邯郸市康奈大厦基坑支护设计毕业论文.doc

河北工程大学土木工程学院毕业设计说明书 2008年邯郸市康奈大厦基坑支护设计毕业论文目 录0绪论11.工程概况12.工程地质及水文地质概况23.设计依据34.方案比较与选择44.1 初选方案44.2 方案确定45.单支点排桩围护的计算75.1各土层土压力系数计算75.2计算土层水平荷载，抗力标准值85.3单层支点结构支点力及嵌固深度设计值计算。95.4锚杆计算115.5位移计算（m法）135.6 腰梁设计206.土钉墙支护：216.1土钉设计参数如下：216.2土钉计算过程：226.3土钉稳定性验算247.经济指标分析297.1钢筋用量297.2混凝土土用量297.3 水泥用量297.4土方工程计算298施工监测方案308.1土锚和土钉的验收与检测308.2混泥土灌注桩质量检测308.3桩顶水平位移监测308.4临近建筑物、管线沉降变形监测308.5应急方案309.结束语31鸣 谢32参考文献33附件1读书报告附件2专题报告48邯郸市康奈大厦基坑支护设计学生：屈春来 指导教师：吴雄志河北工程大学土木工程学院土木工程专业岩土工程方向0绪论近年来全国各地建筑深基坑支护工程发展很快，因建设需要基础愈做愈深，其支护结构难度，尤以软土地区也愈来愈大，已成为高层建筑基础工程中的难点和热点。深基坑支护结构涉及岩石力学、结构力学、材料力学和地质水文等学科。基坑支护设计理论的发展随着基坑支护工程实践的进展而提高，初期的设计理论主要基于挡土墙设计理论。对于悬臂桩支护结构，根据朗肯土压力计算方法确定墙土之间的土压力，也就是支护结构上作用荷载及反作用力按主动土压力与被动土压力分布考虑，以此按静力方法计算出挡土结构的内力。对于支点结构，则按等值梁法计算支点力及结构内力。由于基坑支护结构与一般挡土墙受力机理的不同，按经典方法（极限平衡法或等值梁法）计算结果与支护结构内力实测结果相比，在大部分情况下偏大。这是由于经典方法计算支护结构与实测不尽相符的事实，二则由于基坑周边环境（建筑物，地下管线，道路等）基坑内基础线对支护结构更为严格要求，需要对支护结构变形进行一定精度的预估，而经典方法则难以计算出支护结构的变形。古典理论已不适宜指导深基坑支护的发展。在总结实践的基础上，将会逐步完善理论以指导设计计算。毕业设计是大学四年学习的最后一个阶段，本次就基坑支护设计的目的是详细学习和了解与岩土工程相关的知识，巩固以前学习过的（深基坑支护、基础工程、地基处理、土力学、工程地质学等）知识，并按照现行规范，通过对实际情况的分析把它运用到生产实践中去，同时也培养了调查研究、查阅文献、收集资料和整理资料的能力。通过本次设计使自己能够理论联系实际，并为以后的工作和学习打下坚实的基础，因此要达到以下要求：学会对资料的收集、整理、分析、评价等基本方法，学会阅读并编写勘察报告。通过对基坑支护、基坑降水和设计，施工图的绘制，对岩土工程有更深刻的理解，具备独立分析问题、解决问题的能力。通过本次设计,应学会熟练掌握和使用在岩土工程方面的应用广泛的电算技术，以提高设计的效率。1.工程概况：拟建邯郸市康奈大厦位于邯郸市陵园路北侧，西临邯山南大街，建筑面积22849 m2，地上24层，地下1层，框架剪力墙结构。该工程基础埋深5m，实际基坑开挖深度为4.75m，设计基坑深度4.75m。该工程北测毗邻邯山区实验小学教学楼（4层），最小净距离为5.9m。目测该教学楼窗户有竖向裂缝；东侧有一邯山区政府房屋（2层）;西侧有邯山区自来水网管，预计埋深1.5m;南侧距坑边7.5m左右有光缆通过，预计埋深1.5m；平面图如下：康奈大厦基坑平面图2工程地质及水文地质概况：据中冶地勘岩土工程总公司提供的岩土工程勘察报告，该场地土层由上至下分别为：第1层，杂填土：杂色，稍密，湿，主要以碎砖块等建筑垃圾组成，本层在整个场地均有分布，层厚0.602.80m，层底标高56.5359.11m。第2层，素填土：深褐色，可塑硬塑，主要回填物为粉质粘土，局部为粉土，含少量小砖块及炭屑，本层在整个场地均有分布，层厚1.203.60m，层底标高53.7056.86m。第3层，粉土：黄褐色，湿，中密密实，无光泽，摇震反映中等，韧性低，干强度低。厚度2.003.00m，层底标高53.3354.46m。第4层，粉土：灰色，湿，中密密实，无光泽，摇震反映中等，韧性低，干强度低，含较多青砖，瓦片。层厚0.802.50m，层底标高51.8353.03m。第5层，粉质粘土：灰褐色，软塑可塑，含青砖，瓦片及有机质，局部夹粉土薄层。稍有光泽，无摇震反应，韧性中等，干强度中等。层厚2.704.90m，层底标高48.1349.31m。第6层，粉质粘土：褐黄色，可塑硬塑，含砂粒及钙质结核。