岩土工程设计实用手册最新.docx
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岩土工程设计实用手册最新
岩土工程实用手册
一、岩土工程勘察分级
(一)岩土工程勘察规范
1、岩土工程勘察规范(GB50021-2001)
工程重要性等级
我国工业与民用建筑划分标准
重要性等级
破坏后果
工程类型
分类
层高(m)
层数
对建筑结构起控制作用的荷载
一级
很严重
重要工程(甲级高层建筑及高、多、低层重要建筑)
低层建筑
多层建筑
高层建筑
超高层建筑
3~6
9~12
24~60
>60
1~2
3~7
8~20
>20
竖向荷载
竖向荷载与水平荷载
水平荷载
水平荷载
二级
严重
一般工程(≥7层建筑)
三级
不严重
次要工程(≤6层建筑)
符合下列条件之一者为一级场地(复杂场地)
符合下列条件之一者为二级场地(中等复杂场地)
符合下列条件之一者为三级场地(简单场地)
1)对建筑抗震危险的地段;
2)不良地质作用强烈发育;
3)地质环境已经或可能受到强烈破坏;
4)地形地貌复杂;
5)有影响工程的多层地下水、岩溶裂隙水或其他水文地质条件复杂,需专门研究的场地。
1)对建筑抗震不利的地段;
2)不良地质作用一般发育;
3)地质环境已经或可能受到一般破坏;
4)地形地貌较复杂;
5)基础位于地下水以下的场地。
1)抗震烈度等于或小于6度,或对建筑抗震有利的地段;
2)不良地质作用不发育;
3)地质环境基本未破坏;
4)地形地貌简单;
5)地下水对工程无影响。
注:
1、从一级开始、向二级、三级推定,以最先满足的为准;2、对建筑抗震有利、不利和危险地段的划分,应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011)的规定确定。
符合下列条件之一者为一级地基(复杂地基)
符合下列条件之一者为二级地基(中等复杂地基)
符合下列条件之一者为三级地基(简单地基)
1)岩土种类较多,很不均匀,性质变化大,需特殊处理;
2)严重湿陷、膨胀、盐渍、污染的特殊性岩土,以及其他情况复杂,需作专门处理的岩土。
1)岩土种类较多,不均匀,性质变化较大;
2)除本条第1款规定以外的特殊性岩土。
1)岩土种类单一,均匀,性质变化不大;
2)无特殊性岩土。
岩土工程勘察等级
备注
甲级:
在工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级中,有一项或多项为一级;
乙级:
除勘察等级为甲级和丙级以外的勘察项目;
丙级:
工程重要性、场地复杂程度和地基复杂程度等级均为三级。
建筑在岩质地基上的一级工程,当场地复杂程度等级和地基复杂程度等级均为三级时,岩土工程勘察等级可定为乙级
2、高层建筑岩土工程勘察规范
(二)《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)
地基基础设计等级 表3.0.1
建筑物安全等级 (JGJ7-89)
设计等级
建筑和地基类型
安全等级
破坏后果
建筑类型
甲级
重要的工业与民用建筑;
30层以上的高层建筑
体型复杂,层数超过10层的高低层连成一体建筑物
大面积的多层地下建筑物(如地下车库、商场、运动场等)
对地基变形有特殊要求的建筑物
复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡)
对原有工程影响较大的新建建筑物
场地和地基条件复杂的一般建筑物
位于复杂地质条件及软土地区的二层和二层以上地下室的基坑工程
一级
