岩土工程勘察课程设计李锡义.docx
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岩土工程勘察课程设计李锡义
岩土工程勘察
课程设计
单位:
专业:
姓名:
学号:
指导老师:
课设地点:
贵大蔡家关校区
日期:
目录
Ⅰ文字报告
一、前言
(一)工程概况
(二)设计委托勘察要求及任务
(三)本次勘察所执行的技术标准及规范
(四)本次沿途工程勘察的勘察等级
(五)本次勘察的工作方法及完成情况
二、场区工程地质条件
(一)地形地貌
(二)气候条件
(三)地质构造
(四)场地岩土构成
(五)岩溶
(六)地下水
(七)人类工程活动
三、岩土物理力学指标
(一)杂填土:
(二)红粘土物理力学指标及承载力
(三)岩石力学指标及承载力
四、基坑涌水量预测
五、边坡稳定性计算
六、场地地震效应评价与防震设防
七、岩溶地基处理
八、岩土工程的分析与评价
(一)地基持力层及基础形式建议
(二)基础尺寸设计及地基承载力验算
(三)基础沉降计算
(四)建筑场地的稳定性和适宜性评价
九、结论及建议
Ⅱ图表附件
序号
图表名称
1
红粘土物理力学相关参数指标计算表(附表1)
2
岩石物理相关参数指标计算表(附表2)
3
钻孔柱状图
4
工程地质剖面图
一、前言
(一)工程概况
我受贵州大学资源与环境工程学院的委托,对其拟建在贵州大学蔡家关校区东侧的第五教学楼开展岩土工程勘察工作。
拟建物为一幢地上十层,地下二层的高层建筑,高度56.0m,钢筋混泥土框架——剪力墙结构。
主楼最大轴力11000KN/柱,裙房最大轴力2000KN/柱。
建筑物地下室埋深-5.00m,±0.00标高1092.00。
(二)设计委托勘察要求及任务
根据场地基本地质情况及建筑物特征,按照《岩土工程勘察规范》(GB50021-2001)、《建筑地基基础设计规范》(GB5007-2001)、《贵州建筑地基基础设计规范》(DB22/45-2004)、《建筑工程地质钻探技术标准》(JBJ87-92)等规范要求,贵州大学蔡家关校区第五教学楼的岩土工程勘察工作的基本要求和任务如下:
(1)查明场地勘察深度范围内各岩土层的埋藏条件、工程特性、提供地基变形计算参数,预测建筑物的沉降量。
(2)查明场地内的不良地质现象并提出相关的防护建议。
(3)查明场地内的岩溶及土洞的发育情况。
(4)查明场地内地下水的埋藏条件,提供地层的渗透系数,判定场地地下水对混凝土的腐蚀性。
(5)分析和评价地基的稳定性,提供地基承载力及地基设计建议。
(6)提供地基土的场地类别。
(7)查明建筑场地区域内滑坡体的发育情况,并提供相关的技术参数。
(三)本次勘查所执行的技术标准及规范
(1)《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)
(2)《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)
(3)《贵州建筑地基基础设计规范》(DB22/45—2004)
(4)《贵州建筑岩土工程技术规范》(DB22/46—2004)
(5)《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)
(6)《工程地质钻探技术标准》(JBJ87—92)
(7)《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)
(8)《混凝土结构设计规范》(GB50010—2002)
(9)《建筑工程地质钻探技术标准》(JGJ87—92)
(10)设计及建设单位提供的平面图图件和勘察技术要求,以及临近已有建筑基础隐蔽资料等.
