工程地质勘察Word文件下载.docx
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(二)勘察目的与要求
拟建科学楼属于Ⅱ类建筑物,按照建设部颁发的《高层建筑岩土工程勘察规范》(JGJ72-90)要求,山西省建筑设计院提出的勘察任务委托书如下:
1、查明场地土的类型、地质成因条件、地层结构、地基土的物理力学性质,对地基土的湿度、均匀性和变形特征作出定性和定量评价。
2、采用多种手段,如钻探、标贯、静力触探、确定地基土的承载力标准值,选择持力层,并且对承载力的沉降进行分析和验算。
3、查明场地土的类型、地震效应、并对深层断裂错动及液化震陷性进行分析论证和判定。
4、应对高层和低层差异沉降及相邻建筑物的影响进行分析。
5、查明地下水类型、埋藏条件、渗透性、腐蚀性及其变化幅度,评价其对基础、地下室和施工边坡稳定性的影响,提出预防处理措施。
6、应对基坑开挖边坡稳定性进行分析,提出合理的支挡方案。
7、应查明地基土是否具有湿陷性,有无软弱下卧层,古墓洞穴,地下暗道等不良工程地质现象。
(三)场地研究程度
该场地处于太原断陷盆地北中部中心区。
新生代老第三纪末期的“造山运动”形成的汾渭断陷盆地之一——太原盆地,为新第三纪和第四纪松散沉积,经地矿部第九石油普查大队对盆地基底进行勘察测量,查明基底呈网格状断块状,中心区位于清徐、祁县一带,最大埋深2400m,最小为80—130m,工大科学楼所处位置盆地基底埋深1200m,上部为巨厚层河湖相及边山冲洪积相交互沉积。
浅层(50—100m)工程地质勘查工作,在相同地貌单元内,类似主要建筑物勘察工作:
1、山西电视发射塔(300m)92年进行初勘,深度110m,位于迎泽桥西晋祠路农贸市场附近。
2、煤炭博物馆教育中心(32层)92年进行详勘,勘测深度100m,位于迎泽桥西虎峪河北岸(晋祠路西)。
3、山西省科学技术馆(15层)78年进行详细勘察,位于工大科学楼南,隔街相望。
4、工大主楼(六层)82年进行详细勘察,位于科学楼西侧80m。
以上重要高层建筑,均与科学楼同处于太原西山南寒洪积扇前缘,50m以上主要为虎峪河冲洪积形成的粉质粘土夹砂砾石层,50m以下为汾河冲积及湖积为主的粘土与中细沙交互沉积。
根据上述建筑物的勘察结果,15m以上均有不同程度的液化,液化程度中等—严重,属于Ⅱ-Ⅲ类建筑场地,中软场地土。
二、勘察工作与室内试验
(一)确定勘查工作量的依据
1、根据国家现行规范规程《工业和民用建筑工程勘察规范》、《高层建筑岩土工程勘察规程》(JGJ72—90)、《地基与基础设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《工程地质手册》(第三版)。
2、根据山西省建筑设计院下达的勘察任务书和勘察钻孔平面图。
3、根据已掌握的场地土成因类型及复杂程度。
4、按Ⅱ类建筑复杂场地,详勘阶段的勘察精度布置工作量。
(二)勘察方案和布置原则
按照详勘精度要求,主楼布置勘察钻孔9个,其中5个为控制孔,孔深60m,4个一般钻孔,孔深30m,勘察点钻孔小于20m,控制孔深度为基础宽度2倍,布置抽水试验井及观测孔一组。
为准确获取地质资料,本次勘察工作采用综合勘察手段,以期验证资料的可靠性。
1、钻孔取样:
全孔取芯,标明地层结构,采原状土样,测试物理力学性质。
2、静力触探:
查明地层应力状态,计算地基承载力,选择桩尖持力层,测算单桩承载力,判断液化可能性。
3、标准贯入试验:
测定地基承载力,判别液化可能性和液化程度。
4、波速测试、地微动测试:
确定场地土类型,建筑场地类别,卓越周期等。
5、室内土工试验:
除了常规项目外,在直接持力层与受力层内土中做直剪试验、三轴剪切试验及湿陷性试验。
6、探井:
查明本场地内粉质粘土与粉土有无湿陷性。
7、抽水试验:
查明地下水的赋存状态,径流条件,渗透性以及水化学类型。
8、勘探点测量:
利用国家作水准点进行场地高程测量。
(三)勘察方法及工作量
1、钻探取样
本次地质勘察取样孔9个,累计进尺411.45m,采取原状土样152件,取样间距1—2m,在持力层和受力层影响深度范围内取直剪试验样本16组。
2、标贯试验(N63.5)
布置标贯孔6个,累次进尺263.05m,测试间距1—2m,
3、静力触探
在K2、K3、K5孔附近,采用ZY20型触探车,油压式双桥探头,分别实测40m、30m、20m,连续贯入,自动记录。
4、波速与地微动测试
波速测试孔2个,分别在K1、K3深孔实测,间距20m,地微动实验做2个测试点,分别在地面进行。
5、室内土工试验
测试方法按土工试验规程进行,实测土样152件。
6、探井
在场地内布置两个探井,分别挖至1.5m,2.0m。
7、抽水试验
采用YKC22型钻机,冲击成孔,孔径600mm,下水泥预制管,潜水管15m,实管15m,管径400*300mm,设置观测孔1个(30m)。
在2m处取潜水样1组,做全分析。
在25m处取浅层承压水1组,做全分析。
8、勘察点测量
原点引自国家级三等水准点(校西门外)由水利系测量教研室测定,共完成测点21个。
三、场地工程地质条件
(一)地形地貌
勘察场地地势平坦,地面标高790m,高差1.5m,由西向东,由高到低。
该场地处于太原西山南寒洪积扇前缘与汾河Ⅰ级阶地交接处,地貌单元应属于扇前洼地地下水溢出区。
(二)地质构造条件
1、区域构造
该场地处于汾河断陷盆地的中北部,自新生代老第三纪末期新构造运动产生汾河地堑以来,即连续接受沉积,据太原盆地勘察探测资料表明,场地下部盆地基底埋深1200m,据水文地质勘查资料表明,300m以内均为第四纪松散沉积物,盆地基底断裂带由断陷盆地初始形成,无复活之迹象。
新构造运动只表现在边山与盆地的差异微弱升降运动,对本场地的稳定性可不考虑其影响。
2、地基岩土时代及成因类型
根据本次钻探揭露的地层成因与沉积环境分析,结合汾渭地区勘察资料(主要是虎峪河的工程地质勘察报告与山西电视发射塔的初勘报告)将本次勘察场地土时代与成因类型分为以下类型:
①全新统(Q4)
全新统早期堆积物以粉质粘土和砂砾石透镜体为主,包括层序号
(1)、
(2),埋深7m左右,构成一个沉积旋回,为虎峪河沉积形成。
该层上部均有厚度不等的人工杂填土0.2—2.0m,由西南向东北渐厚,局部可达3.0m。
②上更新统(Q3)
该层沉积厚度较大,埋深自7m—50m左右,由两个沉积旋回构成,六个,地层层序为(3)—(8)层。
上更新统晚期可分为两个亚层,7.0m—15.0m为粉质黏土层,15—25m为中细沙含砾石层,地层序号为(3)、(4),为虎峪河冲积形成。
上更新统早期为虎峪河与汾河交互沉积形成,可见两个沉积旋回,以粉质粘土和中细沙为主,埋深25—50m,分为4个亚层,层序号(5)—(8)层。
③中更新统晚期
以粉质粘土与粘土为主,呈黑灰色,属于汾河形成的河湖相淤积,埋深50—60m,未揭穿,层序号(9)、(10)(11)层。
3、地基土构成及岩性特征
根据地层时代成因类型,结合场地土的岩性特征与物理力学性质,将勘察深度内的场地土分为11个亚层,按层序分述如下:
第
(1)层杂填土,主要由矿渣,碎渣块,灰渣,水泥块,有含有草根,腐植物,层厚0-3.2m,层底标高787m。
第
(2)层粉质黏土层
褐红色粉质粘土,厚4.5m,含部分细砂,还有云母片,含水饱和,标贯击数平均为5击,静力触探实验比贯入阻力Ps平均为2.30兆帕,层底标高785.0m。
第(3)层中细砂含砾石层
黄褐色,中细砂为主,含砾石层,直径0.5—30mm,成分为长石、石英砂岩及石灰岩,粘性土含量在10%以上,松散,饱和状态。
