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1、（本稿于1992年7月写成，在西安地区作过宣讲、交流）15 高层建筑岩土工程勘察设计（讲课详细提纲）机械电子工业部勘察研究院 张旷成主讲目录.1.高层建筑工程勘察共组哟要点一、 勘察工作要解决的主要问题二、 勘察阶段的划分三、 勘探点平面不设和深度的确定四、 原位测试五、 室内土工试验.2.场地稳定性和适宜性评价和判定一、 关于断裂问题二、 二斜坡地段高层建筑场地稳定性三、 地震区场地稳定性.3.地基均匀性评价一、 土质均匀性评价二、 地基均匀性评价三、 判定实例.4.地基承载力评价和计算一、 评价和确定地基承载力时应注意的几个问题二、 按理论公式计算地基承载力三、 不同方法承载力的实例比对.
2、5.地基沉降的计算和评价一、 用压缩模量Es作为变形参数的分层总和法二、 考虑应力固结历史的固结沉降计算法三、 用Eo按刚性基础计算沉降量四、 沉降计算工程实例.6.地基倾斜计算一、 由地基计算不均匀引起的倾斜二、 由偏心荷载引起的倾斜.7.建筑桩基的评价和计算一、建筑桩基技术规范主要特点二、桩的分类三、桩基竖向承载力极限状态设计表达式四、桩基竖向承载力设计值五、单桩竖向极限承载力标准值六、嵌岩桩单桩竖向极限承载力标准值七、负摩阻力的计算八、桩基液化问题的考虑九、桩基沉降计算结束语高层建筑岩土工程勘察设计（讲课详细提纲）机械电子工业部勘勘察研究院张旷成主讲 1.高层建筑工程勘察工作要点一、 勘
3、察工作要解决的主要问题（一） 判明场地的稳定性和适宜性1. 断裂； 2.古河道； 3.岩溶； 4.斜坡； 5.地震区； 6.地下采空区； 7.洪水淹没（二） 建筑场地的地层结构和均匀性要着重考虑高层建筑荷载大，基础宽、埋置深、差异沉降要求严格的特点（三） 查明地下水有关情况地下室防水抑防潮、腐蚀性、施工降水可能性（四） 浅基础评价重点1. 持力层选择；2.持力层、下卧层强度；3.沉降、倾斜；4.地基方案建设；5.高低层相邻建筑影响；6.基坑开挖（五） 桩基础等深基础评价重点1. 桩型；2.桩尖持力层3；桩身摩阻力和端阻力；4；单桩、群桩承载力；5；沉桩可能性；6；环境影响7；灌注桩合理施工方法
4、建议1.设计程序二、勘察阶段的划分应考虑2.已有资料充分程度3.建筑等级、单体、群体三、勘探点平面布设和深度的确定（一）勘探点平面布设原则：浅基础：1. 按周边布设，塔式高层建筑中心设点；2.层数和荷载变异处；3.一孔多用原则4.均匀性布静探；5.勘探点间距一般为1535cm；单触的一级高层建筑不少于6个，二级不少于4个桩基础：1. 端承型桩1224cm，层面坡度10补孔；2.摩擦型桩2035m；3.大直径（扩底墩）每一承台或每一墩位布孔。 （二）勘探点深度确定原则浅基础：1. 控制性孔大于地基压缩层；2.一般性孔大于主要受力层（压缩层60）；3.Zn=b = b（2.5-0.4Lnb）;不同
5、b值的 见高规条文说明表3.1.2-1；4.实测压缩层深度见条文说明表3.1.2-2.桩基础：1. 端承型桩：控制孔桩点下35m或610倍桩径，一般性孔，统计持力层内12m；基岩持力层，控制孔，微风化带内35m，一般性孔，微风带内12m，断层破碎带，进入完整岩体35m，2.摩擦型桩：控制孔超过预计桩长35m，一般性孔预计桩长12m，当需计算变形时，（12）b(三)取土数量见高规表3.1.3表3.2.4四、原位测试（一）静力触探 1.划分地层，判定均匀性；2.测求地基承载力和变形参数；3.选择桩基持力层，判定沉桩可能性，预估单桩承载力；4.判定砂土、粉土液化；5.研究判定打桩前后孔隙水压力变化。
