《桩基工程勘察》PPT课件

'第2章　桩基勘察2.1概述2.2桩基勘察目的2.3岩土工程勘察分级及相应的勘察方法2.4勘探点平面和深度设置原则2.5岩土的工程分类2.6岩土参数的物理意义2.7工程勘察报告编写及内容2.8勘察报告的阅读及桩基设计应考虑的因素2.9桩型选择和桩基优化及基坑开挖建议1 2.1概述工程建设的基本顺序可归纳为勘察——设计——施工——监理——反馈设计（信息化施工）。所以桩基工程勘察是桩基工程设计施工的前提条件。设计施工人员必须详细阅读勘察报告，了解场地工程地质条件。工程建设采用桩基，必须首先根据上部结构的荷载要求和桩基的受力性状做好桩基岩土工程勘察工作。桩基工程勘察应围绕解决合理选择持力层，正确提供桩侧摩阻力和桩端阻力特征值，正确估计沉桩可能性，提出桩型选择和桩基设计施工建议等主要问题来制定方案和进行勘察工作。本章将重点介绍桩基工程勘察的目的、岩土工程勘察分级及相应的勘察方法、勘探点平面和深度设置原则、岩土的工程分类、岩土参数的物理意义、工程勘察报告编写及内容、勘察报告的阅读及桩基设计应考虑的因素、桩型选择和桩基优化及基坑开挖建议等方面的内容。2 学完本章后应掌握以下内容：（1）桩基工程勘察的目的；（2）岩土工程勘察的分级及相应的勘察方法；（3）勘探点平面和深度设置原则；（4）岩土的工程分类；（5）岩土参数的物理意义；（6）工程勘察报告编写及内容；（7）勘察报告的阅读方法；（8）桩型选择和桩基优化方法及基坑开挖建议。学习中应注意回答以下问题：（1）桩基工程勘察应着重解决哪些问题？（2）如何根据工程重要性、场地复杂程度及地基复杂程度来划分岩土工程勘察等级？（3）勘探点平面布设有哪些原则？勘探点深度设计有哪些原则？（4）地质报告中通常包含哪些岩土参数？各参数的物理意义是什么？（5）工程勘察报告如何编写？报告中包括哪些内容？（6）勘察报告如何进行阅读和使用？（7）如何进行桩型选择和桩基优化选择？3 2.2桩基勘察目的桩基勘察在按常规要求弄清场地工程地质和水文地质条件的同时，要着重注意解决以下主要问题：1.查明场地各层岩土的类型、深度、分布特征和变化规律查清各土层的深度分布有利于桩型的比较、软弱下卧层的变形验算及持力层选择。2.合理选择桩端持力层并画出持力层等高线变化图桩端持力层指地层剖面中能对桩起主要支承作用的土(岩)层。无论何类桩型，都有合理选择桩端持力层的问题，即便是摩擦桩，亦有将桩端选择在桩侧阻力相对较大的地层上的问题。设计上经济合理除了要选择好持力层，要求勘察人员除按成因类型和岩性分层外，还要求细致地作好力学分层。当采用基岩做桩持力层时，应查明岩性、构造、岩面变化、风化程度、碎石带、洞穴等。桩端持力层应根据地质条件，上部结构荷载特点和施工工艺并依据安全性、经济性来综合确定。4 3.查明水文地质条件，评价地下水对桩基影响以及对混凝土的侵蚀性地下水是否丰富、是否有为承压水对桩基的施工影响很大，地下水水质情况对钢筋混凝土的腐蚀性需要进行综合评价，并在设计中采取相应措施。4.查明不良地质条件（如滑坡、崩塌、泥石流及液化等）和防治措施当地下土层具有软弱夹层等滑坡条件或桩端持力层高差起伏很大时，还需要在设计时考虑桩基的稳定性。5.正确提供单位面积桩侧阻力和桩端阻力特征值桩侧阻力和桩端阻力是桩基设计的关键参数。目前，国内主要是根据土的状态(黏性土)和密度(砂土、碎石土)按有关规范(国家规范和地区性规范)查表确定，这些表格来源于大量桩的载荷试验和工程实践经验，是可信和合理的，但在实际选用中要注意避免过于机械、简单化的倾向。