岩土工程课程设计指导书.doc

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1、2015年岩土支挡与锚固设计课程设计指导书总说明1、每个同学完成2个课设：单元03为必作；单元01、02任选一个。2、集中完成时间6月29日7月5日1 设计单元01：抗滑桩设计一、设计步骤及主要公式（1）选定布桩位置，根据桩前滑体是否会滑走，确定单位设计推力（每延米设计推力）。当桩前滑体可能滑走时，不计其抗力，单位设计推力为FT；当前滑体不会滑走时，单位设计推力为FTminP，Ep式中，T每延米剩余下滑力；P每延米剩余抗滑力；Ep每延米被动土压力；（2）确定桩的间距L、截面形状（ab）和尺寸、埋入深度h2；计算桩的变形系数或，按表2-1判定属弹性桩还是刚性桩。表2-1地基系数桩的变形系数刚性桩

2、弹性桩k=常数k=my（3）单桩所受滑坡推力TL。按悬臂梁计算受荷段桩身内力、滑面处剪力（Q0）和弯矩（M0）；（4）按刚性桩或弹性桩计算锚固段桩身内力、桩侧应力。计算公式参见路基（第二版，人民交通出版社，1997）P.270290。（5）桩身配筋计算。取最大弯矩Mmax进行正截面受弯承载力验算：基本公式： （21） （22）限制条件： （23） （24） （25） （26）（上述详见混凝土结构设计规范（GB50010-2002）第7.2条）（6）取最大弯矩Qmax进行斜截面受剪承载力验算：基本公式： （27）限制条件： （28） （29）（上述详见混凝土结构设计规范（GB50010-2002

3、）第7.5条）（7）桩侧应力复核。要求锚固段桩侧应力不大于地层的侧向容许应力。当地层为岩层时，桩的最大侧向压应力不大于地层的侧向容许承载力H。 （210） （211）式中，R岩石单轴抗压强度；折减系数(根据岩层裂隙、风化及软化程度)KH在水平方向的换算系数(完整程度、层理产状、胶结物及胶结程度）当地层为土层或风化成土、砂砾状岩层时，桩身发生转动变位，当达到极限状态时，桩前土体产生被动土压力，桩后产生主动土压力。桩身侧向压应力被动土压力主动土压力通常仅验算滑面以下2/3h2和h2处。二、主要参考书及规范1、路基（第二版，人民交通出版社，1997）P.591636。2、铁路路基支挡结构设计规范（T

4、B10025-2006）3、混凝土结构设计规范（GB50010-2002）三、设计任务书及要求（一）设计资料1、滑坡基本特征（1）地形地貌李家坪滑坡下滑体为土质滑坡，滑坡平面为纺锤形，详见综合工程地质平面图滑体长240360m，宽260340m，前缘阶地高程170m、后缘高程245m，坡面平均坡度10，局部大于30，滑坡面积15.6104m2，体积约为3.56106m3。滑体西侧边界为齐家河沟，东侧边界为邹家河沟，其地貌形态见（图2.1.1-1）两条河沟均发源于滑坡后部黄陵城山。西侧齐家河沟大部分地段见到基岩出露(图2.1.1-2)，是比较明显的滑坡边界线，滑坡后缘中部基岩亦有零星分布；东侧为

5、邹家河沟，沟谷切割较深，最大下切深度约为15m，沟谷中未见基岩出露；后缘除中部有零星基岩分布外，其余地段均为为第四纪坡积层覆盖。山地工程揭露坡积层厚度约为1.503.50m。（2）滑坡体的物质组成及结构特征(1)滑体滑体物质主要为黄褐色、红褐色含碎石粉质粘土，粉质粘土为可塑硬塑，局部为软塑，碎石粒径一般为25cm，含量一般为1020%。偶见粒径可达3-5m的块石。块石及碎石成分主要为泥岩及砂岩，砾石磨圆度较差。滑体局部可见碎石含量约为5060%碎石层，碎石层呈透晶体存在，该层无论在水平上、还是在垂直上的均呈无规律的分布，碎石呈棱角状，分选性较差，充填物为黄褐色、红褐色粉质粘土。滑体厚度呈东薄西