很严重
重要的工业与民用建筑及,20层以上的高层建筑、体型复杂的14层以上高层建筑,圣地形特殊要求的建筑物,单桩荷载在4000KN以上的建筑物。
乙级
除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物
二级
严重
一般工业与民用建筑物
丙级
场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及一般工业建筑物;
次要的轻型建筑物
三级
不严重
次要的建筑物
地基主要受力层情况
地基承载力特征值ƒak(kpa)
60≤ƒak<80
80≤ƒak<100
100≤ƒak<130
130≤ƒak<160
160≤ƒak<200
200≤ƒak<300
各土层坡度(%)
≤5
≤5
≤10
≤10
≤10
≤10
建
筑
物
类
型
砌体承重结构、框架结构(层数)
≤5
≤5
≤5
≤6
≤6
≤7
单层排架结构(6m柱距)
单跨
吊车额定起重量(t)
5~10
10~15
15~20
20~30
30~50
50~100
厂房跨度(m)
≤12
≤18
≤24
≤30
≤30
≤30
多跨
吊车额定起重量(t)
3~5
5~10
10~15
15~20
20~30
30~75
厂房跨度(m)
≤12
≤18
≤24
≤30
≤30
≤30
烟 囱
高度(m)
≤30
≤40
≤50
≤75
≤100
水 塔
高度(m)
≤15
≤20
≤30
≤30
≤30
容积(m3)
≤50
50~100
100~200
200~300
300~500
500~1000
注:
1、地基主要受力层系指条形基础底面下深度为3b(b为基础底面宽度),独立基础下为1.5b,且厚度均不为小于5m的范围内(二层以下一般的民用建筑除外);2、地基主要受力中职有承载力特征值小于130kpa的土层时,表中砌体承重结构的设计,应符合本规范第七章的有关要求;3、表中砌体承重结构和框架结构均指民用建筑,对于工业建筑可按厂房高度、荷载情况折合成与其相当的民用建筑层数;4、表中吊车额定起重量、烟囱高度和水塔容积的数值系指最大值。
1)地基承载力特征值130kpa小于,且体型复杂的建筑;2)在基础上及其附近有地面堆载或相邻基础荷载差异较大,可能引起地基产生过大的不均匀沉降时;3)相邻建筑距离过近,可能发生倾斜时;5)地基内有厚度较大或厚度不均匀的填土,其自重固结未完成时;
二、岩土的分类:
(一)岩石分类(GB50021-2001)
岩石按风化程度分类
风化程度
野外特征
风化程度参数指标
波速比KV
风化系数Kf
未风化
岩质新鲜,偶见风化痕迹
0.9~1.0
0.9~1.0
微风化
结构基本未变,仅节理面有渲染或略有变色,有少量风化裂隙
0.8~0.9
0.8~0.9
中等风化
结构部分破坏,仅节理面有次生矿物,风化裂隙发育,岩体被切割成岩块。
用镐难挖,岩芯钻方可钻进。
0.6~0.8
0.4~0.8
强风化
结构大部分破坏,矿物成分显著变化,风化裂隙很发育,岩体破碎,用镐可挖,干钻不易钻进。
0.4~0.6
<0.4
全风化
结构基本破坏,但尚可辨认,有残余结构强度,可用镐挖,干钻可钻进。
0.2~0.4
残积土
组织结构全部破坏,已风化成土状,锹镐易挖掘,干钻易进,具有可塑性。
<0.2
注:
①波速比KV为风化岩石与新鲜岩石压缩波速之比;②风化系数Kf为风化岩石与鹇岩石饱和单轴抗压强度之比;③岩石风化程度,除按表列野外特征和定量指标划分外,也可根据当地经验划分;④花岗岩类岩石,可采用标准贯入试验划分,N≥50为强风化;50>N≥30为全风化;N<30为残积土;⑤泥岩和半成岩,可不进行风化程度划分。