层底埋深7.0m,标高782m,层厚3.0m,场地内分布不均匀,标贯击数平均为9.5击,比贯入阻力Ps平均为2.96兆帕。
第(4)层粉质黏土层
褐灰色粉质黏土层,夹薄层粉细砂透镜体,呈可塑—软塑状态,含少量中粗砂砂粒,含黑色腐殖质,粘粒含量高,含水饱和软塑。
部分含有氧化铁,钙质结核,该层埋深7—15m,层厚8m左右,层底标高774—775m,标贯击数平均为6.3击,比贯入阻力Ps平均为2.34兆帕。
第(5)层中粗砂夹粉土层
黄色褐灰色中粗砂为主,局部夹粉土与粉砂透镜体,含少量砾石,卵石,密实,饱和状态,砂层分选性较差,砾石磨圆度变差。
该层埋深15—25m,厚1.2-6.3m,层底标高772m。
标贯击数平均为12.2击,比贯入阻力Ps平均为21.2兆帕。
第(6)层粉土层
浅灰色、灰黄色粉土,平均厚度0.6—6.0m,软塑—硬塑,较密实,粘土成分较多,内含少量粘粒或腐殖质,夹有薄层砂部分夹有钙质结核,云母,氧化铁及火山屑。
该层埋深29—31m,标高758—759m,标贯击数平均为9.8击,比贯入阻力Ps平均为3.7兆帕。
第(7)层粉细砂层
褐灰色,分选较好,夹有薄层粉砂,较密实,松散成分以石英,长石为主,层厚2—7m,底板埋深3.5m,标高753—754m,标贯击数平均为12.6击,比贯入阻力Ps平均为4.94兆帕。
第(8)层粉土层
褐灰色粉土夹黏土层,呈可塑软塑状态,内有粉砂,粉质粘土层,粘粒含量较多,层厚3—10m,底板埋深40—43m,含水饱和,软塑,标高748m。
标贯击数平均为13.9击。
第(9)中细砂含砾石层
黄色、褐灰色,密实度较高,粒度均匀,砂层分选良好,粉砂,粉质粘土,砾石为石灰岩及石英,长石砂岩,层厚7—8.5m,底板埋深50m,标高739m,标贯击数平均为16.1击。
第(10)层淤泥质粘土层
深灰色淤泥质粉土夹薄层粉质粘土含有大量腐殖质,压缩性较低,含炭化植物根茎和贝壳,底部砂粒逐渐增加,或有大量的砂砾石,含水饱和软塑,为湖泊相沉积特征,层厚4.5—6.7m,底板埋深55m,标高734m。
标贯击数平均为17.5击。
第(11)层粉质黏土层
褐红色,质地致密,硬塑—坚硬,夹有粘土层,标贯击数平均为16.7击,为低压缩性土,该层未见底,已揭穿厚度4.3—5.7m,孔底标高730m。
4、岩土物理力学性质指标
(1)岩土参数统计及选取原则
①以同一地貌单元,沉积时代与工程地质特征相近的层位,即亚层为统计单元。
②对离散程度过大的数据,不符合正常规律的指标全部舍弃。
③参数统计的指标值:
各项指标的最大值、最小值、算术平均值、标准差及变异系数,去掉10%后的一般值与统计频数。
④静力触探统计:
力学分层单独划分,用钻孔分层校核,以0.2m指标统计。
⑤标准贯入试验:
按照TJ21—77F规范修正,
⑥抗剪强度指标c,Φ值统计。
(2)岩土物理力学性质与原位测试指标
各层土物理力学性质指标见土工试验成果报告表,见附表(3);
静力触探指标,见静力触探综合成果图,标贯实验击数反映在地质柱状图和剖面图上。
(3)地基变形估算的压缩模量值的确定
主楼结构总荷重按25000KN考虑,基础底面压力为300kpa,地基变形估算压缩模量可按土的压缩曲线和高压固结试验取地基应力模量进行估算。
5水文地质条件
(1)地下水类型
本场地地下水类型较复杂,自上而下可分为三类,即上层滞水,孔隙潜水与承压水。
A:
上层滞水:
储存于粉质粘土层中,受大气降水补给,垂直排泄,初见水位埋深受到微地形控制,场地内为0.8---1。
6米。
B:
孔隙潜水:
赋存于4.5---6.5米砂砾石层中,接受降水及侧向补给,水位西高东低,由西向东径流,呈古河床相分布。
C:
浅层承压水:
含水层为中粗砂层,埋深15----25米,承压水头埋深2.0米左右,具有顶托补给作用,经抽水试验证实,潜水与浅层承压水在上游具水力联系。
D:
深层承压水:
含水层为中细砂与粉砂层,埋深31—50米,与上层水无水力联系。
(2)抽水试验及参数确定
本次抽水试验,井深30米,主要试验与降水有关的上层滞水,潜水及浅层承压水,利用原勘探孔扩孔下放作为观测孔。
经计算该场地导水系数(T)171.22平方米每天,渗透系数(K)17.84米每天,储水系数(U)0.0109;
影响半径(R)235米
(3)水质分析
浅层水(2.0米)在探井中采水样一组,深层(15---25米)钻井抽水时采水样一组,均作全分析测试,经化验分析,两组水化学类型属严重碳酸硫酸—钙镁水。
其他指标:
矿化度浅层0.859克每升深层0.566克每升
PH值浅层8.2深层8.0
侵蚀性CO2浅层1.10毫克每升深层3.30毫克每升
根据规范要求,矿化度小于1克每升,侵蚀性CO2指标小于15毫克每升,对混凝土不具备侵蚀性。
6、不良工程地质条件
该场地经勘察表明,底层结构无论垂向或横向均呈现不均匀性,地下水位埋深较浅,受力层内的粉土及砂层均存在不同程度液化。
由于砂层含水性强,顶底板多呈软塑状态,甚至流塑状态,边坡稳定性差,上述不良工程地质条件构成场地类别降低,地基的稳定性与均匀性下一章做详细评价,场地内未见洞穴古墓等。
7、地震效应
(1)建筑场地类别
根据1:
300万《中国地震烈度区划图》、山西省地震局1:
100万《山西地震基本烈度区划图》,太原市地震基本烈度为8度。
A:
按《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)确定本场地类别,根据钻孔剪切波速试验资料,本场地在201-204Vs,介于250-140Vs间,确定本场地低于三类建筑场地。
B:
按《工程地质手册》第三版6-6-5表确定场地类别,本场地20米深度内剪切模量(G)为:
107467KPa(K3孔),118767KPa(K2)。
场地指数(M)为:
0.649(K2),0.649(K3),属于中软场地土。
场地覆盖层厚度大于80米,由中软场地土组成,故场地类别为三类。
(2)场地卓越周期
据地微动测试结果,本场地卓越周期:
东西方向0.432s,南北方向0.372s,竖直方向0.332s。
场地第一卓越周期建议采用0.379s,第二卓越周期采用1.89s。
(3)地基液化评价
由于本场地的成因为西山虎峪河冲洪积而成,地层结构不均,沉积物分选性差,15米以上的砂层与粉土均为松散与中高压缩性,均有液化的可能性。
A:
标贯试验判别:
根据标贯试验曲线,15米以上实测锤击数一般均小于临界击数,判定在15米以上均可能产生液化。
根据液化指数计算,该地基土第三层粉土(7—15米)液化指数大于15,属于严重液化,
(1)层
(2)层液化指数5—15,属于中等液化,故场地为中等—严重液化。
静力触探判别
按照《工程地质手册》第三版6-6-13计算,本场地饱和沙土与粉土液化临界锥尖阻力:
砂土为10.2-11.5MPa,粉土4.7-5.3MPa,本场地第(4)层(II2)以上饱和砂土与粉土椎尖阻力均小于临界值,因此判定场地属于液化土,深度在12.6—13.4米,平均13米。
计算公式:
qc’=qc0*aw*au*ap
qc’——饱和土液化临界椎尖阻力(MPa)。
qc0——水位dw=2米,上覆非液化土层厚度du=2.0米时饱和液化临界椎尖阻力(MPa),本场地为10.5-11.8MPa
aw=1-0.065(dw-2)
au=1-0.05(du-2)上覆非液化土影响系数,深基础取1;
dw:
水位埋深,按水位变幅0.5米取1.5米
du:
上覆非液化土层厚度
ap:
综合影响系数,砂土为1.0,粉土为0.45
通过上述两种方法判别结果,一致表明本场地13米以上土层均存在液化可能性。
液化程度依据《GBJ11-89》规范,对各液化层进行液化指数Ice计算:
液化程度中-严重.
