部分土工试验
一、含水率试验
1、试验目的和方法
土的含水率是土在105~110℃温度下烘干至恒量时所失去水的质量与干土质量的比值。以百分数表示。
含水率是土的基本物理指标之一。它反映了土的干、湿状态。土的含水率是计算干密度、孔隙比、饱和度、液性指数等指标的基本数据和评价土的工程性质的重要依据，是研究土的物理力学性质的重要指标。
含水率的试验方法较多，由于烘干法试验简便，结果稳定，故以此法作为测定含水率的标准方法。如果测试条件不能满足采用烘干法或需快速测定含水率时，可分别用如下方法：
酒精燃烧法：适用于不含有机质的砂类土、粉土和粘性土。
碳化钙减量法：本方法的原理是用过量碳化钙与土中游离水混合接触产生化学反应，生成乙炔气体。根据乙炔气体逸出失去的质量，计算求得土的含水率。此方法适用于各类土。
核子射线法：适用现场原位测定填料为细粒土和砂类土的含水率。
以下仅介绍烘干法。
2、试验用仪器设备
电热干燥箱：温度能保持在105~110℃。
天平：称量200g，分度值0.01g；称量1000g，分度值0.02g。
其它：干烘器、称量盒等。
3、主要试验步骤：
1）选取有代表性试样（粘性土15~30g，砂类土30~50g，砾石类土不少于250g，碎石类土不少于500g），放于称量盒内称量湿土质量。
2）打开盒盖，将装有试样的盒放入烘箱内，在105~110℃温度下烘干。
各类土的烘干时间见表
各类土烘干时间
有机质土的烘干温度在65~70℃。烘干步骤为：在真空干燥箱中烘7小时；在电热干燥箱中烘18小时。
3）按规定时间烘干后，取出称量盒，盖好盒盖，放入干燥器内冷却至室温时称干土质量。
4）含水率试验应进行两次平行测定，两次测定的差值应符合下表的规定，取两次平行试验结果的算术平均值为最终试验结果。
含水率平行差值
5)按下式计算试样的含水率（计算至0.1%）：
);
(:);
(:(%);
::
)1217(100)1(g m g m w d w d
w 干土质量湿土质量含水率其中m m w -??????????????????????????????????-=
二、密度试验
1、试验的目的和方法
土的密度是质量密度的简称，指单位体土体的质量，即土的总质量（m ）与其体积（V ）之比，以符号ρ表示，单位为g/cm3。重力密度（重度）由于涉及到作用于质量上的重力，所以表示为单位体积的力，以符号γ表示（重度原称容重），单位为kN/cm3。两者有以下的换算关系：
γ=g×ρ=9.81×ρ≈10×ρ
土的密度是土的基本物理性指标之一，用它可以换算土的干密度、孔隙比、孔隙率等指标。在工程设计中，主要用于判断土的工程性质、计算土压力、土体稳定性及地基压缩时的沉降量等。
测定土的密度常用的方法主要有：
环刀法：适用于粉土和粘性土；
蜡封法：适用于环刀难以切削并且易碎裂的土；
灌砂法、灌水法、气囊法：适用于砾类土；
核子射线法：适用于砂类土、粘性土。
下面仅介绍环刀法、灌砂法、核子射线法。
测定土体密度的难度在于测定土体的体积，环刀法、蜡土封法、灌砂法等均是针对测定土体体积进行的。
2、环刀法
环刀法测定土体密度的原理在于，用确定体积的环刀切削土体，使在尽量少的扰动下，使土灌满环刀，从而达到测定密度的目的。2.1试验所用主要仪器设备和器具
1)环刀：目前常用的环刀内径为61.8±0.15mm和79.8±0.15mm 两种，高度为20±0.016mm，。环刀的质量、容积须定期校验；
2)天平：称量500g，分度值0.1g；称量200g，分度值0.01g；
3)其它：切土刀、钢丝锯等。
2.2主要试验步骤
