岩体工程与基础工程.ppt

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1、岩体工程与基础工程,岩体工程与基础工程,边坡工程岩基工程浅基础深基础地基处理,1.边坡工程,成因分类天然边坡人工边坡岩土性质分类粘性土类边坡,1.1 边坡分类,碎石土类边坡黄土类边坡岩石类边坡,1.2 应力变形和破坏特征,应力分布特点边坡周围主应力迹线偏转坡脚附近最大主应力显著增高坡缘附近张力带最大剪应力迹线近似圆弧，凹面临空影响应力分布的主要因素原始应力状态,坡形坡角边坡平面形态边坡横断面形状岩体变形特征岩体结构特征,边坡岩体变形松弛张裂（松动）回弹裂隙坡面、破顶张力带裂隙坡脚应力集中带的张裂隙蠕动表层蠕动深层蠕动,边坡破坏特征滑坡蠕动变形滑动破坏渐趋稳定滑塌一般较突然粘性土类边坡可有一个变

2、形发展过程,崩塌规模巨大时：山崩规模较小时：塌方剥落长时期堆积坡脚规模小、速度缓，不造成重灾,1.3 边坡稳定的影响因素,影响边坡稳定的因素岩土性质岩土的坚硬程度抗风化能力抗剪强度颗粒大小、形状透水性能,岩层结构、构造节理、裂隙发育程度，分布规律结构面胶结情况软弱面、破碎带的分布与斜坡的关系下伏岩土层的形态和坡面、坡度地貌因素斜坡高度、坡度斜坡形态,风化作用强度减弱，裂隙增加使岩土体沿斜坡崩塌、堆积、滑移水的作用软化作用冲刷作用静水压力动水压力浮托力,地震作用下滑力增加孔隙水压力增加岩土强度减小人为因素爆破作用人工削坡施工方法工程作用,边坡失稳的原因外界力的作用破坏了土体原来的应力平衡状态土的

3、抗剪强度受到外界各种因素的影响而降低，促使土坡失稳破坏,1.4 边坡稳定的分析方法,工程地质类比法方法原理 稳定的自然斜坡的高度H和坡面投影长度L遵循关系 H=a Lb 其中a、b为常数。两边取对数，得以b为斜率的直线关系式 lnH=lna+b lnL,调查统计方法大量实地调查，绘出稳定斜坡的双对数直线关系同类工程，查直线，估算稳定坡高计算分析法抗滑安全系数 K,单一同向结构面斜坡一般,碎石类（c=0）K=tan/tan折线形滑动面的斜坡,图解法图表计算法图解分析法自然历史分析法区域地质背景斜坡演变主导因素、触发因素预测演化阶段，发展趋势，可能的破坏方式,边坡形式选择直线形（一坡到顶）H10

4、m的一般均质土坡H15 m的黄土边坡岩石边坡折线形上部土质好于下部时，上陡下缓上部土质较下部差时，上缓下陡台阶形平台上设排水明沟，平台宽度1.50-3.00 m,1.5 边坡治理的工程措施,排水排水沟、截水沟、盲沟植被坡面铺砌、夯实削坡减载与反压直接清方减缓边坡改用台阶形边坡上部削缓的土堆填于坡脚,加固裂隙岩石表面支护：块石砌面，喷射混凝土清理软层，填筑混凝土或砌石销钉固定，锚杆加固 支挡结构石垛挡土墙抗滑桩,2.岩基工程,定义和要求定义：支承建筑物（构筑物）的岩体基本要求强度：承载力变形：沉降，沉降差稳定性,2.1 岩基概念,岩石分类（GB50007-2002）坚硬程度分 饱和单轴抗压强度标

5、准值frk(MPa)坚硬岩：frk 60 较硬岩：30 frk 60较软岩：15 frk 30软 岩：5 frk 15极软岩：frk 5,风化程度分未风化岩；微风化岩；中风化岩强风化岩；全风化岩岩体完整程度分 岩体纵波波速与岩块纵波波速之比的平方=完整性指数完 整 极破碎 0.15,岩基的破坏模式劈裂破坏基脚开裂，深部发展岩体倒三角压碎斜裂缝发展，劈裂碎岩两侧扩容，基脚附近岩体剪切滑移冲压破坏多孔脆体岩骨架破坏，不可恢复沉降,冲切破坏易风化岩中页岩夹层纵横密布张开节理竖向节理冲切破坏剪切破坏基底下岩体出现压实楔岩体两侧弧线或直线滑面沿滑面滑动,2.2 岩基应力和变形,岩基应力理论基础布辛奈斯克