理论和工程实践表明，桩侧阻力和桩端阻力不仅决定于土的状态和密度，它们与桩的长径比L／d、侧阻力、端阻力的发挥过程有密切的关系，桩的嵌入深度、施工方法、残渣厚度对桩承载力亦有很大影响。岩土工程师在提供单位面积桩侧摩阻力和桩端阻力标准值建议时应充分认识、考虑这些因素。设计和施工人员在使用时也要综合应用。5 6.正确估计沉桩可能性当根据地质条件、土层情况和上部结构荷载特点选用了某层作为桩端持力层时，还要充分考虑桩是否能顺利地达到所选择的持力层。对于预制桩，当选择了下部适宜的持力层，若上部分布有比较厚且较密实的砂层时，必须充分研究和判断打入或压入桩的可能性。一般是根据土的标贯击数、静力触探比贯入阻力和已有地区经验进行判断，必要时还需进行试打或试压。对于钻孔灌注桩，当持力层上有很差的淤泥层时，应充分估计和研究钻孔灌注桩钻进和水下浇灌混凝土过程中，有无缩颈和断桩的可能性。当上部土层有可液化的砂土层时一般应避免采用锤击式的夯扩灌注桩等桩型。7.提出单桩竖向承载力特征值和桩型选择的建议在充分研究上述问题之后，岩土工程勘察报告除提供各岩土层物理力学性质等参数，以及摩阻力、端阻力的建议值外，最后应提供本场地宜选桩基的类型及各种规格的单桩竖向承载力特征值供设计使用。设计单位在选定桩型时要充分考虑上部结构的荷载特点、建（构）筑物的沉降要求、平面布桩形式、施工难易程度、经济性、安全性及发挥桩土力学性能等诸方面综合平衡，并至少选择三种方案相互比较，优化确定最终方案。6 2.3岩土工程勘察分级及相应的勘察方法2.3.1岩土工程勘察分级岩土工程勘察等级的划分是根据工程重要性、场地复杂程度及地基复杂程度三个方面确定的，因此首先来看一下这三个方面的等级划分。7 8 9 10 11 2.3.2岩土工程勘察点线距布置方法12 13 14 15 2.4勘探点平面和深度设置原则16 17 18 19 上述各规范在进行钻孔深度设计时，除上海规范外，都分为控制性钻孔和一般性钻孔，这样区别对待，所设计钻孔深度是经济合理的。当以土层作为持力层时，《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)和《建筑桩基技术规范》等均规定控制孔要穿透压缩层深度，一般性钻孔要进入持力层3～5m；而《高层建筑岩土工程勘察规程》和浙江省标准《建筑软弱地基基础设计规范》(DBJ10—1—90)，则规定控制性勘察点应进入持力层3～5m，一般性勘探点进入持力层l～2m。这是对“控制性孔”的理解有所不同。前者把凡是要满足计算沉降需要的钻孔，均列为控制性孔，其他均为一般性孔；而后者对要计算沉降的另有规定。此处的控制孔是控制地层变化的。当持力层比较明确时，例如以卵石层等坚硬地层作为持力层，控制孔进入卵石层3～5m，一般孔进入卵石层1～2m，亦是完全合适的。当以中等风化、微风化岩体作为持力层，其钻孔进入深度，一些规范规定进入的具体数值，例如3～5m；另一些规范规定进入深度按桩径考虑，例如3倍桩径或3～5倍桩径，后者的规定更为合理。必须注意，当所选择的桩端持力层下有软弱下卧层时，控制性钻孔深度应穿过软弱下卧层到下部坚硬岩土层；当桩端持力层下有残、坡积的滚石，钻孔时也必须打穿；当桩端持力层下有灰岩溶洞时，钻孔也必须打穿到下部致密岩层；当桩端持力层起伏较大时，必须加密勘探孔并画出持力层顶板等高线图，供设计使用。20 2.5岩土的工程分类建筑物大多是建造在岩土层上的，地基岩土的好坏直接影响到建筑物的安全性和处理方式，因此对岩土的工程性状必须要有全面的了解。先让我们来了解岩石和土的工程分类，再来学习为什么要这样分类。岩石(rock)是天然产出的由一种或多种矿物按一定规律组成的自然集合体，岩石构成地壳及上地幔的固态部分，是地质作用的产物，岩石分为岩浆岩、沉积岩和变质岩三大类。