(4) 地基土湿陷性评价
本场地内挖探井两个,分别位于与裙楼及主楼基础范围内,探井深2.0米与1.5米;
人工取原状土样3个
根据试验结果,自重湿陷指数小于0.01,故为非湿陷性场地
四、场地工程地质评价
(一)地基稳定性分析评价
地基稳定性取决于区域构造及地基土的结构与物理力学性质,不良工程地质条件(液化)及地基处理方式与基础结构型式。
该场地第四系沉积厚度达300米以上,盆地基底埋深1000米左右,自断陷盆地形成以来,从未发生过第四系断裂,错动,当前处于不稳定的构造条件,又鉴于天然地基结构不均匀,15米以上存在液化及地基强度不均等,确定为不稳定地基。
(二)地基土均性评价
1、均匀性评价标准按《工程地质手册》(第三版)
a地层结构的均匀性与持力层层面坡度小于10%。
b持力层与第一下卧层在基础宽度方向上,地层厚度层值小于0.05b(b为基础宽度)。
c压缩性的均匀性,以压缩层内各层的压缩模量为依据,Es1,Es2的加权平均值大于10MPa时,符合Es1—Es2<1/6(Es1+Es2)。
符合以上3条,可视为均匀地基。
2、地基均匀性评价
建筑物直接持力层及受力层内,地基结构不均,强度差异较大,可视为不均匀地基土。
(三)岩土承载力评价
本次勘察采用钻孔取样做物理力学性质指标分析,标准贯入试验及静力触探试验,按上述三种方法,分别求出其承载力标准值,
五、基础方案的选择
(一)深埋补偿式基础
按基础埋深为建筑物高度的十分之一考虑,应为6米,天然地基承载力按标准值120KPa,按建筑物荷载应力为270-300KPa,显然不能满足计算的要求。
若采用复合地基在6米基坑中打挤密桩或碎石桩砂桩,旋喷桩,根据经验复合地基承载力很难处理到天然地基2倍以上,故深埋补偿式或在基坑中挤密复合地基都是不可行的。
(二)预制桩基础
该方案在经济上是合理的,设计可以考虑打入式或静压式两种,但在施工技术与环境人文因素来讲是困难的
1、地基土埋深4.5-7.0米为厚度不稳定的粗砂砾石层,承载力较高,预制桩很难通过该层,极易发生断桩,碎桩,跑桩。
2、打入式预制桩,噪声及振动较大,距离民宅较近,人文素质较低,给施工带来不可预见的困难,故打入是和静式预制桩不可取。
(三)灌注桩
本场地结合建筑物结构,适合于钢筋混凝土灌注桩基础,具体施工可分为两种:
1、钻机成孔灌注桩
在基础坑不开挖的条件下,施工较为方便,振动小,钻孔深度及口径不受限制,适于大口径柱下桩或小口径承台式满堂群桩。
不利之处,立桩太多,桩头标高控制不准确,灌注时由于泥浆倒灌,桩周土可能缩径,砂层可能扩径等,于成桩质量影响较大;
桩周土挤密消除液化,其摩阻力不能予以考虑。
2、承台式挤密灌注桩
该种桩型是适于本场地地基土施工的理想方案。
条件是必须先期降水疏干,基坑开挖后再施工,适于承台式加径群桩优点是:
A施工速度快,成桩质量好,桩头准确,桩周摩阻大,单桩承载力较高。
B对地基土起挤密作用,提高承载力,消除液化土中大桩壁摩阻力,设计可按复合地基承载力计算。
C基坑开挖后施工,对地面影响小。
常规口径400mm,复打可扩至600mm。
D施工周期短,20---30天即可完成,场地干净。
(四)主楼桩尖持力层选择
1.持力层的选择原则
