地基基础变形设计与持力层的选择.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,地基基础变形设计与持力层的选择,济南地区深基坑工程截水及回灌技术研究,工程鉴定加固研究所,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,地基基础变形设计与持力层的选择,报告内容,引言,天然地基浅基础持力层的选择,复合地基浅基础持力层的选择,桩基础桩端持力层的选择,结语,引言,地基基础设计规范,规定：所有建筑物的地基计算均应满足承载力计算的有关规定；设计等级为甲级、乙级的建筑物均应按地基变形设计。,地基持力层的选择，不仅要考虑满足承载力的要求，更要满足地基变形的要求。,不论是天然地基、复合地基还是桩基础，持力层选择不当，即便是承载力能够满足要求，依然会引起建筑物产生较大的沉降和不均匀沉降变形。,持力层的选择是地基基础设计中最重要的概念设计。,1,、天然地基持力层的选择,小区包括,6,栋地上,6,层、地下,1,层的框架结构住宅楼和两个地下一层整体车库。住宅楼基础形式均为筏板基础，厚度为,550mm,；地下车库基础形式采用独立基础,+,防水板的形式，防水底板厚度为,300mm,。地下车库与住宅楼的基础埋深约,0.8m,，持力层位于第,1,层粉质粘土层，小区南北两侧回填土高度约,4.5m,。,工程已基本竣工时发现,6,栋住宅楼均发生了不同程度的不均匀沉降，其中位于小区北侧的,1#,和,2#,楼发生了向北侧的较大倾斜，位于小区南侧的,5#,和,6#,楼发生了向南侧的较大倾斜，四栋楼的倾斜均已达到或超过国家规范允许的,0.4%,的标准。,1.1,烟台某安置小区,工程概况,1,、天然地基持力层的选择,场地地层自上而下分别为粉质粘土、粉土、淤泥质粉质粘土、砾砂混角砾层及全风化云母片岩。,1,、粉质粘土：厚度,2.04.60m,，平均厚度,2.96m,。该层土压缩模量为,3.47MPa,，属于中等,高压缩性土。,2,、粉土：土质均匀性一般，局部夹粉砂薄层。该层厚度,1.404.50m,，平均厚度,3.46m,。该层土压缩模量为,6.66MPa,，属于中等压缩性土。,3,、淤泥质粉质粘土：厚度,5.007.10m,，平均厚度,6.13m,，该层土压缩模量为,2.57MPa,，属于高压缩性土。,4,、砾砂混角砾：圆砾含量介于,1525%,之间，石英质或花岗岩质，卵圆形，局部圆砾含量较高。厚度,4.75.7m,，平均厚度,5.18m,。该层标准贯入击数标准值为,12.8,，压缩模量,25MPa,，压缩性较低。,5,、全风化云母片岩：灰色，全风化状态，岩芯呈土状、碎块状，岩芯采取率约,7590%,，,RQD,值为,0.,主要矿物成分为云母，极软岩，极破碎，岩体基本质量等级为,V,类。,地质条件,1,、天然地基持力层的选择,工程地质因素：,根据工程地质勘察报告，该工程场区地层表层和中部分布有压缩性较高的粉质粘土和淤泥质粉质粘土，在较高的荷载作用下，这两种土都会产生较大的沉降变形。,建筑结构因素：,该工程住宅楼与地下车库在结构上是连接为一体，由于住宅楼的沉降变形量远大于地下车库的变形量，造成建筑物倾斜。,也有南北两侧填土的原因，但根本原因在于地基变形过大。宜采用复合地基的处理方式。,处理：,竖向钻孔，采用应力释放的方法进行纠倾。,原因及处理,满足安全的前提下,力求经济！,1,、天然地基持力层的选择,青岛某海边别墅区，别墅均为地上两层，地下一层，各单元基础均采用梁板式筏形基础且互不相连，筏板厚度为,300mm,，外侧基础边梁尺寸为,2001300,，内部基础梁尺寸为,300500,。,主体结构施工、室内外地下管线和基础回填基本完成时发现，,H,户型和,L,户型的别墅沿建筑南北方向产生了较大的不均匀沉降，建筑物发生了倾斜。,1.2,青岛海滨某别墅区,工程概况,1,、天然地基持力层的选择,根据工程勘察报告，该工程场区原地貌为滨海浅滩,虾池，后经人工回填改造形成现有地貌。