武汉工程大学岩石力学第七章-岩石地基工程ppt课件

第八章第八章 岩石地基工程岩石地基工程 第八章第八章 岩石地基工程岩石地基工程8.1概述 所谓岩石地基，是指建筑物以岩体作为持力层的地基。所谓岩石地基，是指建筑物以岩体作为持力层的地基。1.岩石地基的特点l承载力高l压缩性差 是一种极好的地基l稳定性 2.工程地质及岩体质量评价意义 3.影响岩石地基工程性质的主要因素 岩石质量：岩石单轴抗压强度、点荷载强度 岩体的完整性：RQD指标 水对岩石的影响 8.2地基承载力的确定地基承载力的确定1.定义：2.地基应同时满足两个基本的条件 l地基应具有足够的强度，在荷载作用后，不产生地基失效而破坏；l地基不能产生过大的变形而影响建筑物的安全与正常使用。l地基土因荷载过大或承载力降低，发生过大变形、位移而导致建筑物破坏的现象。岩石地基承载力确定：1.简单确定l根据现场岩石类别、风化程度由地基规范表确定；l通过理论计算确定。2.准确确定l岩体现场荷载试验l室内饱和单轴抗压强度试验 设计中因建筑物级别不同，选用不同的方法。8.2.1“地基规范地基规范”提供的承载力经验取值表提供的承载力经验取值表8.2.2采用岩体现场荷载试验确定承载力采用岩体现场荷载试验确定承载力 对浅基础采用直径为30cm的圆形刚性承压板；岩石埋藏深度较深时，可采用钢筋混凝土桩。极限承载力与容许承压力的换算极限承载力与容许承压力的换算l对微风化岩及强风化岩：取极限荷载除以安全系数（安全系数为3）；l对中等风化岩 需根据岩石裂隙发育情况确定，并与比例界限荷载比较，取二者中之小值。参加统计的试验点不应少于3个，取最小值作为岩石地基承载力标准值。8.2.3 按室内单轴抗压强度确定地基承载力按室内单轴抗压强度确定地基承载力l对微风化及中风化的岩石，可根据室内饱合单轴抗压强度确定其承载力。试样尺寸：50mm 100mm 取样个数：不小于9个 加载速度：500800kPas 饱和单轴抗压强度的标准值：1.645rkfrfrfU8.2.3 按室内单轴抗压强度确定地基承载力按室内单轴抗压强度确定地基承载力l饱和单轴抗压强度的标准值：l岩体单轴抗压强度的标准值：考虑埋深影响：1.645rkfrfrfUkrkrpff 0(1.5)drkfffd8.2.4 岩石地基承载力的理论公式岩石地基承载力的理论公式1.太沙基公式太沙基公式6440.5(1)cotupbkc kqk2.科茨公式科茨公式8.3建筑物岩石地基建筑物岩石地基地基处理的必要性8.3.1直接利用的岩石地基直接利用的岩石地基 岩石饱和单轴受压强度大于30MPa，且岩体裂隙不大发育的条件下，对于砖墙承重且上部结构传递给基础的荷载不太大的民用房屋；可在消除基岩表面强风化层后直接砌筑墙体，而勿需制作基础大放脚。(a)墙下无大放脚基础墙下无大放脚基础l对预制钢筋混凝土柱，可把岩石凿成杯口，将柱直接插入,然后用强度等级为C20的细石混凝土将柱周围空隙填实，使其与岩层连成整体。杯口深度要满足柱内钢筋的锚固要求。(b)预制柱的岩石杯口预制柱的岩石杯口8.3.2岩石锚杆基础岩石锚杆基础l使用条件 当上部结构传递给基础的荷载中有较大的弯矩时，可采用锚杆基础。岩石锚杆基础通过在基岩内凿孔，孔内放入螺纹钢筋，然后用强度等级不低于M30的水泥砂浆或C30细石混凝土将孔洞灌填密实，使锚杆基座与基岩连成整体。(c)锚杆基础锚杆基础 1）锚杆抗拔力的确定 由下列4个因素决定：（1）锚杆钢筋的强度；（2）锚杆与砂浆的粘结力；（3）砂浆与岩石间的粘结力；（4）砂浆周围岩石抗拔能力。一级建筑物：通过现场试验一般建筑物：tRdlf2）锚杆基础中单根锚杆承受的荷载）锚杆基础中单根锚杆承受的荷载4.3.3嵌岩桩嵌岩桩l嵌岩桩指桩端嵌入基岩（或强风化岩）一定深度的桩，它将柱体嵌在基岩上，使桩与岩体成为连接成一个整体的受力结构，从而极大地提高了桩的承载力。