《巖土工程課程設(shè)計(jì)》指導(dǎo)書

1、2015年巖土支擋與錨固設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書總說明1、每個(gè)同學(xué)完成2個(gè)課設(shè)：單元03為必作；單元01、02任選一個(gè)。2、集中完成時(shí)間6月29日7月5日1 設(shè)計(jì)單元01：抗滑樁設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)步驟及主要公式（1）選定布樁位置，根據(jù)樁前滑體是否會(huì)滑走，確定單位設(shè)計(jì)推力（每延米設(shè)計(jì)推力）。當(dāng)樁前滑體可能滑走時(shí)，不計(jì)其抗力，單位設(shè)計(jì)推力為FT；當(dāng)前滑體不會(huì)滑走時(shí)，單位設(shè)計(jì)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(dòng)土壓力；（2）確定樁的間距L、截面形狀（ab）和尺寸、埋入深度h2；計(jì)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地基系數(shù)樁的變形系數(shù)剛性樁

2、彈性樁k=常數(shù)k=my（3）單樁所受滑坡推力TL。按懸臂梁計(jì)算受荷段樁身內(nèi)力、滑面處剪力（Q0）和彎矩（M0）；（4）按剛性樁或彈性樁計(jì)算錨固段樁身內(nèi)力、樁側(cè)應(yīng)力。計(jì)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(jì)算。取最大彎矩Mmax進(jìn)行正截面受彎承載力驗(yàn)算：基本公式： （21） （22）限制條件： （23） （24） （25） （26）（上述詳見混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）第7.2條）（6）取最大彎矩Qmax進(jìn)行斜截面受剪承載力驗(yàn)算：基本公式： （27）限制條件： （28） （29）（上述詳見混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002

3、）第7.5條）（7）樁側(cè)應(yīng)力復(fù)核。要求錨固段樁側(cè)應(yīng)力不大于地層的側(cè)向容許應(yīng)力。當(dāng)?shù)貙訛閹r層時(shí)，樁的最大側(cè)向壓應(yīng)力不大于地層的側(cè)向容許承載力H。 （210） （211）式中，R巖石單軸抗壓強(qiáng)度；折減系數(shù)(根據(jù)巖層裂隙、風(fēng)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(chǎn)狀、膠結(jié)物及膠結(jié)程度）當(dāng)?shù)貙訛橥翆踊蝻L(fēng)化成土、砂礫狀巖層時(shí)，樁身發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)變位，當(dāng)達(dá)到極限狀態(tài)時(shí)，樁前土體產(chǎn)生被動(dòng)土壓力，樁后產(chǎn)生主動(dòng)土壓力。樁身側(cè)向壓應(yīng)力被動(dòng)土壓力主動(dòng)土壓力通常僅驗(yàn)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.591636。2、鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（T

4、B10025-2006）3、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）三、設(shè)計(jì)任務(wù)書及要求（一）設(shè)計(jì)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(zhì)滑坡，滑坡平面為紡錘形，詳見綜合工程地質(zhì)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15.6104m2，體積約為3.56106m3?；w西側(cè)邊界為齊家河溝，東側(cè)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(cè)齊家河溝大部分地段見到基巖出露(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(cè)為

5、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(jì)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(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征(1)滑體滑體物質(zhì)主要為黃褐色、紅褐色含碎石粉質(zhì)粘土，粉質(zhì)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(dá)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)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(zhì)粘土。滑體厚度呈東薄西

6、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(zhì)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

7、要為紅褐色粉質(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)，產(chǎn)狀為：走向6070，傾NNW，傾角46。強(qiáng)風(fēng)化帶厚度約為0.51.5m、其下為中等微風(fēng)化。巖芯采取率約7590% 。滑坡前緣為第四紀(jì)土層，土層主要為坡積地層，巖性由

8、含碎石粉質(zhì)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?？梢娏綖?3m的塊石。滑坡的含水土層性質(zhì)如下： 殘坡積紅褐色粉質(zhì)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(tái)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(yùn)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(xì)砂巖互層組成的基巖裂隙水含水層（）：該層在滑帶的下部巖體破碎，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(gòu)成滑坡的滑床。沖洪

9、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(shí)，均發(fā)生漏水現(xiàn)象。據(jù)前緣階地水井調(diào)查該卵礫石厚約2030米，地下水標(biāo)高在165m以下?；虑熬?0100m范圍內(nèi)均有揭露。 （3）滑帶及滑體物理力學(xué)參數(shù)滑帶土穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)確定一覽表指標(biāo)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(nèi)試驗(yàn)17.1014.410.98.4014.411.98.25.90大剪試驗(yàn)18.88-9.55-經(jīng)驗(yàn)值17228121319711采用值18.889.5513.47.3滑體計(jì)算參數(shù)的