,表层土体为杂填土和素填土，平均厚度约,1.82.5m,左右，回填时间较短；下部为平均厚度约,3.0m,的淤泥质土、平均厚度为,2.75m,的粉质粘土及较厚的粗砂砾土。,为提高地基承载力，对表层地基土体采用了强夯加固处理，地基承载力特征值为,100kPa,。,地质条件,1,、天然地基持力层的选择,强夯处理对于较深土层淤泥质土不会产生较好的加固效果，在建筑物荷载作用下仍然会产生较大的沉降变形。由于建筑物整体荷载向北侧偏心且淤泥质土层厚度的不均匀性，建筑物就会沿南北方向产生较大的不均匀变形，引起建筑物的南北向倾斜。,宜采用强夯置换或复合地基的处理方式，消除淤泥土层压缩变形较大的影响。,采用一侧微型桩托换、另一侧水平掏土的方式进行纠倾。,原因及处理,1,、天然地基持力层的选择,该建筑物为地上,33,层、地下一层的高层住宅楼，东西长,33.20m,，南北宽,17.30m,，建筑物顶层檐口高度为,99.90m,。位于小区西南角，东侧北侧与地下车库相连。,本工程结构型式为剪力墙结构，基础为筏板基础，持力层为第,-1,层强风化花岗闪长岩上亚带，地基承载力特征值,f,ak=500kPa,。基础超挖部分填筑,C20,毛石混凝土。地基高差变化较大处，地基可按,1:2,作错台。,主体结构施工后，施工单位在进行电梯安装时发现建筑物出现倾斜。,1.3,青岛某高层住宅楼,工程概况,1,、天然地基持力层的选择,层残积土：,该层局部揭露，层厚,1.80m2.30m,，标准贯入击数,25,击，地基承载力特征值,f,ak=240kPa,，变形模量,E,0=12.0MPa,。,层全风化花岗闪长岩：,该层仅局部揭露，层厚,3.10m,，地基承载力特征值,f,ak=300kPa,，变形模量,E,0=26MPa,。,-,层强风化花岗闪长岩上亚带：,岩石的坚硬程度等级为较软岩，岩体基本质量等级为,V,级。层厚,0.804.0m,，该层在建筑物南侧的层厚明显大于北侧，在建筑物西侧的层顶标高明显低于东侧，在南侧的层顶标高也明显低于北侧；地基承载力特征值,f,ak=500kPa,，变形模量,E,0=40MPa,。,-,层强风化花岗闪长岩下亚带：,岩石的坚硬程度等级为软岩，岩体基本质量等级为,V,级。层厚,1.5014.40m,，该层建筑物东侧的层厚明显大于西侧；地基承载力特征值,f,ak=1200kPa,，变形模量,E,0=50MPa,。,层中风化花岗闪长岩：,岩石坚硬程度等级为较硬岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为,级，地基承载力特征值,f,ak=2500kPa,。,地质条件,1,、天然地基持力层的选择,1,、天然地基持力层的选择,承载力与变形验算均满足要求。,现场补充勘察表明，该工程南侧及西侧基础底面或超挖后的基础底面均未达到设计要求的持力层。其中南侧基底实际持力层为第层全风化花岗闪长岩，西侧超挖后的基底实际持力层为第层残积土。,地基持力层的不均匀是发生不均匀沉降的主要因素。结构上与地下车库相连加剧了倾斜的发生。,处理：,倾斜一侧进行基础托换。,类似情况在枣庄也有发生。,原因及处理,验槽的重要性！,1,、天然地基持力层的选择,某小区共,7,栋高层住宅楼，地上,2834,层，地下,2,层，基础采用天然地基上的筏板基础，基底压力,530-620kPa,。,根据勘察报告，主要地层为填土、黄土、粉质粘土、卵石、闪长岩残积土、全风化闪长岩，强风化闪长岩，中风化闪长岩。,2,层地下室，埋深,7.2m,，填土和黄土层全部挖除、粉质粘土层大部分挖除，基础底面基本位于卵石层。,1.4,济南某高层住宅小区,工程概况,1,、天然地基持力层的选择,地质条件,层号,土层名称,f,ak,（,kPa,）,E,s1-2,（,MPa,）,E,s3-6,（,MPa,）,厚度（,m,）,卵石,400,40,11.7-41.3,-1,粉质粘土,220,8.1,11.3,-2,粘土,250,14.0,17.0,闪长岩残积土,220,4.3,8.6,8.4-10.0,-1,强风化闪长岩,450,40,全风化闪长岩,300,30,2.3-6.8,强风化闪长岩,500,50,2.3-10.6,中风化闪长岩,1500,可否采用卵石层作持力层？