6、厚，东部厚度约为2.0018.00米，西部厚度约为20.0040.0米。(2)滑带滑带主要由红褐色、黄褐色粉质粘土组成，可塑，局部软塑，含510%的碎石，碎石呈棱角状，粒径一般为12cm，偶遇块石。按滑带下覆地层岩性可分为粘性土层的软弱剪切面（简称土层滑带）及土岩剪切面（简称岩层滑带）。现分述如下：土层滑带：主要分布于前缘地带，剪切面高程为180m以下。ZK1揭露深度为12m、高程167m，ZK11揭露深度为10m、高程167m。TK1及TK2粘性土深度为10m,高程为179m、175m。ZK1、ZK11岩芯可见明显擦痕，探井滑面倾向190210度，倾角510度 (见图2.1.2-1)。岩性主

7、要为红褐色粉质粘土，可塑，局部硬塑。含少量砂岩碎石，次棱角状，粒径12cm，含量约10%左右，偶遇块石。岩层滑带：主要分布于滑体的中、后部基岩面之上。岩性为粉质粘土,红褐色，软塑可塑，含水量较高，属饱和土。含有棱角状及次棱角状砂岩碎石，碎石粒径12cm，含量约15%，滑带中可见擦痕，具有挤压特征。钻孔揭露，该滑带在接触带上土芯较破碎，不宜成型。(3)滑床滑床中、上部主要为侏罗系沙溪庙组（J2S3）紫红色粉砂岩、泥岩组成，层状结构，产状为：走向6070，倾NNW，倾角46。强风化带厚度约为0.51.5m、其下为中等微风化。岩芯采取率约7590% 。滑坡前缘为第四纪土层，土层主要为坡积地层，岩性由

8、含碎石粉质粘土组层。可塑硬塑，碎石含量约为1020%，碎石粒径一般为25cm，成分主要为砂岩。可见粒径为23m的块石。滑坡的含水土层性质如下： 残坡积红褐色粉质粘土夹碎石弱含水层（Q4del），主要分布于工程区山间凹地、平台及斜坡坡脚地带。一般厚度6.0m34.0 m，该层的透水能力较弱，为弱透水层。由于该层地下水运移非常缓慢，且受地形影响较大，总体上无统一的地下水水位，属于上层滞水。 侏罗系沙溪庙组紫红色泥岩与细砂岩互层组成的基岩裂隙水含水层（）：该层在滑带的下部岩体破碎，透水性较好。牵引破碎带以下的基岩受泥岩的影响，总体上透水性微弱。钻孔揭露该层主要分布于滑坡的中后缘，构成滑坡的滑床。冲洪

9、积卵砾石层孔隙水含水层（）：卵石层属彭溪河漫滩冲洪积相，主要分布于滑坡的前缘至澎溪河河漫滩。为孔隙潜水，透水性好，水量丰富，钻探揭露该层时，均发生漏水现象。据前缘阶地水井调查该卵砾石厚约2030米，地下水标高在165m以下。滑坡前缘30100m范围内均有揭露。 （3）滑带及滑体物理力学参数滑带土稳定性计算参数确定一览表指标天然（水上）饱和（水下）c(kPa)()c(kPa)()峰值残值峰值残值峰值残值峰值残值室内试验17.1014.410.98.4014.411.98.25.90大剪试验18.88-9.55-经验值17228121319711采用值18.889.5513.47.3滑体计算参数的

10、确定：滑体天然容重（）取探井大体积测试结果21.2 KN/m3，饱和容重（）取室内滑带土饱和重度21.3KN/m3。孔隙度（n）取室内试验结果为34.1%。2、滑坡推力计算结果 李家坪滑坡下滑体剩余推力计算成果表(kN/m)计算工况工况1工况2工况3工况4剖面稳定系数（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备注：工况一：自重地表荷载+现状水位。工况二：自重地表荷载水库坝前175m水位非汛期20年一遇暴雨（q枯）。工况三：自重地表荷载坝前水位从175m降至145m。工况四：自重地表荷载坝前水位从175m降至145m+非汛期20年一遇暴雨（q枯）。（二）设计要求采用抗滑桩方案。1、选用正确的计算方法及公式完成抗滑桩的设计及计算；2、完成并提交设计计算书1份，图纸1套。包括：（1）平面布置图布置图；（2）剖面布置图；（3）立面布置图；（4）桩身配筋图；（5）大样图。18 / 182 设计单元02：框格锚索（杆）设计一、设计步骤及主要公式1、计算单宽设计锚固力对于滑坡或边坡整治

