土木工程专业精品毕业论文--基坑支护毕业设计

'摘要大厦位于邯郸市陵园路北侧，西临邯山南大街，建筑面积22849m2，地上8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，根据场地的土层条件及邯郸市类似基坑工程的经验，为保证基坑的稳定性及尽量节省投资，经方案比选，拟采用土钉墙技术及排桩+锚杆（北侧）对该基坑进行支护。通过对拟建场地的工程地质条件分析，本工程存周围建筑物较多，北侧距离邯山区实验小学只有3.41米，工程土质较差需采用排桩维护。南侧和其他侧面距离重要建筑物较远，均采用人工放坡度土钉墙支护，细部设计见后文说明。在本次基坑支护设计过程中，先后分析了4种方案：1.悬臂桩支护；2.水泥土搅拌桩3.土钉墙支护；4.单支点排桩支护。对于悬臂桩支护方案，通过计算，桩长需要16m，桩体所承受的最大弯距较大，不合理；又因为土钉墙支护形式适合于较浅基坑，宜采用；通过对单支点排桩和悬臂桩两种支护方案的比较，考虑到降低成本，最终决定采用单支点排桩支护，土钉墙支护，关键词：基坑支护土钉墙排桩49 AbstractTheKangNaibuildinglocatesinnorthsideofLingYuanroadofHanDancity,andintheeastofHanShanSouthAvenue.Itcoversanareaof22.849m2withonthegroundistwenty-fourlayerandundergroundisonelayer.Itistheframeworkofshearwallstructure.Theworksarebasedondepthof5m,theactualexcavationdepthis4.75m.accordingtothesoilconditionsofthesiteandsimilarexcavationworksexperienceofHanDanCity,toensurethestabilityofthepitandsaveinvestmentasmuchaspossible.Tobeadoptedsoilnailingwallsandpiles+boltrow(north)tosupporttheexcavation.Throughanalyzingfortheengineeringgeologicalconditionsofthisproject,therearemanybuildingaroundthisproject.ThedistanceoftheprojectandHanShanexperimentprimaryschoolhaveonly3.41meters,theinstabilityofsoiltobeusedrowpilemaintenance.Thedistancefromthesouthsideandotherstoimportantbuildingsisfurtheraway.Soitistobeusedsoilnailwallsupport.Inthepitsupportingthedesignprocess,therehasanalyzedfourtypesofschemeoneafteranother:1.Cantileverpilesupport;2.cement-soilwall3.Soilnailingwallsupport,4.Pileinrowsingle-Fulcrumcare.Thecantileverpilessupportingneedthelengthof16m,soitisunreasonable.Soil-nailingwallsupportisusuallytobeusedforshallowpit.Throughcomparingthesinglefulcrumpilesandpilesofcantileversupport,takingintoaccountthelowercostsandultimatelydecidedtoadoptthesingle-rowpilessupporting,soilnailwallsupport。Keywords:PitSupport;Soilnailing-wall;Pilesinrow;49 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3049 8.4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49 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：⒈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。⒉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。⒊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22849m2，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：49 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0.60～2.80m，层底标高56.53~59.11m。