第7章 岩石地基工程

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1、242第7章岩石地基工程§7.1概述所谓岩石地基，是指建筑物以岩体作为持力层的地基。人们通常认为在土质地基上修建建筑物比在岩石地基上更具有挑战性，这是因为在大多数情况下，岩石相对于土体来说要坚硬很多，具有很高的强度以抵抗建筑物的荷载。例如，完整的中等强度岩石的承载力就足以承受来自于摩天大楼或大型桥梁产生的荷载。因此，国内外基础工程的关注重点一般都在土质地基上，对于岩石地基工程的研究相对来说就少得多，而且工程师们都倾向认为岩石地基上的基础不会存在沉降与失稳的问题。然而，工程师们在实际工程中面对的岩石在大多数情况下都不是完整的岩块，而是具有各种不良地质结构面，包括各种断层

2、、节理、裂隙及其填充物的复合体，称之为岩体。同时岩体还可能包含有洞穴或经历过不同程度的风化作用，甚至非常破碎。所有这些缺陷都有可能使表面上看起来有足够强度的岩石地基发生破坏，并导致灾难性的后果。由此，我们可以总结出岩石地基工程的两大特征：第一，相对于土质地基，岩石地基可以承担大得多的外荷载；第二，岩石中各种缺陷的存在可能导致岩体强度远远小于完整岩块的强度。岩体强度的变化范围很大，从小于5MPa到大于200MPa都有。当岩石强度较高时，一个基底面积很小的扩展基础就有可能满足承载力的要求。然而，当岩石中包含有一条强度很低且方位较为特殊的裂隙时，地基就有可能发生滑动破坏，这

3、生动地反映了岩石地基工程的两大特征。由于岩石具有比土体更高的抗压、抗拉和抗剪强度，因此相对于土质地基，可以在岩石地基上修建更多类型的结构物，比如会产生倾斜荷载的大坝和拱桥，需要提供抗拔力的悬索桥，以及同时具有抗压和抗拉性能的嵌岩桩基础。为了保证建筑物或构筑物的正常使用，对于支撑整个建筑荷载的岩石地基，设计中需要考虑以下三个方面的内容：(1)基岩体需要有足够的承载能力，以保证在上部建筑物荷载作用下不产生碎裂或蠕变破坏；(2)在外荷载作用下，由岩石的弹性应变和软弱夹层的非弹性压缩产生的岩石地基沉降值应该满足建筑物安全与正常使用的要求；(3)确保由交错结构面形成的岩石块体在

4、外荷载作用下不会发生滑动破坏，这种情况通常发生在高陡岩石边坡上的基础工程中。与一般土体中的基础工程相比，岩石地基除了应该满足前两点，即强度和变形方面的要求外，还应该满足第三点，即地基岩石块体稳定性方面的要求，这也是由岩石地基工程的重要特征——地基岩体中包含各种结构面决定的。242由于岩石地基具有承载力高和变形小等特点，因此岩石地基上的基础形式一般较为简单。根据上部建筑荷载的大小和方向，以及工程地质条件，在岩石上可以采取多种基础型式。目前对岩石地基的利用，主要有以下几种方法：(1)墙下无大放脚基础：若岩石地基的岩石单轴抗压强度较高，且裂隙不太发育，对于砌体结构承重的建筑

5、物，可在清除基岩表面风化层上直接砌筑，而不必设基础大放脚（图7-1（a））(a)墙下无大放脚基础(b)预制柱的岩石杯口　　(c)锚杆基础(d)嵌岩桩基础图7-1岩石地基上的基础类型(2)预制柱直接插入岩体：以预制柱承重的建筑物，若其荷载及偏心矩均较小，且岩体强度较高、整体性较好时，可直接在岩石地基上开凿杯口，承插上部结构预制柱（图7-1（b））。(3)锚杆基础：对于承受上浮力的结构物，当其自身重力不足以抵抗上浮力时，需要在结构物与岩石之间设置抗拉灌浆锚杆提供抗拔力，称之为抗拔基础。当上部结构传递给基础的荷载中，有较大的弯矩时，可采用锚杆基础。锚杆在岩石地基的基础工程中

6、，主要承受上拔力以平衡基底可能出现的拉应力（图7-1（c））。锚杆的锚孔是利用钻机在基岩中钻成。其孔径Ｄ随成孔机具及锚杆抗拔力而定。一般取3～4d(d为锚筋的直径)，但不得小于d+50mm，以便于将砂浆或混凝上捣固密实。锚孔的间距，一般取决于基岩的情况和锚孔的直径。对致密完整的基岩，其最小间距可取6～8D；对裂隙发育的风化基岩，其最小间距可增大至10～12Ｄ。锚筋一般采用螺纹钢筋，其有效长度应根据试验计算确定，并不应小于40d，如图7-2。242图7-2锚杆基础的构造要求(4)嵌岩桩基础：当浅层岩体的承载力不足以承担上部建筑物荷载，或者沉降值不满足正常使用要求时，就需

7、要使用嵌岩桩将上部荷载直接作用到深层坚硬岩层上。例如，在已有建筑物附近没有空间修建扩展基础的情形时，可以考虑设置嵌岩桩，将荷载传递到临近建筑物基底水平面下的坚硬岩石上。嵌岩桩的承载力由桩侧摩阻力、端部支承力和嵌固力提供。嵌岩桩可以被设计为抵抗各种不同形式的荷载，包括竖向压力和拉力，水平荷载以及力矩（图7-1（d））。本章的主要内容是，结合扩展浅基础讨论岩石地基的承载力、沉降计算及应力分布，以及岩石地基的稳定性和处理方法。§7.2岩石地基的变形和沉降7.2.1岩石地基中的应力分布由于大多数的岩石表现出线弹性性质，因此可以利用弹性理论计算岩石地基中的应力