岩土工程设计案例(6篇)

岩土工程设计案例篇1

关键词：上软下硬；基坑支护；吊脚桩

1基坑支护技术的特点

1.1基坑深度越来越大

现阶段，基坑工程对于增加我国城市空间的利用率、促进城市的管理与经济发展具有非常重要的现实意义。部分基坑的深度已经达到了数十米。根据目前地下工程的发展趋势，今后的工程中基坑的深度还会越来越大。

1.2施工条件越来越复杂

当前，施工建设面临的环境越来越复杂，特别是基坑支护工程，其施工条件尤其复杂。基坑挖掘常常会对周边建筑的安全性和稳定性产生影响，甚至可能带来严重的安全隐患。在开展道路基坑支护作业时，管道的铺设也是一个难题。一些年代久远的建筑的安全性和稳定性会受到管道铺设的影响。此外，开展基坑支护作业会对作业地区及其周围地区的地质环境造成严重破坏，特别是当支护工作没有很好地完成或者是受到外界环境因素的干扰使得支护工程没有起到应有的保护作用时，会直接损害道路周边建筑物的稳定性，容易引发安全事故。安全事故的发生还会带来一系列连锁反应，比如人员的伤亡、工期的延误、发生工程纠纷、增加施工成本等，会给施工单位以及整个社会带来沉重压力。因此，为保障工程施工安全，本文结合工程实例，对上软下硬结构的基坑支护设计进行了介绍和分析。

2工程概况

某桥梁明挖扩大基础，处于深基坑中，基坑范围内上覆地层主要为素填土层、粉质黏土层，局部含碎石土层，下伏基岩为中风化石灰岩层，局部含中风化破碎层。各岩土层物理力学参数详见表1。地下水主要为上层滞水和裂隙岩溶水，在基坑钻探深度范围内地下水为上层滞水，无稳定地下水位，主要为雨水下渗补给，并且上层滞水因受分布位置及构造、地形、埋藏条件、季节等的影响较大，岩溶水位埋深一般大于100m，年变化幅度为4～10m。

3基坑支护方案

基坑施工范围内地层条件较为简单，各层岩土分布不均，中风化岩面南高北低，变化较大，位于地下10～16.8m，为上软下硬二元地层。经分析，该地下水位在底板以下，因此无需考虑基坑内止水措施，支护形式可采用钻孔桩。钻孔桩成孔难度大，施工周期长，通过参考国内类似的工程实例，综合分析工期、经济等因素，最终确定该基坑以中风化石灰岩岩面作为支护形式，即可考虑采用“吊脚桩+锚索+岩层放坡喷锚”体系进行计算分析。支护参数为：支护桩采用800mm桩径灌注桩，桩距1.2m，桩入岩深度3m；预应力锚索采用3Φ15.2钢绞线，坡顶平台处预留1.5m距离，采用“锁脚腰梁+预应力锚索”的锁脚支护方案；下层岩层采用1∶0.1的坡度开挖，喷锚支护，锚杆长5m，间距为2m×3m，梅花型布置。

4围护结构计算

由于该基坑具有上下不同的地层条件，为典型的上软下硬二元地层，针对“吊脚桩+锚索+岩层放坡喷锚”体系，采用的方法是以钻孔桩入岩面作为分界面各自独立计算；也可使用放坡平台以上“吊脚桩+锚索”，采用弹性支点法进行计算分析；而对于平台以下岩层放坡喷锚，要进行平面滑动稳定性分析，采用极限平衡法计算岩体的稳定性，在计算时，要将岩质边坡结构面倾角范围内的全部荷载作为超载作用于岩质边坡。4.1上部土层吊脚桩计算计算基坑深度取11.79m，采用“钻孔桩+锚索”的支护形式，共设5道锚索。计算时考虑最不利工况，假定桩入岩深度为0（软件输入0.05m），锁脚锚索在开挖至桩底处施加，采用理正岩土计算软件进行计算分析。如图1所示，经计算可知基坑最大水平位移为8.9mm，基坑侧面最大沉降为10mm，满足变形控制要求。4.2下部岩石边坡计算放坡平台以下边坡高度为8.95m，对基坑下部岩层边坡进行简面滑动稳定性分析，并采用理正岩土计算软件与极限平衡法计算岩体的稳定性。计算简图见图2．从计算结果可知，总下滑力为961.6kN，总抗滑力为1311.9kN，安全系数为1.364，满足设计要求。

5结语

对于上软下硬二元地层，采用吊脚桩支护体系，可充分利用岩层的自稳能力，有效控制施工工期和造价。但鉴于岩土结构的复杂性，加之目前岩土工程设计理论、规范、实践尚未成熟，因此本设计通过对该基坑上、下两种地层分别计算，考虑吊脚桩最不利的工况，入岩深度为0，基坑最大水平位移、侧面最大沉降在控制限制内，计算结果安全，由此可以作为设计依据。此工程基坑设计重点是土岩结合面处理。设计中利用放坡平台处预留1.5m距离，采用锁脚腰梁+预应力锚索稳定吊脚桩桩脚的方式，可认为吊脚桩下部进入稳定的岩层中。但设计中未考虑爆破开挖、机械钻孔等诸多不可控因素对放坡平整性的影响和强度的破坏，因此施工时需要注意把控质量，同时需要做好监测数据统计，以为设计提供数据支持，并为有效完善支护方案做好准备。

参考文献：

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[7]汤维武，苏志刚，蒲刚.城区基坑支护设计与优化方法研究[J].中华民居（下旬刊），2014（10）：128-129