10、確定：滑體天然容重（）取探井大體積測試結(jié)果21.2 KN/m3，飽和容重（）取室內(nèi)滑帶土飽和重度21.3KN/m3?？紫抖龋╪）取室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果為34.1%。2、滑坡推力計(jì)算結(jié)果 李家坪滑坡下滑體剩余推力計(jì)算成果表(kN/m)計(jì)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）0114

11、2.2838.1618.4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(shè)計(jì)要求采用抗滑樁方案。1、選用正確的計(jì)算方法及公式完成抗滑樁的設(shè)計(jì)及計(jì)算；2、完成并提交設(shè)計(jì)計(jì)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）立面布置圖；（4）樁身配筋圖；（5）大樣圖。202 設(shè)計(jì)單元02：框格錨索（桿）設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)步驟及主要公式1、計(jì)算單寬設(shè)計(jì)錨固力對于滑坡或邊坡整治工程，可取

12、設(shè)計(jì)滑坡推力（kN/m）進(jìn)行計(jì)算：單寬設(shè)計(jì)錨固力： （31）式中，F(xiàn)設(shè)計(jì)滑坡推力（kN/m）；設(shè)計(jì)（總）錨固力（kN/m）；滑面內(nèi)摩擦角（）；錨索與滑動(dòng)面相交處的滑面傾角（）；錨索與水平面的夾角（）。下傾時(shí)，公式（31）中的“”取“+”；上仰時(shí)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(guān)，在01之間選取。對于土質(zhì)邊坡或滑體厚度較大時(shí)，取小值；反之取大值。公式（31）也可按下式計(jì)算： （32）公式（32）中，A錨固段與自由段長度之比；、設(shè)錨索段滑面內(nèi)摩擦角、滑面傾角?！九e例】設(shè)錨索段滑面=15，傾角22，錨索自由段長度20m，錨固段長度10m(

13、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(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）表4.2.3-2（預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度設(shè)計(jì)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），得到公稱截面積、抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)安全系數(shù)。參照表3-1取值。表3-1 錨固設(shè)計(jì)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

14、地層臨時(shí)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(shè)計(jì)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(jìn)一步可確定每孔錨索的設(shè)計(jì)錨固力?！九e例】假設(shè)：單寬設(shè)計(jì)錨固力Pt=821.7kN/m，選用15.2mm的鋼絞線。查表得，則取錨固設(shè)計(jì)安全系數(shù)，則：，取n=6根（束）設(shè)計(jì)錨索間距取4m，則需要設(shè)計(jì)4排每孔6束（根），或6排每孔4束。按6排每孔4束進(jìn)行設(shè)計(jì)，則每孔錨索的設(shè)計(jì)錨固力為：按4排每孔6束進(jìn)行設(shè)計(jì)，則每孔錨索的設(shè)計(jì)錨固力為：3、錨索的錨固設(shè)計(jì)以拉力型錨索為例（1）按注漿體與鋼絞線界面粘結(jié)強(qiáng)度確定錨固長度： （

15、34）（2）按注漿體與地層界面抗剪強(qiáng)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(jié)應(yīng)力，按砂漿標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度的10取值。注漿體與地層界面極限剪應(yīng)力，按表3-2取值。錨固設(shè)計(jì)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(yīng)力巖土種類巖土狀態(tài)孔壁摩阻力(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(jiān)塑0.030.040.050.060.060.07砂土松散稍密中密密實(shí)0.090.140.160.200.220.250.270.40

16、錨索的錨固長度maxlsa，la4、外錨結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)根據(jù)被加固邊坡或滑坡巖土情況，外錨結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)錨固力（kN）；地基容許承載力（kN/m2）；A墊墩的面積（m2）；墊墩的內(nèi)力可按“中心有支點(diǎn)單向受彎構(gòu)件”計(jì)算，按雙向布筋。此外，尚應(yīng)檢算墊墩與鋼墊板連接處混凝土局部承壓與沖切強(qiáng)度。局部承壓強(qiáng)度驗(yàn)算公式： （37）式中，混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)；混凝土局部受壓時(shí)的強(qiáng)度提高系數(shù)；混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)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(jì)算面積。（上述詳見混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