6、弹性解叠加原理应力分布同一竖线上，随深度而减小同一水平面，随离开的距离而减小角点法技术：z=Kc p,岩基沉降圆形基础（半径a）柔性基础 均匀外荷p，均匀基底压力 中心点沉降：,边缘点沉降：,中心沉降为边缘点沉降的1.57倍,刚性基础 沉降相同，基底压力不同。均布外力p,矩形基础,b为基底宽。方形柔基中心沉降为角点沉降的2倍,2.3 岩基承载力,理论算法 压碎岩体公式,符号 qu单轴抗压强度 内摩擦角,剪切岩体公式,符号 q 基底附近水平面上附加压力 N 系数，与有关 Nc 系数，与有关 Nq 系数，与有关,岩基浅基础承载力确定方法荷载试验公式计算工程经验铁路规范之岩基承载力R R=K Rc

7、Rc 饱和单轴抗压极限强度 K 均质系数,承载力特征值fa（GB50007-2002）试验法：按附录H作荷载试验 极限荷载除以3，与比例极限比较，取小作为该处试验值 每个场地试验数量不少于3个，取最小值作为fa计算法,frk饱和单轴抗压强度标准值 r 较破碎岩石0.1-0.2,岩基深基础承载力嵌岩桩单桩竖向承载力岩土极限侧阻力Qsk嵌岩段极限侧阻力Qrk极限端阻力Qpk嵌岩灌注桩竖向承载力按规范规定取值水平承载力按规范规定取值,2.4 岩石锚杆与锚杆基础,岩石锚杆挡土结构设计规定荷载采用主动土压力乘1.1-1.2增大系数挡板立柱端部应嵌入稳定岩层内，深度大于3倍立柱长边时，按固端计算，否则铰支

8、锚杆与立柱牢固连接，验算连接处立柱的抗剪切强度,锚杆构造要求锚固段应嵌入稳定基岩中，深度应40倍锚杆主筋直径，3倍锚杆的直径，混凝土强度等级C25；非锚固段的主筋必须进行防护处理。支护作用，d100mm；防护作用d50mm。锚杆间距 锚杆直径的6倍。岩石锚杆与水平面的夹角15-25。岩石锚杆的抗拔力试验：同一场地同一岩层，试验数总锚杆的5%，且6根。8级加荷，最大荷载量 2倍设计荷载公式估算,岩石锚杆基础适用条件直接建筑在岩石上的柱基础承受拉力较大承受水平力较大构造要求孔径为杆径的3倍，不小于杆径+50mm插入上部结构的长度，符合钢筋锚固要求锚杆宜采用热轧带肋钢筋，水泥砂浆强度30 MPa，细

9、石混凝土 C30,3.浅基础,无筋扩展基础砖基础垫层：100 mm，C10 灰 土 垫 层=灰土基础 三合土垫层=三合土基础剖面：大放脚,3.1 浅基础的类型,毛石基础尺寸：台阶高、基础墙厚400 mm适用：7层建筑物基础不适用：地下水位以下混凝土基础混凝土C15适用于荷载较大之墙、柱基础毛石混凝土基础毛石尺寸300 mm毛石占总体积 25%-30%,扩展基础钢筋混凝土独立基础墙下独立基础：利用基础梁传力柱下独立基础：最常用，最经济钢筋混凝土条形基础墙下条形基础：承重墙下常用柱下条形基础：单向式 十字交叉式,筏板基础平板式：0.5-1.5 m厚梁板式：板上设基础梁，梁上安柱箱形基础底板顶板纵、