岩土工程设计案例篇2

关键词：土岩组合地基；处理；设计；处治原则

中图分类号：TU447

文献标识码：B

文章编号：1008-0422（2008）06-0146-03

1前言

地基基础是整个建筑物的重要组成部分，它对建筑物的安全和正常使用有着密切联系，一旦出现事故，处理就比较困难，例如地基的下沉将造成室内地坪空鼓、开裂，室外散水空鼓开裂、下沉，建筑物基础受水浸泡，甚至导致建筑物不均匀沉降等问题。土岩组合地基是山区常见的建筑场地，常见的土岩组合地基主要有：①土层呈尖灭状分布的地基，这是由于下卧基岩表面坡度较大形成的；②覆盖土层厚薄极度不均匀的地基，这是由于基岩表面起伏不平导致的；③石芽地基，石灰岩地区常见地基形式，并有可能部份石芽出露。④球状岩块与残积层混杂堆积的地基；⑤崩塌体堆积的地基或崩塌休堆积物与残积坡积物混杂堆积的地基；⑥岩石碎屑填土地基，以及矿产残碴(如煤歼石堆积)或工业废料(如炉碴或钢碴堆积)等堆积物形成的地基。一般来说，这些地基无论岩石还是土体的承载力都比较高，因此地基的承载力一般卓有富余，但是由于土层和岩石的刚度差异巨大，因此最大的问题是容易出现不均匀变形，导致建筑开裂等问题。已有的文献对这些地基的处理已有大量介绍，本文将在这些已有经验的基础上，介绍一个软土和岩石组合地基上的基础工程处理方法和实例，供同行参考。

2工程概况

新都住宅小区的建筑场地原为工厂厂区，旧建筑物己全部拆除，场地平坦、宽阔，其中9#~15#楼为二组大底盘，三塔楼形式建筑，总高35.3m(13层)，结构类型为带一层转换层的短股剪力墙结构体系，主要转换层柱网尺寸为5.7×7.9m柱底最大轴力设计值6100kN。连接体部分柱网尺寸为75×7.8m，柱底最大轴力设计值2710kN。该场地土层厚薄不均、性质不同，自上而下的土层分别是：①杂填土厚0.5~1.0m；②硬塑状粘土(fak=180kpa，Es=27.5Mpa)厚1.0~1.2m；③可塑状粘土(fak=130kpa，Es=5.5Mpa)厚0~2.2m，局部缺失；④软塑状粘土(fak=60kpa，Es=2.0Mpa)厚1.0~2.5m；⑤流塑状粘土(fak=30kpa，Es=1.0Mpa)厚0~2.1m，局部缺失。土层以下为基岩，为石灰系下统岩关组炭岩，但是基岩面深浅不一：浅的2.5m，深的9.2m，基岩fak=4000kPa，qpk=8000kPa。基底标高部分位于基岩下，部分位于土层上。根据地质勘察报告，该场地岩溶发育，而且存在不均匀性，钻探中发现普遍存在鹰嘴岩、溶沟、溶洞等不良地质条件。这是一个土层厚度不均匀，还存在流塑软土；基岩承载力较高，但又存在不良地质的土岩组合地基，加之上部结构为复杂高层建筑结构，单柱荷载较大。其基础工程的妥善处理，不仅事关工程造价，而且影响到建筑的安全和使用。

3土岩组合地基常用处理方法

3.1设置褥垫法

土岩组合地基中，由于岩石地基和土地基在强度和刚度的差异，位于岩石地基部分的基础变形小，导致与岩石相邻的土层的承载力发挥不出来，使基础在土岩交界处形成应力集中，因此需要在土层和岩层顶面设置一层褥垫层，以减小土岩之间的沉降差褥垫法是通过在土岩地基上方设置一定厚度散体垫层，基础设置在在垫层，通过垫层的压缩和过渡使基础变形和受力得到过渡，避免基础在交界处形成大转角。褥垫层不能提高土层的承载力，因此褥垫法一般用在土层承载力能够满足要求的场地。褥垫可采用炉渣、中砂、粗砂、土夹石或粘性土等材料，其厚度应能达到能够使地基变形平顺过渡的要求，一般取300至500mm。褥垫法多用于房屋为单层排架结构或一、二层砌体承重结构，土层的地基承载力标准值一般大于应150KPa的土岩组合地基。其夯填度应根据试验确定，夯填度为褥垫夯实后的厚度与虚铺厚度的比值。

3.2设置沉降缝

对于土层厚度差异很大的土岩组合地基，尤其是地基压缩量相差较大的位置，在建筑物上设置沉降缝是常用的处理措施。沉降缝的设置宜结合建筑物的平面形状、地基土质、基础类型及荷载条件等设置沉降缝，一般在下列部位设置：①建筑平面的转折部位；②高度差异或荷载差异处；③长高比过大的砌体承重结构或钢筋混凝土框架结构的适当部位；④建筑结构或基础类型不同处；⑤分期建造的房屋的交界处。沉降缝应有足够的宽度，房屋层数为2至3层时，沉降缝宽度为50~80mm，房屋层数为4至5层时，沉降缝宽度为80~120mm，房屋层数为5层以上时，沉降缝宽度不小于120mm，在特殊情况下可适当加宽。

3.3后浇带法

处理土岩地基不均匀沉降的后浇带法是在高低层相连处设置的，具体做法是：先把高层主楼与低层裙房分开施工，从基础到裙房屋顶各构件的钢筋均断开，在建筑沉降稳定后，将各构件断开处浇混凝土联系起来，灌后浇带之前需把断开的钢筋焊接起来。采用后浇带法一般还会采用以下方法减少高层主楼和低层裙房的沉降差：①调整主楼基底和裙房基底的压力差，降低主楼和裙楼的沉降差，如：主楼用整片基础，如箱形基础或片筏基础，减小土压力，裙楼用条形基础及独立柱基加大土压力。②较准确地算出主楼与裙楼的沉降值，调整沉降差使沉降后期两者沉降相近。后浇带法通过先施工主楼，待主楼封顶后，再施工裙楼，待沉降基本稳定后，再浇灌后浇带，连为整体的方法，把高层主楼和低层裙房连成整体。采用后浇带法可避免设置沉降缝带来建筑使用功能和防水上的问题。后浇带一般设在裙房一侧，宽度不小于500mm。