,1,、天然地基持力层的选择,承载力经修正后满足要求，但第,5,层压缩模量较小，变形较大。建议采用灌注桩基础。,根据经验判定第,5,层闪长岩的残积土压缩模量偏低，做现场的深层载荷试验和旁压试验，结果表明残积土层的地基承载力,432-529kPa,，压缩模量,20-28MPa,，远高于室内试验结果。,最终采用天然地基上的浅基础，以卵石层作为持力层。,2013.9-2014.8,，最大沉降,11.4-22.5mm,，目前变形稳定。,该工程极大地节约了成本，节省了工期。,相邻所有新建小区均改变了地下室层数，改为天然地基上的筏板基础。,设计方案,工程经验的重要性！,1,、天然地基持力层的选择,层号,名称,承载力特征值,(KPa),压缩模量,Es,1-2,黄土状粉质粘土,150,5.9,-1,碎石,280,16.0,黏土,180,6.6,卵石,320,25.0,-1,胶结砾岩,400,45.0,-2,粉质粘土,200,7.0,残积土,260,20.0,全风化闪长岩,300,25.0,-1,强风化闪长岩,420,50.0,强风化闪长岩,500,50.0,中风化闪长岩,1500,相邻小区的土层参数,2,、复合地基持力层的选择,2.1,鲁西地区某病房楼,病房楼为地下,1,层、地上,16,层，建筑高度,66.45m,。采用框架剪力墙结构，筏板基础，,CFG,桩复合地基。筏板基础厚,1.1m,，混凝土强度等级为,C35,，桩顶和基础之间设置褥垫层，褥垫层厚度,250mm,。,设计,CFG,桩桩径,0.5m,，桩长,10.5m,，以第层粘土作为桩端持力层，设计要求桩端进入该层大于,1m,，桩身混凝土强度等级,C20,。,CFG,桩正方形布置，桩间距,1.6m1.6m,。设计单桩承载力特征值为,600kN,，处理后复合地基承载力特征值为,f,spk,=336kPa,。,工程概况,2,、复合地基持力层的选择,2,、复合地基持力层的选择,地质条件,层 号,岩 性,fak,（,kpa,）,E,S,1-2,（,MPa,）,1,粉土,130,6.20,1-1,粉砂,150,16.00,2,粘土,120,4.70,3,粉土,140,6.60,4,粉质粘土,100,3.60,5,粉土,160,8.00,6,粉细砂,180,20.00,7,粘土,150,4.80,8,粉土,180,9.50,9,粉质粘土,160,4.70,10,粉土,180,9.10,10-1,粉质粘土,160,5.60,11,细砂,210,24.00,12,粉质粘土,190,6.30,13,粉土,200,9.90,14,粉质粘土,190,6.80,2,、复合地基持力层的选择,2,、复合地基持力层的选择,工程问题,2014,年,6,月,施工到,8,层时，最大沉降量为,26mm,；,2014,年,9,月,16,层主体结构完成，最大沉降量达到,99.98mm,；,2015,年,5,月主体装修阶段，最大沉降量达到,168.27mm,；,2015,年,9,月设备安装阶段，最大沉降量超过,200mm,，且沉降没有收敛的趋势。,建筑物整体倾斜基本满足规范要求，沉降变形相对均匀。,2,、复合地基持力层的选择,原因及处理,1,、承载力复核：,单桩承载力、复合地基承载力均满足要求。,2,、地基变形验算：,计算最大沉降量为,155.2mm,，满足规范要求。,3,、持力层的选择：,桩端持力层及下卧层压缩模量较小，沉降较大；同时，褥垫层及,CFG,桩施工质量也有问题。褥垫层较薄或者压实不良，增大了桩土应力比，会引起桩端承载力破坏；检测中发现桩长存在问题。,4,、处理方案：,在室内进行补桩，锚杆静压桩桩端进入第,11,层细砂层。,效果并不理想！,2,、复合地基持力层的选择,2.2,某住宅小区,小区共,14,栋住宅楼，另有一栋办公楼，均为,4-6,层的砖混结构，基础采用毛石砼条形基础，基础埋深约为,1.5m,。,地基深度,40m,范围内主要为冲湖相泥炭质粘土和淤泥。建议采用复合地基进行地基处理。