12、工程，可取设计滑坡推力（kN/m）进行计算：单宽设计锚固力： （31）式中，F设计滑坡推力（kN/m）；设计（总）锚固力（kN/m）；滑面内摩擦角（）；锚索与滑动面相交处的滑面倾角（）；锚索与水平面的夹角（）。下倾时，公式（31）中的“”取“+”；上仰时公式中的“”取“-”。以下倾为宜，不宜大于45，一般1530。折减系数。与边坡岩性及加固厚度有关，在01之间选取。对于土质边坡或滑体厚度较大时，取小值；反之取大值。公式（31）也可按下式计算： （32）公式（32）中，A锚固段与自由段长度之比；、设锚索段滑面内摩擦角、滑面倾角。【举例】设锚索段滑面=15，倾角22，锚索自由段长度20m，锚固段长

13、度10m(初拟)，锚固段长度与自由段长度之比A=0.5。则锚索下倾角：=2、每孔锚索的设计锚固力（1）钢绞线规格、根数初拟钢绞线规格，查混凝土结构设计规范（GB50010-2002）表4.2.3-2（预应力钢筋强度设计值）、附录B.2（钢绞线公称直径、公称截面积及理论重量）、附录B.3（钢丝公称直径、公称截面积及理论重量），得到公称截面积、抗拉强度设计值。则单根钢绞线的极限张拉荷载为。整治每沿米滑坡所需的锚索钢绞线的根数： （33）式中，锚固设计安全系数。参照表3-1取值。表3-1 锚固设计安全系数类型钢绞线Fs1注浆体与地层界面Fs2注浆体与钢绞线界面Fs2普通地层高腐地层普通地层高腐地层普

14、通地层高腐地层临时性锚固1.51.71.52.01.52.0永久性锚固1.72.02.53.02.53.0（2）每孔锚索的设计锚固力选定锚索间距，则可确定锚索排数、每孔锚索的钢绞线根数（束）。进一步可确定每孔锚索的设计锚固力。【举例】假设：单宽设计锚固力Pt=821.7kN/m，选用15.2mm的钢绞线。查表得，则取锚固设计安全系数，则：，取n=6根（束）设计锚索间距取4m，则需要设计4排每孔6束（根），或6排每孔4束。按6排每孔4束进行设计，则每孔锚索的设计锚固力为：按4排每孔6束进行设计，则每孔锚索的设计锚固力为：3、锚索的锚固设计以拉力型锚索为例（1）按注浆体与钢绞线界面粘结强度确定锚固

15、长度： （34）（2）按注浆体与地层界面抗剪强度确定锚固长度： （35）式中，张拉钢筋外表直径（束筋外表直径）（m）；锚固体直径（m）；注浆体与钢绞线界面极限粘结应力，按砂浆标准抗压强度的10取值。注浆体与地层界面极限剪应力，按表3-2取值。锚固设计安全系数。参照表3-1取值。表3-2 注浆体与地层界面极限剪应力岩土种类岩土状态孔壁摩阻力(MPa)岩土种类岩土状态孔壁摩阻力(MPa)岩石硬岩软岩泥岩1.22.51.01.50.61.2粉土中密0.10.15粘性土软塑硬塑坚塑0.030.040.050.060.060.07砂土松散稍密中密密实0.090.140.160.200.220.250.2

16、70.40锚索的锚固长度maxlsa，la4、外锚结构物设计根据被加固边坡或滑坡岩土情况，外锚结构可以是垫墩、地梁、框格梁。（1）垫墩垫墩大小根据被加固边坡地基承载力确定。 （36）式中，K锚索超张拉系数；每孔锚索的设计锚固力（kN）；地基容许承载力（kN/m2）；A垫墩的面积（m2）；垫墩的内力可按“中心有支点单向受弯构件”计算，按双向布筋。此外，尚应检算垫墩与钢垫板连接处混凝土局部承压与冲切强度。局部承压强度验算公式： （37）式中，混凝土强度影响系数；混凝土局部受压时的强度提高系数；混凝土轴心抗压强度设计值；混凝土局部受压净面积；混凝土局部受压面积；混凝土局部受压计算面积。（上述详见混凝