3.4其他措施

在土岩组合地基，采用一些建筑设计手段和施工措施也可降低建筑因地基不均而带来的不均匀沉降问题，例如，在选用建筑平面时，力求平面简单，体型均匀对称，而平面复杂的建筑如L形及T形等的交叉处，基础密集，地基中附加应力相互重盈，容易产生不均匀沉降。增加结构的整体刚度也是处理问题的方法之一，在不均匀场地，特别是碰到软土地基时应适当增加其关键部位的抗拉强度，这样有利于利用建筑物的刚度来调整建筑物的部分不均匀沉降。在不均匀场地进行建筑设什时，应注意相邻建筑物的相互影响，并尽量采用对不均匀沉降不敏感的结构。当建筑物有高差时，只要有可能，就应先施工重的部分，这样便可利用施工程序的时差，让沉降大的部分先沉降一部分，这样便可有效地减少不均匀沉降。

4处理方案设计

对于土岩组合地基，可用的方法很多，设计中应根据工程的实际情况，综合应用上述方法，可使地基承载力和不均匀沉降均能控制在允许范围内，达到最佳技术经济效果。例如某钢筋混凝土框架结构7层建筑，建筑面积6300m2，基础为人工挖孔桩基础，持力层为灰岩。开挖后发现少数孔桩的桩端处70%为岩石，30%为粘土。现场处理措施是将粘土部分挖去后回填混凝土并夯实，该建筑竣工多年来使用正常。而某单层工业厂房，建筑面积1200m2，采用柱下独立基础，持力层为硬塑状粘土。开挖至设计标高后局部见石笋出露，大部分为硬塑状粘土，勘察资料反映其承载力特征值为260kPa。由于粘土层的地基承载力满足要求，因此现场处理措施是将石笋打掉，挖去粘土并回填等厚的砂褥垫层，分层夯实后浇筑基础，该方案也取得了良好的经济效益。

转贴于新都住宅小区工程为软土和岩石组合的地基，在地表的硬壳层下为厚度不均的软土，基底标高大部分位于基岩下，局部位于土层上，其基岩承载力较高，但又存在鹰嘴岩、溶沟、溶洞，而上部结构为复杂高层建筑结构，单柱荷载较大。经过多次方案比较、评审，最后采用“独立基础+人工挖孔桩”基础方案：在基岩面埋深较浅的部分，挖除软土，将柱基础直接落在基岩上；对于基岩面埋深较大的部分，则采用人工挖孔桩，一柱一桩，桩端落在基岩上。这样的基础方案适合该工程特点和场地特点：①基础直接落在基岩上，基岩承载力较高，满足高层建筑荷载大的要求；②落在基岩上的基础不存在地基变形问题，既满足了高层建筑基础必须做到基础总沉降量和差异沉降量满足规范规定允许值的要求；③采用该方案后工程主楼与连接体之间不设永久缝，仅设后浇带用以解决险收缩和温度应力。同时，这样的基础方案传力明确、质量可靠、造价较低。

由于该场地下土层厚度不均，基岩中又存在鹰嘴岩、溶沟、溶洞等诸多不良地质现象，而且在设计阶段，是很难掌握非常详细的场地的地质条件的，因此设计中还要求无论是直接落在基岩上的柱下独立基础还是人工挖桩基础，均应对持力层灰岩进行超前钻探，查明基底5m（独立基础）或3d（桩基础）范围内基岩的完整性。施工中，勘察、施工、监理应准确提供每一个溶沟溶洞的平面只寸、走向、深度与基础的相对关系、两侧基岩的稳定性、可靠性等书面性资料。对于在施工中发现的溶洞、溶沟，制定了以下4条处治原则：①对外露的、浅层的溶沟、溶洞、裂隙，采取挖填置换的方法处理。能全部清除洞内泥土的全部清除，将洞壁(沟壁)表面凿毛，然后用混凝土回填。当难以清除洞隙内泥土时，也要尽量清除，清除深度不少于1米，然后回填毛石、碎石、浇筑险，并加大基础底面积(原则上加大面积二三洞隙面积)，使之跨越洞隙。②对外露的较深、较大的溶洞，当洞底岩石稳定可靠时，则改用桩基，将桩穿过洞体，使桩尖落在洞底岩石上。③对未外露的在5m或3d深度范围内的洞隙、溶洞，采用险灌注填塞。④对未外露的较大的溶洞，采用在洞内设置高压旋喷桩的处理方法，用旋喷桩支顶溶洞顶板，使之稳定。

