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岩体压力扩散角试验方案
篇一:混凝土扩散角
宝钢广东湛江钢铁基地项目 玄武岩岩体压力扩散角试验实施方案
终审
审 ： 核 ：
试验负责人 ：
中冶集团武汉勘察研究院有限公司
二○一四年四月
宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 实施方案
目 录
? 文字部分
1. 前 言
2. 试验方案编制依据 3. 试验方案 3.1 试验原理
3.2现场试验方法及要求 3.3 试验成果整理
? 附图部分
试验平面位置图
宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 试验方案
1. 前 言
1.1
宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩台地区地层具“软—硬—软”三元结构特点，上部为人工填积层或第四系全新统海积、残坡积层（砂性土、淤泥、粘性土、碎石夹粘土），中部为第四系上更新统湖光岩组岩层（玄武岩、凝灰岩），下卧第四系下更新统湛江组海陆交互相沉积层（巨厚粘土性、砂性土）。其中玄武岩厚度在1m~10m之间。
1.2
以4200厚板工程地层为例，其中部第四系上更新统湖光岩组岩层可分为强风化玄武岩（厚度0.50m～3.20m，平均1.68m，岩体基本质量等级为Ⅴ级）、中风化玄武岩（厚度0.40m～9.50m，平均厚度4.31m，岩石基本质量等级为Ⅱ～Ⅲ级）、强风化凝灰岩（厚度0.30m～6.00m，岩石质量等级为Ⅴ级）、中风化凝灰岩（厚度0.20m～6.70m,平均1.97m，岩石质量等级为Ⅴ级）。为节省基础投资，计划局部采用玄武岩做柱基础天然地基。为论证玄武岩可否做柱基础持力层，须了解岩体的压力扩散特性。
1.3
岩体压力扩散特性研究是个异常复杂的课题，目前尚未形成成熟的理论。根据《建筑地基基础设计规范GB50007-2011》5.2.7 及对应条文说明，可通过现场试验或室内模型试验确定双层土压力扩散角。此处拟通过现场试验确定双层土压力扩散角。
1
宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 试验方案
2. 试验方案编制依据
2.1
中冶京诚工程技术有限公司2014年4月9日发出的《宝钢广东湛江钢铁基地项目4200mm厚板工程主厂房柱基础桩位图》；
2.2 2.3 2.4 2.5
宝钢广东湛江钢铁基地项目有关会议纪要 国标《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011； 国标《工程岩体试验方法标准》GB/T50266-99； 地标《广东省建筑地基基础设计规范》DBJ15-31-2003
2
宝钢广东湛江钢铁基地项目玄武岩岩体压力扩散角试验 试验方案
3. 试验方案
3.1
试验原理
采用基岩载荷试验，通过测定试验点处玄武岩与凝灰岩界面处、凝灰岩与下卧土层界面处的附加压力值，取多个测点附加压力平均值作为界面处附加应力值。由理论公式（3-1），可反算出玄武岩与凝灰岩界面处、凝灰岩与下卧土层界面处压力扩散角θ（见图3-1）。
按照矩形基础软弱下卧层顶面附加压力计算公式： pz?
lb(pk?pc)
式（3-1）
(b?2ztan?)(l?2ztan?)
式中：b——矩形基础或条形基础底边的宽度（m）； l——矩形基础底边的长度（m）；
pc——基础底面处土的自重压力值（kPa）； z——基础底面至软弱下卧层顶面的距离（m）；
θ——地基压力扩散线与垂直线的夹角（°）。 其中：基础底面的压力pk计算公式如下： pk?
