《巖土工程課程設計》指導書

1、2015年巖土支擋與錨固設計課程設計指導書總說明1、每個同學完成2個課設：單元03為必作；單元01、02任選一個。2、集中完成時間6月29日7月5日§1 設計單元01：抗滑樁設計一、設計步驟及主要公式（1）選定布樁位置，根據(jù)樁前滑體是否會滑走，確定單位設計推力（每延米設計推力）。當樁前滑體可能滑走時，不計其抗力，單位設計推力為FT；當前滑體不會滑走時，單位設計推力為FTminP，Ep式中，T每延米剩余下滑力；P每延米剩余抗滑力；Ep每延米被動土壓力；（2）確定樁的間距L、截面形狀（a×b）和尺寸、埋入深度h2；計算樁的變形系數(shù)或，按表2-1判定屬彈性樁還是剛性樁。表2-1地

2、基系數(shù)樁的變形系數(shù)剛性樁彈性樁k=常數(shù)k=my（3）單樁所受滑坡推力T×L。按懸臂梁計算受荷段樁身內力、滑面處剪力（Q0）和彎矩（M0）；（4）按剛性樁或彈性樁計算錨固段樁身內力、樁側應力。計算公式參見路基（第二版，人民交通出版社，1997）P.270290。（5）樁身配筋計算。取最大彎矩Mmax進行正截面受彎承載力驗算：基本公式： （21） （22）限制條件： （23） （24） （25） （26）（上述詳見混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2002）第7.2條）（6）取最大彎矩Qmax進行斜截面受剪承載力驗算：基本公式： （27）限制條件： （28） （29）（上述詳見混凝土結

3、構設計規(guī)范（GB50010-2002）第7.5條）（7）樁側應力復核。要求錨固段樁側應力不大于地層的側向容許應力。當?shù)貙訛閹r層時，樁的最大側向壓應力不大于地層的側向容許承載力H。 （210） （211）式中，R巖石單軸抗壓強度；折減系數(shù)(根據(jù)巖層裂隙、風化及軟化程度)KH在水平方向的換算系數(shù)(完整程度、層理產狀、膠結物及膠結程度）當?shù)貙訛橥翆踊蝻L化成土、砂礫狀巖層時，樁身發(fā)生轉動變位，當達到極限狀態(tài)時，樁前土體產生被動土壓力，樁后產生主動土壓力。樁身側向壓應力被動土壓力主動土壓力通常僅驗算滑面以下2/3h2和h2處。二、主要參考書及規(guī)范1、路基（第二版，人民交通出版社，1997）P.59163

4、6。2、鐵路路基支擋結構設計規(guī)范（TB10025-2006）3、混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2002）三、設計任務書及要求（一）設計資料1、滑坡基本特征（1）地形地貌李家坪滑坡下滑體為土質滑坡，滑坡平面為紡錘形，詳見綜合工程地質平面圖滑體長240360m，寬260340m，前緣階地高程170m、后緣高程245m，坡面平均坡度10°，局部大于30°，滑坡面積15.6×104m2，體積約為3.56×106m3?；w西側邊界為齊家河溝，東側邊界為鄒家河溝，其地貌形態(tài)見（圖2.1.1-1）兩條河溝均發(fā)源于滑坡后部黃陵城山。西側齊家河溝大部分地段見到基巖出

5、露(圖2.1.1-2)，是比較明顯的滑坡邊界線，滑坡后緣中部基巖亦有零星分布；東側為鄒家河溝，溝谷切割較深，最大下切深度約為15m，溝谷中未見基巖出露；后緣除中部有零星基巖分布外，其余地段均為為第四紀坡積層覆蓋。山地工程揭露坡積層厚度約為1.503.50m。（2）滑坡體的物質組成及結構特征(1)滑體滑體物質主要為黃褐色、紅褐色含碎石粉質粘土，粉質粘土為可塑硬塑，局部為軟塑，碎石粒徑一般為25cm，含量一般為1020%。偶見粒徑可達3-5m的塊石。塊石及碎石成分主要為泥巖及砂巖，礫石磨圓度較差?；w局部可見碎石含量約為5060%碎石層，碎石層呈透晶體存在，該層無論在水平上、還是在垂直上的均呈無規(guī)