稍有光泽，无摇震反映，韧性中等，干强度中等。层厚0.601.50m，层底标高47.3048.33m。第7层，中砂：褐红色，中密，湿，主要矿物成分为长石，石英，含少量小砾石，局部为细砂。层厚0.803.10m，层底标高44.9647.53m。第71层，粉质粘土：褐黄色，硬塑，含砂粒及钙质结核。稍有光泽，无摇震反映，韧性中等，干强度中等。层厚1.902.20m，层底标高44.8445.63m。第8层，粉质粘土：红褐色，硬塑坚塑，含氧化铁及钙质结核。稍有光泽，无摇震反映，韧性中等，港强度中等。层厚3.35.4m，层底标高40.1042.33m。第81层，细砂：黄褐色，稍密，湿，主要矿物成分为长石，石英。层厚1.80m，层底标高40.53m。 第9层，粉质粘土：红褐色，硬塑坚硬，含氧化铁及砂粒。稍有光泽，无摇震反映，韧性中等，港强度中等。揭露最大厚度4.4m，层底标高36.1039.70m。第10层，卵石：黄褐色，红褐色，稍密，湿，主要岩性为长石，石英，砂岩，约占总质量的5560 ，一般粒径2050mm，最大粒径约150mm，局部见漂石，磨圆度较好，主要以粘性土及粗砂填充，层厚25.6025.80m，层底标高11.53m。第101层，粉质粘土：红褐色，坚硬，含砂粒。稍有光泽，无摇震反映，韧性中等，干强度中等。厚度0.501.80m，层底标高25.0329.34m。第11层，粘土夹粉质粘土：棕褐色，坚硬，含氧化铁，砂粒及钙质结核，上部为粉质粘土。有光泽，无摇震反映，韧性高，干强度高。本次勘查未揭穿本层，揭露最大厚度12.20m。各层土的物理力学性质指标见表1。表1：土的物理力学性质指标层号土的名称w(%)(kN/m)Ew(%)W(%)a(MPa)f(kPa)2素填土21.3190.75028.318.20.385903粉 土23.619.20.75627.117.70.3991004粉 土226.119.20.81727.617.90.351905粉质粘土25.019.40.76128.718.10.3631006粉质粘土20.819.90.67828.218.00.321140该场地在勘察期间实测混合稳定水位埋深为9.7010.70m，近35年地下水位埋深8.00m，为微承压水。3设计依据该建筑面积2254.9 m2，地上24层，地下1层，框架剪力墙结构。基坑工程开挖深度4.75m，围护结构不是主体结构的一部分，基坑周围有建筑物、管线、道路等建筑体需加以保护，故基坑工程等级为二级。按照建筑基坑支护技术规程关于基坑侧壁安全等级及重要性系数的表述，该基坑工程基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数01.0。（附表如下）基坑侧壁安全等级及重要性系数安全等级破坏后果重要系数0一级支护结构破坏，土体失稳或变形过大对基坑周围环境及地下结构施工影响严重1.10二级支护结构破坏，土体失稳或变形过大对基坑周围环境及地下结构施工影响一般1.00三级支护结构破坏，土体失稳或变形过大对基坑周围环境及地下结构施工影响不严重0.904.方案比较与选择4.1初选方案该工程周边环境复杂，场地较小，但基础埋深5m，实际开挖深度4.75m，因此工程基坑支护的重点主要控制基坑变形，以保证领近建筑物的安全。根据现场勘察和工程地质水文地质情况，拟采用的支护方案由：悬臂桩支护、单支点排桩支护、土钉墙支护、水泥土搅拌桩维护。水泥土搅拌桩造价低，自重小，挡土墙厚度大,整体性和稳定性好,施工速度快;缺点挡墙占地面积大,不适宜场地狭小的工程,其强度受土层含水量和有机质含量影响大。该工程基坑位于地下水位以上，可能导致水泥土桩强度达不到设计值，悬臂式排桩适用于土层工程状况良好的情况,缺点是支护桩顶水平位移较大.土钉墙支护位移小,一般测试位移约20mm,对相邻建筑影响小,经济效益好,一般成本低于灌注桩支护,且施工快捷,设备简单,施工所需场地小.通过以上比较,结合工程实际情况,基坑的东、西、南均采用土钉墙支护,北侧相临建筑物较高且对变形要求较高,需计算比较悬臂桩支护与单支点排桩支护.4.2方案确定4.2.1 确定主动被动土压力系数土的加权平均计算. 被动土压力计算指标： 4.2.2 Blum法计算悬臂桩4.2.2.1超载值计算开挖素填土等效为超载则4.2.2.2土压力计算土的自立高度计算 计算第一个土压力为零点 求桩的插入深度，对桩底取弯矩有 代入上式得化简后得 查Blum曲线表可得=1.25X=l=1.254.53=5.66m 则桩的插入深度t=1.2x+u=1.25.66+0.53=7.325m桩长为L=t+h=4.75+7.325=11.325m4.2.3利用等值梁法计算单支点排桩4.2.3.1主动土压力与被动土压力如图所示土压力为零点至坑底距离u=0.52m4.2.3.2.