土是岩石在风化作用后经搬运作用或在原地或在异地各种环境下形成的堆积物。不同类型的土、不同区域的土、不同埋深的土、不同成因的土有着不同的工程地质性状。土的物质组成由作为原生矿物的固体颗粒、土中气体和土中水组成。在工程建设中有必要对岩石和土进行工程分类，以便在工程建设和理论研究中对不同土进行合理安全地处理和基础设计。我国《岩土工程勘察规范》和《建筑地基基础设计规范》对岩石与土的工程分类如下：21 22 23 24 2.5.2土按堆积年代分类土按堆积年代分类可以分为老黏性土、一般黏性土和新近堆积的黏性土。1.老黏性土老黏性土（oldcohesivesoil）是指第四纪晚更新世(Q3)及其以前堆积的土。它是一种堆积年代久、工程性质较好的土，一般具有较高强度和较低压缩性。主要指广泛分布于长江中下游的晚更新世下属系黏土(Q3)、湖南湘江两岸的网纹状黏性土(Q3)和内蒙古包头地区的下亚层土(Q3)。2.一般黏性土一般黏性土（commoncohesivesoil）是指第四纪全新世(Q4文化期以前)堆积的黏性土。其分布面积广，工程性质变化很大，是经常遇见的岩土工程勘察对象。其压缩模量一般小于15MPa；标准贯入锤击数N多小于15击；多属于中等压缩性。其他物理力学性质指标则变化较大。黏粒(d<0.005mm)含量一般达15％以上，透水性低，而灵敏度高，作为建筑物的天然地基应注意其可能会产生不均匀沉降。3.新近堆积的黏性土新近堆积的黏性土（recentlydepositedcohesivesoil）是指文化期以来堆积的黏性土，一般为欠固结，强度低。25 2.5.3土按地质成因分类土按地质成因分类可分为残积土、坡积土、洪积土、冲积土、淤积土、冰积土和风积土。2.5.4土按颗粒级配或塑性指数分类《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)、《建筑地基基础设计规范》(GB5007—2002)中的土按颗粒级配或塑性指数分类分为碎石土、砂土、粉土和黏性土。26 27 28 29 30 2.6岩土参数的物理意义在一份地质勘察报告中，各层土通常有以下一些岩土参数，如天然含水量、孔隙比、孔隙率、饱和度、土重度、液限、塑限、液性指数、塑性指数、压缩系数、黏聚力、内摩擦角、压缩模量、侧阻特征值、桩端承载力特征值等。下面对桩基工程设计中最为关心的各种参数及所表达的意义作简要介绍。31 2.6.1土的基本物理性质指标表示土的三相比例关系的指标，称为土的三相比例指标，亦即土的基本物理性质指标，包括土的颗粒比重、重度、含水量、饱和度、孔隙比和孔隙率等。各种指标的物理意义见表2-18。32 33 34 2.6.2黏性土的塑性指数和液性指数35 36 2.6.3压缩系数与压缩模量37 2.6.4黏聚力与内摩擦角土的抗剪强度是指土体抵抗剪切破坏的极限能力，是土的重要力学性质之一。工程中的地基承载力、挡土墙土压力、土坡稳定等问题都与土的抗剪强度直接相关。建筑物地基在外荷载作用下将产生剪应力和剪切变形，土具有抵抗剪应力的潜在能力—剪阻力，它随着剪应力的增加而逐渐发挥，剪阻力被完全发挥时，土就处于剪切破坏的极限状态，此时剪应力也就达到了极限。这个极限值就是土的抗剪强度。如果土体内某一部分的剪应力达到土的抗剪强度，在该部分就开始出现剪切破坏。随着荷载的增加，剪切破坏的范围逐渐扩大，最终在土体中形成连续的滑动面，地基发生整体剪切破坏而丧失稳定性。决定无黏性土强度的主要因素是其颗粒间的紧密状态，决定黏性土强度的主要因素是其软硬程度。