6、 （二）标准贯入试验 判定砂土密度和粘性土状态N手与粘性土IL的经验关系N手22447718183535IL110.750.750.50.50.250.2500状态流塑软塑可塑硬可塑硬塑坚硬注：N手=0.74+1.12N自 标贯实测N划分砂土密度 N 密度值别0441010151530305050国际标准极松松稍密中密密实极密国内标准松散稍密中密密实（美）恳务局标准Dr00.20.20.330.330.670.671.0 2.判定砂土和粘性土承载力（地基规范） 3.判定砂土的抗剪强度皮克梅耶霍夫大崎公式计算砂土角研究者N 4以下 410 1030 3050 50以上 皮克28以下2830303
7、6364242以上梅耶霍夫21以下21262640404555以上 大崎24以下24292940404747以上N（手）3579111315171921252931Es（MPa）7.09.011.013.014.516.018.020.022.024.027.531.033.0（）17.719.821.222.223.023.824.324.825.325.726.427.027.3C（kPa）17（33）4959667278838791981031074. 判定粘性土Es、和C、值注：1.本表适用于冲洪积一般粘性土，2.适用范围：2N(自)23.（三）圆锥动力触探-圆砾、卵石层用N1201.
8、成都地区卵石层用N120确定承载力 （击/10cm）456789101214161820400475550625700775850100011501300145016002. 成都地区卵石层用N120划分密度和确定承载力 密 实 度稍 密中 密密 实 （击/10cm）4N120747N12010 4006006008508501200地基规范30050050080080010003.,成都地区经验公式为桩尖平面处土的极限承载力（n=35,r=0.79,=3.1411.18）（四） 十字板剪力试验 粘性土的抗剪强度和稠密状态对应分级表稠密状态很软Very soft软Soft稍硬Firm硬Stif
9、f很硬Very stiff坚硬Hard不排水抗剪强度（kPa）200 (引自加拿大基础工程手册1985) （五）横（旁）压试验 1.临塑压力法 2.极限压力法 3.旁压模量 4.旁压模量与变形模量之间的关系 61组黄土统计结果 98组一般粘性土统计结果 （六） 波速测试 1.按抗震规范确定场地土类型和场地类别 2. 3.判定砂土液化、临界 砂土：汪闻韶、初判原式 Z砂层测试深度；Kc值对7.8.9度分别取0.1、0.2、0.4 可改写为 式中Kc对7度、8度、9度分别为92、130、184 粉土：石兆吉、已列入天津市地基规范 式中Kc对7度、8度、9度分别为42、60、84 （七）常时微动（金
10、井清） 1.基本概念：用1000倍地震计振幅10-610-7m，频率0.520Hz(1Hz=1/s)，振幅受环境所支配，城市农村、白天黑夜、中午极大、午夜极小但周期随时间变化很小。 2.地震动卓越周期与常时数微动卓越周期的关系。 3.常时微动测定方法 （八）平板载荷试验1.天然地基持力层和主要受力层载荷试验承载力和变形模量、2.扩底墩或大直径桩深井载荷试验圆形刚性承压板d=798mm，深入持力层4060cm，极限承载力0.04d，承载力标准值s=0.0050.01d，不再进行深宽修正。五、室内土工试验（一）剪力试验1.分类 直剪 慢剪 快剪 固结快剪 2.慢剪和固结排剪量：充分排水，没有空隙水
11、压力，得到有效强度，国外使用干慢剪，国标土工试验方法标准12388调慢剪或排水剪两者结果比较一致。 3.快剪和不固结不排水剪：三轴可完全控制排水条件，直剪难以做到不排水，只有在渗透性较小时，两者相当，GBj12388规定，直剪快剪只适用于k10-6m/s的土，对渗透性大的土快剪只相当于排水剪。 取土地点 土 性 IpSr定名直剪三轴直剪三轴直剪三轴差值%延安河庄坪一采详勘、三轴n=8，直剪n=79.735粉土2522.610.512.1103.7693.35+11.1延安河庄坪一采详勘、三轴n=7，直剪n=79.726粉土2724.812.316.5114.21109.34+4.4 直剪快剪和
