基础工程学讲义课件.pptx

1、前言第一讲 基础工程的设计原则第二讲 岩石地基基础第三讲 嵌岩锚杆基础第四讲 嵌岩桩基础第五讲 土岩组合地基第六讲 填土地基 第五讲第五讲 土岩组合地基土岩组合地基 一、一、土岩组合地基的特点土岩组合地基的特点 土岩组合地基过去又称岩土不均匀地土岩组合地基过去又称岩土不均匀地基、岩土混合地基，是山区常见的地基之基、岩土混合地基，是山区常见的地基之一。其主要特点表现在地基的均匀性和场一。其主要特点表现在地基的均匀性和场地的稳定性两大问题上，属复杂条件下的地的稳定性两大问题上，属复杂条件下的地基类型。地基类型。国标地基规范定义国标地基规范定义：在地基变形计算深度范围内，遇在地基变形计算深度范围内，

2、遇下列情况之一者为土岩组合地基：下列情况之一者为土岩组合地基：下卧基岩坡度较大者；下卧基岩坡度较大者；石芽密布并有部分出露者；石芽密布并有部分出露者；大块孤石或个别石芽出露者。大块孤石或个别石芽出露者。重庆地基规范定义：重庆地基规范定义：在地基变形计算深度范围内，遇下在地基变形计算深度范围内，遇下列情况之一者为土岩组合地基：列情况之一者为土岩组合地基：一幢单体建筑物的地基，部分为岩一幢单体建筑物的地基，部分为岩石，另一部分为土质者；石，另一部分为土质者；下卧基岩表面坡度较大者；下卧基岩表面坡度较大者；基岩起伏多变，覆盖土层厚度相差基岩起伏多变，覆盖土层厚度相差较大者；较大者；石芽密布并有部分出

3、露者；石芽密布并有部分出露者；风化残余岩块与残积土混杂堆积者；风化残余岩块与残积土混杂堆积者；崩塌体堆积，或崩塌体与坡积土混崩塌体堆积，或崩塌体与坡积土混杂堆积者。杂堆积者。特点之一：特点之一：地基变形不均匀地基变形不均匀 与软土地基相比，一般来说强度与软土地基相比，一般来说强度方面问题不是很大，关键是下卧岩石方面问题不是很大，关键是下卧岩石起伏不平，土层在平面及空间方向均不起伏不平，土层在平面及空间方向均不均匀，导致地基变形的不均匀。均匀，导致地基变形的不均匀。特点之二：特点之二：场地的稳定性问题场地的稳定性问题 一般土岩组合地基往往伴随着边一般土岩组合地基往往伴随着边坡存在，特别是暗藏的下

4、伏基岩，经坡存在，特别是暗藏的下伏基岩，经常给地基稳定性造成威胁。常给地基稳定性造成威胁。工程实例：重庆钢铁公司滑坡工程实例：重庆钢铁公司滑坡 二、二、土岩组合地基的验算土岩组合地基的验算 1变形验算变形验算 土岩组合地基的变形验算，主要应土岩组合地基的变形验算，主要应考虑刚性下卧层的存在。对上软下硬的考虑刚性下卧层的存在。对上软下硬的双层地基，在荷载作用下会在上层土中双层地基，在荷载作用下会在上层土中发生应力集中现象，这会造成土层变形发生应力集中现象，这会造成土层变形的增加。如不考虑此因素，则可能出现的增加。如不考虑此因素，则可能出现计算变形值较实际变形值小的情况，得计算变形值较实际变形值小

5、的情况，得出不安全的结论。出不安全的结论。重庆规范组进行了重庆规范组进行了“具有刚性下卧具有刚性下卧层层地基的有限元计算及试验研究地基的有限元计算及试验研究”的专题的专题课课题研究。题研究。有限元计算有限元计算 计算域深为计算域深为414150m50m，其中下卧层为，其中下卧层为40m40m，对下卧层顶面的边界，采用上下界，对下卧层顶面的边界，采用上下界面应变协调。面应变协调。计算采用计算采用9 9节点等参元法，计算网格节点等参元法，计算网格见图见图1 1，土层及岩层计算参数和变化幅度，土层及岩层计算参数和变化幅度见图见图2 2。室外载荷试验室外载荷试验 为进一步分析刚性下卧层深度对地为进一步

6、分析刚性下卧层深度对地基中应力的影响，课题组进行了室外试基中应力的影响，课题组进行了室外试验坑内的压板试验。压板面积为验坑内的压板试验。压板面积为0.23m0.23m2 2，在板底不同位置布置了在板底不同位置布置了9 9个压力盒测定基个压力盒测定基底压力分布，压板上的荷载采用钢块堆底压力分布，压板上的荷载采用钢块堆载，荷载分为载，荷载分为1717级，最大板底中心处的级，最大板底中心处的压力为压力为451kPa451kPa。试验坑的几何尺寸及土。试验坑的几何尺寸及土体内压力盒位置见图体内压力盒位置见图3 3所示。所示。试验结果试验结果 计算结果及分析计算结果及分析 从图从图5中可见，土中应力中可