38 39 2.6.5单位面积桩侧摩阻力特征值与端阻力特征值40 41 42 43 3.现场原状地基土载荷试验法，包括浅层载荷试验，深层载荷试验及桩端岩基载荷试验等。平板荷载试验发生整体剪切破坏的地基，从开始承受荷载到破坏，其变形发展的过程可分成三个阶段：44 45 2.7工程勘察报告编写及内容工程勘察报告必须配合相应的勘察阶段，针对建筑场地的地质条件、建筑物的规模、性质及设计和施工要求，对场地的适宜性、稳定性进行定性和定量的评价，提出选择建筑物地基基础方案的依据和设计计算的参数，指出存在的问题以及解决问题的途径和办法。工程勘察报告包括文字报告和图表。46 2.7.1文字报告基本要求1.工程勘察报告所依据的原始资料，应进行整理、检查、分析，确认无误后方可使用。2.工程勘察报告应资料完整、真实准确、数据无误、图表清晰、结论有据、建议合理、便于使用和适宜长期保存，并应因地制宜，重点突出，有明确的工程针对性。3.岩土工程勘察报告应根据任务要求、勘察阶段、工程特点和地质条件等具体情况编写，并应包括下列内容：1）勘察目的、任务要求和依据的技术标准；2）拟建工程概况；3）勘察方法和勘察工作布置；4）场地地形、地貌、地层、地质构造、岩土性质及其均匀性；5）各项岩土性质指标，岩土的强度参数、变形参数、地基承载力的建议值；6）地下水埋藏情况、类型、水位及其变化；7）土和水对建筑材料的腐蚀性；8）可能影响工程稳定的不良地质作用的描述和对工程危害程度的评价；9）场地稳定性和适宜性的评价。47 4.岩土工程勘察报告应对岩土利用、整治和改造的方案进行分析论证，提出建议；对工程施工和使用期间可能发生的岩土工程问题进行预测，提出监控和预防措施的建议。5.对岩土的利用、整治和改造的建议，宜进行不同方案的技术经济论证，并提出对设计、施工和现场监测要求的建议。6.任务需要时，可提交下列专题报告：1）岩土工程测试报告；2）岩土工程检验或监测报告；3）岩土工程事故调查与分析报告；4）岩土利用、整治或改造方案报告；5）专门岩土工程问题的技术咨询报告。7.勘察报告的文字、术语、代号、符号、数字、计量单位、标点，应符合国家有关标准规定。8.对丙级岩土工程勘察的成果报告内容适当简化，采用以图表为主，辅以必要的文字说明；对甲级岩土工程勘察的成果报告除应符合本节规定外，尚可对专门性的岩土工程问题提交专门的试验报告、研究报告或监测报告。48 2.7.2图表要求根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）,成果报告应附下列图件：1）勘探点平面布置图；2）工程地质柱状图；3）工程地质剖面图；4）原位测试成果图表；5）室内试验成果图表；6）桩持力层等高线图。当需要时，尚可附综合工程地质图、综合地质柱状图、地下水等水位线图、素描、照片、综台分析的图表以及岩土利用、整治和改造方案的有关图表、岩土工程计算简图及计算成果图表等。49 2.7.3工程勘察报告提供的参数50 2.8勘察报告的阅读及桩基设计应考虑的因素为了充分发挥勘察报告在设计和施工中的作用，必须重视对勘察报告的阅读和使用。阅读时应先熟悉勘察报告的主要内容，了解勘察结论和计算指标的可靠程度，进而判断报告中的建议对该项工程的适用性，做到正确使用勘察报告。这里，需要把场地的工程地质条件与拟建建筑物具体情况和要求联系起来进行综合分析。工程设计与施工，既要从场地和地基的工程地质条件出发，也要充分利用有利的工程地质条件。51 2.8.1场地稳定性评价地质条件复杂的地区，综合分析的首要任务是评价场地的稳定性，其次才是地基的强度和变形问题。