岩土工程课程设计指导书

总说明

、每个同学完成个课设：单元为必作；单元、任选一个。 、集中完成时间月日～月日

§设计单元：抗滑桩设计

一、设计步骤与主要公式

（）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

＝；

当前滑体不会滑走时，单位设计推力为

＝－[，]

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式中，－每延米剩余下滑力；

－每延米剩余抗滑力；

－每延米被动土压力；

（）确定桩的间距、截面形状（×）和尺寸、埋入深度；计算桩的变形系数α或β，按表判定属弹性桩还是刚性桩。 表

地基系数 常数 桩的变形系数 刚性桩 h21 h22.5 弹性桩 h21 h22.5 （）单桩所受滑坡推力＝×。按悬臂梁计算受荷段桩身内力、滑面处剪力（）和弯矩（）；

（）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，）－。

（）桩身配筋计算。取最大弯矩进行正截面受弯承载力验算： 基本公式：

xM1fcbxh0 （－）

21fcbxfyAs （－）

限制条件：

xbh0 （－）

min （－）

min45ftmax0.2,fy% （－） 2 / 23

（－）

（上述详见《混凝土结构设计规范》（）第条） （）取最大弯矩进行斜截面受剪承载力验算： 基本公式：

VVcs0.7ftbh01.25fyvAsvh0 （－） s限制条件：

h04,V0.25cfcbh0b （－） h06,V0.20fbhcc0bsvsv,min0.24ft100% （－） fyv（上述详见《混凝土结构设计规范》（）第条）

（）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[σ]。

max[H] （－） [H]KHR （－）

式中，－岩石单轴抗压强度；

η－折减系数(根据岩层裂隙、风化与软化程度)

－在水平方向的换算系数(完整程度、层理产状、胶结物与胶结程度） 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]

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通常仅验算滑面以下和处。

二、主要参考书与规范

、《路基》（第二版，人民交通出版社，）－。 、《铁路路基支挡结构设计规范》（） 、《混凝土结构设计规范》（） 三、设计任务书与要求

（一）设计资料 、滑坡基本特征 （）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～，宽～，前缘阶地高程170m、后缘高程245m，坡面平均坡度°，局部大于°，滑坡面积×104m2，体积约为×106m3。

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）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)，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～.50m。

（）滑坡体的物质组成与结构特征

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()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～，含量一般为～。偶见粒径可达-5m的块石。块石与碎石成分主要为泥岩与砂岩，砾石磨圆度较差。

滑体局部可见碎石含量约为～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。

滑体厚度呈东薄西厚，东部厚度约为～米，西部厚度约为～米。 ()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～的碎石，碎石呈棱角状，粒径一般为～，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）与土岩剪切面（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。揭露深度为12m、高程167m，揭露深度为10m、高程167m。与粘性土深度为10m,高程为179m、175m。、岩芯可见明显擦痕，探井滑面倾向～度，倾角～度 (见图2.1.2)。岩性主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～，含量约左右，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。含有棱角状与次棱角状砂岩碎石，碎石粒径～2cm，含量约，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。

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()滑床

滑床中、上部主要为侏罗系沙溪庙组（）紫红色粉砂岩、泥岩组成，层状结构，产状为：走向°～°，倾，倾角°～°。强风化带厚度约为～.5m、其下为中等～微风化。岩芯采取率约～ 。

滑坡前缘为第四纪土层，土层主要为坡积地层，岩性由含碎石粉质粘土组层。可塑～硬塑，碎石含量约为～，碎石粒径一般为～，成分主要为砂岩。可见粒径为～的块石。

滑坡的含水土层性质如下：

①残坡积红褐色粉质粘土夹碎石弱含水层（），主要分布于工程区山间凹地、平台与斜坡坡脚地带。一般厚度6.0m，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。

② 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（J2s）：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。

冲洪积卵砾石层孔隙水含水层（Q4alpl）：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～米，地下水标高在165m以下。滑坡前缘—100m范围内均有揭露。