岩石坚硬程度分类
坚硬程度
坚硬岩
较硬岩
较软岩
软岩
极软岩
饱和单轴抗压强度(Μpa)
ƒK>60
60≥ƒK>30
30≥ƒK>15
15≥ƒK>5
ƒK≤5
注:
①当无法取得饱和单轴抗压强度数据时,可用点荷载试验强度换算,换算方法按现行国家标准《工程岩体分级标准》(GB50218)执行;②当岩体完整程度为破碎时,可不进行坚硬程度分类。
岩石坚硬程度等级的定性分类
坚硬程度等级
定性鉴定
代表性岩石
硬
质
岩
坚硬岩
锤击声清脆,有回弹,震手,难击碎,基本无吸水反应。
未风化~微风化的花岗岩、闪长岩、辉绿岩、玄武岩主、安山岩、片麻岩、石英岩、石英砂岩、硅质岩、硅质石灰岩。
较硬岩
锤击声较清脆,有轻微回弹,稍震手,较难击碎,有轻微吸水反应。
微风化的坚硬岩;未风化~微风化的大理岩、板岩、石灰岩、白云岩、钙质砂岩。
软
质
岩
较软岩
锤击声不清脆,无回弹,较易击碎,浸水后指甲可刻出印痕
中等风化~强风化的坚硬岩或较硬岩;
未风化~微风化的凝灰岩、千杦岩、泥灰岩、砂质泥岩。
软岩
锤击声哑,无回弹,有凹痕,易击碎,浸水后手可掰开。
强风化的坚硬岩或较硬岩;中等风化~强风化的较软岩;
未风化~微风化的页岩、泥岩、泥质砂岩。
极软岩
锤击声哑,无回弹,有较深凹痕,手可捏碎,浸水后可捏成团。
全风化的各种岩石;各种半成岩。
岩体完整程度与定性分类
完整程度
完整性指标
结构面发育程度
主要结构面
的结合程度
主要结构面类型
相应的结构类型
组数
平均间距(m)
完整
>0.75
1~2
>1.0
结合好或结合一般
裂隙、层面
整体状或巨厚层状结构
较完整
0.75~0.55
1~2
>1.0
结合差
裂隙、层面
块状或厚层结构
2~3
1.0~0.4
结合好或结合一般
块状结构
较破碎
0.55~0.35
2~3
1.0~0.4
结合差
裂隙、层面、小断层
裂隙块状或中厚层状结构
≥3
0.4~0.2
结合好
镶嵌破碎结构
结合一般
中、厚层状结构
破碎
0.35~0.15
≥3
0.4~0.2
结合差
各种类型结构面
裂隙块状结构
≤0.2
结合一般或结合差
碎裂状结构
极破碎
<0.13
无序
结合很差
散体状结构
注:
1)完整性指数为岩体压缩波速度与岩块压缩波速度之比的平方,选定岩体和岩块测定波速时,应注意其代表性;2)平均间距主要结构面(1~2组)间距的平均值。
岩体基本质量等级分类
完整
较完整
较破碎
破碎
极破碎
坚硬岩
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
较硬岩
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅳ
Ⅴ
较软岩
Ⅲ
Ⅳ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅴ
软岩
Ⅳ
Ⅳ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
极软岩
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
(二)土层分类(GB50021-2001)
土按有机质含量分类
分类名称
有机质含量Wu(%)
现场鉴别特征
说 明
无机土
Wu<5%
有机质土
5%≤Wu≤10%
灰、黑色,有光泽,味臭除腐殖质外尚含少量未完全分解的动植物体,浸水后水面出现气泡,干燥后体积收缩
