《高层建筑基础分析与设计》高层建筑地基勘察.ppt

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1、第二章 高层建筑地基勘察,高层建筑地基勘察的重要性高层建筑对基础的稳定性、地基承载力、地基变形量以及地基的不均匀沉降都有着较为严格的规定。由于基础埋置深度深，对深基坑施工的支护和降水所产生的邻近建筑和地下设施的影响也需要进行细致的研究。通过地基勘察探明建筑场地的地质条件、地下水情况和地基岩土的性状对于保证建筑物的安全、工程质量以及节约建设投资都是十分必要的。,2,第一节 地基勘察基本要求,一、地基勘察的主要目的 1.查明建筑场地内及其邻近地段有无影响工程稳定性的不良地质现象以及有无古河道和人工地下设施等存在。,3,(1)断裂断裂构造位置、规模和类型，包括断裂活动性。,4,(2)地震液化 在强震

2、区场地分布有饱和砂土或饱和粉土时，应判别其地震液化的可能性和液化程度。,1964年日本新泻地震，砂土液化造成房屋倒塌或倾斜,地震砂土液化引起的“喷砂”,5,(3)岩溶与土洞,岩溶（喀斯特）可溶性岩石在水的溶（浸）蚀作用下，产生的各种地质作用、形态和现象的总称。,6,土洞在有覆盖土的岩溶发育区，在特定的水文地质条件下，使岩溶面以上的土体遭到流失而形成的土中洞穴。土洞是岩溶的一种特殊形态，由于其发育速度快、分布密集，因而对建筑地基的影响较岩洞为大。,7,(4)滑坡 斜坡上的岩土沿坡内一定的软弱带（或面）作整体地向前向下移动的现象称为滑坡。滑坡会造成工程建筑的失稳和破坏。,8,(5)泥石流泥石流是洪

3、水侵蚀山体夹带大量泥、砂、石块等固体物质，沿着陡峻的山间沟谷下泄的特殊洪流。泥石流是山区特有的一种自然现象，由短时间内暴雨激发而形成，通常暴发突然，来势凶猛，对工程具有极大的破坏力。,9,(6)崩塌 陡坡上的岩体或土体在重力或有其他外力作用下，突然向下崩落的现象称为崩塌。大型崩塌会摧毁建筑物并造成人员伤亡和巨大的物质损失。,10,(7)采空区根据开采现状可分为老采空区、现采空区和未来采空区三类。采空区是因地下矿层采空后形成的。对建筑物的危害是采空区上方覆盖的岩层会失去支撑，使平衡条件破坏造成地表塌陷或变形，以致地面建筑物产生不允许的变形或破坏。如地表倾斜可使高层建筑发生倾斜。,11,(8)地裂

4、缝由于地质构造、过量抽取地下水等原因造成的地裂缝，会造成工程建筑的破坏。目前在一些城镇中发现的地裂缝，比较典型的如西安、大同、邯郸等城市，已构成一种地质灾害，对建筑物有相当大的破坏作用。,12,2.查明建筑场地的地层结构、均匀性以及各岩土层的工程性质。,岩土工程的场地变异性和不确定性大,13,1)地层结构是指岩层或土层的成因、形成的年代、名称、岩性、颜色、主要矿物成分、结构和构造、地层的厚度及其变化、沉积顺序等。,14,(2)岩土层的工程性质主要指各个地层的物理性质，包括重力密度、天然含水量、密度、液限、塑限等指标，以及土的透水性、压缩性、抗剪强度等。,15,3.查明地下水类型、埋藏情况、季节

5、性变化度和对建筑材料的腐蚀性。(1)地下水类型：按地下水的埋藏条件可分为:土层滞水、潜水和承压水三类。,16,2)在建筑地基内有地下水存在时，地下水的水位变化对地基的稳定性、地下室的防水、防潮和抗浮以及基础的施工都有很大的影响。因此，地基勘察时查明地下水的变化幅度是很重要的。,17,3)地下水含有各种化学成分，当某些成分含量过多时，对建筑材料包括混凝土、砖石和钢铁材料等都有腐蚀的危害，腐蚀性和环境地质条件及物理风化条件关系密切。,18,4.在抗震设防区应划分对建筑抗震有利、不利和危险的地段，判明场地土类型和建筑场地类别，查明场地内有无可液化土层。(1)建筑抗震有利、不利和危险地段的划分的主要依