7、见，土中应力z的增大量，的增大量，主要由地基相对厚度主要由地基相对厚度Hb（H为上覆土为上覆土层厚度，层厚度，b为基础宽度）决定，为基础宽度）决定，Hb越越小，即刚性下卧层越浅，应力集中现象小，即刚性下卧层越浅，应力集中现象越显著。当越显著。当0.5倍基础宽度时，土中倍基础宽度时，土中附加应力不随深度衰减，犹如无穷分布附加应力不随深度衰减，犹如无穷分布荷载作用下地基中的应力。随着荷载作用下地基中的应力。随着Hb的的增大，应力集中程度逐渐减弱。当增大，应力集中程度逐渐减弱。当Hb2时，应力分布与均质地基中的时，应力分布与均质地基中的应力相差巳不太大了，当应力相差巳不太大了，当Hb=10时，时，二

8、者巳非常接近。二者巳非常接近。地基的沉降亦有相似的规律，从图地基的沉降亦有相似的规律，从图8可见可见Hb越小，沉降量的增大越显著。越小，沉降量的增大越显著。当当H/b=0.5时，沉降量约增大时，沉降量约增大30（与（与E2E1的比值有关，比值越大，沉降量的比值有关，比值越大，沉降量增大幅度越大，此处考虑中等压缩性增大幅度越大，此处考虑中等压缩性土），当土），当Hb2后，沉降的增大量小于后，沉降的增大量小于10，可以认为刚性下卧层对地基沉降，可以认为刚性下卧层对地基沉降的影响巳经很小，即刚性下卧层对上层的影响巳经很小，即刚性下卧层对上层土的主要影响深度是在基底下倍基础土的主要影响深度是在基底下倍

9、基础宽度范围内。宽度范围内。因此重庆规范规定：当土层厚度大因此重庆规范规定：当土层厚度大于于2b时，可按均质地基进行应力和变形时，可按均质地基进行应力和变形的计算。的计算。考虑刚性下卧层时的地基变形计算考虑刚性下卧层时的地基变形计算方法：先按弹性半无穷体理论计算出地方法：先按弹性半无穷体理论计算出地基中的应力和变形，然后根据刚性下卧基中的应力和变形，然后根据刚性下卧层的埋藏深度乘以一增大系数。层的埋藏深度乘以一增大系数。pqz=kqzpz sqz=qzsz式中：式中：pqz、sqz-具有刚性下卧层具有刚性下卧层时，地基中的应力与变形计算值；时，地基中的应力与变形计算值；kqz-应力增大系数；应

10、力增大系数；qz-变形增大系数；变形增大系数；为减少计算工作量，重庆规范对可为减少计算工作量，重庆规范对可不作变形验算的土岩组合地基，给了一不作变形验算的土岩组合地基，给了一个具体规定（第个具体规定（第7.2.27.2.2条表条表7.2.27.2.2），当），当下卧基岩表面坡度符合表中要求时，可下卧基岩表面坡度符合表中要求时，可不作变形验算。不作变形验算。2稳定验算稳定验算 目前地基稳定性验算还缺乏统一的模目前地基稳定性验算还缺乏统一的模式，重庆地区在土岩地基上的稳定破坏，式，重庆地区在土岩地基上的稳定破坏，多发生在下伏基岩坡度大于多发生在下伏基岩坡度大于30的地区，的地区，坡度大于坡度大于2

11、0 时有稳定破坏的可能。据此时有稳定破坏的可能。据此重庆地基规范规定：对一级建筑物地基，重庆地基规范规定：对一级建筑物地基，下卧基岩面坡度大于下卧基岩面坡度大于35 19.3；二级；二级建筑物地基，下卧基岩表面坡度大于建筑物地基，下卧基岩表面坡度大于5026.6时，应验算地基的稳定性。从而时，应验算地基的稳定性。从而使验算范围缩小到一定的限制，减小了设使验算范围缩小到一定的限制，减小了设计工作量。计工作量。三、三、土岩组合地基的利用和处理土岩组合地基的利用和处理 1.1.加强上部结构刚度；加强上部结构刚度；2.2.采用不同的基础形式；采用不同的基础形式；3.3.采取适当的处理措施。采取适当的处