①如现场能鉴别有机质土或有地区经验时,可不做有机质含量测定;②当W>WL,1.0≤e<1.5时称淤泥质土;③当W>WL,e≥1.5时称淤泥
泥炭质土
10%≤Wu≤60%
深灰或黑色,有腥臭味,能看到未完全分解的植物结构,浸水体胀,易崩解,有植物残渣浮于水中,干缩现象明显
根据地区特点和需要可按Wu细分:
弱泥炭质土(10%≤Wu≤25%)
中泥炭质土(25%≤Wu≤40%)
强泥炭质土(40%≤Wu≤60%)
泥炭
Wu>60%
除有泥炭质土特征外,结构松散,土质很轻,暗无光泽,干缩现象极为明显
表3.3.2 碎石土分类
表3.3.3 砂土分类
土的名称
颗粒形状
颗 粒 级 配
土的名称
颗 粒 级 配
漂 石
圆形及亚圆形为主
粒径大于200㎜的颗粒质量超过总质量50%
砾 砂
粗 砂
中 砂
细 砂
粉 砂
粒径大于2㎜的颗粒质量超过总质量25%~50%
粒径大于0.5㎜的颗粒质量超过总质量50%
粒径大于0.25㎜的颗粒质量超过总质量50%
粒径大于0.075㎜的颗粒质量超过总质量85%
粒径大于0.075㎜的颗粒质量超过总质量50%
块 石
棱角形状为主
卵 石
圆形及亚圆形为主
粒径大于20㎜的颗粒质量超过总质量50%
碎 石
棱角形状为主
圆 砾
圆形及亚圆形为主
粒径大于2㎜的颗粒质量超过总质量50%
角 砾
棱角形状为主
注:
定名时,应根据颗粒级配由大到小以最先符合者确定。
粘性土定名分类
粘性土状态分类
粉土密实度分类
粉土湿度分类
土的名称
塑性指数Ip
液性指数
状 态
液性指数
状 态
孔隙比e
密实度
含水量ω
湿度
粉 土
粉质粘土
粘 土
≤10
10<Ip≤17
Ip>17
IL≤0
0<IL≤0.25
0.25<IL≤0.75
坚 硬
硬 塑
可 塑
0.75<IL≤1
IL>1
软 塑
流 塑
e<0.75
0.75≤e≤0.90
e>0.90
密 实
中 密
稍 密
ω<20
20≤ω≤30
ω>30
稍 湿
湿
很 湿
(三)砂、碎石密实度分类
密实度
砂土密实度分类
碎石土密实度按N63.5(N120)分类
碎石土密实度野外鉴别
标准贯入锤击数N
N63.5
N120
密实度
骨架颗粒含量和排列
可挖性
可钻性
松 散
N≤10
N63.5≤5
N120≤3
松散
骨架颗粒质量小于总质量的60%,排列混乱,大部分不接触。
锹可以挖掘,井壁易坍塌,从井壁取出大颗粒后,立即塌落。
钻进较易,钻杆稍有跳动,孔壁易坍塌
稍 密
10<N≤15
5<N63.5≤10
3<N120≤6
中 密
15<N≤30
10<N63.5≤20
6<N120≤11
中密
骨架颗粒质量小于总质量的60~70%,呈交错排列,大部分接触。
锹镐可挖掘,井壁有掉块现象,从井壁取出大颗粒处,能保持凹面形状。
钻进较困难,钻杆、吊锤跳动不剧烈,孔壁有坍塌现象。
密 实
N>30
N63.5>20
11<N120≤14
很 密
—
—
NN120>14
密实
骨架颗粒质量小于总质量的70%,呈交错排列,连续接触。
锹镐挖掘困难,用撬棍方能松动,井壁较稳定。
钻进困难,钻杆、吊锤跳动剧烈,孔壁较稳定。
(四)特殊性岩土
1、湿陷性土
湿陷程度分类
湿陷性土地基的湿陷等级
试验条件
湿陷程度
附加湿陷量△Fs(㎝)
总湿陷量△s(㎝)
湿陷性土总厚度(m)
湿陷等级
承压板面积0.50㎡
承压板面积0.25㎡
5<△s≤30
>3
Ⅰ
轻 微
中 等
强 烈
1.6<△Fs≤3.2
3.2<△Fs≤7.4
△Fs>7.4
1.1<△Fs≤2.3
2.3<△Fs≤5.3
△Fs>5.3
≤3
Ⅱ
30<△s≤60
>3
≤3
Ⅲ
△s>60