5方案实施与效果

由于地质状况在设计阶段很难完全清楚，通过勘察手段也只能概括的查明场地内地形、地貌特征以及地质构造特征，对于是否存在岩溶、土洞、不均匀地基不良地质现象，场地内的地层结构、分布厚度及均匀性，各岩土层主要物理力学性质，场地内地下水类型，水位变化等，有一定的局限性。真实的场地条件只有基坑开挖才得以暴露显现，因此对于软土和岩石组合地基的处理，必须由设计、施工和勘察密切配合，根据暴露显现后的实际情况，调整处理方案，使设计方案实施可行。在新都住宅小区土岩组合地基的处理中，要求设计人员应参与全过程，不仅是在设计中制定处理方案，还应配合施工，实行动态设计，使处理方案经济可行，安全可靠。该工程的基坑开挖后，多处出现在勘察报告中未反映的溶沟、溶槽异常状况，但是通过设计方、施工、监理即时赶到工地，一方面安排清除溶沟、溶槽内泥土，另一方面，请地质勘察部门配合查清溶沟、溶槽平面范围，判断在基础平面内尺寸、定位以及在基础平面外1m范围内的走向、尺寸以及溶沟、溶槽旁基岩是否为完整或较完整的基岩。然后根据不同的实际情况对每个溶沟溶槽做了相应的处理方案。例如：9#楼A-11~A-E轴交柱基础ZHJ(独立柱基础)，基础尺寸A×B×H(高)=1.8×1.8×1.2m，配置φ12@100(双向)钢筋。在基坑开挖时，发现有外露溶沟，溶沟较深，溶沟内泥土难以清除干净。则按上述设计中的第①条原则：“对外露的、浅层的溶沟、溶洞、裂隙，采取挖填置换的方法处理。能全部清除洞内泥土的全部清除，将洞壁(沟壁)表面凿毛，然后用混凝土回填。当难以清除洞隙内泥土时，也要尽量清除，清除深度不少于1m，然后回填毛石、碎石、浇筑险，并加大基础底面积，使之跨越洞隙”进行处理。采取了以下措施：溶沟内泥土清除了约3m，然后填入毛石、碎石、浇注C30混凝土，由地质勘察部门鉴定基坑基岩符合设计要求后，将原基础底面积扩大，跨越溶沟。确定方案后，设计单位立即以设计更改(补充)通知单的形式发至施工单位，及时处理了施工中发现的问题，排除了建筑危害。在该小区基础工程施工过程中，多处出现了类似的问题，但是通过各方密切配合，多次进行基础设计变更取得了效果的良好技术和经济效果。

6结语

土岩石组合地基是不良的建筑场地，对于这样的场地的基础工程，必须根据工程特点和场地特征因地制宜的确定地基基础处理方案。本文在分析了常用土岩组合地基常用处理方法的基础上，介绍了某住宅小区工程中遇到的软土和岩石组合地基基础工程处理实例，通过采用独立基础和一柱一桩的基础形式，并在设计时制定遇到不良地质条件时候的处理原则。在施工过程中，通过设计、监理、施工、勘察的紧密配合，针对工程进行过程中的具体问题具体分析，得到了效果的良好技术和经济效果。

参考文献:

[1]叶书麟，叶观宝.地基处理[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

岩土工程设计案例篇3

关键词：地埋管岩土热物性准三维导热模型工程案例测试结果

一、深层岩土导热系数的原理与方法

深层地下岩土导热系数是设计地源热泵系统地热换热器的重要参数，通常用现场测量结合参数估计法来确定深层岩土导热系数。目前测试应用的地热换热器与周围岩土换热模型一般较为复杂，需要确定的参数较多，导致出现误差的可能性增大，非常不利于工程上推广应用。已有模型在确定钻孔内热阻时，一般都需要较为详细确定钻孔内埋管的布置与几何尺寸、导热系数以及回填材料的导热系数等。鉴于测量的困难和钻孔内埋管埋设的不确定性，这些参数的误差均较大，从而影响最终物性结果的可靠性。而基于U型管钻孔内传热的准三维导热模型可以较为准确地现场测量并确定深层岩土的导热系数。

1.测试原理

地热换热器（一个回路）的结构如图1。为简化分析，引进如下假设：1）钻孔周围岩土是均匀（设计所需是平均参数）；2）埋管与周围岩土的换热可认为是钻孔中心的一根线热源与周围岩土进行换热，沿长度方向传热量忽略不计（孔径较小，一般约0.1m，钻孔长度则大于50m）；4）埋管与周围岩土的换热强度维持不变（可以通过控制加热功率完成）。

根据上述假设，由地热换热器与其周围岩土换热的换热方程可确定管内流体平均温度与深层土壤的初始温度（也是假设的无穷远处的土壤温度）之间的关系为：

二、实际工程案例

1、工程概况

该工程位于四川德阳，为一共用新建项目，项目地质情况复杂，地面到地下100米，分别为5米土壤层、25米的卵石层、余下费风化岩，地下水丰富。

2.测试结果

2.1钻孔基本参数

3.结果分析

该地埋管区域主要地质构成：以风化岩为主，地下3米见水，地下水丰盈。测试结果表明：埋管区域的平均导热系数为1.96W/m℃。该区域地下水位较高，土壤地层导热系数大，综合换热能力强，适合使用地埋管地源热泵空调系统；岩土体温度较高（初始温度）：约19℃，有利于冬季地下取热。

三、结论

通过对U型管钻孔内传热的准三维导热模型及实际的测量进行介绍，在地源热泵空调土壤导热系数测试的工程中使用本模型可以较为准确地现场测量并确定深层岩土的导热系数，从而为地面管系统的设计提供强有力的基础参数，使埋管数量设置达到经济合理的水平。

岩土工程设计案例篇4

关键词：岩土工程；设计；岩石改造；抗震设计

1岩土工程设计及其实际应用

岩土工程设计是指对岩石进行勘察以后，根据场地原有的地质地貌特征、环境特征以及岩土工程条件，结合实际的施工需要，所进行的桩基工程，地基工程，边坡工程，基坑工程等岩土工程施工范畴的方案设计与施工图设计。岩土工程所包含的内容比较多，是一种结合多种科学处理手段进行地基改造的工程，通过对岩土的改造，可以增加和提升岩土抗击自然灾害的功能。岩土工程中还包含地下工程和地震工程。在保持土地原有的地貌特征下，对地基地质结构进行设计改造，优化岩土结构，提高岩土抵抗自然灾害的能力，是岩土工程设计的目的及用途。岩土工程设计的用处包含防风固沙，地下水控制，截水、抗震等等很多方面，在这里主要探讨抗震的作用。

