河南省建筑地基处理与桩基有关问题的思考第三版 [兼容模式]

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切唯秦
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1 河南省域地基处理及有关问题的思考内部课件, 不得用于商业 1

2 一二三四五六目录河南省域岩土工程特点岩土工程要解决的四大问题常采用的地基处理与桩基形式基础工程的概念设计与优化设计基础工程反分析近年来出现的新桩型新工艺简介七有关问题的思考 2 内部课件, 不得用于商业 2

一河南省域岩土工程特点 ( 一 ) 概述河南地处中原, 面积 16 万 km 2, 有高低山丘陵坡地台塬山间盆地和平原, 其中约一半为平原平原地带分布在京广铁路以东, 地貌单元为黄淮河及卫河冲洪积平原, 地面标高 : 从西向东依次为 100 米 50 米及 50 米以下其中有一条工程地质分界线 ( 附图 ): 从郑州市区南阳路向东南方向到平舆东北新蔡北, 经新郑市区鄢陵西

3 一河南省域岩土工程特点 ( 一 ) 概述河南地处中原, 面积 16 万 km 2, 有高低山丘陵坡地台塬山间盆地和平原, 其中约一半为平原平原地带分布在京广铁路以东, 地貌单元为黄淮河及卫河冲洪积平原, 地面标高 : 从西向东依次为 100 米 50 米及 50 米以下其中有一条工程地质分界线 ( 附图 ): 从郑州市区南阳路向东南方向到平舆东北新蔡北, 经新郑市区鄢陵西西华西商水西 : 该线的以北以东地带地层具有典型的二元结构 : 上部为稍密粉土软塑粉质粘土, 下部粉细砂为主, 约米以下为中密到密实砂层 ; 该线的以西以南地带到正阳新蔡及淮河以北 ) 地层上部以软塑粉质粘土为主加薄层粉细砂, 约 20 米以下为硬塑粉质粘土, 力学指标较高地下水特点 : 在约 60 米勘探深度内, 省域北部及中部为潜水及微承压水, 含水层为粉土及粉细砂层, 水位约在地面下米 ; 南部大约从许昌向南以裂隙性粉质粘土为含水层, 地下水为潜水或微承压水, 地下水位约在地面下内部课件, 不得用于商业 3

4 工程地质段编号第 Ⅰ 段第 Ⅱ 段第 Ⅲ 段东西向 ( 郑开商方向 ) 地质剖面各工程地质段力学指标一览表岩土名及土性稍密粉土夹粉质粘土中密密实粉细砂硬塑粉质粘土承载力特征值 (KPa) 压缩模量 (MPa) 6-12 标贯击数粉土击 ; 粉质粘土击击击内部课件, 不得用于商业 4

5 工程地质段编号第 Ⅰ 段第 Ⅱ 段第 Ⅲ 段驻马店新蔡一线地质剖面各工程地质段力学指标一览表岩土名及土性软塑粉质粘土夹稍密粉土承载力特征值 (KPa) 硬塑粉质粘土为主局部夹中密粉细砂坚硬粉质粘土压缩模量 (MPa) 标贯击数粉土击粉质粘土 4--8 击一般击击内部课件, 不得用于商业 5

6 内部课件, 不得用于商业 6

7 图 2 南北向地质剖面图内部课件, 不得用于商业 7

8 图 3 南北向地质剖面图内部课件, 不得用于商业 8

9 图 4 东西向地质剖面图内部课件, 不得用于商业 9

10 图 5 东西向地质剖面图内部课件, 不得用于商业 10

11 图 6 东西向地质剖面图内部课件, 不得用于商业 11

12 ( 二 ) 河南省地域存在的主要岩土工程问题 1 类软土的广泛分布问题 : 在河南省域平原地带约有八万平方公里, 广泛分布 : 约米以上土质较差, 以稍密的粉土粉砂或软塑的粘性土对小高层高层及大框架结构建筑因场地上部软弱土的存在需要考虑承载力不足和变形控制问题 2 场地液化问题: 如在豫北的新乡武陟长垣台前南乐范县等地有中等到严重的液化场地 ; 郑州东区豫东的开封 ( 和兰考 ) 商丘周口等分布有轻微到中等液化场地有时一个大的建筑场地存在从轻微中等液化的几个等级并存的问题 ; 内部课件, 不得用于商业 12

13 3 基坑支护降水及伴随的有关问题 : 由于地下水位较浅及复杂的环境条件, 开挖基坑需要进行地下水控制 ( 降水截水排水 ) 及基坑支护问题 ; 伴随的基坑坍塌涌砂坑底隆起桩间土流失周边环境变形过大地面下沉道路裂缝等 ; 内部课件, 不得用于商业 13

14 4 因地下水位较浅而基坑开挖较深, 对深埋的建构筑物存在抗浮水位的确定及抗浮桩的选型和计算问题 ; 5 特殊土问题: 如在南阳平顶山鹤壁及潢川等地的膨胀土问题 ; 在洛阳巩义荥阳及三门峡灵宝等地存在黄土湿陷土问题 ( 一些黄土塬湿陷深度近 30 米, 湿陷等级达 Ⅱ Ⅲ 级 ); 6 在临坡临河山区丘陵冲沟地段填土地段的场地稳定性问题; 7 岩溶和采空区问题: 如登封鹤壁密县及豫北山前等地岩溶发育问题 ; 在鹤壁平顶山禹州义马焦作修武等地的采空区问题 ; 8 及上述几个问题并存的问题内部课件, 不得用于商业 14

15 二岩土工程勘察 ( 设计 ) 要解决的四大问题纵观我省各地的地质水文地质及不良地质的发育特点, 分析我省各地大致存在的岩土工程问题, 在施工图设计阶段岩土工程勘察中应解决以下问题 ( 四大问题 ): (1) 影响场地稳定的不良地质问题的处理 ( 以勘察为主 ); (2) 地基处理及基础选型问题 ( 共同参与, 勘察方首先提出处理方案, 设计方认可, 编入设计文件 ); (3) 与基坑支护降水有关的问题 ( 目前基本以以勘察方为主设计方参与 ); (4) 场地抗浮水位设计及抗浮桩选型问题 ( 以勘察为主 ); 内部课件, 不得用于商业 15