（）滑带与滑体物理力学参数

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滑带土稳定性计算参数确定一览表 天然（水上） 指标 () 峰值 室内试验 大剪试验 经验值 采用值

饱和（水下） () φ(°) φ(°) 残值 峰值 残值 峰值 残值 峰值 残值 ～ ～ ～ ～ 滑体计算参数的确定：滑体天然容重（γ）取探井大体积测试结果，饱和容重（sat）取室内滑带土饱和重度。孔隙度（）取室内试验结果为。

、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()

计算工况 工况 工况 工况 工况 剖面 稳定系数（） 剩余下滑推力 剩余下滑推力 剩余下滑推力 剩余下滑推力 剩余下滑推力 剩余下滑推力备注：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＋非汛期年一遇暴雨（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非汛期年一遇暴雨（枯）。

（二）设计要求

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采用抗滑桩方案。

、选用正确的计算方法与公式完成抗滑桩的设计与计算；

、完成并提交设计计算书份，图纸套。包括：（）平面布置图布置图；（）剖面布置图；（）立面布置图；（）桩身配筋图；（）大样图。

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§设计单元：框格锚索（杆）设计

一、设计步骤与主要公式 、计算单宽设计锚固力

对于滑坡或边坡整治工程，可取设计滑坡推力（）进行计算： 单宽设计锚固力：

PtF （－）

sin()tgcos()式中，－设计滑坡推力（）；

Pt－设计（总）锚固力（）；

φ－滑面内摩擦角（°）；

α－锚索与滑动面相交处的滑面倾角（°）；

β－锚索与水平面的夹角（°）。下倾时，公式（－）中的“±”取

“”；上仰时公式中的“±”取“”。以下倾为宜，不宜大于°，一般°。

λ－折减系数。与边坡岩性与加固厚度有关，在之间选取。对于土质边坡或滑体厚度较大时，取小值；反之取大值。

公式（－）β也可按下式计算：

45o2A1 （－）

A12(A1)公式（－）中，－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°，倾角α＝°，锚索自由段长度20m，锚固段长度10m(初拟)，锚固段长度与自由段长度之比。则锚索下倾角：

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45o2A145o20.5115o22o18o

A12(A1)0.512(0.51)、每孔锚索的设计锚固力

（）钢绞线规格、根数

初拟钢绞线规格，查《混凝土结构设计规范》（）表4.2.3（预应力钢筋强度设计值）、附录（钢绞线公称直径、公称截面积与理论重量）、附录（钢丝公称直径、公称截面积与理论重量），得到公称截面积As、抗拉强度设计值fptk。则单根钢绞线的极限张拉荷载为PuAsfptk。

整治每沿米滑坡所需的锚索钢绞线的根数：

（－）

式中，Fs1－锚固设计安全系数。参照表取值。 表 锚固设计安全系数

注浆体与钢绞线界面 普通地层 高腐地层 钢绞线 类型 普通地层 临时性锚 注浆体与地层界面 普通地层 高腐地层 高腐地层 固 永久性锚 固

（）每孔锚索的设计锚固力Pt

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

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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，选用φ＝15.2mm的钢绞线。 查表得，As139mm2，fptk1860N/mm2，则