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1.20～3.60m，层底标高53.70～56.86m。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2.00～3.00m，层底标高53.33～54.46m。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0.80～2.50m，层底标高51.83~53.03m。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2.70～4.90m，层底标高48.13~49.31m。49 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0.60～1.50m，层底标高47.30～48.33m。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0.80～3.10m，层底标高44.96～47.53m。第7－1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1.90~2.20m，层底标高44.84～45.63m。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3.3～5.4m，层底标高40.10～42.33m。第8－1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36.10～39.70m。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55～60％，一般粒径20～50mm，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25.60～25.80m，层底标高11.53m。第10～1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0.50～1.80m，层底标高25.03～29.34m。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9.70—10.70m，近3－5年地下水位埋深8.00m，为微承压水。3设计依据该建筑面积2254.9m2，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49 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γ0＝1.0。（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γ0一级支护结构破坏，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：49 4.2.2Blum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ξ=1.2549 X=ξl=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。49 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：49 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49 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49 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5-45.3.3.2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Ｃ２０，；钢筋选用ＨＲＢ３３５，，8根Ф20，=2513图5-6桩截面积49 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49 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49 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h<10m时49 桩置于非岩石地基中，查表，按得：49 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49 =0.5m时=1.0m时=1.5m时=2.0m时=2.5m时=3.0m时=3.5m时=4.0m时49 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49 =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：49 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h<10m时桩置于非岩石地基中，查表，按得：49 ∴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)49 图5—11腰梁计算简图弯矩图：剪力图：由上图看出：因,即:腰梁：选2[12.66.