场地的地质构造(断层、褶皱等)、不良地质现象(泥石流、滑坡、崩塌、岩溶、塌陷等)、地层成层条件和地震等都会影响场地的稳定性。在勘察中必须查明其分布规律、具体条件、危害程度。在断层、向斜、背斜等构造地带和地震区修建建筑物，必须慎重对待，对于宜避开的危险场地，不宜进行建筑。但对于已经判明为相对稳定的构造断裂地带，还是可以选作建筑场地的。实际上，有的厂房大直径钻孔桩还直接支承在断层带岩层上。在不良地质现象发育且对场地稳定性有直接危害或潜在威胁的地区，如不得不在其中较为稳定的地段进行建筑，也须事先采取有力措施、防范于未然，以免中途改变场地或花费极高的处理费用。对于桩端高差起伏的硬持力层，桩基全断面入持力层必须达到一定的深度后才能防止滑移。总之，桩基设计要考虑稳定性问题。52 2.8.2桩基持力层的选择对不存在可能威胁场地稳定性的不良地质现象的地段，地基基础设计应在满足地基承载力和沉降这两个基本要求的前提下，尽量采用比较经济的浅基础，这时，地基持力层的选择应该从地基、基础和上部结构的整体性出发，综合考虑场地的土层分布情况和土层的物理力学性质，以及建筑物的体型、结构类型和荷载的性质与大小等情况。当天然地基承载力不能满足上部结构荷载时，需要采用桩基，通过桩基将上部结构的荷载传递到下部坚硬的地层中，这一地层就是桩基的持力层。桩基持力层的选择要做到安全性、经济性、施工方便性和发挥桩土性能诸方面相结合。桩基持力层选择必须要首先考虑上部结构传递单桩的承载力和变形要求。如杭州钱塘江北岸地层上部0-3m为杂填土；3-5m为淤泥质地层；5-21m为粉砂土及粉质黏土地层；21-25m为淤泥质地层；25-36m为粉砂层和粉质黏土层；36-45m为圆砾层；45m以下为含砾泥质粉砂岩。针对这样的地层，一般6层以下的多层建筑可采用短桩基础，桩长约10m左右，持力层为粉砂层。对于18层的高层建筑可采用中长桩，桩长30m左右，持力层为圆砾层（有时桩底注浆）。对于30层以上的超高层建筑采用长桩，桩长40m以上，持力层为圆砾层实行桩底注浆或将桩直接打到中风化基岩中，桩长约50m。总之，桩基持力层的选择既要满足房屋安全需要，又要经济合理，施工方便快速。53 2.8.3选择桩基的环境因素一般情况下，桩基础在成桩过程中将对周围环境产生影响，不同桩型、不同桩长、不同施工工艺对环境的影响大小不同。1.一般打入式桩和振动桩在施工时会产生较大的震动，容易影响周围建筑物的安全，造成邻近的浅基础的建筑物发生裂缝、倾斜等，或影响精密仪器的使用。2.在预应力管桩和预制方桩施工中，如施工方法不当或未采取有效措施会造成不同程度的挤土，从而引起地面隆起和侧移，威胁其他建筑物的安全。同时后打的桩也会影响已经沉入土中的桩，使其上浮、脱节或偏位倾斜。所以在打桩施工前应根据土质条件、场地情况和布桩方式选取合适的桩型、沉桩方法和打桩顺序，以尽量减少此类影响。如采取取土植桩、重锤轻击、预钻应力释放孔、合理调整打桩顺序和打桩节奏，同时加强监测反馈指导打桩。3.钻孔桩施工中泥浆是护壁的重要手段。但泥浆对环境影响很大，选择桩型时必须要有泥浆循环通道和排放的空间，最好选用箱式内循环装置以防止泥浆外溢。4.城市场地地下往往有老基础、老堤坝、老管线、老桩基等障碍物，在选择桩型时必须要考虑如何排除避开这些障碍物。5.选择桩型前必须了解场地周边环境条件，包括周边的老房子的结构基础形式和安全性、周边道路管线特点及埋深、周边河道情况、周边地下水位情况、设计桩顶标高情况及地下室的开挖深度等，这样才能有针对性地选择对本场地施工最优的桩型。总之，所选桩型要在满足房屋安全需要条件下，尽可能减少对周边环境的影响。