(四)本次岩土工程勘察的勘察等级
根据《岩土工程勘查规范》(GB50021—2001)的规定,拟建物为十层的钢筋混凝土建筑物,工程重要性等级为二级;经我工程技术人员现场踏勘,本场地为岩溶微发育地区,场地起伏相对较小,地下水埋深较浅,场地复杂程度为二级,场地岩土组成单一,发育的红粘土,场地地基复杂程度为二级,根据《岩土工程勘查规范》(GB50021—2001)划分条件,该工程岩土工程勘查等级为乙级。
(五)本次勘查的工作方法及完成情况
为了查明上述岩土工程问题,本次勘查使用了钻探、地表地质调查、岩土试样室内实验、抽水实验等方法来综合评价该场地的工程地质条件,具体方法如下:
1、工程测量及放线说明
本次采用的测量放线设备为南方仪器公司生产的全站仪,依据甲方从规划处提供的控制点,GS—15:
X、Y,GS—16:
X、Y(由于测点于图外在平面图上为未标识)引测至本拟建物场地。
A(X、Y),B(X、Y)然后按照拟建物设计钻孔坐标实地测放。
其钻孔定位水平误差不大于2cm。
钻孔孔口高程采用绝对标高。
2、地表地质调查
以场地中心进行1:
500的区域地质调查,内容包括地形地貌,地质构造,工程环境等以便较为准确的划分本场区内岩体的不同发育位置,为基础选型提供依据。
3、钻探
本次勘察使用XY-100型钻机进行钻探,按设计提供单体图件依轴线共设计钻孔2个,实际钻孔2个,,总进尺50.2米。
其中土层钻探13.8米,岩层钻探36.4米。
钻孔间距一般在12米,根据相应《岩土工程勘察规范》(GB520021—2001)2有关规定,勘探孔的深度对条形基础应不小于基础底面宽度的3倍,对单独桩基不应小于1.5倍,对桩基础不应小于3倍桩径,基底以下持力层控制深度不应小于5米的范围。
4、岩土样室内实验
对岩土进行室内力学实验,以确定本拟建场地的岩土承载力及物理力学性质指标,为土质边坡提供放坡依据,或为提供基坑支护所需的各项岩土实验数据。
本次勘察全场地共取土样7件,岩样7件。
5、水位观测
本次水位观测采取钻孔施工完毕24小时后的静态水位观测,共计观测3次。
二、场区工程地质条件
(一)地形地貌
拟建物位于贵阳市贵州大学蔡家关校区内,其东邻贵州大学蔡家校区图书馆,西邻采矿楼,北与贵工驾校、贵黄公路相邻,南与沙地足球场相邻。
蔡家关校区内交通较便利。
有利于该工程的建设施工。
该场地原为农田果园,地形起伏较小,位于较低洼的地带,土质松软,地下水埋深较浅,在低洼处有积水,属于低山-丘陵-洼地的喀斯特溶蚀地貌单元,拟建物沿坡地而建,坡地高约30m,坡度约为35%。
该场地地形起伏较小,属于低洼的地带,场地平均标高为1092.00m。
(二)气候条件
贵阳地区位于北亚热带,冬季半干燥、夏季湿润型气候,四季分明,年平均气温15.3°C,最低温度出现在一月,为4.9°C,最热气温出现在七月,为24.0°C,极端最高气温为37.5°C,极端最低气温为-7.8°C。
年平均降水量为1174.7mm,降水主要集中在下半年,年平均风速为2.2m/s,全年以北东风为主,年平均相对湿度为77%。
(三)地质构造
构造场区位于贵阳蔡家关断层西侧,根据区域地质资料,场区内无大裂缝通过,场地岩层中节理裂隙不明显发育,均由第四系地层覆盖,下伏季出露岩基为二叠系含泥质灰岩。
厚层为薄、中、厚层,其岩石产状为65°∠40。
场地无活动性断层通过,无液化地层等不良地质现象及构造。
按《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)表4.1.3该场地主要属中软场地土,据表4.1.6综合判断,场地覆盖层平均厚度大于3.00m,小于5.00m,建筑场地类别为Ⅱ类.属于抗震一般地段.据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),拟建场地抗震设防烈度为6度区,设计基本地震加速度为0.05,抗震分组为第一组,设计特征周期0.35s,设计应按相关规定设防。