到矿山地质环境保护及土地复垦方案编制 ( 涵盖了地质灾害地下水地形地貌土地资源 2003 年开始 ); 2

16 以下简述 :( 一 ) 影响场地稳定的不良地质问题的处理 ( 如崩塌滑坡 ( 边坡 ) 泥石流采空区岩溶地面沉陷地裂缝等 ) 由国土部河南省及各地市负责国土部国土厅等主管部门组织评审 : 1 从建设项目地质灾害评估(1999 年 12 月开始 ) 到矿山地质环境保护及土地复垦方案编制 ( 涵盖了地质灾害地下水地形地貌土地资源 2003 年开始 ); 2 县市地质灾害调查与区划( 年, 为期六年 ) 各县市地质灾害详细调查 ( 河南省自 2010 年开始 ); 内部课件, 不得用于商业 16

17 3 县市地质灾害防治规划河南省 2008 年开始 ; 4 全国各县市矿山地质环境调查年 ; 5 矿山地质环境保护与恢复治理方案编制及规划,2007 年开始 ; 6 全国各地典型地质灾害点的勘查设计治理监理等( 三峡地质灾害工程四川省如汶川 ; 河南省的卢氏栾川灵宝西峡等地 ; 在河南省域的山地丘陵盆地地带进行勘察设计工作要了解建筑场地及周边的地质灾害发育情况, 对可能存在的各类地质灾害进行有效评估和勘察, 确保建筑场地的稳定性内部课件, 不得用于商业 17

18 ( 二 ) 基础选型问题 ( 包括液化问题特殊土问题的处理 ; 承载力不足和变形控制问题 ); ( 三 ) 与基坑支护降水设计有关问题 : 单列专题 : 复杂环境条件下的基坑变形控制设计问题 ( 四 ) 场地抗浮水位设计及抗浮桩的选型问题 : 单列专题内部课件, 不得用于商业 18

19 三河南省域常采用的地基处理与桩基形式建筑场地地基基础处理形式的选择主要受上部结构及地下结构特点荷载情况地质及地下水条件特殊土因素不良地质问题及环境条件影响, 也与当地经济技术发展水平及当地勘察设计经验息息相关 ( 七个因素 ) 常见的基础形式如下 : 天然地基 : 独立柱基条形基础筏板基础 ; 常见的复合地基 : 水平增强体型复合地基 : 如换土垫层强夯及强夯置换法等 ; 内部课件, 不得用于商业 19

20 竖向增强体型复合地基 : 碎石桩水泥土搅拌桩高压旋喷桩灰土桩夯实水泥土桩 CFG 桩多桩型复合地基 ( 长短桩 ) 等 ; 常见的桩基础 : 沉管灌注桩方桩及管桩灌注桩 ( 后压浆 ) 夯扩桩水泥土复合管桩螺杆桩压灌混凝土旋喷桩 DJP 复合桩等 ; 内部课件, 不得用于商业 20

21 天然地基内部课件, 不得用于商业 21

22 常见的复合地基内部课件, 不得用于商业 22

23 常见的桩基础内部课件, 不得用于商业 23

序号名称适用范围代表性工程 1 2 水泥土搅拌桩高压旋喷桩 3 CFG 桩适用小高层建筑及基底压力不超过 150 180kPa, 单桩承载力特征值约在 100kN, 桩端有较好持力层 ; 适用约 28 30 层及以下的高层小高层建筑, 单桩承载力特征值约在 460kN,

24 序号名称适用范围代表性工程 1 2 水泥土搅拌桩高压旋喷桩 3 CFG 桩适用小高层建筑及基底压力不超过 kPa, 单桩承载力特征值约在 100kN, 桩端有较好持力层 ; 适用约层及以下的高层小高层建筑, 单桩承载力特征值约在 460kN, 桩端有较好持力层 ; 适用处理小高层到高层的建筑, 单桩承载了特征值约在 kN( 因桩径桩长而异 ), 桩端有较好持力层 ; 适合大高及超大超高 ( 超过 30 如郑州太康路新华书店 ; 如裕鸿大厦黄委会高层住宅楼等 ; 内部课件, 不得用于商业 24

25 5 6 螺杆桩 ( 双向螺旋剂土灌注桩 ) 多桩型地基处理 7 预应力管桩适合大高建筑及超大超高 ( 超过 30 层及以上, 但约小于 40 层 ) 建筑桩端有好持力层, 单桩承载力特征值约在 1000kN 3000kN( 因桩径桩长而异 ), 平顶山等地值得推广当施工难度较大时更有优势 ; 特别适合桩端卵石碎石及风化岩地层 ; 如短桩处理液化湿陷, 长桩解决承载力及变形问题 ; 要求长桩桩端有较好持力层 ; 在软土地区湿陷性黄土地区常用 ; 处理多层小高层及高层建筑, 单桩承载力特征值约在 800kN 1500kN( 因应用不多, 但在我省鹤壁南阳如软土地区碎石桩与 CFG 结合 ; 黄土地区灰土桩与管桩 CFG 结合等如金成国际广场高层, 华水新校区多层建筑, 很多内部课件, 不得用于商业 25

26 水泥土复合管桩常用于处理小高层及高层建筑即部分超高层建筑, 一般当桩端无较好持力层时应采用 ; 单桩承载力特征值约在 1400kN 3500kN( 因桩径桩长而异 ); 有较好持力层但施工难度较大时也可采用 ; 特别适合桩端无较好持力层但控制变形比较严格时或者桩端有密实砂层但存在大量截桩时 ; 目前应用不多, 但值得推广冲击高压旋适合岩溶地基深厚杂填土地基等 ; 在我省登封密县等地 ; 喷法 (DJP 法 ) 压灌混凝土旋喷法 (WZ 适合 : 桩端有密实砂层不宜打开活门在软土地区湿陷性黄土地区 ; 单桩承载在我省新乡中牟开封等地均可以内部课件, 不得用于商业 26