10、横墙，内、外隔墙薄壳基础正圆锥壳,M型组合壳内球外锥组合壳,3.2 基础埋置深度d,埋深原则除岩石地基外，dmin=0.5 m在满足地基稳定和变形要求的前提下，尽量浅埋天然地基上箱、筏基础埋深建筑物高度/15；桩箱（筏）基础埋深（1/18-1/20）建筑物高度,影响因素场地土质及地下水上层好上层持力，A、d 可小上层弱且薄下层持力上层弱且厚桩基础，人工地基基础底面一般置于地下水位以上粉土、砂土，有承压水时，防止流砂：坑底自重应力水的承压力建筑物用途有地下室，d 加大,基础埋深不同时，作台阶，高宽比1:2管线通过，预留孔间隙 100-150 mm荷载大小、性质F大，需要好的持力层较大水平荷载，稳

11、定性要求d 加大抗拔力，d 加大相邻基础影响净距离l（1-2）底面高差 h不满足时，施工措施,季节性冻土冻土分类：不冻胀，弱冻胀，冻 胀 强冻胀，特强冻胀最小埋深,zd：设计冻深=标准深冻z0三个影响系数 hmax：基底下允许残留冻土层最大厚度,3.3 地基承载能力,由试验、工程经验确定承载力地基承载力特征值fak修正后的地基承载力特征值fa,b,d：,m：基底土重度，平均重度 b：小于3 m取b=3m，大于6m取b=6m d:小于0.5 m 取 d=0.5 m,例3.1 试验确定某中砂地基的承载力特征值为fak=286 kPa，如基础宽度为2.0 m，埋深为1.5 m，土的重度为18 kN/

12、m3，试确定该基础修正后的地基承载力特征值。解 b=3.0，d=4.4，=m=18 kN/m3,kPa,例3.2 某基础底面尺寸为 2.5 m3.5 m，埋深1.8 m，持力层为粉土，粘粒含量15%，重度=18.9 kN/m3，m=17.8 kN/m3,土的承载力特征值 fak=161 kPa。下列哪项为修正后的地基承载力特征值？(A)177 kPa(B)212 kPa(C)195 kPa(B)161 kPa解（1）计算,查表 b=0.3,d=1.5,（2）结论 答案为 C,按土体强度理论计算条件 偏心距e 0.033b计算公式,承载力系数Mb、Md、Mc由k查表b 大于6m取6m；对于砂土小

13、于3m取3mck 基底1.0b深度内土的内聚力标准值结果无需按深度、宽度修正,3.4 确定基底尺寸,持力层承载力条件定尺寸承载力条件 荷载效应标准组合对心受压基础,偏心受压基础,此处l为偏心方向的尺寸,确定基底尺寸定埋深d 仅按深度修正承载力特征值fa（如果需要）计算底面积,对偏心受压基础，面积再增大10%-40%确定长度l、宽度b（若b3m，需重新计算fa）,例3.3 某扩展基础轴心荷载标准值Fk=1000 kN，置于粘性土层上，其 e=0.86，埋深为 5.65 m，m=18.5 kN/m3，fak=120 kPa，试求该基础的底面积。解（1）承载力特征值 b=0与宽度无关，仅按深度修正d

14、=1.0,kPa,（3）结果 取 3.2 m3.2 m，A=10.24 m2,（2）计算底面积,m2,下卧软弱层承载力验算下卧层层顶承载力特征值（仅按深度修正）,z:基底到下卧软弱层顶的距离下卧层层顶自重应力,软弱层顶附加应力 压力扩散法计算。基础边缘按角向下扩散，角可查表5.2.7。由合力相等得附加应力,条形基础,pc基底处土的 自重应力,矩形基础,承载力条件总应力不超过承载力特征值,例3.4 柱基础底面宽2.0 m，长2.5 m，埋深2.2 m，荷载标准值为 Fkv=835 kN，FkH=14 kN，Mk=577 kN.m；其地基表层1.5 m厚的杂填土，=16 kN/m3；第二层3.3

15、m厚的粉质粘土，=19 kN/m3，Es=7.5 MPa；第三层为淤泥质粘土，承载力特征值为 84 kPa，天然重度为=16.8 kN/m3，Es=2.5 MPa，试验算软弱下卧层的承载力。,解（1）软弱层顶自重应力 d=2.2 m，z=2.6 m,kPa,kN/m3,（2）基底平均附加应力,kPa,（3）软弱层顶附加压力,（4）软弱层顶总压力,（5）承载力特征值 d=2.2 m，z=2.6 m，d=1.0,pz+pcz=130.6,该软弱下卧层承载力满足要求,地基变形条件需要进行变形验算的地基甲级、乙级建筑物地基部分丙级建筑物地基（表3.0.2以外的丙级建筑物）变形特征量沉 降 量：基础中心