(四)场地岩土构成
现场踏勘及钻探勘察表明,场地地层由杂填土,红粘土,各单元地层由上到下分别叙述如下:
1、杂填土(Qml):
该层土主要由碎砖、瓦砾、废料、朽木以及当地居民生活中丢弃的废物,呈现杂色。
2、红粘土(Qel+dl):
残坡积成因,分布于杂填土之下,棕红色至褐黄色,质较纯,该层以可塑状态为主。
该层总厚度1.4~4.8m。
根据钻探成果,该部分可塑状态红粘土呈褐黄色,位于杂填土之下,厚2.1~5.8m,分布连续,在Zk2钻孔内发现有土洞发育,位于1.8~2.0m处。
3、基岩:
场地下伏基岩为白云岩,呈现灰色,厚度为薄、中、厚层,其岩石产状为65°∠40°,厚度变化较大、埋深范围在4.2~30.2m之间,根据勘察,该层岩体内有方解石脉填充。
根据岩石的风化程度,又可将岩石划分为强风化和中风化两个岩质单元,分述如下:
(1)强风化岩质单元:
灰色,溶蚀风化强烈,岩体节理裂隙及岩溶风化裂隙发育,岩体极破碎,岩芯呈碎裂状、破碎状及砂状,岩体坚硬程度极低,呈极软岩,厚1.1~1.3m,位于4.2~6.1m范围内。
该部分岩体基本质量等级为V级。
(2)中等风化岩质单元:
场区有重复的中风化岩层,层厚为4.0m~12.4.0m。
紫红色至黄灰色,中至厚层状,细晶质结构,节理微裂隙发育,含少量方解石脉及团块,质硬、性脆,钻探岩芯多以块状、短柱状,少数柱状,岩体内岩溶、节理裂隙发育的地段,岩体较破碎,位于5.3~30.2m范围内,根据调查,在该层岩质单元内有2组结构面发育,平均间距为1.6m,结合较差,按照《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)附录表A.0.2,岩体完整程度为完整。
根据单轴抗压强度标准值fr=35.731Mpa,岩石坚硬程度为较硬岩。
岩体基本质量等级为Ⅱ级。
(五)岩溶
构成场区地层岩体为三叠系安顺组方解石石脉的白云岩,易发育溶洞。
根据本次勘察的2个钻孔钻探发现本地岩溶发育程度为微发育。
溶洞由软塑红粘土填充,该溶洞位于10.3~17.8m范围内,溶洞内的软塑红粘土含水量较大,孔隙比高,力学轻度较低。
(六)地下水
建筑场地的地下水相对较发育,地下水位埋深3.5m,埋深相对较浅,高于基坑开挖深度。
(七)人类工程活动
由于各种环境因素的影响,场区内无高层建筑物,被大量的人工植草所覆盖。
故人类工程活动对该场区影响较小。
三、岩土物理力学指标
(一)杂填土:
由于该层土无规划堆积、成分复杂、性质各异、厚薄不均、规律性差,甚至具有一些腐蚀性,因而同一场地表现为压缩性和强度的明显差异,极易造成不均匀沉降,应该对其进行夯实、换填等处理或不使用该层杂填土作为地基。
(二)红粘土物理力学指标及承载力:
根据本次勘察中所取的7件原状土样,采用其中的7件。
按照《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)和《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)的规定,对红粘土的各项测试指标进行的数理成果详见表1,同时参照附表1。
红粘土物理力学指标统计计算表
表1
土质单元
参数名称
区间值
平均值
参加统计样数
变异系数δ
统计修正系数γs
标准值φk
红
粘
土
重力密度(γ)
KN/m3
16.6-18.3
17.671
7
0.030
0.978
17.276
饱和度(Sr)%
94-99
96.429
7
0.017
0.988
95.232
孔隙比(e)
1.014-1.628
1.267
7
0.147
0.891
1.129
液限(WL)(%)
48-83
58.571
7
0.197
0.854
50.023
塑限(WP)(%)
30-50