由等支梁AB根据平衡方程计算支撑反力和B点剪力；4.2.3.2.由等支梁BG求算板桩的入土深度，则由上式求得该工程土质较差应乘以系数1.1-1.2即t=(1.1-1.2.)=3.9-4.26m通过计算比较可知采用桩+锚杆的支护形式比悬臂桩支护更为经济，且位移控制更为严格。悬臂桩支护桩顶位移较大，对周围建筑影响较大。在单支点锚杆支护体系下，锚杆和支护体系以及周围土体是共同工作，彼此协调的。根据本文采用的支护桩结构计算模型的分析，发现锚杆对支护结构有明显的约束作用。加入预应力后，桩体的变形和内力都发生了明显的变化，受力变得均匀，最大弯矩变小，且桩身最大弯矩点向上移动，从而可使支护构件截面减小，配筋量减小，既保证了支护结构的安全又节约了资金。综上所述：该工程的基坑支护方案为东西南三侧采用土钉墙支护，北侧采用桩+锚杆支护。5 单支点排桩围护的计算（采用建筑基坑支护技术规程JGJ120-99）5.1各土层土压力系数计算主动土压力系数： 图 5-1 地层分布计算简图 被动土压力系数： 5.2计算土层水平荷载，抗力标准值图4-2 土压力分布水平荷载标准值 计算点位于开挖面以下时 水平抗力标准值 5.3单层支点结构支点力及嵌固深度设计值计算。5.3.1基坑底面以下支护结构设定弯矩零点位置至坑底距离按下式确定： 图 5-3单层支点支护结构嵌固深度计算简图 即 5.3.2支点力5.3.2嵌固深度设计值取4m，则满足要求5.3.3计算桩体最大弯矩5.3.3.1计算坑底以上剪力为零点（图5-4）；设该点距支点距离为x则由力的平衡条件可知 图5-4 5.3.3.2计算坑底以下剪力为零点(图5-5)；设该点距支点距离为x则由力的平衡条件可知 图5-55.3.3.3计算开挖第一工况时(3.25m)的弯矩（图5-6）由此可知桩的最大弯矩为41.824，桩体可按均匀配筋即受拉区与受压区配筋相等，桩间距取1.6m,桩受弯矩标准值为则截面弯矩设计值取桩径为800mm,保护层厚度50mm,混凝土采用，；钢筋选用，8根20，=2513 图5-6 桩截面积 得 符合要求5.4锚杆计算5.4.1支点结构支点力设计值、计算， 桩间距为1.6m.则 其中为锚固体与土层的剪切强度为土体内聚力，为锚固段中点的上覆土压力，为锚固段与土体的摩擦角，通常。计算可得取锚杆倾角为，锚杆孔径取150mm圆柱形水泥压浆锚杆锚固段长度取11m 锚杆自由段长度按照建筑基坑支护技术规程JGJ120-99规定锚杆自由段长度不应小于5m，则锚杆的总程度5.4.2锚杆配筋计算由，则 取二级钢筋，； 取5.4.3锚杆整体稳定性计算锚杆配筋计算图5-7整体稳定性计算简图5.4.3.1 通过锚固段中点与围护墙的假想支撑点连一直线，再过锚固中点做竖直线交地面与一点，确定土体稳定性验算的范围，如（图5-7）所示。5.4.3.2 力系验算 土体自重及地面超载 围护墙主动土压力合力 竖直面上的土体主动土压力 斜面土体的支持力 方向已知大小不能确定， 图5-8力多边形斜面上粘聚力 5.4.3.3 做力多边形，如图5-8所示，求出力多边形的平衡力，即锚杆拉力；则 因此土层锚杆维护整体稳定性满足要求。 5.5位移计算（m法） 用m法计算排桩位移可分为两部分：基坑底面以下和基坑以上部分位移。5.5.1基坑底面以下部分：土压力作用下，由平衡关系得：基底的水平力 ：弯矩 ：基床系数取值为：由基坑底以下深度范围内的各层土的换算平均值：第四层土m取值：由勘察报告知查表可知 图5-9第五层土m取值：由勘察报告知查表可知 取排桩的计算宽度b=1.6m ，；当h10m时桩置于非岩石地基中，查表，按得： 基坑底以下位移计算：基底以下位移点号h=azzA1B1C1D1Xz10010000.00320.10.20790020810.10.0050.000170.00324130.20.41580041610.20.020.001330.00348640.30.6237006240.999980.30.0450.00450.00373350.40.8316008320.999910.399990.080.010670.00398460.51.039501040.999740.499960.1250.020830.00423970.61.2474012470.999350.599870.179980.0360.00449880.71.4553014550.99860.699670.244950.057160.0047690.81.6632016630.997270.799270.319880.085320