岩石基础强度计算.doc

1.岩石基础的概念岩石基础是将锚筋直接锚固于灌浆的岩石孔内，借助于岩石自身的抗拔、抗剪切能力，岩石与水泥砂浆间、水泥砂浆与锚筋间的粘结力来抵抗杆塔传递下来的荷载，以保证基础结构的稳定性的一种基础形式。它也被称为“原状土”式基础，其强度取决于岩石自身的抗拔、抗剪切强度，岩石与水泥砂浆间、水泥砂浆与锚筋间的粘结强度，钢筋的抗拉、抗剪切强度等。2.岩石基础设计的控制条件上拔稳定。3.岩石基础的特点充分利用岩石的整体性和坚固性，抗压能力强；岩孔较大开挖基坑小得多，节约材料，成本低廉，节约材料；岩孔开凿多用机械，节省劳动力。二、岩石基础的分类方法1.按岩石的坚固分类按岩石坚固程度分类如表2-19所示。表2-19 岩石按坚固程度分类表岩石类型代表性岩石硬质岩石花岗岩、花岗片岩、玄武砾岩、石灰岩、闪长岩软质岩石页岩、粘土岩、绿泥石片岩、云母片岩凡新鲜岩石的饱和单轴极限抗压强度大于300kg/cm2（29.4MPa）者，称为硬质岩石；小于300kg/cm2（29.4MPa）者，称为软质岩石。2.按岩石的风化程度分类按岩石风化程度分类如表2-20所示。表2-20 岩石风化程度分类表风化程度特征微风化岩质新鲜，表面稍有风化痕迹，整体性好，较坚硬中等风化结构和层理清晰；岩体被节理、裂隙分割为碎石状（2050cm），裂隙中有少量的风化填充物，锤击声脆，且不易击碎，手折不断；用镐难以挖掘，岩心钻可钻进；强风化结构和构造层理不甚清晰，矿物成分已显著变化；岩石被节理裂隙分割成碎石状（210cm），碎石可用手折断；用镐可以挖掘，手摇钻不易钻进；三、岩石基础的基本类型1.直锚式用于覆盖层厚度小于0.3m、微风化硬质岩石；如图2-27所示。2.承台式适用于覆盖层厚度在0.81.5m、中等风化，硬度稍差的岩石；如图2-31所示。3.嵌固式又称岩固式，适用于质地较软的强风化岩石，但要求岩石完整性好；如图2-28所示。 4.自锚式适用于微风化、硬质、完整性好的岩石；如图2-29所示。5.拉线式适用于岩质较硬、中等风化或弱风化岩石，作拉线基础；如图2-30。 各种形式的岩石基础中，除了拉线式外，随着基础承受的荷载的大小，又分为：单孔和多孔基础。四、岩石基础强度的设计计算1.岩石基础的五种破坏形式对岩石而言，其承受下压力的能力远大于一般土壤（如软质岩石的P100MPa），所以岩石基础一般不存在下压失稳的问题，抗倾覆也不成问题，岩石基础的控制条件是上拔稳定。岩石基础上拔稳定破坏一般有以下几种情况：锚筋被拉断。上拔力超过锚筋的允许拉应力；锚筋被拔出。锚筋与水泥砂浆间的粘结力不够；冰棒破坏。锚筋与水泥砂浆块一起从岩孔中拔出，水泥砂浆块与岩石间的粘结力不够；岩石整体性破坏。以岩孔为中心同心圆状裂隙向四周辐射，岩石基础垂直变形超过10mm；岩体被抬起（基础位于孤岩）。、种破坏可通过提高钢筋抗拉强度、钢筋与水泥砂浆间、水泥砂浆与岩孔壁间粘结力以满足设计要求，而第四种破坏则受岩石强度和岩石的完整程度的控制，因此确定岩体自身抗拔力是岩石基础设计的关键。2.岩石基础上拔稳定计算锚筋的抗拉强度计算钢筋与底脚螺栓合称锚筋。前已述及，钢筋的抗拉强度取其屈服点强度（Kg/mm2或N/mm2）。锚筋抗拉强度校核计算公式：锚筋与砂浆的粘结力应满足下式：与水泥砂浆的标号、锚筋的表面等因素有关，在相同的水泥砂浆一般有螺纹 ： 光面 =1.38：1一般地，对200号的水泥砂浆，取=20 Kg/mm2 ；对300号的水泥砂浆，取=30 Kg/mm2。在实际的工程中通常在锚筋的下部焊接如：圆盘、帮带、鱼尾等附加装置，如图2-28所示。因此 的物理学意义就不仅是反映锚筋与砂浆间的粘结能力，而且也反应了锚筋下部焊接的附加装置在上拔中对砂浆块的剪切，严格说来应称为粘剪强度。水泥砂浆与岩石间的粘结力式中D岩孔直径；h岩孔深度；n岩孔数；砂浆与岩石间粘结强度（Kg/mm2或N/mm2），其值主要与岩石的坚固性和风化程度有关，取值请查阅相关参数表岩石的抗拔力校核计算1)岩石的破坏，成喇叭状，其理想图如图2-32虚线所示。国外也有理论认为岩体的破裂面不是喇叭形状，而是正弦曲线形。岩石抵抗上拔荷载靠均匀分布在岩石破裂面上的抗剪强度（Kg/mm2或N/mm2）的合力在垂直方向的分力。破裂面的大小又取决于的大小，它一般取30或45。下面以取45来介绍岩体抗拔力的校核计算公式。