土钉墙支护：6.1土钉设计参数如下：6.1.1土钉长度49 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Ф16~Φ32Ⅱ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，C20Φ6@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100mm;（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：49 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：49 (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：49 6.3.1分条宽度为1.0m，分7条，计算简图如下：49 49 ∴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：49 49 ∴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)×8×2.47kg/m=6214.52kg箍筋重量=37×4×3.14×0.8m×1.21kg/m+37×8.5×5×2×3.14×0.4m×0.617kg/m=2887kg冠梁:主钢筋重量=10×60m×1.21kg/m=726kg箍筋重量=5×60×2.4m×0.395kg/m=284.4kg锚杆重量=36×1×16m×4.83kg/m=2782.88kg土钉：土钉重量=8352×1.58kg/m=13196.16kg钢筋网片重量=25×1171.2m×0.222kg/m=6500.16kg加强筋重量=1452m×1.58kg/m=6500.16kg钢筋费用=钢筋重量×钢筋单价=36.32t×3100元/t=11.26万元7.2混凝土土用量桩：排桩混凝土量=1.3×37×3.14×0.16×8.5=205.4m3冠梁:混凝土体积=1.3×0.8×0.4×60=25m3面层混凝土用量=1.3×1171.2×0.1=152.5m37.3水泥用量锚杆孔水泥用量=1.3×36×3.14×（0.225-0.00059）×11=23m3土钉水泥用量=1.3×8352×3.14×（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：49 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2~3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1～2MPa。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。49 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。鸣谢感谢…….49 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。49 [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。49 1.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。2.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-SituFesting也称现场试验OnTheSpotFesting。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PlateLoadingTest4.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0.25-0.5m49 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(FieldVanShearTest)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φ=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（PressureMeterTest,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。49 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(conepenetrationtest)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。