.005025100.91.8711018710.995080.898520.404720.121460.0052931112.0790020790.991670.997220.499410.166570.005562121.12.2869022870.986581.095080.603840.221630.005831131.32.7027027030.969081.28660.841270.365360.006358141.53.1185031190.936811.468391.114840.559970.006847151.73.5343035340.882011.633071.420610.811930.007259161.93.950103950.794671.769721.75191.126370.007545.5.2基坑以下位移 5.5.2.1 挡土墙悬臂部分作为悬臂梁，在集中力P作用下，在任意点N产生水平位移，当N点位于a范围里，当N点位于b范围里，=0m时=0.5m时=1.0m时=1.5m时=2.0m时=2.5m时=3.0m时=3.5m时=4.0m时5.5.2.1在梯形土压力荷载作用下，各点产生的位移为：=0m时=0.5m时=1m时=1.5m时=2m时=2.5m时=3m时=3.5m时=4m时 .5.5.3锚杆和土压力对桩产生的位移与基坑底初始位移进行叠加，得基坑上部桩最终位移： 5.5.4验算第一个工况（基坑开挖到3.25m）悬臂桩的位移计算悬臂桩嵌固深度 土压力作用下，由平衡关系得：基底的水平力（图5-10） 图5-9 位移图弯矩：基床系数取值为：由基坑底以下深度范围内的各层土的换算平均值： 第三层土m取值：由勘察报告知查表可知第四层土m取值：由勘察报告知查表可知 图5-10取排桩的计算宽度b=1.6m，；属于弹性桩；当h10m时桩置于非岩石地基中，查表，按得： 基坑以下位移 在梯形土压力荷载作用下，各点产生的位移为：y=0m时桩顶位移为：5.6 腰梁设计锚杆和排桩需要有腰梁来连接,从而增强了地下支护结构的整体稳定性，腰梁应具备足够的抗弯刚度.在次只验算腰梁的弯矩来保证整体结构的稳定.腰梁计算简图为:(支座间距1.6m,计算5跨)图511 腰梁计算简图弯矩图：剪力图：由上图看出：因,即:腰梁：选212.66.土钉墙支护：6.1土钉设计参数如下：6.1.1土钉长度沿支护长度土钉内力相差较大，一般为中部大，上部和底部较小，中部土钉起的作用大但顶部土钉对限制支护最大水平位移最为重要，而底部土钉对抵抗基底滑动倾覆或失稳有重要作用。另外当支护临近极限状态时，底部土钉的作用会明显加强，因此，将土钉取上下等长或顶部稍长，底部土钉稍短是合适的非饱和土，密实砂土及干硬黏土取小值。为减少变形，顶部土钉长度应适当增加。非饱和土土钉长度可适当减少，但不小于0.5H饱和土，由于土体抗剪能力低，土钉内力因水压作用而增加，设计时为宜6.1.2土钉间距土钉间距为, 垂直间距依土层或计算确定取; 6.1.3土钉直径 1632 级以上螺纹钢筋6.1.4 土钉倾角土钉垂直向下倾角一般为，土钉倾角取决于注浆及钻孔工艺，与土体分层特点等多种因素有关，倾角越小，支护变形越大6.1.5 注浆采用水泥素浆，42.5R水泥浆 水灰比1/0.56.1.6 土钉面层采用100mm厚混凝土面层，C20 6 200*200 一次喷成（1）.开挖坡度 1：0.2;（2）.开挖深度4.75m;（3）.土钉孔径 100 mm;（4）.布置4道土钉；（5）.土钉倾角均为10；（6）.土钉水平间距为1.0m;（7）.基坑周边设计荷载取均布荷载 q=10kPa。6.2土钉计算过程：6.2.1基坑深度范围内各指标的加权平均值为： 图6-1土钉支护简图 主动土压力系数 6.2.2各土钉处水平荷载标准值分别为：6.2.3折减系数6.2.4各道土钉受拉荷载标准值为：6.2.5土钉抗拉承载力设计值为：查表取，土钉在稳定土体内的长度为：(1)土钉在直线破裂面内的长度： =(2)土钉总长度为： 取 取 取 取6.2.6配筋计算钢筋选用HRB335级钢筋，钢筋抗拉强度设计值，土钉钢筋为：第1、2、3、4排土钉选用d=16,钢筋面积，满足；6.3土钉稳定性验算具体过程见下表；取两个圆弧可对基坑底面以下可能滑动面用圆弧分条法进行整体稳定性验算： 6.3.1分条宽度为1.0m，分7条，计算简图如下： 该圆弧面稳定。6.3.2分条宽度为1.0m，分5条，计算简图如下： 该圆弧面稳定。7.