PuAsfptk＝1391860258540N258.54kN

取锚固设计安全系数Fs11.8，则：

，取根（束）

设计锚索间距取4m，则需要设计排每孔束（根），或排每孔束。 按排每孔束进行设计，则每孔锚索的设计锚固力为：

按排每孔束进行设计，则每孔锚索的设计锚固力为：

、锚索的锚固设计－以拉力型锚索为例

（）按注浆体与钢绞线界面粘结强度确定锚固长度：

（－）

（）按注浆体与地层界面抗剪强度确定锚固长度：

（－）

式中，ds－张拉钢筋外表直径（束筋外表直径）（）；

dh－锚固体直径（）；

u－注浆体与钢绞线界面极限粘结应力，按砂浆标准抗压强度fck的％取值。

τ－注浆体与地层界面极限剪应力，按表取值。

Fs2－锚固设计安全系数。参照表取值。

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表 注浆体与地层界面极限剪应力

孔壁摩阻岩土种类 岩土状态 力 () 硬岩 岩石 软岩 泥岩 软塑 粘性土 硬塑 坚塑

孔壁摩阻岩土种类 岩土状态 力 () 粉土 中密 松散 砂土 稍密 中密 密实 ～ 锚索的锚固长度＝[，] 、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。

（）垫墩

垫墩大小根据被加固边坡地基承载力确定。

（－）

式中，－锚索超张拉系数；

Pt－每孔锚索的设计锚固力（）；

； []－地基容许承载力（）

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－垫墩的面积（）；

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：

Fl1.35clfcAln （－）

式中，βc－混凝土强度影响系数；

βl－混凝土局部受压时的强度提高系数； fc－混凝土轴心抗压强度设计值； Aln－混凝土局部受压净面积； Al－混凝土局部受压面积； Ab－混凝土局部受压计算面积。

（上述详见《混凝土结构设计规范》（）第7.8.1条） 冲切强度验算公式：

Fl0.7hft0.15pc,mumh0 （－）

式中，min10.4sh01.2,0.5 2s4um（详见《混凝土结构设计规范》（）第7.7.1条） （）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；设置孔或孔以上的地梁，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

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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与重叠地梁面积的应力修正，计算较为繁琐。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，单孔锚索的设计锚固力为，采用孔地梁，锚索间距3m，地梁长度5m。则地梁宽度为：

2821.7kN1.09561.1m

300kPa5m进一步可由最大弯矩与剪力（Mmax205.4kNm，Qmax493.0kN）确定该地梁的厚度。

、试验与监测设计（略）

二、设计任务书与要求

（一）设计资料

某高速公路Ⅲ标号高边坡位于里程桩号～段，处于富溪河右岸山脊中下部，开挖边坡长，坡斜高40m，拟分五级开挖，每级梯段8m，公路设计高程368.8m。

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Ⅲ标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。