49 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①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）。②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。③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。④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49 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.土的流变软土主要是有粘粒与粉粒组成的，由于该两种土颗粒在个中土体中所含分量不同且结构各异，以及土中的水、气、矿物质、有机质等其他物质的混合，导致了不同土体梵音出的工程特征差异可能较大的现象，是土木工程建设中遇到的问题最多土质之一。软土就是具有高孔隙比、大含水量、低强度、高压缩性、低渗透性及触变性等工程特征，以近代沉积的细颗粒粘性土为主的软弱土层的统称。土体的变形和应力与时间有关的现象称为土的流变现象。土体变形受到边界约束，这种约束有抵消蠕动变形的趋势；还有颗粒表面所吸附的水或气的粘滞性。土的流变变形有压缩和剪切两大类，沉降分析中主要考虑土受压时的流变特性，强度问题则主要研究土受剪时的流变特性。影响土流变性质的因素：矿物成分的影响、含水量及孔隙水性质的影响、应力历史和应力路径的影响、应力大小应力水平的影响，温度的影响。6.流变试验测试方法及设备a.测试方法：微细观流变试验借助光学显微镜或扫描电子显微镜观察软岩和土的微观结构；宏观流变试验根据条件的不同分为室内试验和现场试验。b.软岩室内试验按仪器类型分为单轴压缩试验、常规三轴压缩试验及真三轴压缩试验。岩石流变实验设备主要有两种：蠕变仪和松弛仪。7.土流变试验测定a.土流变室内试验方法：单轴压缩试验是对固结容器内装如的试样直接施加轴向应力进行固结和压缩试验，缺点试样边界应力状态部明确、受力部均匀；试验中难以控制排水条件；常规三轴压缩试验是对哟偶那个橡胶膜包起来的圆柱形试样，在三轴受压室先受到围压作用，再利用活塞和试样帽施加轴向应力，进行固结和压缩试验。其主要缺陷是试帽和底座限制了土样与剪切应力松弛仪、常规三轴应力松弛仪的联结。真三周仪克服常规三轴试验中试样受轴对称力的缺点，能在三个方向施加不同应力。b49 .软土试样制备分为原状软土试样制备及重塑性软土试样制备。原状软土试样是指现场将土样装入击实容器中，以50-100kpa的压力压密，在实验室内用钢丝锯、切土盘、刀具等将原状软土切削称具有特定要求的形状和大小的试样。重塑软土试样制备是指取出一定数量的软土并根据所需含水率算出用水量，并喷洒到土料上拌匀，稍静置后放入塑料袋，放于密闭容器内20h以上。8.软岩流变过程往往具有四个特点，即流变起始点、等速流变起始点、加速流变起始点以及流变破坏点。软弱夹层和节理结构面的流变形态是决定不连续岩体流变特征的关键。软土蠕变、松弛、流动和强度规律的流变特征曲线可分为：直线簇、折线簇及曲线簇三种。由于目前软岩和土的流变现象非常普遍，如泥石流、滑坡、冰川等，有的流变过程经常与工程构筑物相互作用下发生，这种流变现象发生时间不太长，与建筑物的使用期相当，如挡土墙位移、边坡稳定、基坑变形以及地下结构物的变形等等，不得不考虑土的流变性。9.长期强度是使岩石在无限长时间内连续蠕变而不至于破坏所能承受的最大应力值或极限应力值。根据长期强度可以判别岩石流变破坏情况。第八章岩土中的应力测量1.土中的应力测量分为两种类型，一类是在界面处的应力称为接触应力，如基础底面、挡土墙背处；另一类是在土体内部如地基内部、边坡内部。测土中应力有一个基本要求，这就是介质是连续介质。土压力盒测量原理是金属薄膜与土直接接触，金属薄膜内表面的两个支架张拉着一根钢弦，金属薄膜受到压力后而发生挠曲伸长变形，钢弦振动，其自振频率相应变化，可用频率仪测定频率。2.广义地说，地应力就是地层或地壳中，在人类工程活动之前就已存在的某种应力状态，也称初应力、原始应力。岩体中的地应力是由于岩体自重、温度应力、岩体中的水压力、气压力，还有重要的地质构造应力及其影响因素而致。所谓的构造应力即构造运动包括建造和改造所形成的断裂（节理、裂隙和断层）、褶皱、变质、不整合等在岩体内部即构造带上及周围积聚的应力状态，当然还要看当地的应力释放或封存条件。地应力存在的影响因素有：原始积聚的应力大小、后来的地质构造、地层和地形的变化及其他一些影响因素。从地质历史上看，地应力在地质构造中消耗一部分，还会自然释放一部份，同时还会残留一部分，所以有人也吧地应力称为残余地应力。地应力的作用方向、作用位置要靠地质、地质力学、岩体力学及专门的技术来判定，靠钻探来证实。3.地应力研究、测量的方法及类型有：岩体表面应力测量技术、钻孔地应力解除技术、水压裂法地应力测量技术、声发射测量地应力。4.地应力测试结果的应用：a.地应力场的分析模型，力学模型要便于数学分析，自重应力场，构造应力场都是要确定边界条件。