工民建岩土工程勘察.docx

1、工民建岩土工程勘察第十二章 房屋建筑与构筑物第一节 概 述房屋建筑与构筑物系指一般房屋建筑、高层建筑、大型公用建筑、工业厂房及烟囱、水塔、电视电讯塔等高耸构筑物。在城市建设中，高层建筑占有相当大的比重。在国外，高层建筑起始于19世纪末期。进入20世纪，由于工业技术的进步，高层建筑发展加快，例如美国1907年在纽约建造了高度187m共47层的辛尔摩天大楼；1931年建造了高381m共102层的帝国大厦；1973年建造了高411m共110层的世界贸易中心大厦；1974年在芝加哥又建造了高443m共110层的西尔斯大楼。到目前为止，世界上已建成的最高建筑物是马来西亚吉隆坡的吉隆坡塔，总高450m共8

2、5层。我国改革开放以来的高层建筑如雨后春笋般地拔地而起，目前我国最高的建筑已超过80层，总高300m。目前对高层建筑划分的标准各国不一致，但绝大多数都以建筑物的层数和高度作为划分依据。如美国规定高度25m以上或7层以上，英国规定高度在24.3m以上，法国规定居住建筑高度在50m以上，而其他建筑高度在28m以上，日本则把8层以上或高度超过31m的建筑称为高层建筑。1972年在国际高层建筑会议上，对高层建筑的起点，统一规定为9层，其高度小于50m；超高层建筑为40层以上，其高度大于100m。我国根据目前城市登高消防器材，消防车供水能力等实际情况，参考国外高层与多层建筑的界限，确定适合我国高层建筑的

3、起始高度为24m，其划分标准见 表1。表1 我国工业与民用建筑划分标准分类高度(m)层数对建筑物结构起控制作用的荷载低层建筑3612竖向荷载多层建筑91237竖向荷载与水平荷载高层建筑2460820水平荷载超高层建筑6020水平荷载从岩土工程角度来看高层建筑的特点主要是高度大、荷重大、基础埋深大等。由于建筑物高耸，不仅竖向荷载大而集中，而且风力和地震力等水平荷载引起的倾覆力矩成倍增长，因此就要求基础和地基提供更高的竖直与水平承载力，同时使沉降和倾斜控制在允许的范围内，并保证建筑物在风荷载与地震荷载下具有足够的稳定性。另外，高层建筑的基础一般具有较大的埋置深度，有的甚至超过20m。实践证明，经济

4、合理的基坑支护结构和严密的防护措施是高层建筑基础工程不可分割的一部分。高层建筑的基础类型，在土基中主要有箱型基础、桩基础以及箱形基础加桩的复合基础；在岩基上则一般采用锚桩基础或墩基础等。在房屋建筑与构筑物中，常常遇到以下几种岩土工程问题。1、区域稳定性问题区域地壳的稳定性直接影响着城市建设的安全和经济，在城市建设中必须首先考虑。区域稳定性的主要因素是地震和新构造运动，在新开发地区选择建筑场址时，更应注意。在强震区兴建房屋建筑与构筑物时，应着重于场地地震效应的分析与评价。2、斜坡稳定性问题在斜坡地区兴建建筑物时，斜坡的变形和破坏危及斜坡上及其附近建筑物的安全。建筑物的兴建，给斜坡施加了外荷载，增

5、加了斜坡的不稳定因素，可能导致其滑动，引起建筑物的破坏。因此，必须对斜坡的稳定性进行评价，对不稳定斜坡提出相应的防治或改良措施。3、地基稳定性问题研究地基稳定性是房屋建筑与构筑物岩土工程勘察中的最主要任务。地基稳定性包括地基强度和变形两部分。若建筑物荷载超过地基强度、地基的变形量过大，则会使建筑物出现裂隙、倾斜甚至发生破坏。为了保证建筑物的安全稳定、经济合理和正常使用，必须研究与评价地基的稳定性，提出合理的地基承载力和变形量，使地基稳定性同时满足强度和变形两方面的要求。4、建筑物的配置问题大型的工业建筑往往是由工业主厂房、车间、办公大楼、附属建筑及宿舍构成的建筑群。由于各建筑物的用途和工艺要求