17、土结构设计规范（GB50010-2002）第7.8.1条）冲切强度验算公式： （38）式中，（详见混凝土结构设计规范（GB50010-2002）第7.7.1条）（2）地梁、框格梁对于设置两孔的地梁，简化为简支梁进行内力计算；设置3孔或3孔以上的地梁，可简化为连续梁进行内力计算，即将锚拉点锚索预应力简化为集中荷载，按弹性地基梁进行计算。一般，可将梁低反力按均布考虑。对于框格梁，可将锚拉点锚索预应力简化为在纵、横梁节点处施加一个集中荷载，按节点处挠度相等条件，将锚索预应力分配到各自梁上（纵梁、横梁），然后按一般的条形弹性地基梁进行计算。该法由于考虑了节点处变形协调及重叠地梁面积的应力修正，计算较为

18、繁琐。在实际应用中，一般采用纵、横梁使用相同截面尺寸，节点荷载可近似按纵、横梁间距来分配到纵、横梁上。【举例】设地基容许承载力为300kPa，单孔锚索的设计锚固力为821.7kN，采用2孔地梁，锚索间距3m，地梁长度5m。则地梁宽度为：进一步可由最大弯矩及剪力（，）确定该地梁的厚度。5、试验与监测设计（略）二、设计任务书及要求（一）设计资料某高速公路标4号高边坡位于里程桩号YK201+570625段，处于富溪河右岸山脊中下部，开挖边坡长95.m，坡斜高40m，拟分五级开挖，每级梯段8m，公路设计高程368.8m。标4号高边坡初始开挖后全貌开挖边坡主要由强风化全风化砂板岩，呈碎裂结构。 III4

19、号高边坡计算参数综合取值表天然状态（工况1）暴雨状态下（工况2）C（KP）（）重度（KN/m）C（KP）（）重度（KN/m）103022.372822.8坡体分条图经过计算，天然工况，稳定性系数为1.125，暴雨工况，稳定性系数为1.001。安全系数取1.15，设计滑坡推力为931.5kN/m。各条块剩余下滑力条块编号剩余下滑力(kN/m)天然状态暴雨状态11596.1562323.27022106.3502323.27032201.8355213.40442027.1251830.12951799.4481692.1716841.829931.509（二）设计要求采用框格锚索（锚杆）方案。1

20、、选用正确的计算方法及公式完成框格、锚索（杆）的设计及计算；2、完成并提交设计计算书1份，图纸1套。包括：（1）立面布置图；（2）锚索（杆）构造详图；（3）格梁配筋图。3 设计单元03：管井降水设计一、设计步骤及主要公式（1）确定设计降深Sd （41）式中，D基坑开挖深度（m）；dw地下水静水位埋深（m）；基坑中心处水位到基坑底板的距离（m）；一般取0.51.0m。（2）初步确定管井长度L（深度）、井内降深 （42）式中，D基坑开挖深度（m）；h井点顶部离地面（0.00）的距离（m）；基坑中心处水位到基坑底板的距离（m）；一般取0.51.0m；i降水曲线坡度；环形井点为0.1，单排井点为0.2

21、5；l过滤管长度（m）；环形井点到基坑中心的距离（m）；（3）按下列经验公式确定单井的影响半径R：表4-1公式备注井水位降深，m；k渗透系数，m/s。潜水含水层（库萨金公式）R影响半径，m；k渗透系数，m/d；井水位降深，m，当小于10m时，取10m；H0含水层厚度，m承压含水层（吉尔哈特公式）将R作为井群的影响半径。（4）采用“大井法”估计基坑总涌水量Q（用于估算井数）承压水完整井： （43）潜水完整井： （44）式中，H含水层厚度（m）；Sd基坑设计降深（m）；R影响半径（m）；k渗透系数（m/d）大井半径（假想半径），即环形井点到基坑中心的距离（m）；大井半径，当沿圆周布井时，它就是圆的