27 序号名称适用范围可处理的湿陷性黄土层厚度 (m) 1 垫层法地下水位以上, 局部或整片处理 1 ~ 3 2 强夯法 3 挤密法 4 预浸水法地下水位以上 S r, 60% 湿陷性黄土, 局部或整片处理地下水位以上 S r, 65% 湿陷性黄土 3 ~ 12 5 ~ 15 自重湿陷性黄土场地, 地基湿陷若超过 6m 以上, 尚应采用垫层或其他方法处理等级为 Ⅲ 级或 Ⅳ 级, 可消除地面 ( 不常用 ) 6m 以下湿陷性土层的全部湿陷性 5 挤密法如土桩灰土桩夯实水泥土桩等 ; 6 多桩型处短桩处理湿陷性, 长桩解决承载理力及变形问题 7 桩基础如灰土桩与 CFG 灰土桩与管桩等 ; 如钻挖孔灌注桩及后压浆夯扩桩管桩螺杆桩等内部课件, 不得用于商业 27

28 从以上地基基础选型看出 : 1 具有明显的地域特点如在湿陷性黄土地区与冲洪积平原区基础选型有很大不同, 见上表 1 和表 2 在中等液化地区, 多采用碎石桩与其他桩型结合的组合桩形式, 当然也可直接采用桩基础内部课件, 不得用于商业 28

29 2 具有时代特征和与时俱进的特点如在 2000 年之前, 高层及超高层建筑多采用钻孔桩沉管灌注桩, 高压旋喷桩, 有少量预制方桩或水泥土搅拌桩 ;2000 年之后, 主要有 CFG 桩管桩及钻孔灌注桩后压浆基础, 近年来出现了复合水泥土管桩螺杆桩旋喷压灌桩冲击旋喷桩 (DJP) 组合桩( 如上部人工挖孔护壁下部旋挖桩 ) 等 ; 内部课件, 不得用于商业 29

30 3 为解决不断出现的新问题, 新技术新工艺, 新桩型不断涌现比如 1) 当桩端无较好持力层但控制变形又比较严格时, 或者桩端有密实砂层时常造成大量截桩, 出现了水泥土复合管桩基础形式 ( 专题 ); 2) 为解决遇到卵石地层或风化岩基础作持力层, 施工难度大, 出现了螺杆桩基础形式 ; 3) 为解决 CFG 桩在密实砂层打不开阀门又容易出现断桩事故时, 出现了 CFG 旋喷桩 (WZ) 基础形式 ; 内部课件, 不得用于商业 30

31 4) 遇到深厚杂填土地段建高层建筑, 出现了夯扩桩及挖孔旋喷组合桩基础形式 ; 5) 较厚杂填土地段需要止水帷幕桩止水但施工难度大, 出现了冲击旋喷桩 (DJP) 形式 ; 6) 在岩溶发育地区因基岩顶面高低差别大及岩土结构 ( 硬岩溶沟与软土并存 ) 复杂出现了 DJP 复合桩 ( 管桩钢筋混凝土桩 ) 工艺内部课件, 不得用于商业 31

32 四基础工程的概念设计与优化设计岩土工程的概念设计 ( 一 ) 基础工程计做好基础的概念设工程概念的优化设设计的几个宜与几个不宜基础工程 ( 二 ) ( 三 ) ( 四 ) 计内部课件, 不得用于商业 32

33 ( 一 ) 岩土工程的概念设计岩土工程包括岩土工程岩土工程勘察岩土工程设计 ( 如地基及基础处理基坑工程设计和抗浮桩工程设计 ) 内部课件, 不得用于商业 33

34 (1) 概念的含义 : 参现代汉语词典 (2002 年增补本商务印书馆 )P404: 概念是一种逻辑思维的基本形式之一反映客观事物的一般的本质的特征, 把所感觉到的事物的共同特点抽出来, 加以概括, 就形成概念比如白雪白马白纸的共同特点就是白 (2) 设计的含义 : 参现代汉语词典 (2002 年增补本商务印书馆 ) P1115: 在正式做某项工作前, 根据一定的目的要求, 预先制定的方法图纸等 (3) 概念设计就是对某类工程的共同特征进行归纳总结, 形成对某类工程的看法或者观点, 并以此观点或意见指导对具有地域特点的某类工程的解决或处理内部课件, 不得用于商业 34

35 个人认为 : 岩土工程概念设计 : 它是一种设计思路, 以建筑场地具有的岩土工程条件 ( 含环境条件 ) 和岩土工程问题为研究对象, 以现有岩土工程设计理论岩土工程设计方法为指导, 对某一地区多年来的勘察设计经验进行归纳提炼, 将其共同特征进行概括总结, 形成具有指导意义的经验或观点, 以指导当地的岩土工程实践顾宝和勘察大师主编的岩土工程安全度 (2009 年版 ) 说过 : 岩土工程概念设计已成为岩土工程界的共识岩土工程勘察十六字诀 : 条件搞清问题查明方案得当措施可行内部课件, 不得用于商业 35

36 注 : 有关的岩土工程设计理论及设计方法 : (1) 传统的岩土工程设计方法 : 容许应力法单一安全系数法 ; (2) 以分项系数表达的岩土工程极限状态设计方法 ; 岩土工程承载能力极限状态岩土工程正常使用极限状态 ; (3) 十余年啦 : 如桩基工程的变刚度调平设计 ; 桩基工程复合地基天然地基的变形控制设计 ; (4) 基坑工程已有传统的强度稳定控制设计转化为在复杂环境条件下的变形控制设计 ( 尚没有进入国家规范 ); (5) 近十余年来提倡的 : 岩土工程的概念设计和细部设计的结合提倡概念设计和细部设计与优化设计动态设计的实际思路 ; 内部课件, 不得用于商业 36

37 (6) 未来十年 : 我们国家已进入新时代 ; 岩土工程领域也将进入新时代 : 岩土工程的概念设计和变形控制设计的新时代 ; 个人认为 : 地质工程 ( 含边坡工程 ) 也要进行概念设计 ; 几个核心词 : 研究的介质和工作对象 : 岩土水热 ; 稳定承载变形 ; 勘察设计施工检测监测与反分析多专业结合 : 水工环地质 ( 工程地质水文地质环境地质 ) 与结构专业钻探测量物探专业及计算机专业结合与机械专业结合 ; 内部课件, 不得用于商业 37