>3
≤3
Ⅳ
2、红粘土:
颜色为棕红或褐黄,覆盖于碳酸盐岩系之上,其液限大于等于50%的高塑性粘土,应判定为原生红粘土。
原生红粘土经搬运、喾人后仍保留其基本特征,且其液限大于45%的粘土,可判定为次生红粘土。
红粘土的状态分类
红粘土的结构分类
红粘土的复浸水特性分类
红粘土的地基均匀性分类
状态
含水比aω
土体结构
裂隙发育特征
类别
Ir与I/r关系
复浸水特性
地基均匀性
地基压缩层范围内岩土组成
坚硬
硬塑
可塑
软塑
流塑
aω≤0.55
0.55<aω≤0.70
0.70<aω≤0.85
0.85<aω≤1.00
aω>1.00
致密状的
巨块状的
碎块状的
偶见裂隙(<1条/m)
较多裂隙(1~2条/m)
富裂隙(>5条/m)
Ⅰ
Ir≥ I/r
收缩后复浸水膨胀,能恢复到原位
均匀地基
全部由红粘土组成
Ⅱ
Ir< I/r
收缩后复浸水膨胀,不能恢复到原位
不均匀地基
由红粘土和岩石组成
注:
Ir=ωL/ωp; I/r=1.4+0.0066ωL
红粘土物理力学性质的经验值 《工程地质手册》(第三版)表5-2-1
指 标
粒组含量(%)
土的天然含水量
ω(%)
最优含水量ωop
(%)
土的重度
γ
(KN/m3)
最大干重度γdmax
(KN/m3)
比 重
G
饱和度
Sr
(%)
孔隙比
e
液 限
ωL
(%)
塑 限
ωp
(%)
塑性指数
Ⅰp
液性指数
ⅠL
含水比
aω
粒径(㎜)
0.005~0.002
粒径(㎜)
0.005~0.002
一 般
10~20
40~70
30~60
27~40
16.5~18.5
13.8~14.9
2.76~2.90
>95
1.1~1.7
60~110
30~60
25~50
-0.1~0.4
0.5~0.75
指 标
孔隙渗透
系 数k
(cm/sec)
孔隙渗透
系 数k´
(cm/sec)
三 轴 剪 切
无侧压抗压强度qυ
(kpa)
比例界限
Po
(kpa)
压缩系数
a1-2
(Mpa-1)
压缩模量
Es
(Mpa)
变形模量
Eo
(Mpa)
自由膨胀率eF·s
(%)
膨胀率
Eps
(%)
膨胀压力
Pρ
(kpa)
体缩率
Es
(%)
线缩率
EsL
(%)
内摩擦角
φ(º)
粘聚力C
(kpa)
一 般
j×10-8
j×10-5~j×10--8
0~3
50~160
200~400
160~300
0.1~0.4
6~16
10~30
25~69
0.1~2.1
14~31
7~22
2.5~8.0
注:
1、Po、Eo系根据载荷试验求得,Pυ系荷载与沉降量关系曲线的第一拐点; 2、aω=ω/ωL。
红粘土的矿物成分 《工程地质手册》(第三版)表5-2-2
粒组
成分(以常见顺序排列)
鉴定方法
碎屑
针铁矿、石英
目测、偏光显微镜
小于2μ的颗粒
高岭土、伊利石、绿泥石部分土中还有蒙脱石、云母、多水高岭石、三水铝矿
X衍射、电子显微镜、差热
红粘土的化学成分 《工程地质手册》(第三版)表5-2-3
化 学 成 分 (%)
土类
SiO2
Fe2O3
Al2O3
CaO
MgO
K2O
Na2O
交换性阳离子
(Me/100g)
易 溶 盐 (%)
有机质
(%)
PH值
全土
46.1
13.0
24.1
0.5
1.5
2.3
0.2
2.43
K++
Na+
Ca++
Mg++
CO3-
HCO3-
Cl-
SO4-
Ca++
Mg++
小于2μ颗粒
39.2
13.2
28.8
0.4
1.5
2.4
0.2
1.81
0.29
29.98
0
0.018
0.010
0.014
0.011