经济指标分析7.1钢筋用量桩:主钢筋重量=37(8+0.5)82.47kg/m=6214.52kg箍筋重量=3743.140.8m1.21kg/m+378.5523.140.4m0.617kg/m =2887kg冠梁:主钢筋重量=1060m1.21kg/m=726kg箍筋重量=5602.4m0.395kg/m=284.4kg锚杆重量 =36116m4.83kg/m=2782.88kg土钉：土钉重量=83521.58 kg/m=13196.16 kg钢筋网片重量=251171.2m0.222 kg/m=6500.16 kg加强筋重量=1452m1.58kg/m=6500.16 kg钢筋费用=钢筋重量钢筋单价=36.32t3100元/t=11.26万元7.2混凝土土用量桩：排桩混凝土量=1.3373.140.168.5=205.4m3 冠梁:混凝土体积=1.30.80.460=25m3面层混凝土用量=1.31171.20.1=152.5m37.3 水泥用量锚杆孔水泥用量=1.3363.14（0.225-0.00059）11=23m3土钉水泥用量=1.383523.14（0.01-0.）11=83.88m37.4土方工程计算7.4.1土方量计算：基坑下底周长231.6m,面积3370；坑顶周长234.33m,面积3820.2土方量=面积坑深 7.4.2机械费装载机(履覆式1m3) 自卸汽车(3.5t) 7.4.3装载机装自卸汽车运土人工费 7.4.4综合:307538元. 8施工监测方案：现场监测的准备工作应在基坑开挖前完成，从基坑开挖直至土方回填完毕均应作观测工作。在本工程深基坑施工过程中，为了随时监测基坑施工及相邻建筑物的安全，达到信息化施工，对以下项目进行了施工监测：8.1土锚和土钉的验收与检测为确定锚杆、土钉的极限承载力，验证锚杆、土钉的设计参数，施工方法和工艺的合理性，检验锚固工程施工质量，了解锚杆在软弱地层中工作的变形特性。在对锚杆进行基本试验的基础上还要进行现场抗拔试验，为基坑开挖提供可靠的数据。本工程总共设计36根锚杆，取三根做抗拔试验，土钉1452根，每道土钉取五根做抗拔试验。8.2混泥土灌注桩质量检测采用低应变动测法检测桩身完整性，总桩数为37根，检测3根。8.3桩顶水平位移监测：为确保护坡桩的使用安全，在施工阶段应特别对桩顶位移监测，监测方法可采用精度为2”的经纬仪直测法。水平位移观测点延其结构延伸方向布设，每15米布设一个观测点，重点区域应适当加密，测点埋设在桩顶冠梁上。8.4临近建筑物、管线沉降变形监测：为监测基坑开挖过程中，周围建筑及地面的沉降情况，应建立沉降、变形观测网络。沉降观测点布设在基坑北侧邯山区实验小学教学楼上，一栋建筑物上布设一个测点。测点布设在建筑物墙外侧。报警值按规范要求设置。自来水管道上布置23个观测点，测点布设于管道顶部。报警值按规范要求设置。 水平位移、沉降和变形观测点在布设初始建立读数，监测从支护结构施工便开始。两天观测一次。当土方开挖开始时，重新设定初始点，在基坑开挖前期每天观测一次，以后根据土方开挖进度和观测结果适当减小观测次数。观测数据应及时分析整理，水平位移、沉降和变形观测项目应绘制随时间变化的关系曲线，对变形的发展趋势作出评价。监测记录和监测报告应采用监测记录表格，并应有监测、记录、校核人员签字。监测工作完成后，由监测人员提交完整的基坑工程现场检测报告。8.5应急方案当观测数据达到报警值时，必须通报有关单位和人员，采取措施。针对重点区段进行压力注浆，注浆压力一般为12MPa。注浆管深度试具体情况而定。浆液采用掺水玻璃的水泥浆，以加速其凝固，每孔的注浆量已注满为止。在雨期施工时，注意做好基坑排水工作，防止基坑、坡面长时间大量积水。9.结束语深基坑支护方案的确定必须全面分析工程地质水文资料、周边环境和地下结构的特点，从安全、造价和工期方面综合考虑进行多方案比较，以确定最为合理的方案。在基坑围护设计中，根据基坑条件采取多种围护方法相结合的系统是经济合理的。在护壁桩设置锚杆，既可以降低桩的造价，节约支护费用，有可以大大减少支护结构的水平位移，这对控制基坑周围建筑物的不均匀沉降、保证地下管线和道路的正常运行都是非常有必要。在软弱地层的深基坑支护与施工中，监测工作是一必要的的辅助手段，信息的及时反馈不仅可以提前预告异常情况的发生，也可以为正常施工提供信息保证。加强基坑开挖监测，做好信息化施工是围护工程能否安全、经济的关键。鸣 谢光阴似箭，日月如梭，短短的四年转眼即逝。在这美好的四年里，我自认为没有虚度时光，而是身心受益。首先感谢河北工程大学给了我学习的机会；再次感谢土木工程学院，让我学会了勇于拼搏，团结协作的土木精神。感谢指导老师的兢兢业业，一丝不苟。感谢吴雄志老师在本次毕业设计中给予悉心指导，同时感谢张岳文、原冬霞老师给予非常大的帮助。由于水平有限，错误再所难免，望老师指正。参考文献 1陈中汗等编著，深基坑工程。