Fk?Gk
式（3-2） A
式中：Fk——相应于作用的标准组合时，上部结构传至基础顶面的竖向力值（kN）； Gk——基础自重和基础上的土重（kN）； A——基础底面面积（m2）。
由公式（3-1），在已知b、l、 pc、 z、 pk时，可反求压力扩散角θ。
3
混凝土基本常识1
篇二:混凝土扩散角
商品混凝土基础知识
1、混凝土时由水泥、煤灰、碎石、砂、外加剂、水等组成部分按一定比例拌制出的混合物。
2、混凝土标号：
C15=28天强度到达或超过15Mpa（兆帕） C20=28天强度到达或超过20Mpa（兆帕） C25=28天强度到达或超过25Mpa（兆帕） 以此类推
3、混凝土强度：在保持水泥、煤灰、外加剂、砂和碎石的情况下，随着用水量的提高，混凝土强度下降，反之，则混凝土强度上升。
4、强度等级水胶比（水的重量除以水泥加煤灰重量）：
C15=0.62水胶比
C20=0.56水胶比
C25=0.51水胶比
C30=0.47水胶比
C35=0.43水胶比
C40=0.39水胶比
C45=0.36水胶比
C50=0.33水胶比
5、混凝土塌落度（扩散度）测定方法:
坍落度是用坍落度筒来测定的，坍落度筒尺寸是上口直径
100mm，下口直径200mm，高300mm。试验时将新拌砼分三层装入筒内，每层用捣棒从边缘往中心螺旋式插捣25次，插捣时捣棒要插至上一层新拌砼的表面。三层装完后，抹平筒口，将筒体垂直提起，新拌砼锥体在重力作用下坍落，测量锥体坍落的高度，即为坍落度值，测量锥体坍落后两垂直方向的直径平均值，即为扩展度。一般情况下坍落度值越大，扩展度值越大，表示新拌砼的流动性好，当然坍落度有一个极限值，超过极限值后会使混凝土离析。我们没有接到工地特殊要求的情况下，塌落度一般控制在200±20左右。
6、影响新拌砼流动性的因素：
A、用水量对流动性的影响：用水量越大，流动性越大。
B、砂率对流动性的影响：砂率存在一个最佳砂率，砂率过大或过小，砼的流动性都不好，当达到最佳砂率时砼的流动性最好。
C、组成材料特性对流动性的影响：水泥的需水量、集料的级配、颗粒形状、最大粒径、表面状态、掺合料的需水量、细度、适应性、外加剂的减水率、
7、常见裂缝的产生原因及防治措施。
裂缝是砼中一种常见的现象，又是砼中存在的非常复杂的问题。 ①、塑性收缩裂缝：塑性收缩裂缝是一种在砼初凝失水（蒸发失水、模板或基层吸水）较多，产生较大的收缩，从而开裂。当外界风速大、气温高、湿度低时较容易出现这种裂缝。
措施：A、加强早期保湿养护；B、浇筑前充分润湿模板或基层；C、控制好砼的凝结时间；D、振捣适度，不漏振不过振；E、发现裂缝及
时处理，采用二次抹压或二次振捣，若已硬化，采用灌水泥浆，加水润湿，覆盖养护。混凝土扩散角。
②、温度裂缝：温度裂缝是指由于混凝土结构中的温度变化或温度分布的不均匀性而产生的裂缝。导致温度裂缝的关键因素是砼构件内部的温差过大。
措施：A、加强保温保湿养护；B、使用水化热小的水泥；C、科学的利用矿物掺合料；D、预置冷却水管。
③、沉陷裂缝：沉陷裂缝是指由于不均匀沉陷而造成的裂缝。措施：
A、对于软地基或不均匀地基，在浇筑砼前必须进行妥善处理；B、模板及其支撑要有足够的强度、刚度，底部支撑点必须坚实可靠；C、禁止过早拆模，必须保证砼达到一定的强度后才进行下一道工序的操作；D、结构荷载不均匀时，应从设计、施工方面采取调整措施。
8、砼的使用时间要求。
一般情况下，砼的初凝时间是4~6小时。砼必须在还没有达到初凝前将其浇筑到施工部位上去，同时还需预留出1~2小时的施工时间。如果砼已经初凝就不能浇筑到施工部位上去，不然将引起很严重的后果。所以要对砼到工地后的施工时间严格控制。
刚性扩大基础
篇三:混凝土扩散角