－号高边坡计算参数综合取值表

天然状态（工况） （）

暴雨状态下（工况） （） Φ（°） 重度（） Φ（°） 重度（）

坡体分条图

经过计算，天然工况，稳定性系数为，暴雨工况，稳定性系数为。安全系数取，设计滑坡推力为。

各条块剩余下滑力

剩余下滑力() 条块编号 天然状态 暴雨状态 （二）设计要求

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采用框格锚索（锚杆）方案。

、选用正确的计算方法与公式完成框格、锚索（杆）的设计与计算； 、完成并提交设计计算书份，图纸套。包括：（）立面布置图；（）锚索（杆）构造详图；（）格梁配筋图。

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§设计单元：管井降水设计

一、设计步骤与主要公式

（）确定设计降深

SdDdwsm,w （－）

式中，－基坑开挖深度（）；

－地下水静水位埋深（）；

sm,w－基坑中心处水位到基坑底板的距离（）；一般取1.0m。

（）初步确定管井长度（深度）、井内降深sw

LDhsm,wir0l

swSdir0 （－）

式中，－基坑开挖深度（）；

－井点顶部离地面（±）的距离（）；

sm,w－基坑中心处水位到基坑底板的距离（）；一般取1.0m；

─降水曲线坡度；环形井点为，单排井点为； ─过滤管长度（）；

r0－环形井点到基坑中心的距离（）；

（）按下列经验公式确定单井的影响半径： 表

公式 R=3000swk R=2swkH0 备注 sw－井水位降深，；－渗透系数，。 潜水含水层 －影响半径，；－渗透系数，；sw－井水17 / 23

（库萨金公式） 承压含水层 （吉尔哈特公式） 将＋r0作为井群的影响半径。

R=10swk 位降深，，当小于10m时，取sw＝10m；－含水层厚度， （）采用“大井法”估计基坑总涌水量（用于估算井数） 承压水完整井：

（－）

潜水完整井：

Q1.366k(2HSd)Sd （－） Rlgr0式中，─含水层厚度（）；

─基坑设计降深（）； ─影响半径（）； ─渗透系数（）

r0─大井半径（假想半径），即环形井点到基坑中心的距离（）；

大井半径r0，当沿圆周布井时，它就是圆的半径；如按其它形状或不规则的轮廓布井，可按下式计算

（－）

式中，－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：

（－）

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式中和为矩形长和宽。η为系数，按表确定。 表 b/L η

（）试算法初步确定降水井数与间距 试算法初步确定降水井数、单井设计流量

潜水完整井：

q使得：

k(2H0sw)swlnRnln(nrwrn1) （rw——单井井壁半径）（－）

式中， Q——按式（－）或（－）确定；L——基坑周长；q——单井设计流量。

（）复核基坑抽水影响最小处的水位降深S'

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S'Sd。

对于潜水完整井：

S'HH20.732Q1lgRlg(xxx)12n kn对于承压完整井

S'0.366Q1lgRlg(xxx)12n（M——承压含水层厚度）

Mkn（）单井出水能力复核：单井出水能力应大于单井设计流量。

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单井最大出水量：

q120rsl3k

式中，k－含水层渗透系数()；rs－过滤器半径()；l－过滤器进水部分长度()，可参照《建筑基坑支护技术规程》（）第8.3.5条确定。

（）选取过滤器类型、尺寸，滤料规格与厚度。 二、主要规范

《建筑基坑支护技术规程》（）第章“地下水控制”。 《建筑基坑支护技术规程》（）第章“地下水控制”。

三、设计任务书与要求

（一）设计资料 、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。 光 华 大 道小 区 道 路拟 建 场 地香槟花园住宅楼1＃香槟花园住宅楼2＃ 基坑平面简图 20 / 23

、地形地貌

拟建场地地貌单元属岷江级阶地，地形较平坦，场地地面高程～.37m，高差1.10m。

、地基土组成

场地上覆人工填土（），其下由第四系更新统河流冲洪积层（）组成，现分述如下：

⑴ 人工填土（）

①. 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～m。

②. 素填土：褐灰、黄灰色；一般稍密；稍湿。以粉质粘土为主，夹少量卵石与其它硬杂物。该层场地部分地段分布，厚度～1.80m。

⑵ 冲洪积层（）

①. 粉质粘土：黄褐色；一般坚硬，局部可塑。含氧化铁、铁锰质与少量钙质结核。该层场地均有分布，厚度～2.70m。

②. 粉土：黄褐色；中～密实；湿。含氧化铁、铁锰质与少量钙质结核。该层场地均有分布，厚度～2.50m。

③. 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 ～2.20m。

④. 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，夹圆砾与卵石少量，最大厚度为1.9m。

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⑤. 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～8cm，大者可达20cm以上，隙间充填以中砂为主，含少量粘粒，局部夹中砂与圆砾透镜体。卵石层顶板埋深～6.8m,标高～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。

、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。地下水主要由降水与岷江水系补给,勘察期间属平水期，场地丰水期水位标高约为左右，地下水年变化幅度～.5m。常年丰水期地下水最高位为-4.0m左右，标高左右,卵石层渗透系数参考值15m。

土层名称 填土 粉质粘土 粉土 细砂 砂卵石 土层厚度（） 渗透系数（） － － － 场地地下水属碳酸钙型水,对砼与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Ⅱ类，强透水层。土未被污染，对建筑材料无腐蚀性。

（二）设计要求

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、确定降水方案；选用正确的计算方法与公式完成降水的设计与计算； 、完成并提交降水设计计算书份，图纸套。包括：（）降水井点布置图；（）管井构造图；

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