北京：机械工业出版社，2003。2叶书鳞、叶观宝编著，地基处理。北京：中国建筑工业出版社，1997。3徐至军、赵锡宏编著，深基坑支护设计理论与技术新发展。北京：机械工业出版社，2002。4刘建航、侯学渊主编，基坑工程手册。北京：中国建筑工业出版社，1997。5莫海鸿、杨小平主编，基础工程。北京，中国建筑工业出版社，2003。6祝龙根、刘利民编著，地基基础测试新技术。北京，机械工业出版社，2003。7张客恭、刘松玉主编，土力学。北京，中国建筑工业出版社，2001。8孙永波、孙新忠主编，基坑降水工程。北京，地震出版社，2000。9重庆大学、同济大学等合编，土木工程施工。北京，中国建筑工业出版社，2003。10东南大学、同济大学等合编，混凝土结构。北京，中国建筑工业出版社，2002。11建筑地基基础设计规范（GB5007-2002）。北京，中国建筑工业出版社，2002。12岩土工程勘察规范（GB50021-2001）。北京，中国建筑工业出版社，2001。13建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）。北京，中国建筑工业出版社，1999。附件一：读书报告岩土工程测试1. 在岩土工程中，测试处于基础地位。2. 岩土工程测试可分为原位测试和室内测试两大类。3. 原位测试可以最大限度上 减少试验前对岩土体的扰动，避免了这些扰动可能带来的对试验结果的影响。 4. 室内测试能进行各种理想体条件下的控制实验，在一定程度上反而更容易理论分析计算的要求。第一章 平板载荷试验1原位试验 In-Situ Festing 也称现场试验 On The Spot Festing。2. 静力触探试验动力触探平板载荷试验 十字板剪切试验 孔隙水压力试验 大型剪切试验 弹性波速测试 地应力测试 抽水或注水，压水试验3. 平板载荷试验 Plate Loading Test4. 整个试验可分为承压板，加荷系统，反力系统，测试系统。5.承压板：常用肋板加固的钢板，足够的刚度，底面平整，尺寸准确 圆形或方形 （因为在应用弹性力学理论和计算地基沉降时应力和面积计算中只有一个未知数） （2）.我国岩土工程勘察规范规定：对于浅层（深度3.0m）平板载荷试验，承压板尺寸应与基础尺寸相近，承压板面积不应小于0.25m，对于软土和填土不应小于0.5m,对于深层承压板面积宜选用0.5m或直径80cm。对于均质密实的土，面积可以小些；对于岩石地基面积可以为0.07-0.1m;对于碎石类土，承压板直径或边长应大于碎石，卵石最大粒径的十倍。（3）.浅层平板载荷试验试坑的宽度至少应等承压极边长的三倍。5.加荷系统a.堆重加荷避免冲击荷载，同步加压用前标定6.反力系统在堆重式加荷系统中地层提供反力a.锚固式 岩石地基的锚杆式（粗钢筋插入钻孔中，再灌满砂浆）。碎石及土地基的锚桩式（用工程桩作锚杆）细粒土地基的地锚式。B.撑壁式C.平洞式7.观测系统，荷载测试和地基变形观测。8.布西奈斯克弹性力学鲜土体中应力分布计算公式，结合的材料常数建立半无限体表面作用集中荷载。9.试验方法：常规，快速。a.加荷系统的量值标定b.观测系统的量值标定c.试验地层和加荷等级及标准的选定d.沉降稳定标准的选定e.测力读数的计算f.试坑的开挖与检查10.地基破坏发展过程：a.弹性变形阶段b.塑性变形阶段c.破坏阶段11.地基承载力的确定：a.当P-S曲线上有明确的比例界限时，取该比例界限所对应的荷载值作为地基承载力的标准值或特征值，P-S曲线上第二的拐点（陡降）对应极限承载力。b.极限荷载小于对应界限值的两倍时，取极限荷载的一半作为地基承载力特征值。c.当P-S曲线比例界限和极限荷载拐点不明显时，当承压板面积为0.25-0.5m时，此时对于粘性土取S/b=0.02所对应的荷载值；砂类土承受荷载达到一定值后极限应力状态区的扩展比粘性土快的多。d.同一土层参加统计的实验点不应小于三个，当实验实测值的最大差值不超过其平均值的30%时，取平均值作为土层承载力特征值。第二章 十字板剪切和旁压仪试验1.十字板剪切试验(Field Van Shear Test)全称野外十字板剪切试验该法能够有效的在原位测定饱和软黏土的抗剪强度。在钻孔某深度的软黏土中插入规定形式和尺寸的十字板头，施加扭转力矩，使板头内的土体与周围土体产生相对扭剪，直到土体破坏，测出土体抵抗扭矩的最大弯矩，然后根据力矩平衡条件，推算出土体抗剪强度，（摩擦角=0时的粘聚力Cu值）。a.试验在原位进行不需取试样；b.对无法取样和很难进行室内试验的土，可以获得必要的力学指标；c.能更好的反映土的结构、构造等特性；d.试验中边界条件是实际的边界条件；其影响因素：a.土体的各向异性b.