12、三轴不固结不排水（UU）比较 注：1. 2.差值%=直剪三轴/三轴% 4.固结快剪和固结不排水剪：在正应力下充分固结后进行剪切，只有在渗透性小时，直剪才能作到不排水。 取土地点 土类 粘粒含量%Ip分类直剪三轴直剪三轴直剪三轴差值% 出发点1423418.4粘土535314.014.01031030 出发点1252114.4粉质粘土333723.321.1119114+4 段村120.5209.1粘质粉土231220.817.79976+30 尖岗1188.4粘质粉土122727.017.511490+27 饱和土直剪固结快剪与三轴固结不排水比较注：为便于对比用比计算，取P=200kPa。 5
13、.剪力试验方法选择尽可能与工程条件符合 （1）尽可能用三轴试验，一级高层应用三轴 （2）试验方法选择应考虑施工速率和土的渗透性 对高层建筑地基，主体结构相对来说施工快，故宜用快剪或不排水剪，另此偏于安全。地基规范规定，二级建筑可塑状态粘性土和Sr5的震源所在的断裂，或在未来100年内，可能发生M5的断裂3.发震断裂地表错动的判断： 抗震规范条文说明：“发震断裂带上可能发生地表错位的地段，主要发生在9度及以上的高烈度区考虑，8度区一般不考虑”。4. 预防地震断裂的建筑安全距离 （1）8度区可不予考虑；（2）9度区，当第四系厚度100m时可以不予避开；当第四系厚度小于100m时，可考虑避开1003
14、00m(从断裂带边缘带计算起)；（3）地震断裂带附近的建筑物，震害并不加重 二、斜坡地段高层建筑场地稳定性 （一）建筑物不应放在滑坡体上； （二）位于坡顶和岸边的高层建筑，应考虑边坡整体稳定性，必要时应验算有无整体滑动的可能性 （三）边坡整体是稳定的，应考虑边坡滑塌的可能性，确定建筑物距离坡脚的安全距离 三、地震区场地稳定性 （一）场地土卓越周期、固有周期和特征周期 1.卓越周期（Surpassing Period）(Ts)：地震记录中，地震动周期频数曲线上出现的峰值，即为卓越周期，亦即这种周期出现频率最高。 2.固有周期（Ts） 单层土： 多层土： 场地土和的关系 场地土类型 平均波速（m/
15、s） 固有周期（s） 坚硬场地土 500 250 0.1140 0.4 0.80.8s的结构和突出层面的小型结构，则应按有关要求采取抗震措施。 （四）时程分析 1.采用时程分析的房屋高度范围：7度和8度、类场地，高度80m；8度、类场地和9度，高度60m。 2.合理选择时程曲线 3.岩土工程勘察单位作好配合工作：历史地震事件分析研究；断震活动分析研究；基岩埋深；提供波速资料；室内动三轴试验资料（动刚度、动阻尼等） （五）有利、不利、危险地段的判定 （六）液化判定，按抗震规范 3.地基均匀性评价 一、土质均匀性评价 （一）变异系数的基本概念 （二）Ingles等建议的变异系数标 岩土系数 报导的
16、范围值 建议的标准 砂土内摩擦角 粘性土内聚力C（不排水） 压缩性固结系数弹性模量液 限塑 限标准贯入试验无侧限抗压强度空 隙 比重 度粘粒含量填料铺筑时，干密度填料铺筑时，含水量 0.050.15 0.120.56 0.200.50 0.180.73 0.251.00 0.020.42 0.020.48 0.090.29 0.270.85 0.061.00 0.130.42 0.010.10 0.090.70 0.020.04 0.050.15 0.10 0.10 0.30 0.30 0.50 0.30 0.10 0.10 0.30 0.40 0.25 0.03 0.25 （三）我国部分地区
17、建议的变异系数 地区 土类 C上海淤泥质土淤泥质亚粘土暗缘色亚粘土0.0170.0200.0190.0230.0150.0310.0440.2130.1660.1780.2060.3080.1970.4240.0970.2680.0490.0890.1620.2450.330.646江苏粘土亚粘土0.0050.0330.0140.0300.1770.2570.1220.3000.1640.3700.1000.3600.1560.2900.1600.550安徽粘土0.0200.0340.1700.5000.1400.1680.2800.300河南亚粘土粉土0.0150.0180.0170.044