6、律的分布，碎石呈棱角狀，分選性較差，充填物為黃褐色、紅褐色粉質粘土。滑體厚度呈東薄西厚，東部厚度約為2.0018.00米，西部厚度約為20.0040.0米。(2)滑帶滑帶主要由紅褐色、黃褐色粉質粘土組成，可塑，局部軟塑，含510%的碎石，碎石呈棱角狀，粒徑一般為12cm，偶遇塊石。按滑帶下覆地層巖性可分為粘性土層的軟弱剪切面（簡稱土層滑帶）及土巖剪切面（簡稱巖層滑帶）?，F(xiàn)分述如下：土層滑帶：主要分布于前緣地帶，剪切面高程為180m以下。ZK1揭露深度為12m、高程167m，ZK11揭露深度為10m、高程167m。TK1及TK2粘性土深度為10m,高程為179m、175m。ZK1、ZK11巖芯可

7、見明顯擦痕，探井滑面傾向190210度，傾角510度 (見圖2.1.2-1)。巖性主要為紅褐色粉質粘土，可塑，局部硬塑。含少量砂巖碎石，次棱角狀，粒徑12cm，含量約10%左右，偶遇塊石。巖層滑帶：主要分布于滑體的中、后部基巖面之上。巖性為粉質粘土,紅褐色，軟塑可塑，含水量較高，屬飽和土。含有棱角狀及次棱角狀砂巖碎石，碎石粒徑12cm，含量約15%，滑帶中可見擦痕，具有擠壓特征。鉆孔揭露，該滑帶在接觸帶上土芯較破碎，不宜成型。(3)滑床滑床中、上部主要為侏羅系沙溪廟組（J2S3）紫紅色粉砂巖、泥巖組成，層狀結構，產狀為：走向60°70°，傾NNW，傾角4°6

8、76;。強風化帶厚度約為0.51.5m、其下為中等微風化。巖芯采取率約7590% ?；虑熬墳榈谒募o土層，土層主要為坡積地層，巖性由含碎石粉質粘土組層?？伤苡菜?，碎石含量約為1020%，碎石粒徑一般為25cm，成分主要為砂巖。可見粒徑為23m的塊石?；碌暮翆有再|如下： 殘坡積紅褐色粉質粘土夾碎石弱含水層（Q4del），主要分布于工程區(qū)山間凹地、平臺及斜坡坡腳地帶。一般厚度6.0m34.0 m，該層的透水能力較弱，為弱透水層。由于該層地下水運移非常緩慢，且受地形影響較大，總體上無統(tǒng)一的地下水水位，屬于上層滯水。 侏羅系沙溪廟組紫紅色泥巖與細砂巖互層組成的基巖裂隙水含水層（）：該層在滑帶的下

9、部巖體破碎，透水性較好。牽引破碎帶以下的基巖受泥巖的影響，總體上透水性微弱。鉆孔揭露該層主要分布于滑坡的中后緣，構成滑坡的滑床。沖洪積卵礫石層孔隙水含水層（）：卵石層屬彭溪河漫灘沖洪積相，主要分布于滑坡的前緣至澎溪河河漫灘。為孔隙潛水，透水性好，水量豐富，鉆探揭露該層時，均發(fā)生漏水現(xiàn)象。據(jù)前緣階地水井調查該卵礫石厚約2030米，地下水標高在165m以下?；虑熬?0100m范圍內均有揭露。 （3）滑帶及滑體物理力學參數(shù)滑帶土穩(wěn)定性計算參數(shù)確定一覽表指標天然（水上）飽和（水下）c(kPa)(°)c(kPa)(°)峰值殘值峰值殘值峰值殘值峰值殘值室內試驗17.1014.410.