16、沉降值s沉 降 差：相邻柱基础沉降量的差值倾 斜：同一基础而言局部倾斜：砌体承重结构，纵墙6-10m内,沉降计算方法分层总和，修正,s 沉降计算经验系数 p0 荷载效应准永久组合时基底附 加应力计算深度满足条件 由zn向上取 zn(与b有关)，该层压缩量,控制指标的选取砌体承重结构“局部倾斜”框架单层排架“沉降差”多层高层高耸“倾斜”必 要 时 控 制 平均“沉降量”允许值GB50007-2002，表5.3.4。如 砌体承重结构局部倾斜：中低压缩性土0.002，高压缩性土0.003,稳定性验算经常受水平荷载作用的高层建筑和高耸结构建造在斜坡上的建筑物和构筑物坡顶建筑基础与坡顶距离（a不小于2.

17、5m）,1）条形基础,2）矩形基础,b 3 m,当坡角45，坡高 8m时，尚应验算坡体稳定性,地基稳定验算方法 圆弧滑动面法，最危险的滑动面上诸力对滑动中心（圆心）取矩,3.5 浅基础设计,基础选型考虑因素建筑场地的岩土工程条件建筑物上部结构类型，体型、刚度和整体性；是否有设备基础、地下室作用在地基上的荷载大小、位置和性质场地的类型和环境施工条件、材料供应情况,典型实例砖混结构：一般用刚性条形基础 地下水低，可用灰土基础 地下水高，混凝土条形基础 宽度大于2.5m，宜采用钢筋 混凝土扩展基础框架结构：柱下独立扩展基础 十字交叉钢筋混凝土 条基 柱下筏基,一般地基上的高层建筑之基础类型 8-12

18、 层：筏形基础，箱形基础，桩基础、扩展基础 12-20 层：箱形基础，筏形基础 20 层以上：桩基（桩箱、桩筏）,无筋扩展基 础设计剖面型式台阶式双向放坡限制条件台阶宽高比基础高度,b0：基础顶面 砌体宽度H0：基础高度,构造要求混凝土基础（C15）台阶厚度不小于250 mm。当基底平均压力pk超过300 kPa时，应验算受剪承载力,毛石混凝土基础 台阶厚度不小于300 m。毛石基础 每台阶不小于二层块石或三层毛石 每阶高度 400-600 mm,扩展基础设计一般要求锥形基础边缘高度200 mm，阶梯形每阶高度 300-500 m垫层：C10，厚度 70mm，一般取100mm受力钢筋 10，间

19、距200 mm 100mm保护层：有垫层时40 mm 无垫层时70 mm 混凝土等级：C20,墙下条形基础配筋要求 受力钢筋直径 10-16 mm 分布钢筋直径 8 mm，间距250-300 mm基础高度 取1 m基础计算。由基底净反力计算剪力（基本组合），由抗剪强度决定，,底板配筋 计算墙边截面、或变阶处截面的弯矩M（基本组合）受力钢筋按下式计算,柱下单独基础 杯口基础：杯壁 计算配筋 构造配筋 基础高度：冲切条件 剪切条件底板计算 双向受力,d：钢筋直径,取G=1.35Gk,地基梁板计算要点适用基础型式：柱下条形基础 十字交叉基础、筏基倒梁法：条件 地基土均匀 上部刚度较好 荷载分布较均匀

20、倒楼盖法：条件 地基均匀 上部刚度大 柱距、荷载较均匀,箱形基础计算地基计算,抗震承载力设计值,稳定计算 抗滑,抗倾,偏心距 e 条件 恒、活组合,恒、活、风或地震组合,基础内力 净反力底板40个区格,内力 上部为框架整体弯曲+局部弯曲 上部现浇剪力墙局部弯曲 上部框架剪力墙局部弯曲,3.6 减小不均匀沉降的措施,建筑措施体型力求简单平面简单立面高差不宜过大增强结构整体刚度控制长高比（3.0）合理布置纵横墙抗震时还应控制高宽比,设沉降逢建筑平面的转折部位高度差异或荷载差异处长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位地基土的压缩性有显著差异处建筑结构或基础类型不同处分期建造房屋的交界