2岩土工程设计中的抗震作用

岩土工程设计建立在土地原有的地质地貌特征上，所以岩土工程设计具有自然性和地域性的特征，跟大自然息息相关。岩土工程的主要目的就是通过对岩土结构的改造，提升岩土结构抵抗自然灾害的能力，减少自然灾害的发生，保护人们日常的生产生活。在对岩土结构的改造中，主要是通过改变岩土的传播媒介，以此达到抗震的目的。改变岩土的地基以及岩土工程构筑物，可以增强岩土的坚硬度以及稳固程度，提高岩土结构的强硬度。这样的岩造工程，主要是为了让岩土结构中产生冲击型地震荷载以及往返型地震荷载，这两种地震荷载可以有效的减少地震带给人们的伤害。在不能改变地震次数的情况下，降低地震带来的伤害也是很有意义的，值得注意的是，在岩土工程设计中，可将山体滑坡的问题考虑进去，在地震发生的时候，山体滑坡出现的概率也非常高，造成的伤害也很可观，将这一因素考虑进去，便于进行更合理的抗震设计。改造岩土结构，可以增加岩土的坚硬度，增加土层的持力，实现防风固沙的目的，提高抵抗自然灾害的能力，降低地震造成的伤害。水利堤防设计，土石坝设计、挡土等工程可以起到防风固沙的作用。岩土工程设计对于抗震的作用主要体现在以下方面：放大作用，通过放大岩土层质，以达到减少水土流失的作用；滤波作用，通过对地震波的过滤作用，从而降低地震带给人们的伤害，缩小震幅辐射的范围；隔震作用，改造后的岩土结构可以对地震波进行一定的隔离作用，以此控制地震的扩大，减少地震对人们的危害；共振作用，通过对地震震感的吸收，有效降低地震的强度，控制地震范围，减轻地震带来的影响。所以，岩土工程设计对于抵抗自然灾害有着不可忽略的作用，应当重视岩土工程设计在实际生活中的运用，通过科学合理的改造，帮助人们抵抗自然灾害，造福人民。

3岩土工程设计中的抗震问题及设计

3.1岩土土体在地震中的变化

虽然不能人为的减少地震的发生，但是可以通过改造岩土结构来降低地震给人们带来的伤害。很多自然物在地震的作用下，都会发生一定的变化，土体也不例外，而不同的土体所发生的变化也有所不同，比如土体变形和孔隙水压力的变化等等。不同的土体由于土层结构的特殊性而导致了各有特色的变化，根据土体变形的形态以及孔压的发展可以分辨不同的土体。孔压上升速度快，变化显著的土体，主要包括松、中密砂、含粘粒量小的分土以及淤泥。另外一种土体变化没有那么显著，孔压上升速度也慢，主要包含饱水密砂、干砂、碎石土和含粘粒量大的分土。通过对比两种土体在地震的变化，可以得知，第二种土体的稳定性更好，不容易变形，所以在岩土工程设计中，应当考虑将两种土体的特点结合，结合实际需要进行对应的改造。

3.2关于岩土动力

岩土动力是岩土工程设计中不可以缺少的部分，岩土动力在地震中主要体现在场地反映以及地基基础和岩土工程结构物的反映上。地震发生时，岩土土层以及周围地质的反映被称为场地反映，分析这一变化的特点，在岩土工程设计中进行改造，加强岩土土层以及周围地质的稳定性，以此减少地震带来的灾害。而地基基础和岩土工程结构物的反映是指地基基础在地震中所发生的变化，将地基基础在地震中变化考虑进岩土工程设计中，根据这一系列的变化，对岩土土层进行有针对性的改造，从而达到抗震的目的。

3.3岩土工程设计中的抗震设计

由于岩土工程设计具有自然性的特点，导致岩土工程构筑物对于地面位移的影响反映较大，所以，只有降低地震的伤害程度，才能起到抗震的作用。岩土工程设计中，通过对岩土土体结构的改造，可以发现不同土体的变化，找出较为稳定的土体，然后通过有针对性的改造，提高土体的坚硬度以及稳定性，以此达到抗震的目的，这也是岩土工程设计与抗震的联系所在。岩土工程设计中包含的环节较多，过程也比较复杂，而且具有很多不确定的成分在里面，因此，为了提高岩土工程设计的安全性和准确度，采用了比较科学的动态设计方式。进行动态设计时，首先需要熟悉所选场所以及场所周围的环境，然后在维持原有地质地貌特征的基础上进行岩土工程设计，对于工程设计过程中出现的实际反映情况及时记录，加以分析，根据分析得出的结果，不断调整岩土设计工程的方案，反复实验，对所得数据及方案进行筛选，直到得出最佳方案为止。动态设计的优势在于可以及时看到设计方案的效果，并且通过不断的调整，得出最佳的方案，改变以往设计的单一性。另外，由于岩土工程设计中，岩土构建物对大自然的依赖性，在进行工程设计时，需要对土体和地基的液化效应以及危害性进行准确的分析，通过数据对比，将危害性控制在最低，以实现岩土工程设计的最优化。

4结束语

由于现代技术飞速发展，才得以掌握岩土工程设计这种新型技术，通过对岩土土体结构的改变，实现抵抗自然灾害的愿望，不得不说，这是人们的福音。在进行岩土工程设计时，务必保有原来的地质地貌特征，同时，在技术上需要不断创新，以此实现保护自然、人为抗震的目的。