17、規(guī)范（GB50010-2002）第7.8.1條）沖切強(qiáng)度驗(yàn)算公式： （38）式中，（詳見混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）第7.7.1條）（2）地梁、框格梁對于設(shè)置兩孔的地梁，簡化為簡支梁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算；設(shè)置3孔或3孔以上的地梁，可簡化為連續(xù)梁進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，即將錨拉點(diǎn)錨索預(yù)應(yīng)力簡化為集中荷載，按彈性地基梁進(jìn)行計(jì)算。一般，可將梁低反力按均布考慮。對于框格梁，可將錨拉點(diǎn)錨索預(yù)應(yīng)力簡化為在縱、橫梁節(jié)點(diǎn)處施加一個(gè)集中荷載，按節(jié)點(diǎn)處撓度相等條件，將錨索預(yù)應(yīng)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(jìn)行計(jì)算。該法由于考慮了節(jié)點(diǎn)處變形協(xié)調(diào)及重疊地梁面積的應(yīng)力修正，計(jì)算較為繁瑣。在實(shí)

18、際應(yīng)用中，一般采用縱、橫梁使用相同截面尺寸，節(jié)點(diǎn)荷載可近似按縱、橫梁間距來分配到縱、橫梁上?！九e例】設(shè)地基容許承載力為300kPa，單孔錨索的設(shè)計(jì)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(jìn)一步可由最大彎矩及剪力（，）確定該地梁的厚度。5、試驗(yàn)與監(jiān)測設(shè)計(jì)（略）二、設(shè)計(jì)任務(wù)書及要求（一）設(shè)計(jì)資料某高速公路標(biāo)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(shè)計(jì)高程368.8m。標(biāo)4號高邊坡初始開挖后全貌開挖邊坡主要由強(qiáng)風(fēng)化全風(fēng)化砂板巖，呈碎裂結(jié)構(gòu)。 III4號高邊坡計(jì)

19、算參數(shù)綜合取值表天然狀態(tài)（工況1）暴雨?duì)顟B(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(jīng)過計(jì)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(shè)計(jì)滑坡推力為931.5kN/m。各條塊剩余下滑力條塊編號剩余下滑力(kN/m)天然狀態(tài)暴雨?duì)顟B(tài)11596.1562323.27022106.3502323.27032201.8355213.40442027.1251830.12951799.4481692.1716841.829931.509（二）設(shè)計(jì)要求采用框格錨索（錨桿）方案。1、選用正確

20、的計(jì)算方法及公式完成框格、錨索（桿）的設(shè)計(jì)及計(jì)算；2、完成并提交設(shè)計(jì)計(jì)算書1份，圖紙1套。包括：（1）立面布置圖；（2）錨索（桿）構(gòu)造詳圖；（3）格梁配筋圖。3 設(shè)計(jì)單元03：管井降水設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)步驟及主要公式（1）確定設(shè)計(jì)降深Sd （41）式中，D基坑開挖深度（m）；dw地下水靜水位埋深（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(nèi)降深 （42）式中，D基坑開挖深度（m）；h井點(diǎn)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(diǎn)為0.1，單排井點(diǎn)為0.25；l過濾

21、管長度（m）；環(huán)形井點(diǎn)到基坑中心的距離（m）；（3）按下列經(jīng)驗(yàn)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(dāng)小于10m時(shí)，取10m；H0含水層厚度，m承壓含水層（吉爾哈特公式）將R作為井群的影響半徑。（4）采用“大井法”估計(jì)基坑總涌水量Q（用于估算井?dāng)?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(shè)計(jì)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(diǎn)到基坑中心的距離（m）；大井半徑，當(dāng)沿圓周布井時(shí)，它就是圓的半徑；如按

22、其它形狀或不規(guī)則的輪廓布井，可按下式計(jì)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(jì)算： （46）式中L和b為矩形長和寬。為系數(shù)，按表4-2確定。表4-20.050.10.20.30.40.50.61.01.051.081.121.141.161.171.18（5）試算法初步確定降水井?dāng)?shù)n及間距a試算法初步確定降水井?dāng)?shù)n、單井設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)流量。（6）復(fù)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(diǎn)、基坑端部的點(diǎn)等，復(fù)核基坑水位降深，使得。對于潛水完

23、整井：對于承壓完整井（承壓含水層厚度）（7）單井出水能力復(fù)核：單井出水能力應(yīng)大于單井設(shè)計(jì)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(jìn)水部分長度(m)，可參照建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-99）第8.3.5條確定。（8）選取過濾器類型、尺寸，濾料規(guī)格及厚度。二、主要規(guī)范建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-2012）第7章“地下水控制”。建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程（JGJ120-99）第8章“地下水控制”。三、設(shè)計(jì)任務(wù)書及要求（一）設(shè)計(jì)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(chǔ)?；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。以粉質(zhì)粘土為主，夾少量卵石及其它硬雜