扭转速率c.插入深度对土的扰动的影响d.逐渐破坏效应；e.剪切时排水的可能性f.内摩擦角的影响；g.圆柱破坏面形成的假定；k.土体强度的触变效应。2.旁压试验（Pressure Meter Test,PMT）实质上是一种横向载荷试验。主要有旁压器，量测与输送系统，加压系统三部分组成。通过旁压器量在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围土体，使土体产生变形直至破坏，并通过测量装置测出施加的压力和土变形之间的关系，绘制应力-应变和体积-压力曲线，据此可对试验土体进行分类，评估它的物理状态，确定土体强度参数，变形参数，地基的承载力，建筑物基础的沉降等。优点：a.物理模型为轴对称的圆柱形孔的扩张问题；b.可以用来估计原位水平应力；c.可以用以推求水平不排水剪应力-应变关系；d.测试方便，不受地下水限制，试样大，扰动小。第三章 锚杆和土钉测试1.锚杆的锚固原理：a.悬吊作用原理；b.组合梁作用原理c.挤压加固作用原理。2.土钉作用机理：土钉的作用是通过增加土中正应力进而梁潜在滑裂面上土的抗剪强度，以及减少潜在滑裂面的下滑力来加固土体的。3.锚杆的荷载试验主要有基本试验，验收试验，蠕变试验等。试验的目的是为了确定锚杆的极限承载力，验证锚杆设计参数，施工方法和工艺的合理性，检验锚固工程施工质量或者了解锚杆在软弱地层中工作的变形特性。土钉的荷载试验主要是现场抗拔试验，其目的是验证土钉的极限抗拔强度，也有一些研究者进行室内土钉抗拔试验，以研究土性参数，荷载水平以及土钉刚度和表面性等因素对土钉极限抗压强度的影响。4.加筋土挡土结构有筋材，填土和面板组成，结构形式有条带式和包裹式两种。条带式结构一般是将高强度、高模量的加筋条带在填土中按一定间距排列，其一端与结构边侧的面板联结，另一端则埋设于填土之中；包裹式采用扁丝机织土工织物在土内满铺，在铺设的每一层织物上填土压实，将外端部织物卷回一定长度后，在将其上铺放另一层织物，每一层填土厚常为0.3-0.5m,按前法填土压实逐层增高。筋材与土体的摩擦特性是加筋土的重要性质，在工程应用中通常通过室内摩擦（剪切）实验，抗拔试验或现场组尺寸试验测定加筋土的摩擦特性，前者主要应用于土与筋材界面强度验算，后者主要应用与确定土中筋材的抗拔强度。第四章 岩土的渗流性及注浆加固地下水在岩土孔隙中的运动称渗流，发生渗流的区域称为渗流场，观测井就是敞开的井或称测压井，取水样进行测试。孔隙水压力对土或岩石体中的应力状态，应力参数，变形及稳定性等都有很大影响。岩土的透水性不同，测试的技术和方法也有所不同，敞开式测压井，封闭式测压计。渗透性及压水试验 根据渗透系数或单位吸水量再来判断岩土材料的渗透特性，土力学渗透系数试验：常水头法、变水头法、现场测定渗透系数、现场井孔抽水试验或井水注水试验。压水试验：在水文地质领域，在地下水以下，通过抽水试验测水文地质参数，在地下水位以上通过注水或回灌试验测水文地质参数，控制地面沉降，在深层裂隙岩体中为测定封堵裂隙的情况和效果需要用压水试验评价岩层或体的渗透性，它是靠水柱自重或泵压力将水压入钻孔内岩壁周围裂隙中并以一定条件下单位时间内的吸水量多少来表示岩层的渗透性。其目的：a.了解岩层的透水性，要测定渗透系数；b.了解岩体中裂隙的大小、分布、连通情况及是否有填充等。其方法有a.由上向下分段压水法;b.由下而上分段压水法；c.综合压水法。压水试验的最终目的是为了灌浆，可以分为水工坝体的帷幕灌浆，固结灌浆，还有在界面上的接触灌浆，地基、基础、围岩、破碎带灌浆，裂隙、断层、洞穴灌浆等。第五章 静力触探试验静力触探试验英文缩写CPT(cone penetration test)是用千斤顶或落锤将一根细长的金属杆压入或打入地下，用以测定任意深度处金属杆的贯入阻力。1.加压装置a.全液压传动静力触探车b.齿轮机械式静力触探车c.手摇轻便静力触探；2.反力装置a.利用地锚作反力b.用重物作反力c.利用车辆自重作反力；3.探杆；4.探头a.单桥探头：所测阻力包括锥尖总阻力和侧壁摩总阻力在内的总贯阻力b.双桥探头：可分别测出锥尖总阻力和侧壁总阻力c.孔隙水压探头 同时测定锥尖阻力、侧壁摩阻力和孔隙水压力d.其他探头：双量程探头、无电缆记忆探头、音响探头、侧应力探头、振动探头。2.静力触探试验过程及技术a.探头的密封和贯入，密封方法有包裹法、填塞法、充填法等。国内常用的密封防水办法是在探头的螺纹接头处涂一层高分子液态橡胶，然后将螺纹上紧。B.探头的标定c.探头的贯入速度。3.静力触探的力学机理：刚塑性理论、空洞扩张理论、维西克混合理论，Grenble理论、压缩机理论、Ohde理论。4.静力触探结果的工程应用a.