6、据是建筑场地的地质、地形和地貌条件。,19,(2)场地土类型：场地土类型可根据地面下20m范围内的土层类型评定，土层类型主要决定于土层刚度(即土的软硬程度)，根据土层剪切波速vs，按下表划分。,2023/2/7,20,(3)建筑场地覆盖层厚度：一般情况下，应按地面至剪切波速大于500m/s的土层顶面的距离确定；当地面5m以下存在剪切波速大于相邻上层土剪切波速2.5倍的土层，且其下卧岩土的剪切波速均不小于400m/s时，可按地面至该土层顶面的距离确定；剪切波速大于500m/s的孤石、透镜体，应视同周围土层；土层中的火山岩硬夹层，应视为刚体，其厚度应从覆盖土层中扣除。,21,(4)建筑场地类别：场

7、地分类的目的是为了考虑场地条件对设计反应谱的影响，以利于采取合理的设计参数和抗震构造措施。场地类别是综合考虑场地土类型和覆盖层厚度两个因素按地震效应划分的，具体可划分为四类，如表3-3所示。,22,二、岩土工程勘察设计的三个阶段,岩土工程勘察目的：运用各种勘察技术手段，查明建筑场地工程地质条件；结合工程特点及要求，分析场地内的工程地质问题；论证场地地基的稳定性和适宜性，提出岩土工程评价对策，为工程建设规划、设计、施工和正常使用提供依据。与工程建设各设计阶段相应的岩土工程勘察一般分为可行性勘察、初步勘察、详细勘察和施工勘察。对地质条件复杂或有特殊要求工程宜进行施工勘察。场地较小且无特殊要求的工程

8、可以合并勘察阶段。,23,1.可行性研究勘察阶段也称选址勘察，主要通过搜集资料、工程地质测绘和必要的勘探工作对拟建场地的稳定性和适宜性做出评价。2.初步勘察阶段初步勘察应满足初步设计或扩大初步设计的要求，为确定建筑总平面布置、主要建筑物的地基基础设计方案提供岩土工程勘察资料。3.详细勘察阶段详细勘察应满足施工图设计的要求，为各个建筑物或建筑群提出地基和基础设计、地基处理、不良地质现象的防治等具体方案的论证和建议；提供设计所需的岩土工程资料和岩土技术参数。,24,三、岩土工程勘察报告的主要内容,(1)拟建建筑物的概况和对勘察的要求；(2)勘察方法和勘察工作量，并附勘探点平面布置图；(3)场地地形

9、、地貌概况；(4)地层、土质概述，附工程地质柱状图和剖面图、岩土物理、力学性质统计表；(5)场地水文地质条件、地下水埋藏条件和变化幅度。当基础埋深低于地下水位时，应就施工降水方案和对相邻建筑物的影响提出建议并提供有关的技术参数（如水头高度、渗透系数等）；(6)岩土参数的分析和选用；(7)地基、基础设计方案的具体建议，如有基坑开挖问题，必要时应提出支护方案；(8)对施工和监测的具体建议。,25,第二节 高层建筑地基勘探要点,详细勘察阶段的勘察工作量布设原则和方法 一、天然地基勘察 1.勘探点平面布置1)平面位置和间距的大小要达到能比较清楚地了解建筑物纵横两个方向的地层土质的均匀性和变化情况。2)