21、处,相邻建筑留足间距（净距）调整标高室内地坪与地下设备建筑与设备之净空结构措施减轻建筑物自重轻质高强墙体材料，减少墙体重量选用轻型结构（预应力混凝土、轻钢）减少基础和回填土的重量：架空地板代替室内填土,设置圈梁减小或调整基底附加压力设置地下室或半地下室调整基底面积采用非敏感性结构排架三铰拱采用整体刚度大的基础：桩、箱、筏增强结构整体刚度,施工措施工序先高重后低轻方法,3.7 共同作用的概念,传统算法三分离上部结构，基础，地基分别计算存在问题上部实际内力与计算值有很大差距，底层梁柱和边跨梁柱尤其明显，甚至出现严重开裂基础实际内力比计算值小得多,共同作用共同作用的概念上部结构、基础、地基三合一（整

22、体）三者在连接部位满足变形协调条件实际应用 不同要求和不同复杂程度 上部与基础共同作用基础与地基共同作用上部、基础、地基共同作用,定性结论计算结果与现场实测值比较一致对于无桩的高层建筑基础底板设计，共同作用分析比较合理对于有桩的高层建筑，共同作用可充分利用桩间土的承载力，减少桩数规范要求GB50007-2002，5.3.10条要求考虑共同作用JGJ6-99高层建筑箱形与筏形基础技术规范，规定了共同作用,4.深基础,常见深基础桩基础沉井基础地下连续墙,4.1 深基础分类,桩基础的类型根据使用功能分竖向抗压桩：摩擦桩桩端阻力可不计 端承摩擦桩端阻力较大，但不大于30%摩擦端承桩主要端阻力，摩擦力较

23、小 端承桩桩侧摩阻力可略去竖向抗拔桩水平受荷桩复合受荷桩,根据桩身材料分混凝土桩 预制混凝土桩 灌注混凝土桩钢桩 开口或敞口管桩 H型钢桩 异型钢桩木桩组合桩,根据成桩方法分打入桩灌注桩静压桩根据成桩对土层的影响分挤土桩部分挤土桩非挤土桩,根据成桩直径分大直径桩 桩径 D 800 mm的桩，要考虑挤土效应和尺寸效应中等直径桩 桩径 250 mm D 800 mm的桩小桩 桩径 D250 mm、长细比 L/D较大的桩,4.2 桩受力分析,抗压桩桩身受力外加压力N承台传来之力方向向下抗力（承载力之要素）桩侧摩阻力qs（或）桩端反力qP（）特定情况要考虑弯曲变形,qs,N,qP,负摩阻力的概念定义桩

24、侧摩阻力qs（），称为负摩阻力负摩阻力对工程有害可能出现负摩阻力的情况地表大面积堆载或新填土桩穿过欠固结土，支承于坚硬土层地下水位下降，引起地面下陷湿陷性黄土浸水后产生湿陷,负摩阻力产生机理 桩周土的沉降量桩的下降量中性点定义：桩、土位移相等，qs=0的分界点 其上，负摩阻；其下，正摩阻位置 距离桩顶，可查表,群桩效应概念群桩承载力不等于各单桩承载力之和群桩沉降明显超过单桩群桩效应系数群桩效率系数：一般小于1，砂土中的挤土桩群有可能大于1沉降比：除端承桩等于以外，均大于1,4.3 单桩竖向承载力R,单桩竖向极限承载力标准值Q.k确定方法一级（甲级）建筑物桩基：（1）现场静荷试验JGJ94-94

25、 附录C（2）静力触探（3）标准贯入,二级（乙级）建筑物桩基（1）静力触探（2）标准贯入（3）参数估算三级（丙级）建筑物桩基：参数估算承载力参数估算法一般情况,侧摩阻,端 阻,大直径桩,si：大直径桩侧阻尺寸效应系数 P：大直径桩端阻尺寸效应系数,嵌岩桩,其中：frc岩石饱和单轴抗压强度标准值 hr桩身嵌岩深度，5d时取5d 其余系数，可查表,土总侧阻,嵌岩段侧阻,总端阻,单桩竖向承载力设计值R桩数 n 3估算法,静荷试验法,桩数 n3的非端承桩（考虑桩群、土与承台共同作用）估算法,静荷法,其中,qck:承台底1/2宽度范围内土极限阻力标 准值 fk Ac:承台底地基土净面积关于系数抗力分项系