38 任何一个好的岩土工程勘察设计文件的形成都是在岩土工程概念设计的基础上 ( 指导下 ) 进行的细部设计的结果强调概念设计和细部设计的结合概念设计就是路线图 : 路线对了, 方向对啦, 就不会犯原则性基础性和颠覆性的错误, 就会使后续的细部设计事半功倍 ; 路线错了, 就要推到重来 ; 概念设计是纲, 细部设计是目, 纲举才能目张 ; 抓好概念设计, 就是抓住了问题的核心本质和关键 ; 内部课件, 不得用于商业 38

39 一个合格的岩土工程师必须头脑清醒, 紧扣条件和问题, 抓住关键和重点, 通过各种勘察手段及综合分析, 提出符合场地特征结构特征的各类设计方案和设计措施, 并紧跟建设过程, 随时解决施工中遇到的岩土工程问题, 在解决问题当中不断学习, 如收集试桩测桩及原位测试沉降等岩土资料, 进行动态设计, 做好岩土工程反分析内部课件, 不得用于商业 39

40 接受勘察任务概念设计细部设计现场踏勘, 收集资料及概念设计指导野外岩土工程勘察并提交报告岩土工程设计施工检测 ( 地基处理桩基基坑抗浮桩等 ) 岩土工程监测 ( 沉降应力等 ) 岩土工程反分析 ( 对基础工程基坑工程反分析 ) 场地稳定问题地基处理抗浮工程等初步思路内部课件, 不得用于商业 40

41 ( 二 ) 基础工程的概念设计地基基础工程是岩土工程设计中的一个亚类基础工程的概念设计也是思路设计 ( 或者路线图设计 ), 是一种设计理念, 是建立在正确理论基础上的对已有工程的在基础选型方面的设计 ( 包括勘察 ) 经验进行总结并有效指导类似工程设计的一种设计理念个人认为 : 要做好基础工程的概念设计, 至少应包括以下几点 : (1) 强调对建筑上部结构特点荷载条件地下室及附属建筑特点的了解 ( 了解设计要点 ); 要有对拟建场地的地质条件地下水条件环境条件的综合分析, 要了解业主的关切和要求 ( 举例 : 华水新校区建设 ); 内部课件, 不得用于商业 41

42 (2) 强调对地区勘察设计经验的总结和深化, 用经过检验不断优化的地区经验指导具体工程的设计 ; (3) 强调要及时引进消化吸收先进技术和先进工艺, 及时补充完善当地成功经验 ; 内部课件, 不得用于商业 42

43 ( 三 ) 做好基础工程概念设计的几个宜与几个不宜 : 在确保场地稳定性较好的基础上进行 : (1) 深厚软土 ( 侧限强度较小 ) 不宜用散体材料桩, 欠固结土不宜用 CFG 桩 ; (2) 有机质土及淤泥质土慎用水泥土桩 ; (3) 坡地岸边慎用挤土桩和散体桩 ; (4) 坡顶或近坡底建筑物应评价边坡整体稳定性 ; (5) 消除液化首选砂石挤密桩 ; 消除湿陷首选换填法及挤密法 ; (6) 桩端以下有软弱下卧层时宜用水泥土复合管桩 ; (7) 塘浜沟谷地段及半填半挖地段特别注意 : 要结合建筑结构特点 ( 建筑高度 ( 跨度 ) 或荷载大小, 结构形式有无地下室等 ) 采取针对性的地基处理措施内部课件, 不得用于商业 43

44 ( 四 ) 基础工程的优化设计在做好概念设计基础上的优化设计, 优化设计就是细部设计因场地地质条件环境条件地下水条件及建筑结构的不同特点, 及因天然地基复合地基及桩基础设计的不同而有不同的侧重点, 包括内容很多如对桩基础而言, 一般包括 : (1) 桩端持力层选择, 有无软弱下卧层 ; (2) 要提供有关基础设计参数, 最好在收集类似建筑场地的试桩测桩及沉降资料进行综合分析后提交 ; (3) 单桩承载力估算 ; (4) 桩体强度计算 ; (5) 沉降或变形估算 ; (6) 施工可行性施工参数及施工难度分析 ; (7) 可能出现的有关环境岩土问题预测及应对措施内部课件, 不得用于商业 44

45 五地基基础工程的反分析以郑州东区某高层建筑为例 1 建筑结构及地下结构特点表 1-1 设建筑物工程特征一览表工程名称 1# 2# 3# 5# 4# 6# 地块主 7# 8# 10# 楼 11# 地块主楼裙房地下车库幼儿园建筑物层数 32 层 29 层裙房 2-6 层 3 层地下室层数 2 层 2 层 2 层 2 层基础埋深 (m) 基底压力 (kn/m 2 ) 结构型式框剪结构框剪结构框架结构框架地基基础形式桩基础桩基础梁筏基础或桩基础桩基础内部课件, 不得用于商业 45

46 2 地质条件及地下水条件拟建场地位于郑州市区东部, 地貌单元属黄河冲积平原, 本场地地形平坦, 自然地坪高程在 m 2.1 地层结构特点场地 85.0m 深度内地层按其成因类型岩性及工程地质特性划分为 14 个工程地质单元层, 粗分为三大段, 即上部约 20m 以上为稍密的粉土和软可塑的粘性土, 工程地质条件较差 ; 中部约 20 35m 密实的粉细砂层, 工程地质条件较好, 透水富水性也较好 ;35 65m 为硬塑的粉质黏土和密实粉土, 工程地质条件较好现分述如下 : 内部课件, 不得用于商业 46