12、理措施。土岩组合地基的处理原则：土岩组合地基的处理原则：1.1.地基土质部分所占比例较大时，改地基土质部分所占比例较大时，改造（处理）土质地基；造（处理）土质地基；2.2.地基岩石部分所占比例较大时，改地基岩石部分所占比例较大时，改造（处理）岩石地基。造（处理）岩石地基。岩石地基的处理方法：岩石地基的处理方法：重庆最常用的办法是采用褥垫。重庆最常用的办法是采用褥垫。土质地基的处理方法：土质地基的处理方法：换填法，梁板跨越法，局部桩基等。换填法，梁板跨越法，局部桩基等。第六讲第六讲 山区填土地基山区填土地基一、一、山区填土地基的特点山区填土地基的特点 山区填土按其组成可分为素填土和山区填土按其组

13、成可分为素填土和杂填土两大类。其基本特点是：杂填土两大类。其基本特点是：1.1.不均匀性不均匀性 物质成分不均匀，物质成分不均匀，主要表现在主要表现在 密实度不均匀，密实度不均匀，平面及空间分布不均匀平面及空间分布不均匀 2.2.不稳定性不稳定性 变形不稳定变形不稳定 主要表现在主要表现在 强度不稳定强度不稳定 二、二、山区填土地基的利用和处理山区填土地基的利用和处理 填土按其堆填方式又可分为压实填填土按其堆填方式又可分为压实填土和抛掷填土两大类。土和抛掷填土两大类。1.1.压实填土压实填土 利用压实填土作为地基时，应根据利用压实填土作为地基时，应根据建筑物对地基的具体要求，进行填方设建筑物对

14、地基的具体要求，进行填方设计。设计内容包括填料的性质、压实机计。设计内容包括填料的性质、压实机械的选择、密实度的要求、质量监督措械的选择、密实度的要求、质量监督措施等。对重大工程，应在填方正式施工施等。对重大工程，应在填方正式施工前，进行填方试验，取得必需的填方参前，进行填方试验，取得必需的填方参数后再进行施工。数后再进行施工。工程实例：重庆江北机场工程实例：重庆江北机场 重庆江北机场场址属浅丘地貌，自重庆江北机场场址属浅丘地貌，自然地表高差近然地表高差近60m60m，要开挖，要开挖1010个山头填个山头填平平9 9条深沟。地表及沟内覆盖层为饱和条深沟。地表及沟内覆盖层为饱和粘性土，最大厚度粘

15、性土，最大厚度10m10m，压缩性高，承，压缩性高，承载力低。机场场道平整度要求不超过载力低。机场场道平整度要求不超过30mm30mm。为此进行了填方试验。为此进行了填方试验。重庆江北机场填方试验：重庆江北机场填方试验：试验场地北端为浅丘，南端为冲沟，试验场地北端为浅丘，南端为冲沟，相对高差相对高差19m。试验划分了四个区，每。试验划分了四个区，每区面积长为区面积长为82m，宽为，宽为12m，中间有，中间有6m的隔离带。每区均有挖填方，对各区分的隔离带。每区均有挖填方，对各区分别采用不同的处理方法。别采用不同的处理方法。I I区：区：将冲沟底的粘土覆盖层全部挖除，分将冲沟底的粘土覆盖层全部挖除

16、，分 层层回填振动碾压至基顶。回填振动碾压至基顶。区：区：将冲沟底的粘土覆盖层表面耕植土挖除，将冲沟底的粘土覆盖层表面耕植土挖除，翻松翻松400mm，晾晒到含水量为，晾晒到含水量为13.2%时振动压时振动压实，上面分层填筑，强夯夯实。实，上面分层填筑，强夯夯实。区：区：将冲沟底的粘土覆盖层用强夯夯实后，将冲沟底的粘土覆盖层用强夯夯实后，上面分层填筑，振动压实。上面分层填筑，振动压实。区：区：将冲沟底的粘土覆盖层用强夯夯实后，将冲沟底的粘土覆盖层用强夯夯实后，上面分层填筑，强夯夯实。上面分层填筑，强夯夯实。试验结果：试验结果：1.1.四个区中，除四个区中，除区土地基顶下区土地基顶下1.51.53

17、m的密实度只达到的密实度只达到96.1%96.1%外，其余三外，其余三个区土地基下个区土地基下0 0 3m内的密实度均达到内的密实度均达到98%；2.2.区的分层振压和强夯都能满足土区的分层振压和强夯都能满足土地基下地基下3m内的密实度达到内的密实度达到98%，3m下下的密实度达到的密实度达到96%；综合比较后，最后采用综合比较后，最后采用区的分层区的分层重型振动碾压方法，取得了很好的效果。重型振动碾压方法，取得了很好的效果。机场场道填方完成后，进行了大量机场场道填方完成后，进行了大量的静载荷试验，的静载荷试验，EsEs达达3050MPa。为研。为研究填土的变形及蠕变，在究填土的变形及蠕变，在