(d)嵌岩桩基础嵌岩桩基础1）采用静荷载试验确定嵌岩桩极限承载力l嵌岩桩静荷载试验的试桩数不得少于3根，当试桩的极限荷载实测值的极差不超过平均值的30时，可取其平均值作为单桩极限承载力标准值。建筑物为一级建筑物，或为柱下单桩基础，目试桩数为3根时；应取最小值为单桩极限承载力。当极差超过平均值的30时，应查明误差过大的原因，并应增加试桩数量。2）理论计算确定嵌岩桩极限承载力）理论计算确定嵌岩桩极限承载力 基坑开挖深度；基坑开挖深度；工程地质与水文地质；工程地质与水文地质；基坑等级（邻近环境）；基坑等级（邻近环境）；土方开挖方法；土方开挖方法；地下水处理；地下水处理；支护工程造价支护工程造价事故：事故：19131913年年9 9月装谷物，月装谷物，1010月月1717日装了日装了3182231822谷物时，谷物时，1 1小时竖向沉降达小时竖向沉降达30.5cm30.5cm2424小时倾斜小时倾斜26265353西端下沉西端下沉7.32m7.32m 东端上抬东端上抬1.52m1.52m上部钢混筒仓完好无损上部钢混筒仓完好无损概况：长概况：长59.4m59.4m，宽，宽23.5m23.5m，高，高31.0m31.0m，共，共6565个圆筒仓。个圆筒仓。钢混筏板基础，厚钢混筏板基础，厚61cm61cm，埋深，埋深3.66m3.66m。19111911年动工，年动工，19131913年完工，自重年完工，自重20000T20000T。有关的工程问题有关的工程问题加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 加拿大特朗斯康谷仓加拿大特朗斯康谷仓 原因：地基事先未进行调查，据邻近结构物基槽开挖试验结果，计算地基承载力应用到此谷仓。1952年经勘察试验与计算，地基实际承载力远小于谷仓破坏时发生的基底压力。因此，谷仓地基因超载发生强度破谷仓地基因超载发生强度破坏而滑动坏而滑动。处理：处理：事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用事后在下面做了七十多个支撑于基岩上的混凝土墩，使用388388个个50t50t千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，千斤顶以及支撑系统，才把仓体逐渐纠正过来，但其位置比原来降低了米。但其位置比原来降低了米。新加坡新加坡MRTMRT捷运环线敞开段挖掘时挡土墙塌方捷运环线敞开段挖掘时挡土墙塌方 8.3.2复杂地质条件下的岩石地基复杂地质条件下的岩石地基8.3.2.1 岩土混合地基l岩土混合地基是指在地基的主要受力层范围内有岩石和土，而且岩石和土在平面和空间分布很不均匀的地基。这是在山区建筑中常见的一种地基。分类：l下卧基岩面倾斜的地基l石芽密布的地基l大块孤石或个别石穿出露的地基 2）岩土混合地基的处理）岩土混合地基的处理结构措施l位于软硬相差比较悬殊地基上的建筑物，为了防止不均匀沉降所产生的危害，可以采用沉降缝或加强建筑物刚度等结构措施，在确定建筑物平面位置时，应尽量避免建筑物两端或转角处落在局部软土上。l 对多层砖石承重结构的底层，应适当加密横墙。在建筑物两端和沉降缝两侧都不宜布置大开间，以免削弱房屋刚度。增设圈梁是加强建筑物整体刚度的有效方法之一，一般设两道，一道设在基础顶面，一道设在顶层窗顶上，兼作过梁。l当有局部软土存在，可能使建筑物发生倾斜时，可用调整基础埋深或基底面积来调整不均匀沉降。地基处理l不均匀岩石地基的处理方法可概括为两类；一类是改造压缩性较高的地基，使它和压缩性较低的地基相适应，多采用桩基、局部深挖、换土及梁、板、拱跨越等方法，这类处理方法一般效果较好，但耗资较多；另一类是改造压缩性较低的地基，使它与压缩性较高的地基相适应，这类方法通常是采用褥垫法。