47 第 11 层 (Q4ml): 杂填土, 以建筑垃圾为主, 层底埋深 0.4~3.0m; 第 1 层 (Q4al): 新近沉积粉土, 浅黄色, 稍湿, 稍密层底埋深 1.1~4.2m; 第 2 层 (Q4al): 新近沉积粉土, 浅黄色, 湿, 稍密层底埋深 3.5~6.7m; 第 3 层 (Q4al): 新近沉积粉土, 褐黄色, 湿, 稍密层底埋深 5.1~9.8m; 第 4 层 (Q4al): 粉土, 褐黄色, 湿, 中密层底埋深 7.4~11.8m; 第 5 层 (Q4al): 粉质粘土, 灰褐色, 软塑 - 可塑层底埋深 9.0~13.0m; 第 6 层 (Q4al): 粉土, 灰黄色, 湿, 中密层底埋深 11.50~15.60m; 内部课件, 不得用于商业 47

48 第 7 层 (Q3al+pl): 粉质粘土, 灰色 - 灰黑色, 软塑 - 可塑, 层底埋深 14.6~21.6m; 第 8 层 (Q3al+pl): 粉砂, 灰色, 饱和, 中密 - 密实, 层底埋深 17.0~23.9m; 第 9 层 (Q3al+pl): 细砂, 灰色 ~ 灰黄色, 饱和, 密实层底埋深 ~35.0m; 第 10 层 (Q4al): 粉土, 褐黄色, 湿, 中密, 层底埋深 34.3~36.8m; 第 ⑾ 层 (Q3al+pl): 粉质粘土, 棕黄色, 硬塑, 层底埋深 39.8~42.5m; 第 ⑿ 层 (Q3al+pl): 粉质粘土, 浅棕黄色, 硬塑, 层底埋深 48.5~51.5m; 第 ⒀ 层 (Q3al+pl): 粉质粘土, 浅棕黄色, 硬塑, 层底埋深 59.2~61.8m 内部课件, 不得用于商业 48

49 表 2-1 场地内各层土的物理力学指标一览表压缩模量含水天然重度液限塑限液性指塑性指数承载力特征值层号地层名称率 W% γkn/m 3 孔隙比 e W L % W P % 数 I L I P a 1-2 MPa -1 Es 1-2 MPa f ak (kpa) ⑴ 粉土 ⑵ 粉土 ⑶ 粉土 ⑷ 粉土 ⑸ 粉质粘土 ⑹ 粉土 ⑺ 粉质粘土 ⑻ 粉砂 ⑼ 细砂 (10) 粉土 (11) 粉质粘土内部课件, 不得用于商业 49

50 2.2 水文地质条件勘探深度内, 可分为二层水, 即 18m 以上为潜水, 属弱透水弱富水层, 含水层岩性以粉土为主,18~33m 为承压水, 含水层岩性为粉砂细砂, 属中等富水层, 潜水与微承压水二者之间的水力联系比较密切勘察期间, 钻孔中所测的混合性的地下水位为为 7.0~8.1m, 场地内专门施工了两眼观测孔, 测得微承压水位为 8.1~9.4m, 场地潜水水位为 6.5~7.0m, 根据 1974 年对整个郑州市区统一调查浅层水的资料显示, 其邻近场地在 1974 年 2 月份地下水位埋深为 3.1m, 另据 1990 年 6 月河南省地矿厅环境水文总站提交的郑州市浅层地下水水文地质图, 场地附近地下水位埋深 1.9~2.7, 以此确定场地历史最高水位在 1.5m, 相应水位高程在 90.0m 左右 ( 自然地坪标高以 91.5m 计 ) 内部课件, 不得用于商业 50

51 3 基础选型经综合分析与论证, 兼顾场地地质特点结构特点及工期要求快的特点, 本工程采用静压预制管桩该桩型适宜于上部为软弱地层, 下部有强度较高的持力层情况 : 从本场地的地层情况看 : 上部为相对软弱地层且无硬夹层, 下部为 9 层密实细砂层,9 层细砂顶板埋深比较适宜, 为 19-21m, 相应的有效桩长为 10-11m, 部分地段可为 8-9m 和大于 12m 静压预制管桩在郑州同类工程中有较多成功的经验, 具有施工速度快质量高, 无噪音与复合地基相比沉降量较小从临近场地高层建筑的沉降观测结果表明, 选用以 9 层密实细砂为桩端持力层的高层建筑沉降量仅为 2cm 左右经对比分析并根据试桩成果, 最终确定本工程采用筏板下满堂由设桩径 400mm, 桩中心距 1.4m, 梅花形布桩, 有效桩长 12m 的静压预应力管桩桩基方案内部课件, 不得用于商业 51

52 4 基础工程反分析进入八十年代岩土工程反分析在我国得到广泛应用, 从有关文献 [1]--[11], 看, 多集中于边坡隧道硐室围岩的岩石力学方面的位移及应力反分析方面所谓岩土工程反分析是指以现场实测定量的反应整个岩土系统正常运行的代表性的物理信息量 ( 如位移沉降应力等 ) 和已知的几何条件介质条件荷载条件等为基础, 建立反演模型或本构模型 ( 即反映系统运行的数学模型或应力应变关系式 ), 反复试算得到该系统某项或多项初始参数 ( 如压缩模量力学指标 ) 的方法按照工程类别可分为对边坡洞室隧道工程地基基础工程基坑工程等的岩土工程反分析 ; 按照反分析的内容可分位移反分析应力反分析及包括位移和应力的混合反分析其中因位移资料容易获得经济方便且精度可靠而得到广泛应用 ( 位移信息实际是场地岩土力学性质设计方法及施工技术水平和质量因素的综合反映 ); 内部课件, 不得用于商业 52

53 近 20 年来, 岩土工程反分析逐渐往地基基础工程和基坑工程领域延伸但对建筑工程中的如土质地基基础工程土质基坑工程方面的反分析文献较少常采用的方法包括解析法半经验法和数值方法然而大量有关反分析的文献 [1]--[11] 表明, 岩土工程反分析特别是数值法反分析因以下原因陷入名声大信誉低的尴尬境地 :(1) 反分析模型及结果的实用性问题 : 反分析一般应以实际应用为目的, 但纵观多种反分析方法, 与工程结合的紧密度较差, 目的性陷入误区, 实用性比较欠缺 ; 有的甚至追求或陷入本构模型愈愈复杂愈好, 反演参数愈复杂愈好的误区, 也就使得反演结果的可靠性愈来愈难以保证, 其代表性让人怀疑 ;(2) 一般忽视施工过程施工条件对反分析计算的影响, 而施工方法开挖步长对工程变形和应力产生的影响有时比较巨大而忽视掉这些具体因素的影响, 将使得岩土工程反分析失去工程意义内部课件, 不得用于商业 53