10、98.4014.411.98.25.90大剪試驗18.88-9.55-經驗值17228121319711采用值18.889.5513.47.3滑體計算參數(shù)的確定：滑體天然容重（）取探井大體積測試結果21.2 KN/m3，飽和容重（）取室內滑帶土飽和重度21.3KN/m3?？紫抖龋╪）取室內試驗結果為34.1%。2、滑坡推力計算結果 李家坪滑坡下滑體剩余推力計算成果表(kN/m)計算工況工況1工況2工況3工況4剖面穩(wěn)定系數(shù)（Fst）1.201.151.201.151-1剩余下滑推力（kN）01072.3869.8691.52-2剩余下滑推力（kN）01120.7635.0524.03-3剩余下滑

11、推力（kN）00004-4剩余下滑推力（kN）00005-5剩余下滑推力（kN）455.81089.5970.1720.26-6剩余下滑推力（kN）01142.2838.1618.4備注：工況一：自重地表荷載+現(xiàn)狀水位。工況二：自重地表荷載水庫壩前175m水位非汛期20年一遇暴雨（q枯）。工況三：自重地表荷載壩前水位從175m降至145m。工況四：自重地表荷載壩前水位從175m降至145m+非汛期20年一遇暴雨（q枯）。（二）設計要求采用抗滑樁方案。1、選用正確的計算方法及公式完成抗滑樁的設計及計算；2、完成并提交設計計算書1份，圖紙1套。包括：（1）平面布置圖布置圖；（2）剖面布置圖；（3）

12、立面布置圖；（4）樁身配筋圖；（5）大樣圖。19§2 設計單元02：框格錨索（桿）設計一、設計步驟及主要公式1、計算單寬設計錨固力對于滑坡或邊坡整治工程，可取設計滑坡推力（kN/m）進行計算：單寬設計錨固力： （31）式中，F(xiàn)設計滑坡推力（kN/m）；設計（總）錨固力（kN/m）；滑面內摩擦角（°）；錨索與滑動面相交處的滑面傾角（°）；錨索與水平面的夾角（°）。下傾時，公式（31）中的“±”取“+”；上仰時公式中的“±”取“-”。以下傾為宜，不宜大于45°，一般1530°。折減系數(shù)。與邊坡巖性及加固厚度有關，在01

13、之間選取。對于土質邊坡或滑體厚度較大時，取小值；反之取大值。公式（31）也可按下式計算： （32）公式（32）中，A錨固段與自由段長度之比；、設錨索段滑面內摩擦角、滑面傾角?！九e例】設錨索段滑面=15°，傾角22°，錨索自由段長度20m，錨固段長度10m(初擬)，錨固段長度與自由段長度之比A=0.5。則錨索下傾角：=2、每孔錨索的設計錨固力（1）鋼絞線規(guī)格、根數(shù)初擬鋼絞線規(guī)格，查混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2002）表4.2.3-2（預應力鋼筋強度設計值）、附錄B.2（鋼絞線公稱直徑、公稱截面積及理論重量）、附錄B.3（鋼絲公稱直徑、公稱截面積及理論重量），得到公稱

14、截面積、抗拉強度設計值。則單根鋼絞線的極限張拉荷載為。整治每沿米滑坡所需的錨索鋼絞線的根數(shù)： （33）式中，錨固設計安全系數(shù)。參照表3-1取值。表3-1 錨固設計安全系數(shù)類型鋼絞線Fs1注漿體與地層界面Fs2注漿體與鋼絞線界面Fs2普通地層高腐地層普通地層高腐地層普通地層高腐地層臨時性錨固1.51.71.52.01.52.0永久性錨固1.72.02.53.02.53.0（2）每孔錨索的設計錨固力選定錨索間距，則可確定錨索排數(shù)、每孔錨索的鋼絞線根數(shù)（束）。進一步可確定每孔錨索的設計錨固力。【舉例】假設：單寬設計錨固力Pt=821.7kN/m，選用15.2mm的鋼絞線。查表得，則取錨固設計安全系數(shù)