所谓褥垫法就是将突出的岩石凿去一定的厚度，换填可以压缩的材料，使其与土层的变形条件相适应。作为褥垫材料，可采用炉渣、中砂、粗砂、上夹石或粘性土等材料；褥垫的厚度视需要调整的沉降量大小而定，一般取3050cm，可不进行计算，但须注意不使地基产生过大的变形。8.3.2.2 岩溶l 碳酸盐、硫酸盐以及卤化物等类岩石，在水的作用下具有可溶性，称为可溶性。岩石可溶性岩层受水溶解的化学作用，并伴随机械作用而形成的沟槽、裂隙、洞穴统称岩溶，我国这类可溶性岩石分布十分广泛，广西、贵州、云南以及鄂西、湘西、川东、山西、山东、河北、粤北等地均有分布。岩溶岩溶又称喀斯特（又称喀斯特（Karst），是可溶性岩层（石灰岩、白云岩、石膏、岩盐等）以），是可溶性岩层（石灰岩、白云岩、石膏、岩盐等）以被水溶解为主的化学溶蚀作用，并伴以机械作用而形成的沟槽、裂隙、洞穴、石被水溶解为主的化学溶蚀作用，并伴以机械作用而形成的沟槽、裂隙、洞穴、石芽、暗河，以及由于洞顶塌落而使地表产生陷穴等一系列现象和作用的总称。芽、暗河，以及由于洞顶塌落而使地表产生陷穴等一系列现象和作用的总称。对于承载力不足的岩溶地基，可以采取一定的工程处理措施提高其地基承载力，对于承载力不足的岩溶地基，可以采取一定的工程处理措施提高其地基承载力，具体措施主要有具体措施主要有梁板跨越梁板跨越和和换填换填两大类。两大类。2000 2000年年4 4月月6 6日武汉市洪山区青菱乡日武汉市洪山区青菱乡烽火村发生岩溶地面塌陷烽火村发生岩溶地面塌陷在建筑场地选择和总体布置上，在条件允许的情况下，一般应注意以下原则：l尽可能选择非可溶性岩石分布地段或弱岩溶分布地段布置建筑物。l 尽可能避开岩溶集中发育地段、基岩起伏剧烈且有软土分布地段。若难于避开时，应使建筑物轴线方向与岩溶发育带垂直或斜交，以减少地基处理。l 尽量避开地下水动态随季节变化造成场地淹没的地段。(1)当岩基内有断层或软弱带或局部破碎带时，则需将破碎或软弱部分，采用当岩基内有断层或软弱带或局部破碎带时，则需将破碎或软弱部分，采用挖、掏、填（回填混凝土）的处理。挖、掏、填（回填混凝土）的处理。(2)改善岩基的强度和变形，进行固结灌浆以加强岩体的整体性，提高岩基的承改善岩基的强度和变形，进行固结灌浆以加强岩体的整体性，提高岩基的承载能力，达到防止或减少不均匀沉降的目的。载能力，达到防止或减少不均匀沉降的目的。(3)增加基础开挖深度或采用锚杆与插筋等方法提高岩体的力学强度。增加基础开挖深度或采用锚杆与插筋等方法提高岩体的力学强度。(4)如为坝基，由于蓄水后会造成坝底扬压力和坝基渗漏，为此，需在坝基上游如为坝基，由于蓄水后会造成坝底扬压力和坝基渗漏，为此，需在坝基上游灌浆，做一道密实的防渗帷幕，并在帷幕上加设排水孔或排水廊道使坝基的渗漏灌浆，做一道密实的防渗帷幕，并在帷幕上加设排水孔或排水廊道使坝基的渗漏量减少，扬压力降低，排除管涌等现象。量减少，扬压力降低，排除管涌等现象。(5)开挖和回填是处理岩基的最常用方法，对断层破碎带、软弱夹层、带状风化开挖和回填是处理岩基的最常用方法，对断层破碎带、软弱夹层、带状风化等较为有效。等较为有效。2）不稳定的岩溶地基的处理）不稳定的岩溶地基的处理 清爆换填l对洞口较小的竖向洞穴，宜优先采用镇补加固、嵌塞等方法处理；对顶板不稳的浅埋溶洞，可清除覆土，爆开顶板，挖去洞内松软充填物，分层回填上细下粗的碎石滤水层。梁板跨越l对围岩完整、强度较高而顶板破碎或无顶板的洞体，宜采用梁、板、拱等结构跨越处理，跨越结构应有可靠的支撑面。规模较大的洞穴，可采用洞底支撑或在条件许可的情况下进行调整建筑物柱距等方法处理。