10、勘探点的间距一般为1535m。3)勘探点的位置要做到尽可能最大程度地了解建筑物边缘和角点的地层土质变化情况。4)在层数或荷载变化较大的部位要布置勘探点。5)对于每幢单独的塔式高层建筑，除在四角要布置勘探点外，在中心点也应布点。,26,(1)控制性勘探点的深度应大于地基压缩层的深度。一般性勘探点可浅于控制性勘探点，以能控制地基主要受力土层为原则。(2)地基压缩层是指在建筑物基础下一定深度范围内由于地基附加压力产生较大压缩的土层。(3)高层建筑实测表明，压缩层深度与基础宽度的比值，对软土为1.52.0；对一般粘性土和粉土为1.01.5；对密实的砂土、碎石土为0.61.0。(4)控制性勘探点的深度可

11、按下式估算：dcdacb(3-1),基础埋置深度,基础底面宽度,一般性勘探点的深度可按下式估算：dgdagb(3-2),查表3-4,2.勘探点的深度,重要性系数,27,28,二、桩基工程勘察1.勘探点间距(1)对于端承桩一般为1224 m，当相邻两勘探点的桩端持力层顶面标高相差大于l m时，应适当加密勘探点。(2)对于摩擦桩一般为2030m，当遇到土层的性质或状态在水平方向分布变化较大，或存在可能影响成桩质量的土层时，应适当加密勘探点。(3)对于大直径桩(d800mm)，当地质条件复杂时，宜在每个桩位上布置一个勘探点。2.勘探点的深度(1)对于端承桩，控制性勘探点深度应达到桩端持力层顶面以下不

12、少于3m，一般性勘探点深度应达到桩端持力层顶面以下不少于0.5m。(2)对于摩擦桩，控制性勘探点应超过预计桩长35m，一般性勘探点应超过预计桩长12m。,29,三、基坑开挖与支护工程的勘察1.勘察范围。根据基坑开挖深度和场地的岩土工程条件确定，一般在开挖边界外及开挖深度的12倍范围内布置勘探点。2.勘探点的间距和深度。勘探点的间距依地层在水平方向的变化情况而定，一般为1030m。勘探点的深度应满足下列各种极限状态的分析评价范围和提供计算参数的要求：(1)边坡土体的整体失稳；(2)由于支挡结构的嵌固深度不足而造成的失稳破坏；(3)地下水冲刷或管涌造成的失稳破坏；(4)锚杆的抗拉失效；(5)由于支

13、挡结构的位移和变形导致邻近建筑物和设施的正常使用受到影响。,30,3.岩土工程勘察应查明场地的地层结构和岩土特性，并根据设计需要提供有关土层的不固结不排水或固结不排水抗剪强度指标。4.应查明基坑开挖范围及邻近场地的地下水特征。并分析在施工过程中发生管涌的可能性，提出施工降水或隔水的措施。5.勘察时还要对场地周围已有的建筑物和地下设施进行调查，调查内容包括建筑物的结构构造、基础形式和埋置深浅、结构现状和对基坑施工产生的振动、地下水变化和土体变形的承受能力的评估，以及各类地下设施的埋深、分布、性状，为采取保护措施提供依据。四、强震区的地基勘察(自学),31,一、室内试验指标 1.土的抗剪强度参数(

14、1)试验仪器 直接剪切仪(直剪仪)直剪仪具有操作简单、可以在较短时间内进行数量较多试验的优点。但存在的缺点也很突出。因此，只有在有经验的地区和对不太重要的建筑才可使用。三轴剪力仪 三轴剪切试验具有受力状态明确，大小主应力可以控制等优点。其缺点是仪器构造和试验操作比较复杂，对试样要求较高，试验成果资料整理的工作量较大等。,第三节 室内试验指标与原位测试指标,32,单联直剪仪,四联直剪仪,33,TSZ30-2.0型应变控制式三轴仪,常规三轴仪,34,(2)试验方法1)直剪试验方法,快剪 对试样施加竖向压力后，立即以每分钟0.8mm的剪切速率，快速施加水平剪应力使试样剪切破坏。从加荷到剪坏一般在35