边界条件包括边界范围和约束；b.选择水工坝址，确保稳定安全；c.选择最佳的地下洞室轴线，要首先确定在工程区域起控制作用的主构造线方向（如断层走向、褶皱轴线等），最大主应力线和它垂直；d.洞形选择当水平应力大于竖直应力时，地下洞室适宜于横放椭圆，当竖直应力大于水平应力时，洞室适于竖放椭圆。洞壁圆滑些比较好；e.底板和侧壁的内鼓破坏开挖过程对岩体是个卸荷的力学过程，必然引起内鼓、错断、缩径，是施工支撑结构发生变形至破坏。f.合理确定洞室群间距；g.地下洞室的设计与施工。49 第九章声波测试声波测试技术是一种现代物理技术，该技术主要是应用声学原理，采用声电转换技术，依据弹性波理论，利用波速这一参数，结合波幅、波频、波形等特征，来反应介质质点运动的力学特征，获得工程地质与室内试样的物理力学特征。声波测试分室内和室外两种。室内主要是测定岩土试样的声波波速，用来计算岩土试样的物理力学参数；室外主要是在工程现场通过原位测试，用弹性波波速来对地质进行评价，尤其是岩体的完整性与稳定稳定性评价。概括起来，声波测试技术可以解决以下几方面的问题：1）岩石试样的物理力学性质的测定和估算，如动弹性模量、泊松比等。2）利用声波参数结合地质因素，对工程地质进行分类、分级。3）利用声波探测技术评价地下工程围岩的稳定性，包括围岩松弛带范围的测定和围岩稳定性的定期观测。4）利用声波测井技术，进行工程地质勘探钻孔及孔间地质剖面分层，确定风化层厚度，为设计开挖及处理提供依据。5）岩体中存在缺陷，如构造断裂、岩溶洞穴的位置和走向及规模，张开裂隙的延伸方向和走向及规模，张开裂隙的延伸方向和长度的探测。6）工程岩体施工及加固效果的检测，如爆破、喷锚支护、补强灌浆的质量检查等。由于声波是地质岩体土体的激励响应，目前在土体中多用于钻孔剪切波速与跨孔法波速的测定。2.在弹性介质内某一点，由于某种原因引起初始扰动或振动时，这一扰动或振动将以波的形式在弹性介质内传播，形成弹性波。当弹性波在传播过程中遇到介质突然变化的界面时（如岩体中的节理、裂隙和断层等），将会产生反射和透射，这是因为波动方程要满足界面上质点位移连续和应力连续条件。a.弹性模量降低时，岩体声波速度也相应的降低；b.岩石越致密，岩体声波波速越高；c.结构面的存在，使得声波速度降低并使声波在岩体中传播是存在各向异性；d.岩体风化程度大则声波速度低；e.压应力方向上声波速度高；f.孔隙率n大，则声波速度低；密度高，单轴抗压强度大的岩体声波速度波速高。3.声波测试仪器包括：发射系统、接收系统、信号记录及后处理系统。其相应的仪器有发射换能器、接收换能器、声波仪和笔记本计算机。在室内岩体试件进行声波测试时，通常采用透射直达波法，即在试件的上下两个断面或侧面，安置测试换能器。现场岩体平面声波测试根据现场条件与要求一般有垂直穿透法、斜角穿透法、平行穿透法。平面换能器声波检测试技术应用：浅裂缝检测、不密实区和空洞检测、表面松动损伤层检测；径向换能器声波测试技术：跨孔测试适用于岩体强度、划分完整性、岩体软弱结构面、溶洞检测、大块度混凝土浇注质量、桩身完整性检测等；单孔测试适用于岩体风化壳、软弱结构面与完整性划分。第十章桩基检测试验49 1.桩是设置在地层中的竖直或倾斜的基础支撑构件或支护构件。桩基检测的目的主要有两个：一是为桩基的设计提供合理的依据，该目的是通过在建筑现场的试桩上实现的；二是检验工程桩的施工质量，是否能满足设计或建筑物对桩基承载能力的要求，该目的是通过对工程桩抽样检测来达到的。2.对桩基检测的基本要求主要有两项：一是桩的平面位置与几何尺寸；二是桩的完整性与承载能力。单桩承载力检测内容包括桩的垂直承载力、水平承载力与抗拔承载力，它取决于桩周（端）介质对桩的支撑阻力以及桩身材料强度。单桩完整性反映了桩身截面尺寸变化、桩身材料密实度和连续性的综合性指标。检测参数包括桩身钢筋混凝土波速、密实度，桩身截面尺寸变化，桩身缺陷位置、缺陷形式、缺陷程度，推算桩长及估算钢筋混凝土强度等级等。桩基检测技术方法分静载试验与动测试验两种。桩的垂直承载力包括桩侧摩阻力与桩端阻力两部分。所谓摩擦桩是指垂直荷载只有桩侧摩阻力承受，；所谓端承桩是指垂直荷载只有桩端阻力承受，即；所谓端承摩擦桩和摩擦端承桩是介于摩擦桩和端承桩之间的中间桩型，垂直荷载由桩端阻力和桩侧摩阻力共同承受；对于端承摩擦桩而言，；对于摩擦端承桩而言，。3.桩的破坏模式主要取决于桩周围土体的抗剪强度、桩端支撑情况、桩的尺寸以及桩的类型等条件。主要类型有:整体剪切破坏、局部剪切破坏、刺入剪切破坏。4.桩的垂直静载荷试验意义：为设计提供合理的单桩承载能力；为揭示或探讨单桩垂直承载力的某个问题；为桩基新工法、新工艺的使用提供有充分说服力的数据；为动力试桩法提供对比的依据。试桩加载的方法：慢速维持荷载法、快速维持荷载法、等贯入速率法、循环加载卸荷试验法、其他试验方法如平衡法和控制下沉量法等。5.试桩加载方法a.慢速维持荷载法b.快速维持荷载法c.等贯入速率法（简称CRP法）d.循环加载卸荷实验法e.其他实验方法如平衡和控制下沉量法等。荷载装置：堆重平台荷载装置、锚桩反力梁荷载装置、锚桩堆重平台联合荷载装置、可利用建筑物岩土体做反力。基准点的设置应满足：基准点本身不变动；没有被接触或遭破坏损的危险；附近没有震源；不受直射阳光与风雨的干扰；不受试桩下沉的影响。