54 2.9桩型选择和桩基优化及基坑开挖建议根据所设计的上部结构类型、荷载特点、地质情况和周边的环境条件及施工可行性选择最优的桩型并做经济合理性优化分析。2.9.1桩端持力层确定原则桩基础设计的第一步，就是根据场地勘察报告中地质土层剖面情况，结合建筑物结构类型、荷载情况、施工方便等因素，选择桩端持力层。应尽可能使桩支承在承载力相对较高的坚实土层上。1.钻孔灌注桩一般直径比较大且单桩竖向承载力较高，上部结构荷载相对较大，所以桩端持力层一般应至少选择在砂性土，并以粗颗粒的砾石、卵石、漂石做持力层且采用桩端后注浆为好。如荷载很大，一般应将桩端持力层选在中风化基岩中（如强风化基岩特别厚且性能好也可以选择强风化岩做为桩持力层）。钻孔灌注桩一般不宜选择软弱土层做桩端持力层。人工挖孔桩一般为短桩且一般只计算端承力，所以桩端持力层应选择在较硬的基岩中。55 2.预应力管桩（预制方桩）属于挤土型桩，施工方式有锤击打入式和压入式（顶压、抱压）两种。桩端持力层一般根据上部结构的荷载特点、分配到各桩的单桩竖向承载力和地质条件及施工难易程度来确定。对荷载不大时可以采用本地区的第一层持力层（至少为黏土层）做桩的持力层同时做下卧层的变形验算，一般不应采用软弱土层做桩持力层。对于高层建筑一般应至少采用砂性土地层做桩端持力层，当然能选择砾石层或全风化、强风化岩层做为持力层更好。对于选择桩端很硬的岩层做持力层时，要控制单桩的总锤击数和最后贯入度，以免造成桩身被打碎。对于挤土型的桩，在打桩时要预先采取防挤土的措施。3.沉管灌注桩属于挤土桩，施工方式有锤击打入式、振动打入式和静压振入式三种。挤土问题和混凝土灌注质量问题是主要的问题，但由于沉管灌注桩桩径较小，单桩竖向承载力不高，桩长不长，所以桩基持力层往往根据地质条件来确定。有好的持力层更好，若没有好的持力层则只能采用摩擦桩，设计时要注意控制整体沉降量。4.一般地，桩端持力层下有软弱下卧层时，必须验算群桩基础的沉降量。5.当桩端持力层起伏时，要画出桩持力层顶板等高线图并以此作为设计桩长控制。56 2.9.2用地质资料估算单桩竖向极限承载力57 58 59 要注意上述表2-23、表2-24中数值为全国桩基技术规范的推荐数据，是统计平均数据。我国幅员辽阔，各地地质条件相差很大，各种土的岩土力学参数也不一样，在提供参数和使用参数时必须结合当地的地区经验综合确定桩基的设计参数。同时通过桩基的现场静载试验结果来修正勘察数据。2.9.3桩基优化建议根据初选不同的桩型和桩长桩径进行安全性、经济合理性、施工可行性综合分析，提出拟建建筑物在现地质条件下的桩基优选方案及设计参数。2.9.4基坑开挖建议桩基础深埋于地下，一般都要进行基坑开挖才能做基础。所以在桩基工程勘察中，要根据本场地地质条件和基础埋置深度合理提出基坑开挖支护设计方案的建议，并提供基坑设计参数和施工注意事项。60 思考题2-1桩基勘察的目的是什么？主要用来解决哪些问题？2-2岩土工程勘察等级如何划分？桩基工程勘察的点线间距如何确定？2-3桩基工程勘探点平面和深度设置有哪些原则？2-4岩石如何分类？土按堆积年代、地质成因、颗粒级配、塑性指数以及有机质含量各分为哪几类?2-5工程勘察报告中，土的基本物理性质指标有哪些？各种指标的物理意义是什么？土的三相比例关系的指标包括哪些？各自的定义是什么？各指标间如何进行换算？常见土的物理力学参数有哪些？2-6工程勘察报告中极限侧阻力和端阻力标准值如何确定？2-7工程勘察报告如何编写？报告中包括哪些内容？2-8怎样阅读工程勘察报告？设计桩基应考虑哪些主要因素？2-9如何进行桩型选择？桩基优化选择有哪些方法？基坑开挖时有哪些建议？61'