22、半径；如按其它形状或不规则的轮廓布井，可按下式计算 （45）式中，F为布井轮廓范围的面积。若布井轮廓为狭长的矩形，宜用下式计算： （46）式中L和b为矩形长和宽。为系数，按表4-2确定。表4-20.050.10.20.30.40.50.61.01.051.081.121.141.161.171.18（5）试算法初步确定降水井数n及间距a试算法初步确定降水井数n、单井设计流量q潜水完整井： （单井井壁半径） （47）使得：式中， 按式（43）或（44）确定；基坑周长；单井设计流量。（6）复核基坑抽水影响最小处的水位降深 选择抽水影响最小处，例如基坑中心点、基坑端部的点等，复核基坑水位降深，使得。

23、对于潜水完整井：对于承压完整井（承压含水层厚度）（7）单井出水能力复核：单井出水能力应大于单井设计流量。单井最大出水量q：式中，含水层渗透系数(m/d)；过滤器半径(m)；过滤器进水部分长度(m)，可参照建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）第8.3.5条确定。（8）选取过滤器类型、尺寸，滤料规格及厚度。二、主要规范建筑基坑支护技术规程（JGJ120-2012）第7章“地下水控制”。建筑基坑支护技术规程（JGJ120-99）第8章“地下水控制”。三、设计任务书及要求（一）设计资料1、基坑工程概况基坑平面形态为矩形，长130m，宽75m，开挖深度为-5.45m，拟采用筏板基础。基坑平面简图2

24、、地形地貌拟建场地地貌单元属岷江II级阶地，地形较平坦，场地地面高程510.27511.37m，高差1.10m。3、地基土组成场地上覆人工填土（Q4ml），其下由第四系更新统河流冲洪积层（Q3al+pl）组成，现分述如下： 人工填土（Q4ml）. 杂填土：杂色；松散；稍湿。以建筑垃圾、碳渣为主，该层场地普遍分布，厚度0.502.50 m。. 素填土：褐灰、黄灰色；一般稍密；稍湿。以粉质粘土为主，夹少量卵石及其它硬杂物。该层场地部分地段分布，厚度0.801.80m。 冲洪积层（Q3al+pl）. 粉质粘土：黄褐色；一般坚硬，局部可塑。含氧化铁、铁锰质及少量钙质结核。该层场地均有分布，厚度0.90

25、2.70m。. 粉土：黄褐色；中密实；湿。含氧化铁、铁锰质及少量钙质结核。该层场地均有分布，厚度0.302.50m。. 细砂：褐灰色，松散，稍湿很湿。以长石、石英为主，该层场地普遍分布，厚度 0.202.20m。. 中砂：褐黄、褐灰色；松散；很湿。以长石、石英为主，含少量云母片。中砂多呈层状、透镜体状分布于卵石层中，夹圆砾及卵石少量，最大厚度为1.9m。. 卵石：褐黄、褐灰色；稍密密实；很湿饱和。主要以花岗岩、石英岩等组成，多呈圆形、亚圆形，微中等风化，一般粒径48cm，大者可达20cm以上，隙间充填以中砂为主，含少量粘粒，局部夹中砂及圆砾透镜体。卵石层顶板埋深4.66.8m,标高506.63

26、503.67m,高差2.96m。按密实度将卵石划分为稍密、中密、密实 三个亚层。4、水文地质场地地下水属第四系孔隙潜水类型，砂卵石为主要含水层。地下水主要由降水及岷江水系补给,勘察期间属平水期，场地丰水期水位标高约为504.00左右，地下水年变化幅度1.52.5m。常年丰水期地下水最高位为-4.0m左右，标高507.00左右,卵石层渗透系数参考值K=15m/d。土层名称土层厚度h（m）渗透系数k（m/d）填土1.42粉质粘土1.93粉土1.17细砂0.685.0砂卵石5.0015.0场地地下水属碳酸钙型水,对砼及钢筋砼结构中的钢筋均无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。场地环境类别为类，强透水层。土未被污染，对建筑材料无腐蚀性。（二）设计要求1、确定降水方案；选用正确的计算方法及公式完成降水的设计及计算；2、完成并提交降水设计计算书1份，图纸1套。包括：（1）降水井点布置图；（2）管井构造图；