参考文献：

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岩土工程设计案例篇5

【关键词】多层溶洞；端承桩；摩擦桩；成本

1、工程概况及地质分析

该地质结构多为上部杂填土、淤泥、流砂等，下部为石灰岩构造，主要有强风化、中风化、微风化岩三种。理论上分析由于上部土质液性指数IL值较小、塑性低，不宜用作持力层。广泛采用端承桩是理所当然的事，而钻孔桩是较常采用的工程基础之一。某公司综合楼开工，地质勘探资料如下：岩土层大致可以分为八层，①素填土：红黄、褐黄色，湿、稍密、强度低，属高压缩性。厚度0.5～0.8m；②粉质粘土：褐黄色、黄色，属中压缩性不均匀土层，厚度1.60～9.50m；③细砂：黄色、灰黄色，稍密，中压缩性，厚2.8～3.70m；④淤泥质轻亚粘土：灰色、深灰色，软～流塑状，厚1.60～5.80m；⑤粉质粘土:灰白、黄灰色，中压缩性，不均匀土层,厚度0.8～2.7m；⑥粘土：灰黄色、可塑，中压缩性，厚0.70～4.35m；⑦粘土：黄色、红黄色，可塑、硬塑状态，中压缩性，厚3.0～5.1m；⑧微风化石灰岩：灰白色、灰色，为本场地主要基岩。该石灰岩为致密结构，厚层状构造，有溶洞。可作桩端持力层。厚度为0.50～5.30m。根据以上地质资料，设计采用钻孔桩基础，单桩承载力不小于1500kN。施工时先采用超前钻探（一桩一孔），再磨岩浇混凝土成桩的顺序以保证基础坚固可靠。桩径分别为Φ700mm、Φ800mm。施工后，除遇上有部分溶洞等常见问题外，工程进展顺利。到了次年春节之后，钻探显示地质情况十分复杂，溶洞多且深，并且呈多层状分布，呈珍珠链状，即溶洞之下又有一个或多个溶洞，溶洞中间隔层石灰岩厚薄不一，薄的只有0.2～0.5m左右，厚的有1.5～3.0m左右。施工中不断出现“溯水”现象。

2、工程难度分析

为保证桩基质量，按原设计要求端承桩入岩至少保持超前钻3m内不能有溶洞存在，这样就必须磨穿所有溶洞夹层，到达超前钻3m内无溶洞的石灰岩顶端，才可以考虑作桩端持力层。于是施工单位按此意见施工。三台桩机同时开工。日夜施工，由于溶洞夹层为微风化石灰岩，强度很高，桩机不断更换磨钻，进展仍然缓慢。有一根桩净磨岩就用了二个多月，属典型的“珍珠链状”溶洞构造。三台桩机二个多月只浇了三根桩。照这样下去，余下的二十根桩要花一年多的时间才能完工。对施工单位经济上很不划算，造成机械损耗大，人力、物力浪费。对建设单位来说，更是达不到按期交货的目的，难以保证市场竞争力和信誉。

3、问题分析及解决设想

施工单位一筹莫展，建议建设单位将余下二十根桩采用摩擦桩，这样钻桩就无须磨岩，一台桩机一天就可完成一根桩。但是，对建设单位来说，采用摩擦桩则意味着加桩，加桩多少可通过计算得知。

单桩经验公式：Pa=ΣfF+RA，F=Uh，U=3.14D

式中：f----桩侧单位面积上土的容许摩阻力（kN/m2）；

R----桩端土的容许承载力（kN/m2）；

F----各土层中的桩周表面积（m2）；

F等于桩横截面周长u乘以土层厚度h；

A----桩端横截面面积（m2）；

U----桩长（m）；

D----桩径（m）。

根据地质资料，各层桩侧f分别如下：

f1≈0f2≈15f3≈12

f4≈12f5≈15f6≈20

f7≈30f8≈120

现在以一根桩径为700mm为例，各土层厚h取最安全的数据，即取最薄弱处计算。

U=3.14×0.7=2.2m

Pa=ΣfF+RA

=ΣfF

=2.2×(1.6×15+2.8×12+1.6×12+0.8×15+0.7×20+3×30)

=2.2×(24+33.6+19.2+12+14+90)

=2.2×192.8

=424.2kN

如果改为摩擦桩，根据单桩承载力设计要求，一根桩改为4摩根擦桩。经济上以每根桩6000元计，工程费用为48万元。这样，经济上对建设不利，将该楼一开始就突破预算成本。于是，建设单位会同监理、设计三方会审、分析达成共识如下：实测资料和理论分析表明：端部在岩层上的桩，由于岩层的变形甚微，因此桩端沉降很小，桩的截面位移主要来自桩身的弹性压缩。这类桩的一部分荷载由桩端传递，另一部分荷载也是沿着桩身传递的。当桩身穿过较好的土层和桩长较大时，大部分荷载是沿着桩身传递的。而长度不大且周围土层软弱而桩端位于硬质岩层上的桩，则主要依靠桩端传递荷载。随着荷载的增加，桩身材料可能破坏。

一般来说，如桩的长度不大且其端部并非进入坚实土层，那么，依靠桩端传递的荷载所占的比例将较大；而长度大且端部并非进入坚实土层的桩，依靠桩端传递的荷载所占的比例则较小或甚小。桩长度较大且入岩，桩周土质较差，荷载主要由桩端承担，桩身承担一部分。本工程桩长较大，一般都有20m，上部土质较差。比较符合最后这种状况，因此可以近似认为荷载主要由桩端承担，桩身承担一部分。

施工做法上通常采用磨穿微风化岩3倍以上桩径或5米以上即可收桩。况且再加深钻探抽芯深度，多层溶洞下的地质也尚未可知。因此，对于本工程钻孔桩，具体施工做法如下：余下二十根桩，先采取钻探抽芯3m如岩质符合原设计要求，则磨岩400mm，做成端承桩；如岩石有溶洞且不符合设计要求，则将桩径分别加大200mm或300mm，即一律改为1000mm桩，不管有无溶洞，只要桩磨岩总长达到3m则收桩。