埋置式桥台刚性扩大基础设计示例
1.设计资料及基本数据
某桥上部结构采用钢筋混凝土剪支T形梁，标准跨径上20.00m，计算跨径L=19.50m，摆动支座，桥面宽度为净7m+2×1.0m，双车道，按《公路桥涵地基基础设计规范》（JTG D63—2007）进行设计计算。
设计荷载为公路—Ⅱ级，人群荷载为3.5kNm。
材料：台帽、耳墙及截面a—a以上混凝土强度等级为C25，?1?25kNm3，台身（自截面a-a以下）用MU7.5浆砌片、块石（面墙用块石、其他用片石，石料强度不小于MU30），
2
?2?23kNm3，基础用C15的素混凝土浇筑，?3?24kNm3。台后及溜坡填土
?4?17kNm3，填土的内摩擦角??35?，粘聚力C=0。
水文、地质资料：设计洪水位高程离基底的距离为7.00m（在a-a截面处），地基土的物理、力学指标见表1.1
2桥台与基础构造及拟定的尺寸
基础分两层，每层厚度为0.5m，襟边和台阶等宽，取0.4m。根据襟边和台阶构造要求初拟出平面较小尺寸，见图1.1，经验算不满足要求时再调整尺寸。
图1.1
基础用C15的混凝土浇筑，混凝土的刚性角?max?40?。基础的扩散角为：
??tan?1
0.8
?38.66???max?40? 1.0
满足要求。
3荷载计算及组合
（1）上部构造恒载反力及桥台台身、基础自重和基础上土重计算，其值列于表1.2。
（2）土压力计算
土压力按台背竖直，??0?，填土内摩擦角??35?，台背（圬工）与填土之间的外摩擦角??
?
2
?17.5?计算，台后填土水平??0。
① 台后填土表面无汽车荷载时土压力计算
台后填土自重引起的主动土压力计算式为：
Ea?
1
B?a?4H22
已知：?4?17kNm3，B为桥台宽度取7.7m，H为自基底至填土表面的距离，等于11.0m；?a为主动土压力系数。
?2
cos??cos(???)?1??cos235?
??0.2472
?cos17.5???1?1
Ea??17.00?112?7.7?0.247?1956.10(kN)
2
其水平向分力：
?a?
cos2(???)
2
Eax?Eacos(???)?1956.10?cos17.5??1865.57(kN)
离基础底面的距离：
ey?
对基底形心轴的力矩：
11
?3.67(m) 3
Mex??Eaxey??1865.57?3.67??6846.64(kN?m)混凝土扩散角。
其竖直向分力：
Eay?Easin(???)?1956.10?sin17.5??588.21(kN)
作用点离基础形心轴的距离：
ey?2.2?0.6?1.6(m)
对基底形心轴的力矩：
Mey?Eayex?588.21?1.6?941.14(kN?m)
② 台后填土表面有汽车荷载
由汽车荷载换算的等代均布土层厚度：
h?
G
Bl0?
式中：l0——破坏棱体长度，当台背竖直时，l0?Htan?，H?11m。 由
tan???tan??0.583
其中????????52.5?， 得：l0?11?0.583?6.413(m)
在破坏棱体长度范围内只能放一列汽车，因是双车道，故
?G?2?(140?140)?560(kN)
? h?
560
?0.667(m)
7.7?6.413?17.00
台背在填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下引起的土压力：
Ea?
11
B?a?4H(H?2h)??17.00?11?(2?0.667?11)?7.7?0.247?2193.33(kN)22
其水平向分力：
Eax?Eacos(???)?2193.33?cos17.5??2091.8(kN)
作用点离基础底面的距离：
ey?