18、0.1660.4690.2090.417 (四)变异性等级Meyerhof提出 变异系数 荷 载 参 数分项安全系数（90%可靠性）0.1很低死荷载、静压力 重度 1.60.4很高 渗透性 二地基均匀性评价 1.前苏联标准 压缩性变化最小 当符合上述标准时，以平均沉降或绝对沉降控制。超过上述标准时，以差异沉降和倾斜控制 2.高层建筑岩土土木工程勘察规程标准 （1）持力层层面坡度10%不均匀 （2）地基持力层和第一下卧层厚度在基础宽度方向上的差异0.05d （3）地基压缩性的均匀判定：符合下列条件时，均匀： 上述标准制定依据见高规条文说明 三、判定实例某工程17层，高62.5m，地下室两层，基础
19、埋深-8.0m，框架结构，拟采用片筏或箱型基础层号别值指标 W % % e % % %1n=20平均值27.319.1215.03910.81231.312.40.670.356.03标准值21.550.4530.5823.3930.0690.7820.4170.1580.1162.94变异系数0.0790.0240.0390.0370.0850.0250.0340.2360.3310.488判定标准0.150.030.250.300.302n=12平均值24.519.6015.73910.72729.511.40.560.229.5标准值3.150.4860.7863,1750.0840.9
20、630.5040.260.0894.07变异系数0.1290.0250.0490.0350.1160.0230.0440.4640.4050.428判定标准0.150.030.250.300.30地基持力层1，层黄土（粉质粘土），红褐色、古土壤和第一下卧层2层黄土（粉质粘土），红褐色，古土壤层的物理力学性质指标和变异性见下表。 地基均匀性判定 按基宽方向厚度差值判定 层序 层厚（m）厚度差值（m）0.056判定 厚度（m）厚度差值（m）0.056判定 6# 9# 7# 11#1层2.21.80.40.65均匀3.01.51.50.65不均匀2层1.51.70.20.65均匀1.51.500.6
21、5均匀 按平均压缩模量判定 差值、 平均值判定均匀性西侧6#-12.39#-9.03.310.651.0653.31.065不均匀东侧7#-11.311#-9.02.310.151.0152.31.015不均匀 值别 计算值点号 6 9 7 11 12.4 8.3 8.9 7.1 12.3 9.0 11.3 9.0中心点计算沉降量s(mm) 197.3 213.4 198.5 247.3大基础沉降计算经验系数 0.45 0.69 0.64 0.81乘后的沉降量s(mm) 88.8 147.2 127.0 200.3再乘0.8折减后的沉降量s(mm) 71.0 117.8 101.6 160.2
22、沉降差s(mm) 46.8 58.6横向倾斜 0.0036 0.0045按角点发计算的计算沉降量s(mm) 54.8 61.9 56.1 69.5s(角点)/s(中心点) 0.28 0.29 0.28 0.28 各点沉降值值及横向倾斜计算表 4.地基承载力评价和计算 一、评价和确定地基承载力时应注意的几个问题 （一）荷载与承载的关系 1.荷载的取值与承载力的储备和风险有关 2.荷载效应设计表达式 3.基本组合的设计值S 4.长期效应组合设计SL 5.验算承载力采用基本组合，验算沉降采用长期效应组合 （二）承载力不是一个定值 1.传统的定值设计法改为极限状态的概率设计法 2.承载力不仅决定于土的