理论依据通过计算如下：

Pa=Pa1+Pa2

其中：Pa1----指土层总摩阻力；Pa2----指微风化石灰岩摩阻力。

Pa=Pa1+Pa2=3.14×0.9×192.8+3.14×1.0×3×120

=544.9+1130.4

=1675.3kN＞1500kN

这样无须加桩，以一根桩8000元来计算，施工费用为16万元。这样，经济上为建设单位减少约32万元工程费用，经济指标上每平方米节约60元。

4、工程处理及方案检验

经过进一步深思熟虑的研讨后，一致认为此方案理论可靠，施工合理，可以保证工程“一管理、二控制”目标的实现。于是按此施工方案施工，工程进展顺利，只用了一个月就完成余下二十根桩的施工。接下来市质监站试压中，在三根试桩中，特意从20根多层溶洞桩中抽取二根，经过试压，三根桩完全合格，证明该二十根桩质量可靠。

5、工程实例总结

通过对该工程实例的处理和实际分析理论表明：在石灰岩地区出现多层溶洞确实是一种比较普遍的现象，给实际施工带来许多不便之处。只要我们因地制宜，理论联系实际，是完全可以解决这个难题的。

岩土工程设计案例篇6

关键词：岩溶地区岩溶基础沉降

1概述

岩溶地区上高层建筑的基础设计是建筑工程中的难点。由于岩溶地区存在土洞和溶洞，岩面起伏大，地下水多，各种桩基都有应用，但一般施工都较困难，因此岩溶地区高层建筑基础设计一直是一个尚未很好解决的问题。岩溶地区建筑物基础设计选型时，设计人员的首选基础形式当然是大直径灌注桩，桩端嵌入稳定的灰岩层内不少于500mm，且要求桩端以下稳定岩层的厚度不少于3～4倍桩径。大直径桩可采用人工挖孔或冲孔桩，但当地下水较丰富时，一般采用冲孔桩，这样设计本身无安全隐患，但实际控制难度较大。根据以往岩溶地区的施工经验，当工程地质条件较复杂时，岩溶较发育，存在葫芦窜似的溶洞且岩面高差变化较大时，采用冲孔桩方法施工，其施工工期、施工质量、工程造价甚至包括结构安全几乎无法控制，主要存在以下几点问题：

1桩的垂直度难控制

因设计桩位的周边岩状分布不均匀，冲孔施工时锤端反力不均匀，虽然通过往桩孔抛石处理，亦很难控制桩的垂直度。如笔者处理过这样一个桩，桩位施工前超前钻反应，该桩的设计桩长为16m，9～16m之间存在3个葫芦状的溶洞，洞内均有冲洪积粘土。设计采用冲孔桩，但在施工到16m时，冲绳断，4t的冲锥

落入桩孔中，无法取出冲锥，更不可能继续冲孔施工。现场施工人员决定，原孔填砂，再采用原位人工挖孔桩施工。事实上在挖孔到13m时，在9～13m之间原桩位的垂直偏差已到500mm，孔周边岩分布不对称且存在滚石现象，无法继续人工挖孔施工。最后结果是修改设计，采用梁托柱的方法，选两个桩位，通过超前钻确认桩端持力层后再采用大直径桩施工。就处理这一个桩前后施工工期为6个月，相关的工程造价是预算的6倍。总之，岩溶地区的冲孔桩，桩的垂直度很难控制，且桩越长越难控制。

2桩端持力层难控制

冲孔桩终孔要求往往结合超前钻反应的桩长情况进行控制。但桩端岩面不是实际的一个平面，往往凹凸不平，甚至有3/4边区域已到入岩，1/4区域还是土，更可能桩端呈漏斗桩，中心是土，周边是入岩等。超前钻只反应其中的一个或者几个点到岩面的情况，而成桩后的抽芯检测确反应桩端为土的情况等等。深圳

龙岗某工地，采用人工挖孔与冲孔桩，在桩基抽芯检测过程中不断发现桩端持力层不稳定，或溶蚀或桩端仍然是土，全部500余条大直径桩中，有300余条检测不合格。因此，类似问题很难控制，处理难度大，且存在结构不安全隐患。

2工程概况

某工程总建筑面积约16万m2，由5栋高层办公楼组成，地上60～80m,15～20层，地下一层，结构形式为钢筋混凝土框架剪力墙结构，典型标准层平面，最大柱底轴力标准值约为22000kN。地基属石灰岩岩溶地区，溶洞较发育，土洞一般发育，并存在土岩临空面，且岩面起伏较大，典型剖面见图1，2。最深处距基底约5Om，个别钻孔60m未见基岩，最浅处出露于场地地面。

图1土层剖面35-35图2土层剖面37-37

3基础设计

3.1地下室层数的确定

原建筑方案为地下二层地下室，基底埋深大约为llm，结构专业早期介入后发现，该深度已低于部分石灰岩面，基坑开挖过程中会揭露岩溶裂隙中的地下承压水。如采用排水降水的方法，会导致诸多难以解决的问题。一是水量将会很大，溶洞间水量补充充分，降水费用很高，甚至很难将水位降到位:二是相邻建筑和道路的安全会受到影响，三是抽水会造成土洞及溶洞的进一步发展，对本工程基础安全影响不利。所以必须采取探明地下水的补充途径，即溶洞裂隙走向，利用止水帷幕等方法控制抽水量。此种方法工程量巨大，且对勘察准确性要求很高。综合考虑投资和建筑功能的关系，与业主洽商，最终改为一层地下室，并适当提高了正负零标高。

3.2基础方案的选择

由于上部荷载较大，天然地基难以满足要求，必须采用深基础或进行地基处理，供选择的基础方案主要有以下几种:大直径冲孔灌注桩、地基处理(CFG桩)、预应力管桩一筏板基础。业主从工期造价角度出发，认为后两者较优。