54 根据龚晓南院士 [12] 的调查和分析, 岩土工程数值方法仅可用于复杂岩土工程问题的定性分析中为此他建议, 建立岩土本构模型可分为两类即科学性模型和工程适用类模型笔者支持这种观点所谓工程适用类模型即指为解决工程界常见的理论和实际问题而设计, 即根据工程类别 ( 如基坑工程地基基础工程等 ) 和场地土性特点在概化土层地质条件明确场地几何条件荷载条件及介质 ( 土层 ) 条件等基础上运用经验法或解析法建立模型进行岩土工程反分析笔者提出 : 利用已有监测数据 ( 沉降资料 ), 运用专家经验与解析法结合对基础工程基坑工程的变形参数及力学指标进行反分析, 以期取得有关变形和力学参数该反分析方法应与专家决策法 ( 或经验法 ) 结合, 才能得到比较正确的反映整个岩土系统中某个或多个力学参数的代表值通过对类似场地的多个项目的反分析, 通过不断的勘察设计经验积累和比较分析, 才能形成正确的经验和观点, 为类似场地变形和力学指标选用提供一定的借鉴作用内部课件, 不得用于商业 54

55 具体思路为 : 边界条件概化概念模型 ( 沉降计算模拟 ) 试算理论沉降值统计筛选初始范围值比较分析场地压缩模量真值及沉降计算经验系数 ) 实测沉降值压缩模量反分析思路内部课件, 不得用于商业 55

56 4.1 桩基工程沉降反分析 1 地质条件的概化该建筑场地在勘探深度 60m 以内为第四系全新统和上更新统地层, 根据其地质时代岩性及工程地质条件的不同可分为 ⒂ 各工程地质层, 为简化计算模型进而提高反分析的准确度和参数的实用性, 具体可概化为四个工程地质段 : 第 Ⅰ 段以黄色粉土为主夹软塑粉质粘土, 厚 9m-10m, 包括第 1~4 层粉土四个工程地质层 ; 第 Ⅱ 段由灰色灰黑色稍密粉土与软塑的粉质粘土互层组成, 层顶底深度约在 10-19m, 包括 5~7 三个工程地质层 ; 第 Ⅲ 段以灰黄色粉砂细砂为主, 局部夹薄层粉土, 中密 - 密实, 包括第 8 层和第 9 层粉细砂层, 该层顶底深度约在 19-32m; 第 Ⅳ 段以数层可塑硬塑的粉质粘土层为主夹粉土层, 包括第 10~⒁ 层内部课件, 不得用于商业 56

57 各工程地质段主要工程地质特征见表 4-1 工程地质段岩性名称地基承载力特征值 f ak (kpa) 压缩模量 Es (MPa) 第 Ⅰ 段粉土第 Ⅱ 段粉质粘土第 Ⅲ 段粉细砂第 Ⅳ 段粉质粘土内部课件, 不得用于商业 57

58 上述与基础工程有关的地层为第 Ⅰ 段第 Ⅳ 段工程地质层, 厚约 60m; 如上述与该基础工程有关的工程地质单元层为第 Ⅰ 段粉土层第 Ⅱ 段粉质粘土层第 Ⅲ 段粉细砂层和第 Ⅳ 段粉质粘土层内部课件, 不得用于商业 58

59 2 边界条件概化及荷载条件的确定该主楼 32 层, 筏板基础, 概化尺寸为长方形 :L/B=42/30=1.4, 采用预应力管桩 φ=400mm, 概化桩距为 S a =3.5d=1.4m, 估算附加压力取值为 P 0 =398kPa 3 沉降计算模式的选择及计算采用规范建议的方法按照建筑桩基技术规范 (JGJ ) 第条, 桩基任一点最终沉降量可用角点法按下式计算 : m n 0j [ z α z α j] ' ij ij ( i 1 ) j ( i 1 ) s = Ψ Ψ s = Ψ Ψ p (1-1) e e j= 1 i= 1 E si 内部课件, 不得用于商业 59

60 Ⅰ 粉土 Ⅱ Ⅲ Ⅳ 细砂 fak=260kpa 粉质粘土 fak=220~260kpa Es =10.2~15.5MPa N=13~35 击 Es =23.0MPa N=30-69 击粉质粘土夹粉土桩基沉降计算地层结构示意图内部课件, 不得用于商业 60

61 注 : (5) (8) m m 注 : 计算深度的确定 : 参照地基基础设计规范 (GB ),Zn=b ( lnb)=30*( ln30)=34.2m, 计算时初步取 36m 内部课件, 不得用于商业 61

62 根据建筑桩基基础技术规范 (JGJ )5.5.8, 计算深度取 36m 时, a/b=42/30=1.4,z/b=36/30=1.2, 查表得 a=0.171,σ z = =74.2kPa 0.2σ c =0.2*(18*2+10*34)=0.2*376=75.2kPa 满足 σz 0.2σc, 桩基计算深度取 36m E s = = = 28.5 内插 ψ=0.56(35 MPa 对应 0.5,20MPa 对应 0.65); 求 ψ e, S a =1.4,l c /B c =42/30=1.4,l/d=12/0.4=30, n = / = 707 根 n b = n Bc Lc = / 42 = 22.5 内部课件, 不得用于商业 62

63 查表得 : Ψ e = c o + c = c = c = c 1 n ( n b b 1 1 ) + c 2 = 确定合理的初始参数通过反复试算确定反分析的变形参数同上得到 : 计算得到 s 为 30.1mm 内部课件, 不得用于商业 63