18、2020多米厚填多米厚填土的不同深度，设置了沉降观测装置，土的不同深度，设置了沉降观测装置，经过经过5 5年多的观测，没有发现下沉现象。年多的观测，没有发现下沉现象。此外机场的副场道和其它交通道，其此外机场的副场道和其它交通道，其压实系数为压实系数为0.900.95不等，经观测压不等，经观测压缩性也很低，均可作建筑物地基。缩性也很低，均可作建筑物地基。据此重庆地基规范给出了压实填据此重庆地基规范给出了压实填土地基的压实系数控制值，见规范表土地基的压实系数控制值，见规范表8.2.6。2.2.抛掷填土抛掷填土 一般素填土当回填年限超过一般素填土当回填年限超过3 3年（无年（无粘性土）或粘性土）或5

19、 5年（粘性土）时，称为年（粘性土）时，称为“老老填土填土”，在自重作用下可认为其变形已，在自重作用下可认为其变形已经经稳定。但目前为较快取得效益，常要在稳定。但目前为较快取得效益，常要在新填土中进行建筑，这就对基础工程的新填土中进行建筑，这就对基础工程的设计及施工提出了新的要求，稍有不当设计及施工提出了新的要求，稍有不当就会引起建筑物的损坏，造成事故。因就会引起建筑物的损坏，造成事故。因此往往需要针对建筑物的特点和要求进此往往需要针对建筑物的特点和要求进行地基处理。行地基处理。合川凉亭经济园区建筑物合川凉亭经济园区建筑物 开裂事故开裂事故 1.1.基本情况基本情况 园区位于涪江的园区位于涪江

20、的级阶地上，有一级阶地上，有一条由北向南流向涪江的大冲沟。冲沟的条由北向南流向涪江的大冲沟。冲沟的最大深度为最大深度为1819m，最小深度为，最小深度为2m，冲沟两岸的距离为冲沟两岸的距离为4050m。1995年将冲年将冲沟回填，填筑方式为抛掷回填，填料主沟回填，填筑方式为抛掷回填，填料主要为河滩里的砂卵石，局部填有建筑垃要为河滩里的砂卵石，局部填有建筑垃圾和生活垃圾，在冲沟里顺沟谷铺设了圾和生活垃圾，在冲沟里顺沟谷铺设了一条断面为一条断面为4.04.5m的涵洞。的涵洞。地基处理方法：地基处理方法：填土地基的处理方法有多种，通常填土地基的处理方法有多种，通常有：垫层法、重锤夯实法、浸泡法、振有

21、：垫层法、重锤夯实法、浸泡法、振动碾压法、深层密实法、注浆法等。动碾压法、深层密实法、注浆法等。1.1.垫层法的应用垫层法的应用 垫层法在传统的地基加固处理中，垫层法在传统的地基加固处理中，是利用垫层的应力扩散作用，解决地基是利用垫层的应力扩散作用，解决地基承载力不足的问题。在山区土岩组合地承载力不足的问题。在山区土岩组合地基和填土地基的处理中，垫层的作用主基和填土地基的处理中，垫层的作用主要调整应力。要调整应力。山区的土体颗粒很不均匀，地基中山区的土体颗粒很不均匀，地基中常有块石、孤石存在，若基础直接放常有块石、孤石存在，若基础直接放置置在这种地基上，有块石、孤石等大颗在这种地基上，有块石、

22、孤石等大颗粒粒的地方，其弹性模量也高，分配的地的地方，其弹性模量也高，分配的地基基反力也高。当基础下有砂石垫层时，反力也高。当基础下有砂石垫层时，垫垫层底部与土体接触面上，也是弹性模层底部与土体接触面上，也是弹性模量量大的地方受力大，垫层将会产生侧向大的地方受力大，垫层将会产生侧向位位移，实质上是促使应力较大部位向应移，实质上是促使应力较大部位向应力力较小部位转移，从而使基底反力趋于较小部位转移，从而使基底反力趋于均均匀。匀。工程实例：红岩煤矿调度楼工程实例：红岩煤矿调度楼 2.2.重锤夯实法的应用重锤夯实法的应用 重锤夯实法的设备比较简单，操作重锤夯实法的设备比较简单，操作比较容易，夯锤可在现场制作，另外配比较容易，夯锤可在现场制作，另外配备一台卷扬机和三脚架就可进行。备一台卷扬机和三脚架就可进行。江津白砂镇河漫滩填土地基上的江津白砂镇河漫滩填土地基上的2 2、3 3号商业用楼，采用了锤重为号商业用楼，采用了锤重为1600kg1600kg，落距为落距为34m，经夯实后，通过现场载，经夯实后，通过现场载荷试验，地基承载力达到了荷试验，地基承载力达到了400kPa400kPa，变形模量为变形模量为40MPa40MPa，建筑物建成后尚未，建筑物建成后尚未投入使用，长江陡涨洪水，场地全被淹投入使用，长江陡涨洪水，场地全被淹没，但未出现任何问题。没，但未出现任何问题。