15、min内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。得到的抗剪强度指标用cc、c表示。,35,固结快剪 先对试样施加竖向压力，让试样充分排水，待固结稳定后，再以每分钟0.8mm的剪切速率施加剪力，直至剪坏，一般在35分钟内完成，适用于渗透系数小于10-6cm/s的细粒土。得到的抗剪强度指标用ccq、cq 表示。慢剪 先对试样施加竖向压力，让试样充分排水，待固结稳定后，再以小于每分钟0.02mm的剪切速率缓慢施加水平剪应力，直至试样剪切破坏，在施加剪应力的过程中，试样内始终不产生孔隙水压力。得到的抗剪强度指标用cs、s 表示。,固结排水试验（CD试验）打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静

16、孔隙水压力完全消散；保持排水阀门打开，慢慢施加轴向应力差以便充分排水，避免产生超静孔压。,固结不排水试验（CU试验）打开排水阀门，施加围压后充分固结，超静孔隙水压力完全消散；关闭排水阀门，很快剪切破坏，在施加轴向应力差过程中不排水。,不固结不排水试验（UU试验）关闭排水阀门，围压下不固结；保持排水阀门关闭，很快剪切破坏，在施加过程中不排水。,cd、d,ccu、cu,cu、u,2)三轴试验方法,3)剪切试验方法适用范围,38,2.土的压缩性指标,为保证建筑物的安全和正常使用，设计时必须将地基变形控制在容许范围之内。为进行地基的变形计算，必须通过试验取得土的压缩性指标。,39,(1)土的压缩模量E

17、s 土的压缩模量Es可根据室内压缩试验求得，是在完全侧限条件下测定的。土的压缩模量Es与弹性材料的弹性模量相似，是应力和应变的比值。土的压缩模量Es不仅反映土的弹性变形，也同时反映土的残余变形，而且在压缩过程中是一个随压力变化的数值。当用压缩模量Es 计算沉降时，压缩试验的最大压力值应大于预计的有效土自重压力与附加压力之和。压缩系数和压缩模量的计算应取土的有效自重压力至有效自重压力与附加压力之和的压力段。,40,(2)土的变形模量E0 土的变形模量是指在单轴受力且无侧限的情况下应力与应变之比。通常根据原位载荷试验求得，即根据载荷试验绘制 p-s曲线中的直线或接近于直线段的试验数据，按弹性理论公

18、式计算：。,总荷载,板直径,板沉降,41,(3)土的弹性模量E 土的弹性模量是土的法向应力与相应的弹性应变之比，由于土的弹性应变远小于土的总应变，土的弹性模量远大于压缩模量或变形模量。(4)回弹再压缩模量Es 在计算基础最终沉降量需考虑深基坑开挖卸荷和再加荷对地基变形的影响时，应在固结仪内进行回弹再压缩试验求得回弹再压缩模量。,具体做法是将土样先加荷至相当于基底土的自重压力s0。得到压缩曲线1，然后卸荷至零，得到回弹曲线2，再继续加荷得再压缩曲线3。根据曲线3的斜率可计算得出土的回弹再压缩模量。,42,缺少试验资料时，可用经验公式来确定：,折算系数k的经验值(表3-7、表3-8),43,44,

19、(5)土的泊松比,45,二、原位测试指标,确定一级建筑物或有特殊要求建筑物的地基承载力和变形计算参数，应进行平板载荷试验。建筑物安全等级按现行国家标准划分。确定软土地基的抗剪强度，宜进行十字板剪切试验。查明粘性土、粉土、砂土的均匀性、承载力及变形特征时，宜进行静力触探和旁压试验。判明粉土和砂土的密实度和地震液化的可能性时，宜进行标准贯入试验。查明碎石土的均匀性和承载力时，宜进行重型或超重型动力触探。,46,需取得抗震设计所需的参数时，应进行波速试验。通常还应查明建筑场地的地下水位，包括实测的上层滞水、潜水和承压水水位、季节性变化幅度以及地下水对建筑材料的腐蚀性。对基坑工程提供降水设计的参数以及