1）在环刀的内壁涂上一薄层凡士林，刀口向下放在土样上，垂直下压环刀，同时旋转切削土样至环刀从土样另一端伸出为止。用钢
丝锯或切土刀去掉环刀周围的土，使环刀与土柱分离，然后削去环刀两端的多余土（用做含水率试验），并将环刀两端修平。
2）将环刀与所切土同时称量，然后再称环刀质量，从而称得试样质量，准确至0.1g 。
3）应进行两次平行测定，其平行差值不得大于0.03g/cm3。
4）按公式（17-13）和（17-14）分别计算土的湿密度和干密度。
)
(:);
(:);
/(::
)1317(3030cm V g m cm g V m 环刀体积湿土的质量土的湿密度其中刀刀
ρρ-??????????????????????????= (%)
:);/(::
)1417(01.013含水率干密谋其中w cm g w
d d ρρρ-????????????????????????+=
3、灌砂法
利用在确定的灌入状态下，砂的密度（可以在相同灌入条件下事先测得）不会发生变化的原理，测定试坑中砂子质量，从而计算试坑的体积，达到测定土体密度的目的。
3.1试验所用主要仪器设备和工具
灌砂法密度测定仪
1)灌砂法密度测定仪：如图17.2所示；
2)天平：称量10kg，分度值5g；称量500g，分度值0.1g；
3)其它：小铁锹、小铁铲、盛土容器等。
3.2标准砂密度测定
1)选取一定量的粒径为0.25～0.50mm，密度为1.47～1.61g/cm3的洁净干燥砂。
2)称量组装好的密度测定仪质量（m1）。
3)将密度测定仪竖立（漏斗向上），向容砂瓶内注满清水（用小玻璃板封口，以玻璃板下气泡最小为准），称测定器和水的质量（m2），同时测记水温。再重复测定两次。将三次测定结果换算为该温度下水的体积，三次结果最大差值不得大于3ml，取三次测定值的平均值作为密度测定仪容砂瓶的体积。
4)按上述步骤将水换为标准砂，测定标准砂充满容量瓶后密度测
定仪和标准砂的质量（m3）。
5)按公式（17-15）计算容砂瓶的容积
)
/(:);
(:);
(:);
(::
)1517()(1212g m l V g m g m m l V V m m V w r w r 每克水的体积密度测定仪的质量密度测定仪和水的质量容砂瓶体积其中-??????????????????????????????????????-=
不同温度下，水的密度不同，在计算密度测定仪容砂瓶容积时，要根据测定时的温度使用不同的w V ，其值见表
不同温度下每克水的体积
按公式（17-16）计算标准砂的密度： 测定仪和标准砂的质量标准砂的度式中:;
::
)1617(313m V m m s r
s ρρ-?????????????-=
3.3测定灌满漏斗所需标准砂的质量
1)将标准砂灌满容砂瓶，称测定器和标准砂的质量（m3）。 将测定器倒置于洁净的平面上（漏斗朝下），打开阀门，待砂停止流动后迅速关闭阀门，称剩余砂和测定器质量（m4），计算流失砂的质量（m5）。
2)按式计算灌满漏斗所需标准砂的质量：
量
灌满漏斗所需标准砂质剩余砂和测定器质量
式中:::
)
1717(54435m m m m m -???????????????-=
3.4灌砂法试验要点
1)将测定仪倒置（漏斗朝下）于整平的地面上，沿灌砂漏斗外缘画一轮廓线，在所画轮廓线内挖坑，试坑大小应根据土的最大粒径确定。见表。
2)将挖出的土全部装入容器称出湿土总质量，同时取代表性试样测定含水率。
试坑最小体积和测定含水率试样质量