,工程概况,2,、复合地基持力层的选择,地质条件,层号,土名,含水量,孔隙比,压缩模量,承载力,层底平均深度,1,填土,2,粉质粘土,30.0,0.82,5.7,150,2-1,粉土,15.6,0.50,7.8,160,2-2,粉土,23.1,0.61,6.7,120,2.5,3,粘土,69.3,1.78,2.6,80,3.6,4,泥炭质粘土,214.0,4.8,1.1,30,7.5,5,淤泥,42.6,2.0,1.6,35,16.0,5-1,泥炭质粘土,216.0,5.8,1.3,30,6,粘土,73.8,2.0,1.8,60,硬壳层,2,、复合地基持力层的选择,设计方案,采用毛石砼条形基础，埋深,1.5m,，基础顶部设圈梁，用粉喷桩地基处理。要求处理后的地基承载力为,150kPa,，载荷试验要求承载力,150kPa,，沉降量小于,20mm,。粉喷桩长,9m,，桩径,500mm,，置换率为,25.6%,。,进行复合地基静载试验（共,12,点）：承压板尺寸,0.88m*0.88m,，面积,0.7744m,2,，最大加载,340kPa,，全部满足设计要求。,2,、复合地基持力层的选择,工程问题,经过三个月的施工，发现,14,座楼大多数均出现不同程度的沉降和倾斜过大的情况，最大沉降量为,995.3mm,，最大倾斜为,14.8,，严重超过国家规范的要求。,楼号,最大沉降,mm,最大倾斜率,1,483.3,8.0,2,566.7,1.6,3,485.0,1.2,4,533.0,5,931.3,6,995.3,8.9,7,792.0,8.1,8,798.1,9.7,9,723.4,6.4,10,503.3,6.8,11,490.6,14.8,12,843.0,13.9,13,800.2,9.8,14,695.3,9.6,2,、复合地基持力层的选择,事故原因,1,、,未遵循按变形控制原则，未进行变形验算。,2,、,选用条形基础，基底压力过大，软弱下卧层承载力不满足要求。,3,、,对规范及地基承载力概念理解不够。规范规定：复合地基静载荷试验用于测定承压板下应力,主要影响范围,内复合土层的承载力和变形参数。,5,、处理方案：,纠倾和加固托换。,为何通过了载荷试验？,4,、,影响深度：,Zn=B(2.5-0.4lnB),，附加应力的影响深度与基础宽度有关，载荷板的宽度较小，影响深度远远小于基础实际影响深度，本案表层为硬壳层，承载力相对较高，表现为载荷试验结果较高。,3,桩基础持力层的选择,3.1,济南小清河某高层住宅楼,工程概况,该工程由,1,栋,30,层（,5#,楼）和,2,栋,32,层（,1#,楼和,3#,楼）的住宅楼、地下车库及附属,2,层商业楼组成。其中三座高层住宅楼采用框架剪力墙结构，基础采用桩筏基础。,桩基础采用预应力混凝土管桩，桩径,500mm,，桩间距,1.82.0m,，桩尖为开口型钢桩尖，桩端以第,12,层角砾层为持力层，桩端全截面进入第,12,层角砾层的深度不小于,0.5m,，桩长,2530m,。管桩的单桩竖向承载力特征值为,2350kN,。在自然地坪处进行静载试验时，试桩桩长加长,5.0m,，静载荷试验最大压力不小于,5200kN,。,3,桩基础持力层的选择,地质条件,层号,岩土名称,承载力特征值,f,ak,(kPa),压缩模量建议值,Es(MPa),备注,粉质黏土,180,9.13,粉质黏土,180,8.89,角砾,350,25.0,经验值,-1,碎石,400,30.0,经验值,全风化辉长岩,260,15.0,经验值,强风化辉长岩,500,45.0,经验值,中风化辉长岩,1600,可视为不可压缩层,经验值,-1,中风化辉长岩（破碎）,800,可视为不可压缩层,经验值,角砾：,青灰色，中密，母岩成份为灰岩，粒径,0.3,1cm,，亚圆形次棱角形，黏性土充填，含量约,65%,。,-1,碎石：,青灰色，中密，母岩成份为灰岩，粒径,2,6cm,，亚圆形次棱角形，黏性土及角砾充填，含量约,65%,。,3,桩基础持力层的选择,3,桩基础持力层的选择,正式大范围施工前：,试桩,12,棵，基本满足要求。,其中,9,棵正式的试桩中有,7,棵终压值未达到,5200kN,，部分桩在复压后满足设计要求。