0.002
0.35
6.9
红粘土按状态分类标准 《工程地质手册》(第三版)表5-2-4
状态
液性指数
IL
含水比
aω
含水比aω
比贯入阻力
Ρs(Mpa)
红粘土地基均匀性评价
(按基底下深度为Z值(m)范围内的组成),
Ir<1.8
Ir>1.8
坚硬
≤0
0.55
≤0.63
≤0.50
≥2.3
单独基础 Z=
η1P1+1.5 (5-2-5)
条形基础 Z=
η2P2-4.5 (5-2-6)
式中:
η1、η2—系数,η1取0.003m/KN;η2取0.003㎡/KN
注:
单独基础的总荷重P1:
为500~3000KN;
条形基础每延米荷载P2:
为100~250KN/m。
硬塑
0<IL≤0.33
0.55<IL≤0.70
0.63~0.75
0.5~0.67
1.3~2.3
可塑
0.33<IL≤0.67
0.70<IL≤0.85
0.75~0.88
0.67~0.84
0.7~1.3
软塑
0.67<IL≤0.10
0.85<IL≤0.10
0.88~1.0
0.84~1.0
0.2~0.7
流塑
>1.0
>1.0
>1.0
>1.0
<0.2
红粘土的裂隙性
红粘土的胀缩性
红粘土中的地下水特征
坚硬和硬塑状态的红粘土层由于胀缩作用形成大量裂隙。
裂隙发育深度一般为3~4m,已见最深者达6.0m。
裂隙面光滑,有的带擦痕、有的被铁锰质浸染。
裂隙的发生和发展速度极快,在干旱气候条件下,新挖坡面数日内便可被收缩裂隙切割得支离破碎,使地面水易侵入,土的抗剪强度降低,常造成边坡变形和失稳。
贵州的贵阳、遵义、桐仁;广西的桂林、柳州、来宾、貴县等地区的红粘土具有一定的胀缩性。
这些地区的红粘土地基的胀缩变形,致使一些单层(少数为2~3层)民用建筑物和少数热工建筑物出现开裂破坏,其中以广西地区较为严重,贵州地区较轻,有些地区红粘土的胀缩性很轻,可不作膨胀土对待。
红粘土的胀缩性能表现为以缩为主。
即天然状态下膨胀量微小,收缩量较大(见表5-2-1),经收缩后的土试样浸水时,可产生较大的膨胀量。
红粘土的透水性微弱,其中的地下水多为裂隙性潜水和上层滞水,它的补给来源主要是大气降水,基岩岩溶裂隙水和地表水体,水量一般均很小。
在地势低洼地段的土层裂隙中或软塑、流塑状态土层中可见土中水,水量不大,且不具统一水位。
红粘土层中的地下水水质属重碳酸钙型水,对混凝土一般不具腐蚀性。
3、膨胀土
1)膨胀土的评价
膨 胀 土 场 地 分 类
膨 胀 土 的 判 别
膨胀土的膨胀潜势分类
膨胀土地基的胀缩等级主
1)平坦场地:
地形坡度小于5º;地形坡度大于5º小于小14º,且距坡肩水平距离大于10m的坡顶地带。
2)坡地场地:
地形坡度小于或等于5º;地形坡度小于5º,但同一座建筑物范围内局部地形高差大于1m。
具有下列工程地质特征的场地,且自由膨胀率大于或等于40%的土,应判定为膨胀土。
⑴裂隙发育,常有光滑面和擦痕,有的裂隙中充填着灰白色、灰绿色粘土。
在自然条件下呈坚硬或硬塑状态。
⑵多出露于二级阶地、山前和盆地边缘丘陵地带,地形平缓,无明显自然陡坎。
⑶常见浅层塑性坡、地裂,新开挖(槽)壁易发生坍塌等。
⑷建筑物裂缝随气候变化而张开和闭合。
自由膨胀率
δef(%)
膨 胀
潜 势
地基分级变形量Sc(㎜)
级 别
40≤δef<65
65≤δef<90
δef≥90
弱
中
强
15≤Sc<35
35≤Sc<70
δef≥70
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
2)膨胀土地基计算
(1)膨胀土地基变形量可按