36.714
7
0.172
0.873
32.043
塑性指数(IP)
(%)
18-33
21.857
7
0.244
0.819
17.911
液性指数(IL)
0.21-0.49
0.343
7
0.286
0.789
0.270
含水比(aw)
0.69-0.82
0.757
7
0.057
0.958
0.727
液塑比(Ir)
1.53-1.66
1.591
7
0.030
0.978
1.556
粘聚力(c)Kpa
31.9-53.7
38.229
7
0.204
0.849
32.473
内摩擦角(度)
3.7-8.2
5.814
7
0.245
0.819
4.760
压缩模量(ES)
Mpa
4.88-7.33
6.023
7
0.140
0.897
5.401
根据《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)5.2.5,采用土的抗剪强度指标(C、φ值)计算场地可塑红粘土的地基承载力特征如下:
fa=Mbγb+Mdγmd+Mcck
设b=3.00md=0.5m
φk=4.76°ck=32.473Kpa
Mb=0.08Md=1.32Mc=3.61
γ=17.276KN/m3γm=20.000KN/m3
代入公式fa=134.574Kpa
考虑在对土样采取、运输、存放等工作时对土样产生的不利影响,使得土样测试结果与地方经验有一定的差异,因而在本次勘查中,根据以上数据统计并结合地方规范《贵州建筑地基基础设计规范》(DB22/45-2004)以及现场袖珍贯入仪测试结果,建议红粘土地基承载力特征值及其力学参数值采用如下:
红粘土承载力特征值fak=170KpaEs=5.4Mpa
Ck=32.47KpaΦK=4.76°
重力密度γ=17.28KN/m3
(三)岩石力学指标及承载力:
根据钻孔中所取的7件岩芯样的单轴饱和抗压强度,经过数据分析,7个样本中只有中等风化白云岩的样本数(共6个)不少于《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)规定的6个。
经过数理统计处理,将这6个样本的物理力学指标列于表2,同时参照附表2。
岩体物理力学指标统计表
表2
项目
平均值μ
标准差σ
变异系数δ
统计修正系数ψ
标准值frk(MPa)
折减系数ψr
承载力特征值fa(MPa)
白云岩
湿溶重(KN/m3)
27.818
0.365
0.013
0.989
27.517
单轴饱和抗压强度fr(MPa)
42.498
8.196
0.193
0.841
35.731
0.2
7.1462
原始统计数据
53.41、31.77、44.24、40.49、49.42、35.66、
舍弃样本
12.10
(注:
岩样径高比为1:
2)
根据岩石单轴饱和抗压强度实验结果,并综合考虑场地地基岩体的风化程度、完整程度以及岩溶发育程度等因素,建议使用以下参数:
强风化白云岩:
fa=1Mpa(经验值)
中风化白云岩:
fa=7MPa(计算值)
四、基坑涌水量预测
场地内浅部地下水属潜水类型,勘探期间水位埋深在3.5m左右。
本次抽水试验参照现行《供水水文地质勘查规范》(GB27-2001),其孔口高程为1092.00m,水位高程为1088.50m(详见钻孔柱状图),隔水底板高程为1074.20m,动水位观察时间,现实每十分钟观测一次,然后依次为20分钟、30分钟、一小时。
每个落程抽水总延时间为10小时,水位流量稳定时间为8小时,恢复水位观测时间6小时,观测孔的水温、水位观测与抽水孔同步,
ZK2钻孔抽水试验资料一览表
表3
孔口高程
孔深
静止水位
观测及抽水时间
降深s(m)
涌水量Q(l/s)
单位涌水量q(l/s.m)
稳定时间(h)
水温
水位恢复时间
气温(℃)
1092.00
30.2
1088.50(-3.50)