64 采用不同压缩模量计算的桩基沉降量计算选用压缩模量 Es(MPa) 45/11 50/13 55/15 E s 压缩模量当量 (MPa) 桩基沉降计算经验系数 ψ 桩基等效沉降系数 ψe S (mm) 桩基最终沉降量 S(mm) 内部课件, 不得用于商业 64

65 6 实测结果本工程结顶后建筑角点实际沉降量约 mm 另外, 郑州东区类似建筑类似地层类似桩型下实测沉降量多在 20mm 左右该高层建筑在不同阶段的沉降量序号分类沉降量 (mm) 1 ±0.00m 以下沉降量 ( 估算 ) ±0.00~ 结顶时沉降量稳定时沉降量内部课件, 不得用于商业 65

66 7 启示 (1) 在 0.4~0.6MPa 压力下, 砂层压缩模量取 45MPa 50MPa 55MPa( 估算 ), 对应砂层底板下的粉质粘土层压缩模量分别取 11MPa 13MPa 15MPa 分别进行计算, 计算结果见上表, 经反复计算, 当桩端下砂层压缩模量采用 50MPa 55MPa, 砂层以下的粉质粘土压缩模量采用 13 15MPa(0.4~0.6MPa 压力下 ) 符合场地实际沉降情况 (2) 采用理论计算量与实际监测结果比较接近假定地质条件概化和 p 0 估算沉降计算模式比较符合实际内部课件, 不得用于商业 66

67 六近年来基础工程发展的新特点与新桩型近十几年来, 出现了许多新桩型, 主要有 :1 水泥土复合管桩与劲性复合桩 ;2 螺杆桩与双向螺旋挤土灌注桩 ;3 压灌混凝土旋喷桩 (WZ 桩 );4 高压冲击旋喷桩 DJP 工法等以下重点介绍劲性复合桩及其中的水泥土复合管桩特点适用条 ( 见附件 1) 件劲性复合桩与水泥土复合管桩应用情况及典型案例计算公式及桩侧参数设计参数内部课件, 不得用于商业 67

$2014) 注 :S 桩 : 散体材料桩,M 桩 : 水泥土类桩,C 桩 : 高强度混凝土桩可形成 SM 桩 SC 桩 ( 如碎石桩与 CFG 桩 ) MC 桩 ( 如水泥土复合管桩 )\SMC 桩, 有邓亚光主编劲性复合桩是指将有互补作用的两种及以上桩型复合为同心桩体由上知道 : 水泥土复合管桩就是 MC 桩内部课件,$

68 (1) 特点是指由高旋搅拌法形成的水泥土桩与同心植入的预应力高强混凝土管桩复合形成的基桩 2014 年 4 月发布有水泥土复合管桩基础规程 JGJ/T 有宋一仲主编 2007 年江苏省推荐标准 SMC 劲性复合桩技术规程苏 (JG/T ) 2014 年 4 月发布有劲性复合桩技术规程 (JGJ/T ) 注 :S 桩 : 散体材料桩,M 桩 : 水泥土类桩,C 桩 : 高强度混凝土桩可形成 SM 桩 SC 桩 ( 如碎石桩与 CFG 桩 ) MC 桩 ( 如水泥土复合管桩 )\SMC 桩, 有邓亚光主编劲性复合桩是指将有互补作用的两种及以上桩型复合为同心桩体由上知道 : 水泥土复合管桩就是 MC 桩内部课件, 不得用于商业 68

69 (2) 适用条件特别适宜于素填土稍密粉土软流塑粘性土稍密砂土和中密砂土 ; 遇到淤泥及淤泥质土吹填土等应通过实验确定当高层小高层建筑需要采用复合地基或桩基础, 但桩端无较好持力层时, 或者持力层密实无法穿透时, 桩侧土质呈软塑到流塑状态, 对桩侧约束力明显不足时内部课件, 不得用于商业 69

70 (3) 设计参数水泥掺量不宜小于 20%, 水灰比 0.8, 水泥土桩体强度不宜小于 1.3MPa; 水泥土桩直径 D 与管桩直径 d 之差不小于 300mm, 水泥土厚度不宜太薄 ; 当管桩直径 d 为 mm 时, 水泥土桩直径 D 宜为 d d d d d; 管桩长度不宜小于水泥土长度的 2/3; 也可以等长桩间距 : 大于等于 d ; 大于等于 2.5D 内部课件, 不得用于商业 70

71 (4) 计算公式及桩侧参数初步设计时按照 JGJ/T 第条估算 : 土与水泥土界面提供的承载力 ; 侧壁摩阻力按照桩规值的倍 ;( 注 : 规范提到按照泥浆护壁桩的值的 1.5 倍, 不对 ); 水泥土与管桩界面间提供的承载力 ; 由桩体强度决定的承载力最终由试桩或者测桩结果确定内部课件, 不得用于商业 71

72 (5) 应用情况及典型案例地层 : 某高层建筑场地, 淤泥质土 20.0m,fsk 40kPa, 以下为粉质粘土, 可塑 ; 地基处理方案 : 采用 MC 桩其中 M 桩 : 水泥土类桩 ( 粉喷桩 ): 直径 D 850mm, 长度 20m;C 桩 : 高强度混凝土桩 ( 钢管桩 ): 直径 d 500mm, 长度 27m; 实测结果 : 单桩承载力 1500kN, 沉降 49mm 地质条件 : 江苏某小高层工程 :0 14.0m 软塑流塑粉质粘土 ; m 稍中密细砂 ; m 可塑粉质粘土地下水 m 内部课件, 不得用于商业 72

73 地基处理方案 :MC 桩其中 M 桩 : 水泥土类桩 ( 粉喷桩 ): 直径 D 850mm,(600 mm) 长度 L m;C 桩 : 高强度混凝土桩 ( 预应力管桩 ): 直径 d 400mm, 长度 L1 10.0m; 实测结果 : 当 L2 长度在米时, 单桩承载力 kN, 沉降 40 52mm 在郑州应用情况 : 项目在郑州市净水去二十里铺城中村改造项目个人认为 : 可在以下地区可得到推广 : 对小高层及部分高层建筑, 我省米下无较好持力层时如漯河许昌驻马店长垣淮阳等地 ; 有冲沟回填地段尾矿泥堆积地段等 ; 内部课件, 不得用于商业 73