23、各项指标，还受许多因素的影响；对浅基础：（1）基础形状态的 影响；（2）荷载倾斜和偏心的影响；（3）基底倾斜和地面倾斜的影响；（4）覆盖层抗剪强度的影响；（5）土压缩性影响和比例影响；（6）基底面粗糙度的影响；（7）基底竖向剖面形状的影响；（8）相邻基础的影响；（9）地下水的影响；（10）非均值土的影响；（11）荷载速率的影响等。 两个说明承载力不是定值的实例北京西苑饭店和陕西广播电视中心（三）应采用多种方法综合确定高层建筑地基承载力：强调理论计算，荷载试验和以沉降控制确定承载力二按理论公式计算地基承载力 （一）极限承载力公式 与现行地基规范公式有两点不同： 1.增加了结构刚度系数Kr 2.基
24、础宽度6.0m不是仍按6.0m计，而是用实际宽度，但要乘小于1的Kb系数三、 不同方法求承载力的实例对比值别值指标 % % e % % %平均值28.418.914.7910.84932.613.30.690.278.2计算值29.318.714.5930.87632.113.60.750.326.7 西安城区某工程、地面以上16层高、高45m，基底面积31m31m基础埋深6.0m，持力层物理力学性质指标统计如下表，频数n=100 注：计算值接的保证率求得 按计算值查现行黄土规范饱和黄土承载力表当时按有关经验性质的表为130kPa 根据在6.3m处的载荷试验 按静力触探 按旁压试验值别 值方法
25、总应力法有效应力法C(kPa)C(kPa)平均值11.620.6814.221.94标准差5.53.845.42.90变异系数0.4740.1680.3800.132回归修正系数0.7310.8950.7860.925标准值8.4818.5111.1620.29取值8181120 抗剪强度指标统计（共试验6组，删除1组） 以标准基宽b=3m，标准埋深d=1.5m，和实际基宽b=31m实际埋深d=6.0m，分别计算承载力标准和设计值，如下表，当时报告提是合适的。值别方法 查表法 载荷试验 静力触探 旁压试验 标准值 151 175 118 172 185 128 各种方法计算和承载力标准值 承载
26、力设计值f 按修正 设计值f 254 622 394 可满足基底压力p=230kPa的要求 5.地基沉降的计算和评价 一、用压缩模量Es作为变形参数和分层总和法 由于是按实测沉降统计而得，可不再考虑回弹再压缩量 二、考虑应力固结历史的固结沉降计算法 （一）超固结土沉降计算 1. 2. （二）正常固结土沉降计算 （三）欠固结土沉降计算 三、用E0按刚性基础计算沉降量 （一）关于用p不用p0问题：解决补偿基础有时p0很小，但还有沉降和大面积开挖基坑的回弹再压缩问题（二）系数问题 耶戈洛夫原式 M值和值m= 0m0.5 0.5m1 1m2 2m5 5mM1.51.41.31.11.01.000.95
27、0.900.750.70 用代替、值大致为0.67M，比（0.9270.824）M为小（三）地基压缩层深度的计算，当为多层土时，先按计算，再以深度内，不同厚度加数平均计算（四）对未作荷载试验的一般粘性土、软土和饱和黄土，可用反复综合模量按下式计算沉降量 （r=0.965 n=25） 对花岗岩残积土，可用E0=2.2N，N为校正后的标贯击数，E0单位为MPa 四、 沉降计算工程实例陕西广播电视中心，18层、高81.5m，加塔楼3层共21层，d=10.50m，按基底面积为1004m2，近似地等代为3826.4=1003.2m2的矩形基础，p0=415-(6.8416.9+1.3618.3+2.38.3)=255.4kPa(一) 按分层总和法计算 （二）按固结应力史法计算 根据两个钻孔分别从6.0m起至40m和50.3m，各13个土样分析统计结果得和分层的Cc和Ce平均值进行计算，其最终计算沉降量s=57mm (三)沉降观测结果：从1989年开始施工，目前已基本建成从1989年9月二层地下室完工后开始沉降观测，直至1991年11月其观测25次，17个点平均沉降量为86.7mm，差异性很小，变异系数。由上述计算可看出，用压缩模量Es按分层总和法计算结果比较接近。 6.地基倾斜计算 一、由地基不均匀引起的倾斜：按下列图式 参