6、不同，它们的结构、规模和对地基的要求不一样，因此，对各种建筑物进行合理的配置，才能保证整个工程建筑物的安全稳定、经济合理和正常使用。在满足建筑物对气候和工艺方面的条件下，工程地质条件是建筑物配置的主要决定因素，只有通过对场地工程地质条件的调查，才能为建筑物选择较优的持力层，确定合适的基础类型，提出合理的基础砌置深度，为各建筑物的配置提供可靠的依据。5、地下水的侵蚀性问题混凝土是房屋建筑与构筑物的建筑材料，当混凝土基础埋置于地下水位以下时，必须考虑地下水对混凝土的侵蚀性问题。大多数地下水不具有侵蚀性，只有当地下水中某些化学成分(如、Cl-、侵蚀性CO2等)含量过高时，才对混凝土产生分解性侵蚀、结

7、晶性侵蚀及分解、结晶复合性侵蚀。地下水中的化学成分与环境及污染情况有关。所以，在岩土工程勘察时，必须测定地下水的化学成分，并评价其对混凝土的各种侵蚀性。6、地基的施工条件问题修建房屋建筑与构筑物基础时，一般都需要进行基坑开挖工作，尤其是高层建筑设置地下室时，基坑开挖的深度更大。在基坑开挖过程中，地基的施工条件不仅会影响施工期限和建筑物的造价，而且对基础类型的选择起着决定性的作用。基坑开挖时，首先遇到的是坑壁应采用多大的坡角才能稳定、能否放坡、是否需要支护，若采取支护措施，采用何种支护方式较合适等问题；坑底以下有无承压水存在，能否造成基坑底板隆起或被冲溃；若基坑开挖到地下水位以下时，会遇到基坑涌

8、水、出现流砂、流土等现象，这时需要采取相应的防治措施，如人工降低地下水位与帷幕灌 浆等。影响地基施工条件的主要因素是土体结构特征，土的种类及其特性，水文地质条件，基坑开挖深度、挖掘方法、施工速度以及坑边荷载情况等。在岩土工程勘察测试结果的基础上进行的岩土工程问题分析评价，是岩土工程勘察报告的精髓和关键部分，对房屋建筑与构筑物而言，地基稳定性(地基承载力和沉降变形)是岩土工程分析评价中的主要问题；对采用桩基或进行深基坑开挖的建筑物，应进行相关问题的岩土工程评价；对强震区，应进行场地地震效应的评价。第二节 桩基岩土工程问题分析在房屋建筑与构筑物的基础设计中，桩基是常用形式之一。桩基具有施工方便、承

9、载力高、沉降量小等优点。一、桩基类型及持力层的选择桩的种类很多，但在房屋建筑与构筑物的桩基础设计中，常用灌注桩和预制桩。灌注桩沉管灌注桩、大直径桩（钻孔、人工挖孔）、扩孔灌注桩等。 桩基持力层选择在稳定的硬塑坚硬状态的低压缩性粘性土和粉土层，中密以上的砂土、碎石层，微、中风化的基岩。第四系土层作为桩端持力层其厚度宜超过 6 10倍桩身直径或桩身宽度；扩底墩的持力层厚度宜超过2倍墩底直径；如果持力层下卧软弱地层时，应从持力层的整体强度及变形要求考虑，保证持力层有足够厚度。此外，对于预制打入桩来说，还应考虑桩能顺利穿过持力层以上各地层的可能性。 二、单桩承载力的确定 在房屋建筑与构筑物的桩基础中，

10、一般以受竖向荷载为主，故单桩承载力常指的是单桩竖向承载力。单桩承载力一方面取决于制桩材料的强度，另一方面取决于土对桩的支承力，大多数情况下，桩的承载力都是由土的支承力控制的。因此，如何根据地基的强度与变形确定单桩承载力是设计桩基础的关键问题，根据土对桩的支承力确定单桩承载力的方法，主要有静荷载(桩载)试验与静力分析(半经验公式计算)两种方法。 静力分析法主要是根据原位测试资料或土的物理性质指标与承载力参数之间的关系来确定单桩承载力。 对一级建筑桩基应采用现场静载荷试验，并结合静力触探、标准贯入等原位测试方法综合确定。 对二级建筑桩基应根据静力触探、标准贯入、经验参数等估算，并参照地质条件相同的