6.单桩水平承载试验：确定试桩的承载能力、确定试桩在各级荷载作用下的弯矩分布规律、弹性地基反力系数的确定、推求实际地基反力系数。7.单桩抗拔试验通常在下列情况下采用抗拔桩：具有浮力的结构物下、锚固高纵而轻型的结构物、膨胀土地区的基础下，用以承担地基图膨胀对建筑物的上托力、深基坑开挖支护结构的锚桩以及桩静载试验用的锚桩。8.桩的动测试验技术49 由于地质、施工、技术等种种原因，部分桩存在着断裂、精索、离析、加泥、沉渣等严重影响桩基承载能力的缺陷。目前国内采用的动测桩完整性方法有：应力反射法、水电效应法、机械阻抗法、动力参数法、锤击贯入法、共振法等，检测桩身质量的还有采用声波测井等物探超声波技术。应力波反射法的理论依据借助于一维杆波动理论，将桩等价于一维杆，假定桩材料是均质各向同性的，并遵循胡克定律，桩的横截面保持为平面，而且每个截面上的应力是均匀分布的，由于桩身阻抗远远大于周边土声阻抗，所以不考虑桩周围土的约束。判断桩身完整性时，其等级可按四类划分：I类：桩身结构完整。II桩身结构基本完整，存在轻微缺陷，对桩身结构完整性有一定影响，不影响桩身结构承载力的正常发挥。III类：桩身结构存在明显缺陷，对桩身结构承载力有一定影响。IV类：桩身结构存在存在严重缺陷，不宜考虑其承载作用。附录二：专题报告土钉的应用与实践摘要49 简要回顾了国内外对土钉支护的研究工作，并对土钉支护设计计算和施工中的若干问题进行了讨论。在总结已有研究成果的基础上深入探讨了土钉与锚杆支护，桩墙支护区别并视土钉为复合土体。关键词：土钉基坑支护AbstractThepaperlooksbacktothedomesticandinternationalresearchaboutsoil-nailedbracing.Thepaperalsodiscussthedesigncalculationmethod,calculationthetheoriesandsomeproblemsinconstruction.Basedontheobtainedresult,themechanismresearchofsoilnailiscarriedoutthoroughly,Thedifferencebetweensoilnail,anchorageandpilewallarerevealed,soilnailisbeingconsideredtobeaunit.Keywords:SoilNailPitSupport1.概述土钉技术适用于开挖支护和边坡加固，常用钢筋做土筋，尺寸小，全长度上与土粘结，是一项实用而成熟的原位岩土夹筋技术。它是将筋材插入土体内部，并在坡面上喷射混凝土，从而形成土体加固区带。类似于重力式挡墙，该区带像均质抗滑体一样能支护其后非加筋土的稳定。1.1桩和原位加筋桩是指放置于土体内部用于直接承受外部荷载的插入体。原位加筋（insitureinforcement）是指放置与土体内部的用于在自重荷载和超载作用下能维持稳定的插入体。1.2原位加筋技术用于边坡加固和开挖支护的原位加筋法，主要有三类：土钉、网状小型桩（reticulatedmicropiling）和抗滑桩（dowelling）。土钉支护技术就是利用放置于土中水平或近似水平加筋杆件（简称土筋）的抗拉作用来加强土体的抗剪能力。而网状小型桩在土体内部陡直且角度多样，垂直或接近垂直破面，其作用类似于土钉，构成加筋稳定体，像重力式挡墙一样以支挡其后非加筋的土体。抗滑桩用于防止沿软弱剪切面发生滑坡或使其减速。适用于抗滑桩处理的边坡明显要比适用于土钉或小型桩进行处理的边坡要缓的多。原位加筋方法的选择：虽然上述三种原位加筋技术在其原理上有着根本上的区别，有时不止一种加筋技术适用于同一边坡加固。实验结果表明，当土筋斜穿土体内部的潜在破裂面时，土筋承受张力，加筋土强度增加最大。当为其他角度时，土筋作用较小，甚至土筋会处于压缩状态而降低土体的抗剪能力。因此结论是，在应用上对于均质粒状土陡坡，通过坡面近似水平的放置土筋最有效。当需放置竖向土筋加固边坡时，需要很高的土筋密度，对于这种情况，采用土钉的造价可能要比采用网状小型桩高的多。对处于界限稳定状态的粒状或山麓碎石边坡，当必须加固时，对不能预见的开挖，无论土钉还是网状小型49 桩均适宜用。对于不能放置钻探设备的斜坡，采用网状小型桩便是最好的方法。当进场不成问题时，前述两种技术均可使用，这时主要由经济因素决定。对较缓的粘性土坡，其稳定由软弱剪切带控制，这时采用大直径抗滑桩便是加固的最佳方法。1.3土钉设计的基本依据正如重力式挡土墙的设计一样，土钉结构（nailstructure）的稳定必须经得起外力和内力的作用。关于外力：a.加筋区必须能抵抗其后非加筋区的外推力，不能滑动。b.在加筋区自重及其所承受侧向土压力共同作用下，不能引起地基失稳。c.挡土结构的稳定必须考虑防止深层整体破坏。关于内部稳定，土筋必须安装紧固，以保证加筋区内土有效的相互作用。土筋应具有足够的长度和能力以保证加筋区的稳定。具体地：a.单筋必须能够维持其周围土体的平衡，这一局部稳定条件控制这土筋的间距。b.考虑防止因筋土结合力不够或土筋断裂而引起加筋区整体滑动破坏。这准则控制着土筋所需长度。1.4土筋和预应力土层锚杆的比较表面上，当用于边坡加固和开挖支护时，土钉和预应力锚杆之间有一些相似之处。