3)将容砂瓶内充满砂，称标定器和标准砂质量（m3），将测定器倒置（漏斗朝下）于挖好的坑口上（如坑口土质较松软，要采用底版，当使用底板。当使用底板时，应把底板空洞视为灌砂漏斗的一部分），打开阀门，使标准砂流入试坑内，当砂停止流动时关闭阀门，称测定器和剩余砂质量（m6）。
4）按式（17-18）计算充满试坑所需砂质量：
)
(:)
(::
)
1817(766537g m g m m m m m 量灌满试坑所需标准砂质和剩余砂质量灌满试坑后测定测定仪式中-???????????????--=
5）按式(17-19)、（17-20）计算密度和干密度： )(::
)1917(7
g m m m s 试坑内土的质量式中-????????????????=ρρ
)
(::
)2017()
01.01(7g m w m m s d 试坑内土的质量式中-????????????????+=ρρ
三、液限、塑限试验
1、试验目的和方法
液限是粘性土呈可塑状态的上限含水率，是从可塑状态过渡到流动状态的界限含水率；塑限是粘性土呈可塑状态的下限含水率，是土从可塑状态过渡到半固体状态的界限含水率。液限、塑限之差为塑性指数，表示粘性土呈可塑状态时含水率的变化范围，标志着土的可塑
程度。液塑限的大小，反映了土的工程性质，是划分土的类别及评价工程性质的重要指标，是粘性土物理性质的必测项目。
液塑限试验适用于粒径小于0.5mm 的粘性土。
测定液、塑限的方法有圆锥仪法、碟式仪法、液限塑限联合测定法；测定塑限的方法有搓条法、液、塑限联合测定法。我国采用的圆锥仪法有两种：一种是圆锥仪质量76g ，锥角30°，自锥尖起17mm 、10mm 处有刻度，当入土深度刚好到17mm 、10mm 刻度线时，测定试样的含水率，此含水率即为土的液限，分别称为17mm 液限和10mm 液限；另一种是公路土工试验采用的圆锥仪，质量为100g ，锥角30°，锥体入土深度为20mm 测定的含水率为液限。它和上述76g 锥入土深度17mm 的液限基本相等。与76g 锥入土10mm 的液限换算关系为：
(%)1076:(%);
20100::
)3517(66
.05.6W W 'L '时的液限锥入土深度时的液限锥入土深度式中m m g W m m g W L L L -????????????????????????????????????????????-= 76g 锥入土深度17mm 和100g 锥入土深度测定的液限与美国ASTM 标准（碟式液限仪测得的液限）是等效的。因此76g 锥入土深度对应的含水率是确定界限含水率液限的标准。76g 下沉10mm 时测得的强度比下沉17mm 时测得的强度高几倍。实际上，10mm 液限不是土的真正液限。但现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）、行业标准《铁路工程岩土分类标准》（TB10077-2001）都采用76g 锥，入土深度10mm 的液限计算塑性指数和液性指数，对粘性土进行工程分类，以及确定粘性土承载力值。实际使用中应区别17mm 液限和10mm
液限的含义和用途，避免发生混淆。
2、液、塑限联合测定法
2.1试验所需仪器设备和器具
1)液塑限联合测定仪：包括读数显示器（有光电式、游标式、百分表式）、圆锥仪（质量76g，锥角30°）、试样杯（直径40～50mm，高30～40mm）。
2)天平：称量200g，分度值0.01g。
3)其他：烘箱、干燥器、称量盒、调土刀等。
2.2试验要点
1)按下沉深度3～5mm、9～11mm及16～18mm制备不同稠度的土膏，静置湿润后，填满试样杯，放于联合测定仪升降座上。