划分土的类别；b.按比贯入阻力划分硅砂的相对密度、确定饱和粘性土液性指数、天然重度、换算土的物理力学指标；c.按探头锥尖阻力确定砂类土的内摩擦角；d.确定土压缩模量、变形模量；e.推算地基承载力特征值。第六章 动力触探试验1.动力初触探试验的主要机具：a.动力设备，主要为柴油机、汽油机、电动机等；b.承重架c.提升设备如卷扬机、变速器等；d.起拔设备，国内采用振动起拔，这样做不损坏部件。2.影响动力触探仪精度的因素：a.人为因素：落锤高度控制和锤击方法、量测读数精度、触探孔垂直度、探杆长度；b.设备本身的影响因素：穿心锤的形状质量、探头的形状和尺寸、导向锤座的构造及尺寸；c.土质与工程环境：土的性质、触探深度、地下水的影响。3.各类型动力触探的适用范围及试验方法轻型动力触探：这种设备适用于深度小于4m的一般粘性土、粘性填土和分、细砂地层，提供浅基础下的地基承载力，检验地籍图的夯实程度，检验建筑物基坑开挖后基底是否存在软弱下卧层。这种设备主要有圆锥头、触探杆、穿心锤及锤垫组成。试验时先用轻便钻具钻至试验土层标高，然后对土层进行连续触探，使穿心锤自由下落，将触探杆竖直打入土层中，记录每打入30cm的锤击数，记录N10（锤重10kg、落锤距离50cm）。中型动力触探：这类设备适用于一般粘性土、粉土。该设备有触探头、触探杆、穿心锤等组成。落锤重28.0kg,落锤距离80cm。该设备试验时，每一触探孔应连续贯入，直至预定深度，不宜中断。贯入时应记录贯入深度（通常8-10m或更深），一阵击（可取连续5-10击）的锤击数及相应的贯入量。重型动力触探：这种设备适用于砂类或碎石类土。该种设备也有触探头、触探杆、穿心锤等组成。落锤重63.5kg,落锤距离76cm,这种设备的探测深度可达15-20m或更深。用该设备进行触探试验时，贯入前触探架要安装平稳，保持触探孔垂直，穿心锤应自由下落并连续贯入，约20击/min左右。应记录一阵击的锤击数及相应的贯入度，并按10k/s算得每贯入10cm的击数，并对其修正，修正分三个方面，一是触探孔壁摩擦效应修正，但在松砂和砾石中，一般不考虑孔壁摩擦效应；二是触探杆长度校正;三是地下水影响校正。超重型动力触探应用如遇密实地层，重锤贯入10cm,锤击数大于50击，此时应改为超重型动力触探仪。如箱、筏基础下的密实卵石地层，又如深桩基工程中的密实或硬地层都应用特重型动力触探仪。4.标准贯入试验 标准贯入试验设备主要由标准贯入器（探头）、触探杆、穿心锤等组成。穿心锤重63.5kg,下落高度76cm;贯入器内径35mm,外径51mm,全长为700mm;触探杆外径42mm(孔深大于15m时，用外径50mm的探头)。最大贯入试验深度30m左右或可更深。标准贯入试验的力学机理：动力作用理论、用极限平衡理论进行研究、用波动理论进行研究。5.轻型、中型、重型动力触探试验确定各类土的承载力，标准灌入试验结果N的工程应用：确定砂土、粘性土承载力；N与土的比例界限、压缩模量、桩基承载力关系。N用于评价饱和砂土、粉土的地震地层液化判断。第七章 软岩及土的流变试验1.软岩的基本特征是强度低，孔隙率高，重度小，渗水、吸水性好，易风化，易崩解，具有显著的膨胀性和明显的时效性。作为工程材料，其稳定性差。由于岩体开挖后出现持续变形，对英语不稳定岩石包括泥质夹层节理弱面等，往往有流变性、粘弹性、粘弹塑性等。流变性又称粘性，是指物体受力变形过程与时间有关的变形性质。软岩流变的一个重要特征是其强度随时间的延长而降低。软岩的流变性包括弹性后效、流动、结构面的闭合和滑移变形。弹性后效是一种延迟发生的弹性变形和弹性恢复。流动又可分为粘性流动和塑性流动，它是一种随时间延续而发生的塑性变形（永久变形），其中粘性流动是指在较小力作用下发生的塑性变形，塑性流动是指外力到达屈服极限值后才开始发生的塑性变形。闭合和滑移是岩体中结构面的压缩变形和结构面间的错动，也属塑性变形。软岩的流变力学特征主要包括四个方面：a.蠕变，在恒定应力作用下，变形随时间逐渐增长的现象；材料的蠕变曲线可用室内试验或现场测得，曲线分三个阶段：衰减蠕变、等速蠕变、加速蠕变；三种类型：稳定蠕变、亚稳定蠕变、不稳定蠕变；b.应力松弛，当应变保持一定时，应力随时间逐渐减小的现象；c.流动特征，时间一定时，应变速率与应力大小的关系；d.长期强度，在长期荷载的持续作用下软岩的强度。2.松弛性：是指在保持恒定变形条件下，应力随着时间延续而逐渐减小的性质。可划分为三个类型；立即松弛、完全松弛、不完全松弛。3.流动极限的衰减性质。4.影响软岩流变性质的因素：软岩中岩块单元的物质成分与风化程度、岩体结构面的形态和充填情况、岩体赋存环境的应力场、地下水及压力分布、荷载长期作用。5.