11、试桩资料，综合确定，当缺乏可参照的试桩资料或地质条件复杂时，应由现场静载荷试验确定。 对三级建筑桩基，如无原位测试资料时，可利用承载力经验参数估算。 桩静载荷试验是先在准备施工的地方打试验桩，在试桩顶上分级施加静荷载，直至桩发生剧烈或不停滞的沉降(桩已丧失稳定性)为止，在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，并不应少于3根，工程总桩数在50根以内时不应少于2根。然后根据试验结果，绘制荷载沉降(QS)关系曲线，从而可确定单桩竖向极限承载力标准值。 按静力分析法估算单桩承载力，不同规范所推荐的经验公式是有差别的，有的用以估算单桩承载力设计值，有的则用以估算单桩承载力极限值。在房屋建筑与构筑物

12、的桩基中，主要是估算单桩承载力极限值，下面介绍在房屋建筑与构筑物的桩基中常用的静力触探法与按土的物理指标法确定单桩承载力极限值。 (一)静力触探法估算单桩承载力 静力触探试验中的探头与土的相互作用，相似于桩与土的相互作用，因此可以用静力触探试验测得的比贯入阻力(单桥)或双桥探头中的锥尖阻力与侧壁摩阻力估算单桩承载力。但不能直接以静力触探中端阻与摩阻作为实际单桩的端阻力和摩阻力，而必须经过修正，这是因为静力触探的工作性能与实际单桩的工作性能有所不同。不同之处主要是尺寸效应、应力场、材料性质等，存在这些差异所造成的影响至今还难以从理论上逐项严密地进行理论或从数学关系上加以描述，因此用静力触探确定单

13、桩承载力也是一种经验估算。 桩静载荷试验是先在准备施工的地方打试验桩，在试桩顶上分级施加静荷载，直至桩发生剧烈或不停滞的沉降(桩已丧失稳定性)为止，在同一条件下的试桩数量，不宜少于总桩数的1%，并不应少于3根，工程总桩数在50根以内时不应少于2根。然后根据试验结果，绘制荷载沉降(QS)关系曲线，从而可确定单桩竖向极限承载力标准值。 按静力分析法估算单桩承载力，不同规范所推荐的经验公式是有差别的，有的用以估算单桩承载力设计值，有的则用以估算单桩承载力极限值。在房屋建筑与构筑物的桩基中，主要是估算单桩承载力极限值，下面介绍在房屋建筑与构筑物的桩基中常用的静力触探法与按土的物理指标法确定单桩承载力极

14、限值。 (一)静力触探法估算单桩承载力 静力触探试验中的探头与土的相互作用，相似于桩与土的相互作用，因此可以用静力触探试验测得的比贯入阻力(单桥)或双桥探头中的锥尖阻力与侧壁摩阻力估算单桩承载力。但不能直接以静力触探中端阻与摩阻作为实际单桩的端阻力和摩阻力，而必须经过修正，这是因为静力触探的工作性能与实际单桩的工作性能有所不同。(1)根据单桥探头静力触探资料确定混凝土预制单桩竖向极限承载力标准值时，如无当地经验可按下式计算：Quk= Qsk+Qpk=uqsikli+pskAp式中：Quk单桩竖向极限承载力标准值；Qsk单桩总极限侧阻力标准值；Qpk单桩总极限端阻力标准值；u桩身周长；qsik用

15、静力触探比贯入阻力值估算的桩周第i层土的极限侧阻力标准值；li桩穿越第i层土的厚度；桩端阻力修正系数；psk 桩端附近的静力触探比贯入阻力标准值(平均值)；Ap桩端面积。(2) 根据双桥探头静力触探资料确定混凝土预制桩单桩竖向极限承载力标准值时，对于粘性土、粉土和砂土、如无当地经验时可按下式计算：Quk=uliifsi+qcAp式中：fsi第i层土的探头平均侧阻力；qc桩端平面上、下探头阻力，取桩端平面以上4d(d为桩的直径或边长)范围内按土层厚度的探头阻力加权平均值，然后再和桩端平面以下1d范围内的探头阻力进行平均；桩端阻力修正系数，对粘性土、粉土取2/3，饱和砂土取1/2；i第i层土桩侧阻力综合修正系数。(二)土的物理指标法确定单桩承载力 根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式计算： Quk=Qsk+Qpk=uqsikli+qpkAp式中：qsik桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可查规范。qpk极限端阻力标准值，如无当地经验值时，可查表。 三、群桩承载力与群桩沉降验算 当桩中心距小