,正式大范围施工后：,检测,10,棵桩，每座楼各,5,棵，有,5,棵不满足设计要求，其中,1#,楼,2,棵，,3#,楼,3,棵。单桩承载力极限值在,28004000kN,之间。,桩基检测情况,3,桩基础持力层的选择,静载不合格的工程桩复孔情况,楼,号,桩,号,复孔情况,复孔结论,1#,117#,桩端距角砾层底,1.4-1.5m,角砾层厚度比原地勘报告薄,3.0-4.0m,1#,202#,桩端距角砾层底,3.9m,，桩端附近有,0.5m,疑似粘土夹层,角砾层厚度比原地勘报告薄,0.3-2.4m,3#,18#,桩端距角砾层底,0.8m,角砾层厚度比原地勘报告薄,2.2-2.4m,3#,114#,桩端距角砾层底,0.1m,角砾层厚度比原地勘报告薄,1.5-1.7m,3#,189#,桩端进入全风化层,0.2m,与原地勘报告不符,3#,306#,桩端距角砾层底,2.2m,与原地勘报告相符，,静载合格,规范要求？,3,桩基础持力层的选择,桩端持力层承载力不足（桩端持力层厚度不足；进入全风化层；桩端角砾层粉质粘土含量较高）,挤土效应引起的桩体上浮等,其他因素：如地质条件复杂、基坑降水、压桩机引起地表土体下沉等。,原因分析,3,桩基础持力层的选择,桩底注浆（或复压,+,桩底注浆）方案,优点：经济,缺点：施工存在困难，承载力存在变数，影响工期,局部补桩方案,优点：受力明确，承载力可控,缺点：群桩效应对桩基承载力和沉降变形有影响，造价高,预应力管桩：,问题：挤土效应明显，承载力有不确定性,钻孔灌注桩：,问题：群桩效应及不同桩型的变形协调,补长桩及后注浆,处理方法,3,桩基础持力层的选择,3.2,某大型高层综合体,工程概况,该工程为一栋多功能综合楼，地上部分分为,4,部分：,28,层筒体塔楼，,26,层塔楼，,18,层楼，纯地下部分。采用桩筏基础。筏板长,78.6m,，宽,35.9m,，梁板式，板厚,0.61.0m,，梁高,2.182.30m,，埋深,11.0m,，采用沉管灌注桩，桩径,500,，桩长,21.5m,，共,752,根，满堂布置，两种桩距,1.8*1.8,和,1.8*2.1,。单桩承载力特征值,1100kN,。,3,桩基础持力层的选择,地质条件,筏板基础基底位于第,4,层粉土层,。,桩端持力层位于第,8,层粘土层,。,层号,土层名称,孔隙比,Es1-2,Es2-3,厚度,m,粉土,0.75,4.8,6.5,4.6,粘土,0.89,14.9,15.7,4.6,粉土,0.72,12.6,14.5,5.5,粘土,0.69,14.8,17.0,1.7,粘土,1.05,12.7,12.2,6.5,-2,泥炭土,2.54,6.1,7.7,1.8,粘土,1.31,11.6,11.5,1.7,泥炭土,2.30,5.8,6.1,4.2,粘土,1.01,10.7,11.7,10,3,桩基础持力层的选择,主要表现为基础发生不均匀沉降变形，筏板基础的主次梁及筏板开裂、渗漏，上部结构也出现裂缝。,主体结构施工至,12,层时，底板开始出现渗水；,主体结构完工时，梁板式筏板,80%,的区格出现渗水、漏水；,三个月后全部区格出现渗水，肋梁出现裂缝；,区格底板沿对角线出现裂缝，底板与肋梁交界处也出现裂缝；,筒体与周边结构交界处底板肋梁全部发生开裂；,上部结构,6,层以下梁板及填充墙出现裂缝。,工程事故,3,桩基础持力层的选择,桩端持力层选择不当，应选择相对较好的土层，实际第,8,层平均孔隙比高达,1.05,，夹层中的,e,更是高达,2.54,，压缩模量低，导致沉降大。,桩型不当：挤土桩；孔压难消散；孔压消散后使筏板与地基土脱离，无法分担荷载，摩擦桩无法形成复合桩基；,均匀布桩不当；荷载严重不均，应采用变刚度调平布桩，减小差异沉降。,筏板设计不当；总体上筏板较薄，从刚度和抗渗角度都不利，筒体内外板厚由,1.0m,变化到,0.6m,，突变过大，无法传递荷载，引起应力集中，出现裂缝。,原因分析,结语,不论是地基基础设计还是上部结构的设计，最重要的是掌握概念。,理论素养和工程实践是相辅相成的，只有根植于理性的经验才更有意义。,欢迎指正！,Thanks,2015,年,12,月,