对基底形心轴的力矩：
1111?3?0.667
??3.86(m) 311?2?0.667
Mex??Eaxey??2091.8?3.86??8074.35(kN?m)
其竖直向分力：
Eay?Easin(???)?2193.33?sin17.5??659.55(kN)
作用点离基础形心轴的距离：
ey?2.2?0.6?1.6(m)
对基底形心轴的力矩：
Mey?Eayex?659.55?1.6?1055.28(kN?m)
③台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力 计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度为1:1.5算得，
???33.69?，则基础边缘至坡面的垂直距离为H??11?
，主动土压力系数：
????35?（土与土之间的摩擦角）
3.8?1.9
?7.2(m)，若取1.5
?cos2??cos(???)?1??
2
cos35?
??0.1802
?cos35???1?11
???H?2B?a??17.00?7.22?7.7?0.180?610.7(kN)Ea
22
其水平向分力：
?a?
cos2(???)
2
??Ea?cos(???)?610.7?cos35??500.3(kN) Eax
离基础底面的距离：
ey?
对基底形心轴的力矩：
7.2
?2.4(m) 3
Mex??Eaxey?500.3?2.4?1200.72(kN?m)
其竖直向分力：
??Ea?sin(???)?610.7?sin35??350.3(kN) Eay
作用点离基础形心轴的距离：
ey??2.2(m)
对基底形心轴的力矩：
Mey?Eayex??350.3?2.2??770.66(kN?m)
道桥基础习题解答
篇四:混凝土扩散角
第八章 天然地基上的浅基础（习题答案）
8-1某桥墩为混凝土实体墩刚性扩大基础，荷载组合Ⅱ控制设计，支座反力840kN及930kN；桥墩及基础自重5480kN，设计水位以下墩身及基础浮力1200kN，制动力84kN，墩帽与墩身风力分别为2.1kN和16.8kN。结构尺寸及地质、水文资料见图8-37，地基第一层为中密细砂，重度为20.5kN/m3，下层为粘土，重度为γ=19.5kN/m3，孔隙比e=0.8，液性指数IL=1.0，基底宽3.1m，长9.9m。要求验算地基承载力、基底合力偏心距和基础稳定性。
16.8KN
中密粉砂
图8-37 习题8-1图
解：
（1）地基强度验算
1）基底应力计算 简化到基底的荷载分别为:
ΣP=840+930+5480-1200=6050KN
ΣM=930×0.25+84×10.1+2.1×9.8+16.8×6.3-840×0.25=997.32KNm 基地应力分别为：pmax
pmin?260.03ΣPΣM6050997.32 ???1?KPa2134.24AW3.1?9.9?9.9?3.1
2）持力层强度验算 根据土工试验资料，持力层为中密细砂，查表7-10得[?01]=200kPa，因基础宽度大于2m，埋深在一般冲刷线以下4.1m（＞3.0m），需考虑基础宽度和深度修正，查表7-17宽度修正系数k1=1.5，深度修正系数为k2=3.0。
[σ]= [σ01] +k1γ1(b-2) +k2γ2(d-3)+10hw
=200+1.5×(20.5-10)×(3.1-2) +3.0×(20.5-10)×(4.1-3)+10×0
=252kPa
荷载组合Ⅱ承载力提高系数为K=1.25
K[σ]= 1.25×252=315kPa＞pmax=260.03kPa （满足要求）
3）软弱下卧层强度验算 下卧层为一般粘性土，由e=0.8，IL=1.0查得容许承载力[σ02]=150.0kPa，小于持力层的容许承载力，故需进行下卧层强度验算：
基底至粘土层顶面处的距离为5.3m，软弱下卧层顶面处土的自重应力