2)接通电源，让电磁铁吸住圆锥仪，调整零点和升降座，使圆锥仪尖刚好接触土面。电磁铁断电，圆锥仪在自重作用下，落入试样中，经5s后测读下沉深度。取出试样测定含水率。重复上述步骤，再测定另外两个不同稠度试样的圆锥仪入土深度和含水率。
3)在双对数座标纸上以圆锥下沉深度（h）为纵座标，以含水率(W)为横座标，绘制h～w关系曲线。三点应连成一条直线，如三点不在一条直线上，则通过高含水率这一点与其余两点连成两条直线，在圆锥下沉深度2mm处可查得相应的两个含水率，如果这两个含水率的差值小于2%，用该两点含水率平均值的点与高含水率的点连成一条直线。从直线上查得下沉深度为17mm所对应的含水率为液限，下沉深度为10mm所对应的含水率为10mm液限，下沉深度为2mm所对应的
含水率为塑限。若两个含水率的差值大于2%，则应重做试验。
4)按下公式(17-36)、(17-37)计算塑料性指数和液性指数。 (%)
:(%);
:(%);
:;
:;
::
)
3717()3617(天然含水量液限塑限液性指数塑性指数式中W W W I I W W W I W W I L p L p L p
L p L p -????????????????????????????????????????-=-???????????????????????????????????????-=
3、碟式仪法液限试验
3.1试验用仪器设备和器具
1)碟式液限仪：由土碟、支架及底座组成。并配专用划刀。
2)天平：称量200g ，分度值0.01g 。
3)其他：同联合测定法。
3.2试验要点
1)调整铜碟底与底座间距为10mm 。
2)在铜碟前半部放入制备好的试样，制成水平状，使其厚度为10mm 。用划刀自蜗心轴中心沿铜碟直径将试样划开成“V ”型槽。
3)转动手柄，速率为每秒两转，使铜碟上下起落至沟槽两边试样在振动下合拢约13mm 时为止，记录此时的击数。
4)用4～5个不同含水率的试样重复进行试验，槽底试样合拢所需的击数宜在15～35之间。
5)测定各击次下试样的相应含水率。
6)在单对数座标纸上以含水率为纵座标，以击数为横座标，绘制含水率与击数关系曲线，曲线上击数25次所对应的含水率。即为该试样的液限。
4、搓条法塑限试验
将土调至接近塑限状态（揉捏不沾手），取8～10g在毛玻璃板上用手掌轻轻滚搓，手掌要均匀适宜地施加压力在试样上，土条不能有空心现象。当土条直径达3mm时产生裂缝并开始断裂，取直径符合3mm断裂土条3～5g测定含水率，此含水率即为塑限p
W。试验应进行平行测定，平行差值与17.4含水率试验的平行差值相同。
四、颗粒分析试验
1、试验目的和方法
土是由大小不同，形状各异的颗粒组成的集合体，为研究土的颗粒组成，将工程性质相近的颗粒归并为一类，称为粒组。将土按颗粒大小分成不同粒组的过程，称为颗粒分析试验。根据颗粒组成进行分类，可粗略地判定土的透水性，可塑性，收缩及膨胀等物理性质。颗粒大小分析试验的结果是级配曲线。在颗粒级配曲线上，可以找到颗粒含量小于10%、30%、60%粒径分别为d10、d30、d60。d10称为有效粒径，对砂性土而言，d10越小，它的透水性越低；粘性土的d10越小，土的可塑性越高，且膨胀性显著。d60为控制粒径。这三个指标组成粗粒土的级配指标。
不均匀系数
)
38
17
(
d
d
C
10
60
u
-
?????????????????????????
=
曲率系数
)
39
17
(
d
d
d
C
60
10
2
30-
?????????????????????
?