2003.12.248:
00~2003.12.2720:
00
1.15
0.203
0.177
8
15
10
20
2.73
0.374
0.137
8
15
27
19
4.60
0.513
0.112
8
15
56
19
抽水试验情况详见表3。
1、计算渗透系数K
潜水完整井公式:
第一次抽水试验数据:
r=0.055mH=40.00mR0=12.0m
S=1.15mQ=17.539m3/d
故:
=0.332m/d
=8.382m
︱R1-R0︳=3.618m>ε=0.01
将R1=代入潜水完整井公式,计算得:
K2=0.310m/dR2=8.099m
︱R2-R1︳=0.229m>ε=0.01m
将R2=代入潜水完整井公式,计算得:
K3=0.307m/dR3=8.060m
︱R3-R2︳=0.039m<ε=0.01m
将R3=代入潜水完整井公式,计算得:
K4=0.307m/dR4=8.060m
︱R4-R2︳=0.000m<ε=0.01m
故:
R=8.060mK=0.307m/d
第二次抽水试验数据:
r=0.055mH=40.00mR0=12.0m
S=2.73mQ=32.31m3/d
故:
=0.263m/d
=17.709m
︱R1-R0︳=5.709m>ε=0.01
将R1=代入潜水完整井公式,计算得:
K2=0.283m/dR2=18.370m
︱R2-R1︳=0.66m>ε=0.01m
将R2=代入潜水完整井公式,计算得:
K3=0.283m/dR3=18.370m
︱R3-R2︳=0.000m<ε=0.01m
故:
R=18.370mK=0.283m/d
第三次抽水试验数据:
r=0.055mH=40.00mR0=12.0m
S=4.60mQ=44.32m3/d
故:
=0.219m/d
=27.230m
︱R1-R0︳=15.230m>ε=0.01
将R1=代入潜水完整井公式,计算得:
K2=0.252m/dR2=29.209m
︱R2-R1︳=1.979m>ε=0.01m
将R2=代入潜水完整井公式,计算得:
K3=0.255m/dR3=29.382m
︱R3-R2︳=0.173m<ε=0.01m
将R3=代入潜水完整井公式,计算得:
K4=0.255m/dR4=29.382m
︱R4-R2︳=0.000m<ε=0.01m
故:
R=29.382mK=0.255m/d
经过统计计算,如表4所示。
ZK2钻孔抽水试验相关参数统计表
表4
编号
降深s
(m)
涌水量Q
(l/s)
单位涌水量q
(l/s.m)
渗透系数K
(m/d)
影响半径R
(m)
1
1.15
0.203
0.177
0.307
8.060
2
2.73
0.374
0.137
0.283
18.370
3
4.60
0.513
0.112
0.255
29.382
平均值
0.282
(注:
又有钻孔直径为110mm)
2、基坑涌水量的计算
由潜水完整井稳定流计算公式:
当S=5.0m时,各项数据分别为:
K=0.282m/dH=40mSw=1.50mrw=0.055m
=10.076m
代入公式,经计算得此时的涌水量Q=20.044m3/d
根据该钻孔的抽水试验资料,基础施工时基坑涌水量约为20.044m3/d,应作好相应的防渗措施。
场区无地表径流,主要由大气降水补给,附近无污染源,地下水不会对钢筋和混凝土产生腐蚀性。
五、边坡稳定性计算
如图1所示,为建筑场地边坡的剖面图:
图1
根据现场勘察,现将该边坡的基本参数列于表5中,用于计算滑坡稳定系数的计算参数:
场地边坡物理参数指标统计表
表5
编号
滑体重力
滑带长度
滑面倾角
滑带土粘聚力
内摩擦角
滑带土摩擦系数
滑动面上法线方向的反力
滑动面上切线上的反力
滑动面抗滑力
W
L
θ
c
φ
(f=tanφ)
N
T
R
(KN)
(m)
(°)
(kpa)
(°)