的却，人们很想将土钉仅仅当作一种“被动式”的小尺寸土层锚杆。尽管如此，两者之间仍有较多的功能差别。如：a.土层锚杆在安装之后便于张拉。因此在运行时能够理想的防止结构发生各种位移。相比之下，土钉不予张拉，在发生少量（虽然非常小）位移后才能发挥作用。b.土钉长度（一般3-10m）的绝大部分和土层相接触，而土层锚杆则是通过在锚杆末端固定的长度传递荷载。其直接后果是在支挡土体内产生的应力分布不同。c.由于土钉安装密度很高（一般0.5-5.0m一根）因此单筋破坏的后果未必严重。另外，土钉的施工精度要求不高，他们是以相互作用的方式形成一个整体。d.因锚杆承受荷载很大，在锚杆的顶部需安装适当的承载装置，以减少出现穿过挡土结构面发生“刺入”破坏的可能性。而土钉则不需安装坚固的承载装置，其顶部承担的荷载小，可由安装在喷射混凝土表面的钢垫来承担。e.锚杆往往较长（一般15-45m）,因此需要用大型设备来安装。锚杆体系常用于大型挡土结构，如地下连续墙、钻孔灌注桩挡墙，这些结构本身也需要大型施工设备。一般地，若整体稳定计算表明问题出现在深部，则土层锚杆最使用。相反，对于垂直开挖，土钉技术则优于其他配合适用预应力土层支护技术。1.5土钉和加筋土挡墙的比较尽管土钉技术和挡墙建设中古老而又重所周知的加筋土技术有一定的类同之处，但仍有一些根本的差别需要重视。主要的相同之处为：a.放置在土中的加筋杆件并不施加预应力，加筋杆件所受的力源于土体变形。b.土筋所受的力源于筋土之间的摩擦粘结，和重力式挡墙一样，加筋区要自身稳定并能抵抗所支挡非加筋区的压力。49 c.挡土结构的表面很薄（加筋土情况是预制构件，土钉则通常是喷射混凝土）在整体结构稳定中不起很大作用。主要的不同之处为：a.虽然竣工后两种结构外观相似，但其施工程序却截然不同。土钉施工是自上而下，分步施工。而加筋土的施工则是自下而上。这对土筋应力分布有重大影响，施工期间尤甚。b.土钉是原位加筋技术，是用来改良天然土层的，不像加筋土那样，能够预定和控制加筋土填土的性质。c.土钉技术通常包含使用灌浆技术使土筋和周围土层粘结起来，荷载通过浆体传递给土层。在加筋土中，摩擦力直接产生于筋条和土层面之间。1.6土钉的优势和局限性土钉作为一种施工技术，其发展壮大受多种因素影响，包括：a.经济效益：按照欧洲专家的说法，开挖大约10米深的土坑，采用土钉比采用锚杆地下连续墙或柏林墙投资可节约10%-30%。b.施工设备：土筋施工钻具和混凝土喷枪尺寸小、轻便、噪音低。这在城市环境噪音、振动和进场可能造成问题时是一个很大优点，同样在外地不可能调运大型设备打桩或施工地下连续墙时也是一个很大优点。c.施工灵活性：土钉施工速度快，施工开挖容易成型，是一项富有灵活性的技术。在开挖过程中教益适应不同的土层条件和施工程序。d.效果：现场观测表明，使土筋发挥作用所需要的总位移小至惊人，这一般相当于Peck分类中良好支挡系统的位移。另外，土钉能在开挖完毕后立即施工，紧随开挖面。这可减免土层扰动和减低引起临近建筑物破坏的可能性。诚然，土钉技术在其应用上也有一定的局限性，这主要是：a.土钉施工时一般要先开挖土层1-2m深，在喷射混凝土和安装土钉前需要在无支护情况下稳定至少几个小时，因此土层必须有一定的天然“凝聚力”或胶结力。否则，需要先行处理如进行灌浆等来维持坡面稳定，但这样会使施工复杂和造价加大。b.土钉施工时要求坡面无水渗出。若地下水从坡面渗出，则开挖后坡面会出现局部坍塌，这样就不可能形成一层喷射混凝土面。c.在软土中开挖支护不宜采用土钉。软土摩擦力小，为获得一定的稳定性，势必要求土筋长、密度高。这时采用抗滑桩或锚杆地下连续墙较为适宜。2.施工土钉是一种有潜力和广阔应用前景的良好技术，本部分旨在重点阐述有关土钉施工的诸多方面。2.1开挖和护面分步开挖深度主要取决于暴露坡面的“直立”能力。另外，当变形要求必须很小是，可视工地情况和经济效益将分步开挖深度降至最低。在粒状土中大于2.0m或小于0.5m49 的分步挖深很少见，而对于超固结粘土则挖深较大。考虑到土钉施工设备必须能挖出光滑规则的斜坡面，最大限度地减小支护土层的扰动。任何松动部分在坡面支护前必须予以清除。对于松散的或干燥的无粘性土，尤其是当坡面受到外来振动时，要进行先行灌浆处理。在附近爆破可能产生的影响予以考虑。一般的，坡面支护必须尽早地进行，以免土层出现松弛或剥落。在钻孔前一般须进行安装钢筋网和喷射混凝土前先将土筋打入土层中。对于临时工程，最终坡面表层厚度为50-150mm,而对于永久性工程，则表面厚为150-250mm。根据土钉类型、施工条件和应力过程的不同，表层可作成一层、两层或多层。在喷射混凝土前可将一根短棒打入土层中，以作为混凝土喷射厚度的量尺。根据工程规模、材料和设备的性能，可进行“湿法”或“干法”喷射混凝土。通常规定最大粒径10-15mm，并掺入外加剂以利快速固结。少数情况下还可以降低固态混凝土的塑型。一般水泥最小含量控制为。并建议每就设置一个控制“格”或盒，以控制现场质量，速凝混凝土8小时时无侧限抗压强度应达到5MPa，最好在养护24小时后再投入人工作。当不允许产生裂缝是进行适当养护尤为重要。喷射混凝土通常在每步开挖底部预留300mm，这样会有利于下步开挖后安装钢筋网，和下步45°倒角的喷射混凝土层施工浇接。