26、数：查表 s=P=sP c群桩效应系数 查表：s,P,sP 计算：c（见后）,查表,承台底下桩外包线内、外净面积,GB50007-2002关于R摩擦桩竖向承载力特征值,嵌岩桩竖向承载力特征值,4.4 桩基础设计,选型尺寸桩材料：钢筋混凝土、钢桩型：预制、灌注尺寸桩截面尺寸桩身长度承台标高,单桩承载力设计值R估算桩数n轴心受压,偏心受压桩数在轴压的基础上增加10%-20%布置桩位原则尽量使上部荷载中心与桩群截面重心重合,或,对称式，梅花形，行列式，环状排列桩箱基础，宜将桩布置在墙下；桩筏基础，宜将桩布置在梁（肋）下；大直径桩，宜采用一柱一桩布置同一结构单元，宜避免采用不同的桩型桩距满足最小中心距

27、的要求单桩承载力验算单桩轴力N计算轴心受压,偏心受压 平均值算法与轴心受压时相同，角桩承担的轴力最大,承载力条件荷载效应基本组合,0：桩基础重要性系数，一、二、三级 建筑物分别为1.1、1.0、0.9。柱下单桩提高一个级别 柱下一级单桩 0=1.2 地震作用效应组合,例4.1 某一般建筑柱下三桩基础，轴心受压，如图所示。F=2250 kN，G=90 kN。方形混凝土预制桩，边长为 400 mm。验算基桩的竖向承载力。解（1）单桩竖向承载 力设计值,由于s=P=1.65，所以单桩竖向承载力设计值为,kN,kN,kN,（2）在轴心竖向力作用下，单桩承受的 竖向力设计值,（2）结论 由于 0=1.0

28、 所以 0 N=780 kN R=790.3 kN 符合规范要求,kN,承台设计计算 设计计算详见钢筋混凝土结构承台应满足的条件抗弯抗冲切承台截面弯矩矩形承台,等边三桩承台,M承台形心至边缘范围内板带的弯 矩设计值 s 桩中心距 h 桩径、边长冲切力设计值,5.地基处理,换土垫层作法：挖去浅层软土，换垫好土类型：灰土垫层砂垫层碎石垫层,5.1 地基处理方法介绍,碾压夯实机理：压实土层方式机械碾压振动压实重锤夯实强夯挤密振实机理：深层挤密，形成“桩”“土”复合地基,方式砂桩挤密灰土桩挤密石灰桩挤密振冲桩挤密排水固结堆载预压砂井预压井点降水真空预压,化学加固机理：注入化学浆液将土颗粒胶结方式硅化、

29、旋喷碱液加固水泥灌浆深层搅拌,加筋法机理埋设人工材料，抗拉提高强度，减小变形方式土工聚合物加筋土土层锚杆土钉树根桩,5.2 换土垫层,基本要求换土垫层深度3 m垫层厚度0.5 m垫层材料：砂土、碎石土、三七灰土垫层设计厚度 z由底部软弱层承载力确定,按压力扩散法计算附加应力,垫层宽度,5.3 碾压与夯实,机械碾压机具压路机、推土机、羊足碾，其他机械效果取决因素（1）压实能量（2）土的含水量控制指标 压实系数,夯实法重锤夯实起重机起吊重锤（1.5-3 t），自由下落冲击能击实地基强夯法特重锤（100-400 kN），高落距 6-40 m土中产生冲击波和动应力影响深度与夯击能有关夯点布置：三角形，正方形，基础边外3m夯击2-3遍。间隙时间：砂土0，粘土3-4周,5.4 挤密桩,砂桩设计三角形布桩（桩距s，桩径d）,正方形布桩,e0加固前孔隙比e1加固后孔隙比,灰土桩布置：等边三角形桩距桩径的2.0-2.5倍或平均挤密系数和密度计算,水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）三种作用桩体作用挤密作用褥垫作用设计参数桩径：350-600 mm桩距：3-5倍桩径桩长桩体标号：最低标号按3倍桩顶应力确定褥垫层：厚度100-300mm，碎石，砂,结束The End谢谢Thanks,