(kN)
(kN)
(kN)
1
11000
50
40.000
20
20.304
0.370
8426.489
7070.664
4117.801
2
53760
100
18.000
18
19.034
0.345
51128.798
16612.753
19439.435
3
5320
22
18.000
18
19.034
0.345
5059.621
1643.970
2141.569
根据《建筑边坡工程技术规范》(GB50330—2002)公式5.2.5—1和5.2.5—2以及13.1.12计算得:
(1)第i计算条块剩余下滑推理向第i+1计算条块的传递系数
:
(2)边坡稳定性系数
:
根据《岩土工程勘察规范》(GB50021—2001)的规定,
不在二级边坡安全系数允许值范围内,所以该边坡属于不稳定边坡,应对其进行加固处理。
(3)滑坡推力
:
1号滑动条块的滑坡推力:
2号滑动条块的滑坡推力:
3号滑动条块的滑坡推力:
六、场地地震效应评价与防震设防
场地无活动性断层通过,无液化地层等不良地貌、地质构造。
按照《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)表4.1.3,该场地主要属中软场地土,根据表4.1.6综合判断,场地覆盖层平均厚度大于3.00m,小于50.00m,建筑场地类型为II类,属于抗震一般地段。
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001),拟建场地抗震设防烈度为6度区,设计基本地震加速度为0.05g,抗震分组为第一组,设计特征周期0.35s,设计应按照相关规定设防。
七、岩溶地基处理
根据钻探资料,中风化基岩内存在以塑性红粘土填充的溶洞,厚度1.6m甚至更大,按溶洞的具体情况作如下处理方案。
1、体积较小的溶洞。
若洞内有填充物且裂隙不发育,钻穿溶洞时,如水头无太大变化,可加大泥浆比重(1.3g/cm3以上),按正常成孔方法施工。
若为空洞,钻穿后孔内水头突然下降,可采用抛填片石、粘土、袋装水泥混合料等挤密填筑溶洞,直至停止漏浆。
2、洞体较大的空洞或半填充溶洞。
这种溶洞体积较大,具体表现是漏浆大且快,若处理不当,可能引起埋钻、坍孔甚至地面塌崩。
处理此类溶洞施工前应尽可能充分了解溶洞的发育情况、构造、填充物等,若遇发育明显、有裂隙穿过的空洞时,应将钢护筒埋至风化岩层,以防止覆盖土层的坍塌,并准备好片石、水泥包、粘土包等填塞物。
3、埋藏较深、地下水丰富的发育溶洞。
钻孔中遇到这种溶洞可打入全程钢护筒到溶洞底层以隔绝溶洞,采用静压化学灌浆法或喷射灌浆法,固结填充物,然后再钻孔施工。
若洞内无填充物或填充物不满时,则采取先填充碎石或干砂,然后注浆。
八、岩土工程的分析与评价
(一)地基持力层及基础形式建议
1.拟建场地全部为挖方区,建筑基坑开挖平整至地下室底标高1087.00m后,场地上覆填土层将全部清除,红粘土层也将基本上清除,残余红粘土层处于地下水位以下,承载力很低,不能做持力层使用,须彻底清除。
红粘土清除完毕后,揭露出强风化岩体单元,该岩体溶蚀风化强烈,节理裂隙及岩溶风化裂隙发育,岩体极破碎,岩体坚硬程度极低,呈极软岩,层厚0~1.3m,因而该层不能做持力层考虑使用,须彻底挖除。
中风化岩体埋深浅,承载力高,均匀性,稳定性较好,是拟建物较好的天然地基持力层,对有岩溶发育的地段,只要对洞隙进行有效的处理或将基础埋设到洞隙底板上(详见岩溶地基处理),该层是可作拟建物良好的天然地基。
总开挖深度6.30m,基础底面标高1085.70m。
2.基础形式建议
根据场地岩土体单元的质量特征及其在平面与剖面上的土岩组合关系以及甲方提供的设计要求,结合上部结构特征,建议
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