20、对降水方法提出建议等。,主要原位测试方法简介：十字板剪切试验 Vane Shear饱和软粘土载荷板试验 Loading Plate主要用于浅层地基旁压仪 Pressuremeter 较深地基,47,F,F,原位测试方法十字板剪切试验,48,Mmax=FL,原位测试方法十字板剪切试验,49,现场载荷试验,原位测试方法-载荷板试验,50,荷载板尺寸0.50.5m,0.7070.707m,1.01.0m试验不少于3点荷载810级每级荷载稳定的标准地基极限承载力,现场载荷试验,原位测试方法-载荷板试验,原位测试方法-旁压试验,旁压试验,水箱,钻孔内进行横向载荷试验,用以测定较深处土层的变形模量和承载力

21、,原位测试方法-旁压试验,53,第四节 地基检验与现场监测,一、地基检验(一)地基检验的重要性 为保证工程质量和安全，在地基基础施工阶段必须对地基勘察的成果和方案建议进行核查。通过对基坑的直接检查和测试或通过试桩情况可以验证地基勘察报告与基础设计是否正确，如发现问题应及时进行修正，情况复杂时要进行施工阶段的补充勘察。当发现与原勘察成果差别显著时，应修改设计或采取必要的处理措施。地基基础属于隐蔽工程，为了不留隐患，检验工作非常重要。,54,(二)天然地基的基槽检验1.检验的内容与方法 核对基坑的位置、平面形状和尺寸、槽底标高是否符合设计图纸和文件。检验槽底土质，可采用直接观察结合轻便触探试验的方

22、法。当持力层为碎石土时，可不进行轻便触探试验。必须注意防止槽底土质扰动，如施工超挖、践踏扰动、冰冻、遭水浸泡等。必要时应补充勘探测试工作。2.基槽处理 当发现局部异常土质、坑穴、古井时，应按其部位、范围、深度结合基础结构、持力层土质、地下水等情况进行挖除换填、短桩加固、调整基底面积或加强基础刚度等方法处理。,55,(三)桩基的检验1.钢筋混凝土预制桩的检验 核对桩基施工的位置、桩的规格、数量、质量、施工机械是否符合设计文件。进行试打，验证施工机械的能量、桩端持力层的标高、进入持力层的深度、最终贯入度。根据桩基施工记录，检查所有工程桩是否符合设计要求。2.钢筋混凝土灌注桩的检验 核对桩基施工位置

23、、桩孔数量、孔径及垂直度。核查成孔质量，在成孔过程中有无塌孔和缩径，以及孔底虚土厚度。核查钢筋笼制作，混凝土强度等级等。当地质条件复杂时，应采用可靠的动测法对成桩质量检测，检测数量由设计人员确定。,56,(四)地基处理的检验 核查所选用地基处理方案的适用性，必要时应预先进行一定规模的试验性施工。对换填垫层的处理方案，应分层检验垫层的质量，每夯压完一层，应检验该层的平均压实系数，符合设计要求后，才能继续施工。检验垫层的质量，可用环刀法、灌砂法或触探试验进行。对水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）等加固处理方案，应在有代表性的场地进行现场试验和测试，以检验设计参数和处理效果。对复合地基应检测桩体的强度和桩

24、身结构的完整性，并进行单桩或多桩复合地基的载荷试验检测复合地基的承载力。,57,二、现场监测,为保证一些重大高层建筑施工的安全和正常使用，需要在施工阶段甚至延续到使用时期应进行必要的现场监测。对于地基基础工程采用新技术、新方法和有特殊要求的建筑物，在缺乏必要的经验时，也应进行现场监测，以便总结工程经验，推动地基基础工程的技术发展和提高。现场监测主要包括：基底回弹和建筑物沉降观测深基开挖和支护的监测地下水的监测,思考题,1.高层建筑地基勘察的重要性主要体现在哪几个方面？2.简述建筑场地类别的划分方法。3.高层建筑地基勘察时有哪些问题应特别注意？4.简要比较各种剪切试验的适用范围。5.常用的原位测试方法有哪些？分别用于测试何种指标？6.简述天然地基基槽检验的主要内容。7.简要分析高层建筑基础设计中地下水的影响。,