σcz=γ1（h+z）=10.5×(5.3+4.1)=98.7 kPa
软弱下卧层顶面处附加应力σz=α（p-γ2h）,计算下卧层顶面附加应力σh+z时基底压力取平均值，p平=（p max+pmin）/2=（260.03+134.24）/2=197.14kPa，当l/b=9.9/3.1=3.2，Z/b=5.3/3.1=1.7，查表8-8得附加应力系数α=0.307，故
σz =0.307×（197.14-10.5×4.1）kPa =47.3kPa
σ h+z=σcz+σz =98.7+47.3=146 kPa
下卧层顶面处的容许承载力可按式8-16计算。其中，查得k1=0，k2=1.5，则：
k[σ]h+z =1.25×[ 150.0+1.5×10.5×（4.1+5.3-3）]kPa=313.5kPa＞σcz+σz （满足要求）
（2）基底合力偏心距验算（按照给定荷载组合验算）
偏心距应满足e0＜0.75ρ
ρ=W/A=b/6=0.52m
ΣM=997.32kN﹒m
ΣP=6050 kN
e0=?M997.32?m =0.16m＜0.75ρ=0.39m （满足要求） ?P6050
（3）基础稳定性验算（按照给定荷载组合验算）
1）抗倾稳定验算
上述计算可知
e0=?M997.32?=0.16m ?P6050
y=b/2=3.1/2=1.55m
k0=1.55/0.16=9.69＞1.5 （满足要求）
2.抗滑动稳定验算
基底处为中密细纱，查表8-11得摩擦系数f=0.4。
ΣP=6050kN
ΣT=84+16.8+2.1=102.9 kN
kc=0.4?6050=23.52＞1.3 （满足要求） 102.9
8-2有一桥墩墩底为矩形2m×8m，C20混凝土刚性扩大基础，顶面设在河床下1m，作用于基础顶面的荷载（荷载组合Ⅱ）有：轴心垂直力5200kN，弯矩840kNm，水平力96kN，地基土为一般性粘性土，第一层厚2.0m（自河床算起），重度γ=19.0kN/m3 孔隙比e=0.9，液性指数IL=0.8， 第二层厚5.0m，重度γ=19.5kN/m3，孔隙比e=0.45，液性指数IL=0.35，低水位在河床下1.0m，（第二层以下为泥质页岩），请确定基础埋置深度及底面尺寸，并经过验算说明其合理性。
解：
（1）初定基底面积
以第二层为持力层，两级台阶，每级台阶0.5m高，襟边和台阶均选0.4m宽，因此，初定基底面积为
3.6m×9.6m，经地基强度验算不满足要求时在调整尺寸。
基础用C15混凝土浇注，混凝土的刚性角αmax=40°。基础的扩散角为
0.8?=arctg=38.66°＜?max=40° （满足要求）混凝土扩散角。
（2）持力层强度验算
基础重量
W=3.6×9.6×2×10 =691.2KN
将荷载简化到基底分别为:
ΣP=5200+691.2=5891.2KN
ΣM=840+96×1=936KNm
基地应力分别为：pmax
pmin?ΣPΣM5891.2???AW3.6?9.6215.6936 ?KPa2125.3?9.6?3.6
第一层粘性土，一般粘性土，e=0.9，IL=0.8，查表7-7得[?01]=160kPa，因此不宜作为持力层。第二层为持力层，属一般粘性土，e=0.45，IL=0.35，查表7-7得[?02]=410kPa，因基础埋深为原地面下2.0m（＜3.0m），不考虑深度修正；虽宽度b=3.6m＞2m，但对粘性土地基，宽度修正系数k1=0，不需进行宽度修正。
k[?]=k [?02]=1.25×410kPa=512.5kPa＞pmax=215.6kPa （满足强度要求）
（3）合力偏心距验算
荷载组合Ⅱ，非岩石地基偏心距应满足e0＜ρ
ρ=W/A=b/6=0.6m
e0=?M936?m =0.16m＜ρ=0.6m （满足要求） ?P5891.2
（4）基础稳定性验算
1）抗滑动稳定验算
基底处为硬塑状态粘土，查表8-11得摩擦系数f=0.3。