15、，則：，取n=6根（束）設計錨索間距取4m，則需要設計4排每孔6束（根），或6排每孔4束。按6排每孔4束進行設計，則每孔錨索的設計錨固力為：按4排每孔6束進行設計，則每孔錨索的設計錨固力為：3、錨索的錨固設計以拉力型錨索為例（1）按注漿體與鋼絞線界面粘結強度確定錨固長度： （34）（2）按注漿體與地層界面抗剪強度確定錨固長度： （35）式中，張拉鋼筋外表直徑（束筋外表直徑）（m）；錨固體直徑（m）；注漿體與鋼絞線界面極限粘結應力，按砂漿標準抗壓強度的10取值。注漿體與地層界面極限剪應力，按表3-2取值。錨固設計安全系數(shù)。參照表3-1取值。表3-2 注漿體與地層界面極限剪應力巖土種類巖土狀態(tài)孔壁

16、摩阻力(MPa)巖土種類巖土狀態(tài)孔壁摩阻力(MPa)巖石硬巖軟巖泥巖1.22.51.01.50.61.2粉土中密0.10.15粘性土軟塑硬塑堅塑0.030.040.050.060.060.07砂土松散稍密中密密實0.090.140.160.200.220.250.270.40錨索的錨固長度maxlsa，la4、外錨結構物設計根據(jù)被加固邊坡或滑坡巖土情況，外錨結構可以是墊墩、地梁、框格梁。（1）墊墩墊墩大小根據(jù)被加固邊坡地基承載力確定。 （36）式中，K錨索超張拉系數(shù)；每孔錨索的設計錨固力（kN）；地基容許承載力（kN/m2）；A墊墩的面積（m2）；墊墩的內力可按“中心有支點單向受彎構件”計算，

17、按雙向布筋。此外，尚應檢算墊墩與鋼墊板連接處混凝土局部承壓與沖切強度。局部承壓強度驗算公式： （37）式中，混凝土強度影響系數(shù)；混凝土局部受壓時的強度提高系數(shù)；混凝土軸心抗壓強度設計值；混凝土局部受壓凈面積；混凝土局部受壓面積；混凝土局部受壓計算面積。（上述詳見混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2002）第7.8.1條）沖切強度驗算公式： （38）式中，（詳見混凝土結構設計規(guī)范（GB50010-2002）第7.7.1條）（2）地梁、框格梁對于設置兩孔的地梁，簡化為簡支梁進行內力計算；設置3孔或3孔以上的地梁，可簡化為連續(xù)梁進行內力計算，即將錨拉點錨索預應力簡化為集中荷載，按彈性地基梁進行計算

18、。一般，可將梁低反力按均布考慮。對于框格梁，可將錨拉點錨索預應力簡化為在縱、橫梁節(jié)點處施加一個集中荷載，按節(jié)點處撓度相等條件，將錨索預應力分配到各自梁上（縱梁、橫梁），然后按一般的條形彈性地基梁進行計算。該法由于考慮了節(jié)點處變形協(xié)調及重疊地梁面積的應力修正，計算較為繁瑣。在實際應用中，一般采用縱、橫梁使用相同截面尺寸，節(jié)點荷載可近似按縱、橫梁間距來分配到縱、橫梁上?！九e例】設地基容許承載力為300kPa，單孔錨索的設計錨固力為821.7kN，采用2孔地梁，錨索間距3m，地梁長度5m。則地梁寬度為：進一步可由最大彎矩及剪力（，）確定該地梁的厚度。5、試驗與監(jiān)測設計（略）二、設計任務書及要求（一）

19、設計資料某高速公路標4號高邊坡位于里程樁號YK201+570625段，處于富溪河右岸山脊中下部，開挖邊坡長95.m，坡斜高40m，擬分五級開挖，每級梯段8m，公路設計高程368.8m。標4號高邊坡初始開挖后全貌開挖邊坡主要由強風化全風化砂板巖，呈碎裂結構。 III4號高邊坡計算參數(shù)綜合取值表天然狀態(tài)（工況1）暴雨狀態(tài)下（工況2）C（KP）（°）重度（KN/m）C（KP）（°）重度（KN/m）103022.372822.8坡體分條圖經過計算，天然工況，穩(wěn)定性系數(shù)為1.125，暴雨工況，穩(wěn)定性系數(shù)為1.001。安全系數(shù)取1.15，設計滑坡推力為931.5kN/m。各條塊剩余下滑