对水位、水量变化剧烈，可能影响基础或造成场地暂时性淹没的岩溶水，宜采用疏导的办法，不宜采用堵塞封闭处理。比萨斜塔目前：目前：塔向南倾斜，南北两端沉降差塔向南倾斜，南北两端沉降差1.80m1.80m，塔顶离中心线已达塔顶离中心线已达5.27m5.27m，倾斜，倾斜5.55.513601360：再复工，至再复工，至13701370年竣工，全塔共年竣工，全塔共8 8层，高度为层，高度为55m55m12721272：复工，经复工，经6 6年，至年，至7 7层，高层，高48m48m，再，再停工停工11781178：至至4 4层中，高约层中，高约29m29m，因倾斜停工，因倾斜停工11731173：动工动工原因：原因：地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土地基持力层为粉砂，下面为粉土和粘土层，强度较低，层，强度较低，变形较大变形较大。1590:1590:伽利伽利略在此塔做略在此塔做落体实验落体实验 比萨斜塔1838-18391838-1839：挖环形基坑卸载1933-19351933-1935：基坑防水处理 基础环灌浆加固19901990年年1 1月月:封闭19921992年年7 7月：月：加固塔身，用压重 法和取土法进行地 基处理目目 前前:已向游人开放。处理措施8.4岩石路基岩石路基8.4.1 路基的结构形式及其设计8.4.1.1 铁路路基的结构形式及其设计 铁路路基是轨道的基础，它承受着轨道及机车车辆的静荷载和动荷载，并将荷载向地基深处扩散。在纵断面上，路基必须保证轨顶需要的标高。8.4.1.2公路路基的结构形式与设计公路路基的结构形式与设计1）公路路基横断面的基本形式l公路是一种线型工程构造物，它主要承受汽车荷载的重复作用和经受各种自然因素的长期影响，由于受地形、地质条件的限制，公路中线是一条空间曲线。2）公路路基标准设计横断面）公路路基标准设计横断面车道宽度主要与汽车的外形尺寸和行车速度有关，车速越高，汽车离开直线的偏离程度也就越大。3）公路路基设计基本内容）公路路基设计基本内容l路基设计的任务是根据公路的性质、等级和及时标准，结合当地自然条件，拟定正确的路基设计方案 对公路所经过地区自然情况的勘测与调查，收集必要的设计资料，作为路基设计的依据；根据纵断面设计确定的填挖高度，结合沿线地质、水文调查资料，对路基主体工程（路堤、路堑、半挖半填路基及有关工程）设计确定边坡坡度及路基横断面形状。根据沿线地面水流及地下水埋藏情况，进行沿线排水系统的总体布置，以及地面排水和地下排水结构物的设计。路基防护与加固设计，其内容包括坡面防护、冲刷防护与支挡建筑物的布设与计算。路基工程其他设施的设计，包括取土坑、弃土堆、护坡道、碎落台等的布设与计算。8.4.2.1影响岩石路堑边坡稳定性影响岩石路堑边坡稳定性的主要因素的主要因素 l岩石性质l地质构造l岩石的风化破碎程度l其他8.4.2.2边坡形状的选择直线形边坡折线形或台阶形边坡8.4.2.3 岩石路堑边坡岩石路堑边坡l根据长期的设计经验和部分地区的调查资料，并参考其他有关资料编写的岩石路堑边坡坡度表，见表8-6，可供在一般情况下选定岩石路堑边坡坡度时参考。对于受岩层构造面控制、构造破碎带和严重风化破碎带的岩石路堑边坡，应根据具体情况另行设计。8.4.3 石质路基施工石质路基施工 填石路堤是指用挖方路段的石方弃渣或其他来源的石料填筑的路堤，它的填料性质、填筑方法、压实标准及边坡的防护等与土质路堤有很大差异。8.4.3.2石质路堑开挖石质路堑开挖l1）爆破法开挖l2）松土法开挖l3）破碎法开挖8.4.3.3 坡面防护工程施工坡面防护工程施工 l1）抹面与捶面l2）喷浆及喷射混凝土l3）灌浆及勾缝l4）护面墙l5）浆砌片石护坡