kc=0.3?5891.2=18.4＞1.3 （满足要求） 96
2）倾覆稳定性验算
y=b/2=1.8，e0=0.15m
k0=y1.8??12＞1.3 （满足要求） e00.15
习题9-1
某一桩基工程，每根基桩顶（齐地面）轴向荷载P=1500KN，地基土第一层为塑性粘性土厚2m，天然含水率ω=28.8%，液限含水率ωl=36%，塑限含水率ωp=28%，天然重度γ=19KN/m3，第二层为中密中砂，重度γ=20KN/m3，砂层厚数十米，地下水位在地面下20m，现采用打入桩（预制钢筋混凝土方桩边长45cm），试确定其入土深度。
解：
打入桩由公式(9-3)反算桩长，设该桩埋入砂土中的深度为l2，则应该满足下式：
N??P??1[U(?1l1?1??2l2?2)??A?R] 2
式中：N——一根桩受到的全部竖直荷载(kN)，其余符号同前，入土深度 (局部冲刷线以下)桩重的一半作外荷计算。
桩边长0.45m，故U=4×0.45m=1.8m
桩的截面面积(边长0.45m) A=0.452=0.2025m2
桩每延米自重(边长0.45 m) q=0.452×25=5.06kN/m
第一层粘性土IL=???p28.8?28??0.1＜0.25，桩侧土的极限摩阻力查表9-4，取τ1=80kPa； ?l??p36?28
第二层中砂中密，桩侧摩阻力为55~75 kPa，取τ2=65kPa；先假（h′/d〉=4），查表9-5得σR=4500kPa； b=0.45m，查表9-6得α1=α2=α= 1.0，于是：
11P?(l1?l2)q?[U(?1l1?1??2l2?2)??A?R] 22
故上式即为：
? 1500?l2?1.8?(1.0?2?80?1.0?l2?65)?1.0?0.2025?4500?5.06?2??5.06??
55.97 l2=905.98
解得l2=16.19m, h′/d=36〉4，与假设相符，取l2=16.5m，故桩长L=18.5m。
习题9-2
上题如改用钻孔灌注桩（旋转钻施工），设计桩径1.0m，确定入土深度。
解：
钻孔灌注桩由公式(9-1)反算桩长，设该桩埋入砂土中的深度为l2，则应该满足下式：
1n
N??P??U?li?i??m0A???0??k2?2(h?3)? 2i?1
式中：N——一根桩受到的全部竖直荷载(kN)，其余符号同前，入土深度 (最大冲刷线以下)桩重的一半作
外荷计算。
旋转钻进成孔直径增大3~5cm(桩径d=1.0+0.03=1.03m)，故U=π×1.03m=3.23m
桩的截面面积(直径1.0m) A???1.02
4?0.785m2
桩穿过各土层厚：l1=2.0m，先假定桩尖埋深为12m，则进土持力层深度为10m
桩每延米自重(直径1.03m) q???1.032
4?25?
20.82KN/m
τ1=65kPa；
第二层中砂中密，桩侧摩阻力为40~60 kPa，取τ2=50kPa；
中密中砂可查表7-10得[σ0]=350kPa，查表7-17得k2=4.0，先假定桩尖埋深为12m，则进土持力层深度为10m。清底系数按一般要求，限制t／d=0.4，查表9-2经内插得m0=0.55，由h／d=12，桩底为透水性土，查表9-3得λ=0.7，于是最小桩长满足：
11n
N?P?(l1?l2)q??P??U?li?i??m0A???0??k2?2(h?3)? 22i?1
1?4.08??2?79?l2?50??0.7?0.55?0.7852即： ??2?19?l2?20??350?4.0?(2?l2?3.0)?2?l2??1500?1?20.82?2?1?20.82l2?1533.18+16.59 l2=322.32+102 l2+105.78+
l22-8.327 l2-20.587=0
解得l2=10.32m，取l2=10.5m，桩长12.5m
38?20l2×（1.21l2-1.21） 2?l2