A岩土的性状良好,砂土为中密至密实状态,粉土与粘性土为硬塑至坚硬状态。
B持力层在场地内分布均匀,厚度较稳定,是桩径的6~8倍。
C持力层层面坡度值小于10%,桩尖应深入持力层2~3m。
D持力层之下无软弱下卧层。
E施工时桩尖能顺利穿过持力层以上之摩阻层,特别是河床下砂砾石层透镜体。
2.持力层的确定
本场地土
(1)至(3)层存在液化,承载力较低,第(4)层(Ⅱ1)(15~25m)以下,即呈较均匀状态。
第(4)层(Ⅱ2)以中粗砂含砾石为主夹粉土薄层,埋深15~25m,砂层厚度稳定(8~10m),中密状态,粉土层硬塑至坚硬,承载力普遍较高,为200Kpa,纵观全部受力层,桩尖深度18m为宜,标高771m,有效桩长12m。
第(6)层为粉细砂层,埋深30~35m,总厚5m,局部相变为粉土,仍较密实,承载力为210Kpa,亦可考虑作为桩尖持力层,桩尖埋深31m,标高758m,选择该层是在第(4)层单桩承载力不足,为增加桩身摩阻,提高单桩承载力的前提下可考虑。
3.单桩承载力的计算
按基础埋深6m,桩尖深度18m,有效桩长12m计算,桩径按两种口径800mm和400mm计算。
其结果见单桩承载力计算结果统计表附表(10).
(五)沉降量的估算
1.公式选用及计算
计算压缩量采用分层总和法,计算公式:
六、结论与建议
(一)结论
课程设计体会:
经过两周的课程设计,发现好多理论与实践还是有很大距离的,在课程设计过程中,除了必须严格要求按照规范要求施工,必须对课程脉络有一个清晰的认识,钻孔资料数据,岩性描述一定要匹配,同时,每一步都要认真仔细,协调好计算过程,防止前后冲突,例如我在本次课设中,分层过程中,各个钻孔没有综合起来,导致剖面图有些不符合实际情况。
在数据处理以及参数选择上,例如qsik,qpk等的选取上,尽可能合理或者稍微偏保守,以保留一定的安全储备。
在对原始资料的选取上,一定要结合岩性,标贯深度等相关的各种资料,例如在土层液化Ncr的求取中,粘粒含量应该尽可能接近贯入深度处的真实粘粒含量。
在提供建议值时,考虑各种方法计算出的最不利值,提出相应的建议值,例如报告中在用各种方法求取地基承载力时,建议值应取最小值,保证地基承载力满足要求。
在单桩承载力的计算中,计算中小型桩与大直径桩两种情况,方便后续设计工作的展开。
在整个设计过程中,分层是最基础也是最重要的一步,分层的好坏直接影响到之后各个计算过程准确性,对最后成图计算结果影响很大。
在此次课程设计的过程中,感觉最深的就是考虑问题要综合全面,一定要从各个角度,各种资料参考下选择最合适的数据,防止发生前后冲突,不一致等问题。
课程设计是一个考验耐心,专业理论,细心的过程,只有保持专注和理性的头脑才可以做好。
在这次课程设计中,对所有学习的专业知识进行了一个全面的总结,我觉得是很有意义,自己也有不少的收获和心得。
个人建议:
希望在今后的课程设计过程中,可以较多的得到赵老师的指导,我们虽然有自己的理解,但是有些可能是片面和错误的。
其次我们在上交报告和图件之后,最好可以由老师组织,坐在一起对自己的
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