=
c
不均匀系数Cu越小，级配曲线越陡，表明土颗粒越均匀，反之，则说明土颗粒组成越不均匀；曲率系数Cc反映土颗粒分布范围。根据工程经验，当Cu≤5时，属级配均匀的土，Cu＞5时，属级配不均匀的土。当Cc=1～3时属级配良好，否则，是级配不良的。根据此来判定级配的优劣情况。
目前，颗粒分析的主要方法有：
筛析法——适用于粒径0.075mm～60mm的土；
密度计法或移液管法——适用于粒径小于0.075mm的土。
当土中含有粒径大于和小于0.075mm的颗粒，各超过10%时，应联合筛析法和密度计法或移液管法。
2、筛析法
筛析法是将土样通过各种不同孔径的筛子，将大小颗粒按筛的孔径逐级加以分组，分别计算出各粒组质量占总质量的百分比，从而分析土的颗粒级配情况。
2.1试验所需主要仪器设备
1)粗细筛各一套：粗筛，筛孔直径为分别为60、40、20、10、5、2mm；细孔筛筛孔直径分别为2.0、1.0、0.5、0.25、0.75mm。
2)天平：称量5000g，分度值1g。称量1000g，分度值0.1g，称量200g，分度值0.01g。
3)振筛机。
4)其他：烘箱，瓷盘、研钵等。
2.2试验要点
1)将土样风干，碾散，拌匀，用四分法按表取代表性试样。
筛析法取样数量
2)将试样先过2mm筛，分别称筛上和筛下的试样质量。当筛下的试样质量小于试样总质量的10%时，不作细筛分析；筛上的试样质量小于试样总质量的10%时，不作粗筛分析。
3)将2mm筛上和筛下的试样，分别倒入依次叠好的粗筛和细筛的最上层，分别进行筛析。筛后依次称各筛上留下的试样质量。各级筛上及底盘内试样质量总和与试验前试样质量的差值，不得大于试样总质量的1%。
4)对含有粘土粒的砂性土，应先将试样在水容器内加水搅拌，使试样充分浸润，粗细粒分离后过2mm筛。筛上试样烘干后称其质量后进行粗筛分析。筛下试样悬液用带橡皮头的研杵研磨后过0.075mm，将筛上试样烘干称其质量后进行细筛分析。
5）如粒径小于0.075mm试样质量大于试样总质量的10%时，则应将这部分细颗粒用密度计法或移液管法测定其小于0.075mm的颗粒组成。
6)按公式（17-40）计算小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比
%
100,(%)2:);
(,:);
(:(%);
::
)4017(取比时计算粒粒各级所占百分量的百分比的试样质量占试样总质粒径小于量粗料分析时为试样总质质量细粒分析时为所取试样小于某粒径的试样质量占总质量的百分比小于某粒径的试样质量式中m m d g m g m X d m m X x A x B
A B -??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????=7）绘制颗粒级配曲线：在单对数座标纸上，以小于某粒径的试样质量占试样总质量的百分比为纵座标，颗粒粒径为横座标绘制颗粒大小分布曲线。
3、密度计法
密度计法是根据司笃克斯定律测定的。利用土壤密度计通过测量不同深度处悬液的密度和土粒沉降的距离来计算不同粒径所占的百分比。
3.1试验所用的主要仪器设备
1)密度计：甲种——刻度为5～50，分度值为0.5。刻度值表示在20℃时1000ml 悬液内所含干土质量；乙种——刻度为0.995～1.020，分度值为0.002。刻度值表示20℃时悬液的密度。
2)量筒：容积1000ml ，刻度0～1000ml ，分度值为10ml 。
3)细筛和洗筛(孔径0.075mm)。
4)天平：称量1000g ，分度值0.1g ，称量200g ，分度值0.01g 。
5)其他；搅拌器、温度计、煮沸设备，秒表，锥形瓶等。
3.2试验要点
1)取相当于30g 干土质量的风干土或天然湿度的土倒入三角烧瓶中，加纯水约200ml ，浸泡过夜，然后置于煮沸设备上煮沸40min 。
2)将煮沸冷却的悬液过0.075mm 洗筛。取筛上试样烘干，称量、
进行细筛分析，并计算各级颗粒占试样总质量的百分比；将筛下悬液全部倒入量筒，加入4%六偏磷酸钠10ml ，再加入纯水至1000ml 。
3)用搅拌器在悬液中上下搅拌1min ，取出搅拌器，立即开动秒表，将密度计放入悬液中，测计0.5、1、5、30、120、1440min 时的密度计读数，同时测定每次读数时的悬液温度。密度计读数以悬液面上缘为准，甲种密度计准确至0.5，乙种密度计准确至0.0002。
4)按公式(17-41)或(17-42)计算小于某粒径试样质量占试样总质量的百分比：
①甲种密度计：
甲种密度计读数弯液面校正值分散剂校正值中查得可从相关土工试验堆积悬液温度校正值中查得可从相关土工试验堆积颗粒密度校正值试样干质量计算至百分比小于某粒径的试样质量式中:;
:;
:);
(:);
(:);
(:%;
1.0(%),::
)4117()(100R n C m C g m X C n m R C m X D T s d D T s d
-???????????????????????????????-++??= ②乙种密度计：