20、力條塊編號剩余下滑力(kN/m)天然狀態(tài)暴雨狀態(tài)11596.1562323.27022106.3502323.27032201.8355213.40442027.1251830.12951799.4481692.1716841.829931.509（二）設計要求采用框格錨索（錨桿）方案。1、選用正確的計算方法及公式完成框格、錨索（桿）的設計及計算；2、完成并提交設計計算書1份，圖紙1套。包括：（1）立面布置圖；（2）錨索（桿）構造詳圖；（3）格梁配筋圖。§3 設計單元03：管井降水設計一、設計步驟及主要公式（1）確定設計降深Sd （41）式中，D基坑開挖深度（m）；dw地下水靜水位埋

21、深（m）；基坑中心處水位到基坑底板的距離（m）；一般取0.51.0m。（2）初步確定管井長度L（深度）、井內降深 （42）式中，D基坑開挖深度（m）；h井點頂部離地面（±0.00）的距離（m）；基坑中心處水位到基坑底板的距離（m）；一般取0.51.0m；i降水曲線坡度；環(huán)形井點為0.1，單排井點為0.25；l過濾管長度（m）；環(huán)形井點到基坑中心的距離（m）；（3）按下列經驗公式確定單井的影響半徑R：表4-1公式備注井水位降深，m；k滲透系數(shù)，m/s。潛水含水層（庫薩金公式）R影響半徑，m；k滲透系數(shù)，m/d；井水位降深，m，當小于10m時，取10m；H0含水層厚度，m承壓含水層（吉爾

22、哈特公式）將R作為井群的影響半徑。（4）采用“大井法”估計基坑總涌水量Q（用于估算井數(shù)）承壓水完整井： （43）潛水完整井： （44）式中，H含水層厚度（m）；Sd基坑設計降深（m）；R影響半徑（m）；k滲透系數(shù)（m/d）大井半徑（假想半徑），即環(huán)形井點到基坑中心的距離（m）；大井半徑，當沿圓周布井時，它就是圓的半徑；如按其它形狀或不規(guī)則的輪廓布井，可按下式計算 （45）式中，F(xiàn)為布井輪廓范圍的面積。若布井輪廓為狹長的矩形，宜用下式計算： （46）式中L和b為矩形長和寬。為系數(shù)，按表4-2確定。表4-20.050.10.20.30.40.50.61.01.051.081.121.141.161

23、.171.18（5）試算法初步確定降水井數(shù)n及間距a試算法初步確定降水井數(shù)n、單井設計流量q潛水完整井： （單井井壁半徑） （47）使得：式中， 按式（43）或（44）確定；基坑周長；單井設計流量。（6）復核基坑抽水影響最小處的水位降深 選擇抽水影響最小處，例如基坑中心點、基坑端部的點等，復核基坑水位降深，使得。對于潛水完整井：對于承壓完整井（承壓含水層厚度）（7）單井出水能力復核：單井出水能力應大于單井設計流量。單井最大出水量q：式中，含水層滲透系數(shù)(m/d)；過濾器半徑(m)；過濾器進水部分長度(m)，可參照建筑基坑支護技術規(guī)程（JGJ120-99）第8.3.5條確定。（8）選取過濾器類型

24、、尺寸，濾料規(guī)格及厚度。二、主要規(guī)范建筑基坑支護技術規(guī)程（JGJ120-2012）第7章“地下水控制”。建筑基坑支護技術規(guī)程（JGJ120-99）第8章“地下水控制”。三、設計任務書及要求（一）設計資料1、基坑工程概況基坑平面形態(tài)為矩形，長130m，寬75m，開挖深度為-5.45m，擬采用筏板基礎?；悠矫婧唸D2、地形地貌擬建場地地貌單元屬岷江II級階地，地形較平坦，場地地面高程510.27511.37m，高差1.10m。3、地基土組成場地上覆人工填土（Q4ml），其下由第四系更新統(tǒng)河流沖洪積層（Q3al+pl）組成，現(xiàn)分述如下： 人工填土（Q4ml）. 雜填土：雜色；松散；稍濕。以建筑垃圾、碳渣為主，該層場地普遍分布，厚度0.502.50 m。. 素填土：褐灰、黃灰色；一般稍密；稍濕。以粉