2.2排水提前沿坡顶挖设排水沟排除地表水是有益的，在第一步开挖喷射混凝土期间可以用混凝土做排水沟复面。对于支挡土体有下面三种主要排水方式：a.浅部排水：使用300-400mm长的管子可将坡后水迅速排除。这些管子直径通常为100mm，其间距依地下水条件和冻涨破坏的可能性而定。b.深部排水：用开缝管做排水管，长度通常比土钉长，管径50mm，上斜5°或10°。其间距决定于土体和地下水条件，一般坡面每3平方布置一个。c.坡面排水：在喷射混凝土坡面时，贴着坡面按一定的水平间距布置竖井排水设施。其间距决定于土体和地下水条件和冻胀力或冰的作用，一般1-5m。这些排水管在每步开挖的底部有一个接口，贯穿于整个开挖面。在底部由泄水孔泄入积水井系统。排水道可用土工织物预制并要保护防止喷射混凝土时渗入混凝土。坡面排水可代替前述浅部排水。2.3土钉设置在许多情况下，土钉施工可按地层锚杆规范和条例进行。钻探工艺与方法和土层条件、装备外形和承包商的手段与经验有关。最常见的钻孔方法：a.复合钻进：这种回转或冲击回转方法就是在钻进的同时，使用外管和内钻杆。并通常使用气或水冲洗液，在城市使用气体吹洗要小心。在修复工程中遇到岩石或用混凝土做护面的结构时开始用金刚钻。b.螺旋钻进：这种回转方法通常使用于不含块石的粘土或胶结砂层。在土层不稳定情况下，可在提钻时将土筋和浆液通过“空心钻具”导入。c.人工成孔：使用人工钻孔如洛阳铲等。49 依据地层锚杆的经验，孔壁“抹光”会降低浆土的粘结作用，建议不要采用膨胀土或其他悬浮泥浆做钻进护壁。显然，在用打入法完成土筋设置时，不需进行预先钻孔。在条件适宜时，安装速度是很快的。直接打入土钉的办法对含块石粘土或很密的胶结的土不适宜，在松散的软弱胶结的粒状土中应用时要小心，以免引起土钉周围土体局部结构破坏而降低筋土粘结应力。一般的，钻孔灌注钉钻孔直径为76-150mm，在土钉周围可形成20mm厚的环状物，对防止土钉锈蚀有一定的保护作用。由于土钉长度较短且布置较密，土钉定位就不像锚杆那样要求精确，这样就便于快速施工。通常使用稳定灌浆在重力或小压力下灌浆。2.3土筋及其防腐在标准环境里，对于临时支护工程，一般仅有灌浆做锈蚀防护层。有时在钢筋表面加一环氧土层。对于永久型工程，就是在筋外加一层至少有5mm厚的环状塑料护层，以提高锈蚀防护的水平。2.4边坡护层迄今，土钉大多用于临时支护工程，对于土钉结构的外表一直没有认真的研究。预制面板的应用越来越多，既便于施工，改变外貌，又提高长期耐久性和噪音吸收性能。在施工期间，面板可直接放置和坡面相接触。另一方面，在开挖过程中可在喷射混凝土护层后再安装预制面板。排水设施可直接安装在面板后面。2.5检测和检测和地层锚杆不同，对土钉不必逐一检查。这表明土钉的整体效能是主要的。在每步开挖阶段，必须挑选土钉进行拉拔实验，以检验设计假定的土钉粘结力。用应力仪可以量测单钉应力分布及其变化规律。对于支护系统整体效应的主要的观测是对墙体或斜坡在施工期间和竣工后的变形观测。对于土体内部变形，在坡面后不同距离的位置布置测斜仪进行观测最能说明问题，坡面位移可直接测出。3.土钉应用3.1新建工程a.挡土墙：关于建筑物基础、地下停车厂和交通枢纽随挖随填施工。b.边坡加固：新建及扩建铁路或公路工程的开挖支护。C.隧道入口加固：隧道入口及其临近边坡开挖支护。3.2治理工程a.加筋土挡墙的修复：因超载或腐蚀而引起加筋条或紧固件破坏后进行更换。b.重力式砌石挡土墙的修复：在长期风化或墙后位移作用下，在挡墙破坏后或临近破坏前进行加固。C.失稳土坡加固:因破坏或原有支护方法不当，因水文地质因素而发生严重位移引起边坡失稳后的加固。d.锚钉墙的修复：在岩石预应力锚钉系统因结构超载或锚杆锈蚀独而引起破坏后进行修复。4.总结4.1土钉支护是一个三维问题，他除了提供拉力外更重要的是以较小间距与被支护体相互作用形成复合土体，提高土体强度。其设计理论还不够成熟，需要进行不断的研究丰富其。49 4.2土钉承担拉应力在其上呈到马鞍型分布，亦即在实际工程中所设的土钉并非越长越好，设置多排土钉时，各各排土钉的受力状态有很大不同这告诉我们土钉支护设计不能搞均一化，应坚持重点护两边，中间可放开的设计原则。参考文献[1]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。[2]莫海鸿、杨小平主编，基础工程。北京，中国建筑工业出版社，2003。[3]张客恭、刘松玉主编，土力学。北京，中国建筑工业出版社，2001。[4]孙永波、孙新忠主编，基坑降水工程。北京，地震出版社，2000。[5]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。49 [6]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。[7]《建筑地基基础设计规范》（GB5007-2002）。北京，中国建筑工业出版社，2002。[8]《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）。北京，中国建筑工业出版社，2001。[9]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）。北京，中国建筑工业出版社，1999。49'