74 河南典型地区地质剖面及地层资料西平地质剖面图内部课件, 不得用于商业 74

75 温县一中地质剖面图内部课件, 不得用于商业 75

76 沁阳地层资料淮阳地层资料内部课件, 不得用于商业 76

77 长垣地层资料菏泽地层资料内部课件, 不得用于商业 77

78 ( 一 ) 岩土工程是系统工程七有关问题的思考 ( 二 ) 水工环专业要密切结合, 不能分开 ( 三 ) 岩土工程勘察设计中强调概念设计 ( 四 ) 岩土工程反分析的重要性内部课件, 不得用于商业 78

79 ( 一 ) 岩土工程是系统工程, 贯穿于土木工程的全过程, 是一个螺旋式上升的过程项目可行性研究阶段可行性勘察, 解决线路或场地问题, 选址问题 ; 项目施工阶段包括施工勘察及地质验槽, 基坑支护降水基础施工抗浮桩施工试桩测桩等 ; 项目勘察设计阶段包括初步勘察设计详细勘察 ( 施工图设计 ): 牵扯到工程测量工程物探综合性地质测绘工程钻探原位测试室内试验土性参数统计分析报告编写计算机成图等内容, 需要测量钻探地质灾害工程地质水文地质岩土工程机械土工计算机技术等专业人员密切配合和有效工作, 真的是麻雀虽小, 五脏俱全 ; 而基坑设计时一般还需要结构专业的配合 ; 项目竣工及运行阶段一般需进行变形或沉降监测纠偏加固地基处理内部课件, 不得用于商业 79

可以检验你原来的设计参数是否比较符合实际所以做好一个项目就是一个完整的循环通过不断的项目设计和不断的积累, 可以不断解决新问题, 积累新经验如此不断螺旋式循环,

80 特别在项目实施阶段会把在岩土工程勘察岩土工程设计中存在的问题设计缺陷及不足暴露出来, 要求你必须及时解决, 解决问题的过程也催生了新思路新技术新工艺解决的好, 积累了新的先进的设计经验, 解决的不好会也会使你进步到项目竣工及运行阶段, 把沉降或变形资料进行分析, 会检验你原来的计算或估算是否合理准确如进行有关的岩土工程反分析, 可以检验你原来的设计参数是否比较符合实际所以做好一个项目就是一个完整的循环通过不断的项目设计和不断的积累, 可以不断解决新问题, 积累新经验如此不断螺旋式循环, 就会不断提高你的勘测设计水平, 不断增强解决岩土工程问题的能力所以说, 岩土工程勘察岩土工程设计要与岩土工程反分析密切结合, 设计经验是螺旋式上升, 具有系统工程的特点内部课件, 不得用于商业 80

81 ( 二 ) 水工环专业要密切结合, 不能分开遇到大型复杂的建筑场地, 或大的线路工程 ( 如跨山区丘陵沟壑平原 ) 一般有 : 地质灾害问题 ( 不良地质现象及问题 ) 地下水问题跨地貌单元问题控制变形及解决承载力不足问题挖方填方问题临边临坡问题, 要求水工环三个专业必须密切配合内部课件, 不得用于商业 81

82 ( 三 ) 岩土工程勘察设计中强调概念设计, 强调概念设计与细部设计结合的工作思路概念设计是思路设计, 用以指导具体工程的思路设计, 二者缺一不可, 互相依存 ; 前者是核心, 后者是具体体现 ; 路线要对, 方向要对, 然后再筑路 ; 路线错啦, 后者要推倒重来 ; 做好了概念设计, 才能事倍功半, 少走弯路, 拿出高质量的施工图设计内部课件, 不得用于商业 82

83 ( 四 ) 岩土工程反分析的重要性对桩基工程而言包括 : (1) 概化地质结构组成概化布桩方式荷载条件等 ; 了解建构筑物的准确沉降量 ; (2) 选定计算模式 ( 模型 )( 规范建议模型 ); (3) 有针对性的对桩端下压缩模量试验值进行分析甄别, 取得代表性值 ( 基本值或者叫特征值 ), 并初选变形参数 ( 压缩模量 ); (4) 反复试算并与建构筑物最终沉降结果比较 ; 内部课件, 不得用于商业 83

84 (5) 反演出桩端下在相应压力段下的压缩模量 (6) 取得符合当地实际的沉降经验系数及比较准确的桩端下压缩模量工程意义 : 通过对基础工程的变形控制设计, 在确保建构筑物运行安全前提下确定合适的桩长节约建筑资源, 尽量减少对环境的污染内部课件, 不得用于商业 84

85 汇报完毕 Thank you! 内部课件, 不得用于商业 85

第 9 卷第 3 期杨文强 : 液化地基土抗液化措施的分析计算表 1 场地描述及承载力特征值表 T 层号岩土名称地层描述层底标高 / m 承载力特征值 f ak / kpa 压缩模量 / MPa 1 粉土 Q 4 al, 褐黄色黄褐色, 稍湿, 稍密, 干强度低, 摇振反应中等, 无光泽反

第 9 卷第 3 期杨文强 : 液化地基土抗液化措施的分析计算表 1 场地描述及承载力特征值表 T 层号岩土名称地层描述层底标高 / m 承载力特征值 f ak / kpa 压缩模量 / MPa 1 粉土 Q 4 al, 褐黄色黄褐色, 稍湿, 稍密, 干强度低, 摇振反应中等, 无光泽反第 9 卷第 3 期 2018 年 3 月矿产勘查 MINERAL EXPLORATION Vol.9 No.3 March,2018 液化地基土抗液化措施的分析计算杨文强 ( 河南省建筑设计研究院有限公司, 郑州 450014) 摘要建筑场地抗震设防烈度为 7 度及以上时, 地基土为饱和砂土和饱和粉土, 应进行液化判别, 存在液化土层的地基, 应根据建筑的抗震设防类别地基的液化等级,

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