1)地基处理(CFG桩)

水泥粉煤灰碎石桩，即CFG桩，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等混合料加水拌和形成高豁结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成的复合地基。CFG桩具有施工简单，工期短，造价低的优点。目前龙岩地区CFG桩成桩方法有二种:振动沉管灌注成桩，桩长不大于25m，因土层中含有卵石层无法穿透，常局部改为高压旋喷桩;冲击成孔灌注成桩，桩长、穿透力不受限制。当地还有一种改良的CFG桩，即由预应力管桩代替碎石混合桩，具有单桩承载力更高的特点，在打桩穿越厚卵石层过程需引孔。本工程场区北侧有一栋高层即采用此种地基处理方法。

根据本工程上部结构计算结果，复合地基的承载力特征值需达到350}400kPa，处理前的含角砾粉质粘土地基承载力特征值为220kPa，其间夹层地基承载力特征值从80r180kPa不等，通过较高的置换率，承载力可以达到要求。

进一步考虑基础沉降变形，按照承载力比例增大土层压缩模量，以C栋为例，见图1，ZK46孔(压缩层厚度5.6m左右)，基础沉降量估算值为104.34mm，CK63孔(压缩层厚度57.6m左右)，基础沉降量估算值为369.74mm，而两孔间距13.77m，整体倾斜角1/51.88，沉降及整体倾斜均不满足规范要求。有文献指出，采用原位压板试验确定土层变形模量，其结果可能增大许多，本工程设计中也咨询当地岩土专家，均认为对其没有把握，且现计算结果超出规范限值太多，建议不采用此种方案。

经过对场区北侧高层建筑的分析，发现其地基情况为，石灰岩面分布较均匀，基本埋深20}35m，沉降计算可以通过。两建筑相距虽仅300m，但岩溶地区地质情况复杂多变，基础形式完全不同。

(2)预应力管桩一筏板基础

某些当地专家建议采用此方案，基础底部做厚筏板，筏板下满布预应力管桩，管桩持力层为中风化灰岩或中风化砂岩，桩下溶洞做补强处理。通过调节布桩的疏密，调节结构整体倾斜。该方案存在的问题及难点如下。

桩嵌岩问题:如不要求嵌岩，由于存在临空面，桩身稳定性不能保证;如要求嵌岩，桩身强度又难以实现。

在打桩过程中，临空面软硬变化突然，容易断桩。

由于溶洞上方岩层部分较薄，且岩层质量较差，即便溶洞已补强，管桩端承力依然没有保障。

由于系满布桩，而桩下若干深度内溶洞需补强，所以要求每桩作施工勘查，工作量较大。

需处理大量的土洞、空溶洞、溶洞。

相比冲孔灌注桩一承台一防水板系统，厚筏板增加了混凝土和钢筋的用量。

上部结构荷载较大，筏板下布桩较密，通过桩疏密调节沉降的余地很小，不容易满足结构差异沉降的要求。

(3)大直径冲孔灌注桩

冲孔灌注桩是龙岩地区采用较多的一种桩型，具有一定的施工经验，也是规范中推荐的桩型。它以中风化灰岩或中风化砂岩为持力层，利用冲锤的自由落

体能量在土体中冲出孔洞，然后灌注成桩。这种桩能够冲透溶洞顶板，适用于地下岩溶发育，有多层溶洞，溶洞顶板较薄的情况。

大直径冲孔灌注桩的单桩承载力较大，对于长度不长的桩，端承力占绝大部分，当桩长较长时，侧阻力比例上升，本工程采用1.2m桩径时，单桩承载力特

征值为6000～9000kN。

由于冲孔灌注桩承载力可靠，而且当地对此种桩型比较熟悉，施工经验比较丰富，综合考虑几种基础方案，最终采用大直径冲孔灌注桩方案。冲孔灌注桩

的施工顺序为:

根据设计图纸，进行一桩一孔的施工勘查，探明岩层位置，溶洞情况并反馈设计。

开挖至地下室底板标高附近，但坑底保持在地下水位以上。如地下水位接近地表，整平即可。

降水、清土、截桩。

冲孔灌注桩在施工中存在的问题主要在冲孔和成桩步骤，大致有塌孔，卡钻，成孔倾斜，孔底沉渣难清理，缩径，泥浆渗漏，混凝土流失等。

3.3冲孔灌注桩的设计

详勘布点时应考虑到将来采用冲孔灌注桩的可能，勘探点应布置在柱位下，这样可减少施工勘查的数量

设计中应根据详勘提供钻孔的土层分布，每桩每柱分别计算单桩承载力，同一栋楼中单桩承载力可能相差很多，然后根据计算的单桩承载力和柱下反力确定柱下桩数、桩径及承台分布，合理采用不同直径桩。筒体墙下采用整体承台。

桩入岩深度不小于0.5m，有临空面部位不小于1d。施工完毕后要求采用钻芯法测定桩底沉渣厚度并钻取桩端持力层岩土芯样检测桩端持力层。

四、结束语

通过本工程的桩基础设计、施工与检测，在岩溶地区可考虑采用小直径低承载力静压预应力管桩桩筏基础替代大直径灌注桩施工，能做到既安全、经济又具施工可行性，更能有效地控制施工工期。该方案可在其它类似工程中推广应用，但应用于封闭溶洞的岩溶地区时，还需继续查明封闭溶洞的范围，洞顶岩面的

厚度情况及验算洞顶整体抗力验算，采取必要的处理措施。

参考文献

[1]广东省《预应力混凝土管桩基础技术规程》.

[2]深圳地区《建筑地基基础设计试行规程》（SJG1-88）