2)的确定方法的确定通常是根据实验资料，选择具有代表性的岩石，在其上进行上拔破坏性实验而得到的。的实验数据离散程度，这是由于岩体的不均匀性及不同种类岩石间的差异引起的，所以对只能极其谨慎地规定取值区间，它只是粗略地反应了岩体抗拔能力与岩石质地的硬、软及风化程度等之间的关系。一般地说，岩石硬度愈高，风化愈弱，岩石的抗拔力愈强。3)岩石基础的上拔稳定校核计算对岩石基础的抗拔力，一般不考虑基础自重，因为岩石基础本身尺寸不大，而岩石基础的抗剪强度很大，自重在抗拔力中占的比例小。对单孔锚，如图2-33所示上拔力校核公式： 式中 D岩孔直径； h岩控埋深。对嵌固式或多孔群锚，如图2-34和2-35所示上拔力校核公式：式中Q承台自重；D基础下部直径或群锚时岩孔外接圆的直径；群锚时的孔间距；岩孔直径；实际计算公式在实际计算时可以按下面公式计算五、岩石基础施工1.施工机具简介施工机具分类：岩石基础施工与其它的现浇混凝土基础不同点是不开挖基坑，只凿岩孔。凿岩孔有人工和机械两种方法，人工凿岩孔用钢钎；机械用岩石钻机。岩石钻机的种类较多，多为各施工单位自行研制，下面做简单介绍。东北地区曾经试用的“争光10型”取样钻机，动力：2.2KW汽油机、孔径：4658.5 mm、孔深：10m；特点：可一人背运，钻进时采用杠杆加压，结构简单，操作容易。东北送变电工程公司在220KV兴-卧线岩石基础施工中用“TK25型”机动凿岩机，孔径：40mm。XJ100型钻机参见500KV线路施工实践相关资料。西南电力设计院和四川省送变电工程公司共同研制的轻型钻机，动力：柴油机，孔深10m，最大孔径：127mm，搬运时部件可拆卸，最大部件重95kg。1989年，沈阳光华实用技术开发公司研制出我国第一套适合输电线路岩石基础施工的钻机“QZZ88”型，轻便易装卸，孔径：90130mm，钻深：30m。2.岩石基础施工岩石基础施工，首先应根据设计资料逐基核查覆土层厚度及岩石性状，当实际情况与设计不符时，由设计单位提出处理方案；一般来说，岩石基础的经济性较好，但在原设计为岩石基础的情形下，实际塔位的覆土层厚度大于普通大开挖基础的埋深，采用岩石基础已无经济价值，为节省投资可将其改为普通大开挖基础；当然，若原设计为大开挖基础，而实际的覆土层厚度小于埋深处是岩石，也可将其改为岩石基础，以降低工程成本。岩石基础施工内容：清理施工基面（清理岩石上面的植被及覆土）、钻岩孔、安装锚筋、浇灌混凝土砂浆（配制、搅拌、浇灌）、养护；对承台式基础还有承台浇制（扎筋、支模、浇灌混凝土养护）、回填等。岩孔开挖或钻孔应满足以下要求：1)施工过程中应保证岩石构造的整体性不受破坏。2)岩孔中的石粉、浮土、孔壁松动的石头及积水应清除干净（用压缩空气或干净的水）。3)软质岩石成孔后，应立即安装锚筋或底脚螺栓，并浇灌混凝土，以防孔壁风化；若不能立即浇灌混凝土，应将孔口封闭，防止进入杂物和雨水等。岩石基础的锚筋或底脚螺栓的安装及混凝土的浇灌应符合下列规定：1)浇灌前应复查孔位、孔深等；2)锚筋或底脚螺栓埋入前应除锈，不允许有明显弯曲；埋入深度不得小于设计值；安装后应有临时固定措施，混凝土砂浆终凝前绝对不得触动；3)浇灌混凝土或水泥砂浆时，应分层捣实，并按现场浇灌混凝土的规定进行养护；岩石基础浇灌的通常为细卵石混凝土（如200号混凝土，石径0.51cm，中砂，525号水泥，坍落度1520cm）；4)岩孔内浇灌的混凝土或水泥砂浆的数量不得少于设计规定值；5)对浇筑的混凝土或水泥砂浆的强度检验，应以相同条件养护的试块为依据；试块每基取一组；6)对浇灌的岩石基础，应采取措施减少混凝土或水泥砂浆的收缩量；7)岩石基础的施工误差，岩石基础的施工成孔深度不应小于设计值；嵌固式成孔尺寸应大于设计值，且保证设计锥度；钻孔式成孔度孔径，允许偏差为20mm，整基基础施工允许偏差应与现场浇筑基础混凝土时的要求相同。小结1.岩石基础是将锚筋直接锚固于灌浆的岩石孔内，借助于岩石自身的抗拔、抗剪切能力，岩石与水泥砂浆间、水泥砂浆与锚筋间的粘结力来抵抗杆塔传递下来的荷载，以保证基础结构的稳定性的一种基础形式。岩石施工基本要求是保证上拔的稳定。2.岩石基础可以按岩石的坚固程度和岩石的风化程度来分类，其基本的类型有直锚式、承台式、嵌固式、自锚式、拉线式几种。3.岩石基础上拔稳定的计算包括：锚筋的抗拉强度计算锚筋与砂浆的粘结力、水泥砂浆