《岩土工程咨询》PPT课件.ppt

岩土工程优化设计专家系统,1,岩土工程咨询及优化设计,上海岩土工程勘察设计研究院有限公司顾国荣2005.8.18,第一部分 咨询概念及应具备的条件第二部分工程设计及施工中岩土工程问题第三部分 岩土工程设计优化系统介绍第四部分 岩土工程咨询及优化设计实例,岩土工程优化设计专家系统,3,第一部分1 咨询概念 信息和情报的收集、汇编和分析，并基于这些得出预测。1).管理和信息技术咨询；2).金融和财务方面的咨询；3).工程技术方面的咨询；4).政策咨询。,岩土工程优化设计专家系统,4,第一部分 2 咨询范围很广，其特征是以他的知识和经验，通过人员的服务直接为客户创造价值。3 咨询公司竞争核心技能和资本，就是人才、知识和方法。,岩土工程优化设计专家系统,5,第一部分4 岩土工程咨询概念 岩土工程咨询通俗可理解为工程服务的各方依据岩土工程专业知识和丰富工程经验出注意、当顾问，即受客户委托，在规定的时间内，运用专业技术、工程经验等多方面知识，通过信息、情报的收集、汇编、分析、计算、预测和试验，为工程项目设计方案比选、实施及运营等阶段提供智力服务。,岩土工程优化设计专家系统,6,第一部分5 岩土工程咨询特点 岩土工程咨询与一般的工程咨询有所不同，它具有以下特点：(1)咨询质量的优劣，取决于信息、知识、经验的集成和创新；(2)咨询工作牵涉面比较广，包括土力学、岩体力学、工程地质学、基础工程学以及上部结构等诸多学科；(3)咨询范围弹性很大，可以是工程的全过程，也可以就某一项工作进行咨询。因此，需要种类技术人员协作完成。(4)每一项咨询项目在研究内容、时间、地点、功能以及相关因素上不可能完全相同，只有类似性，而无重复性；(5)咨询成果是预测性的，要通过监测和验证，在项目实施过程中应跟踪评价，作适当调整。,岩土工程优化设计专家系统,7,第一部分6 岩土工程咨询的原则 岩土是自然产物，不同与钢筋砼，应采用工程地质观点对待岩土工程问题，必须掌握岩土的性状，懂得岩土性质指标的物理意义、用途和限制；能结合工程特点采用相应勘探测试技术揭示地层，以充分认识钻探取样和原位试验试验带来土体的物理力学性质方面的变化；提倡应用类似地质条件的工程经验，判别数值计算结果的误差和幅度，必须坚持因地制宜、就地取材、保护环境和节约资源的原则。,岩土工程优化设计专家系统,8,第一部分7 岩土工程师应具备的能力(1)技术人员素质提高，根据市场需求调整或增加专业设置，改变以往的单项、附属性专业面，使其成为具有相当广度和理论、深度和丰富实践经验。(2)在软硬件条件上,计算机技术的飞速发展为复杂的岩土工程分析和检测提供了强大的工具支持：模拟预测、信息化设计与施工、人工智能专家系统、检测与物探测试发展，使岩土工程师有可能更加科学和可靠地对工程问题进行较深入的定量和定性分析判断。(3)树立“为顾客增值”的产品质量观，并通过这一观念增强企业的市场竞争能力，即岩土工程勘察工作的成果应该能够尽快能使顾客在保障建设工程安全的前提下节约其投资。,岩土工程优化设计专家系统,9,第一部分8 岩土工程技术水平发展 岩土工程勘察、设计、施工与监测是岩土工程的一个完整体系，不可分割。合格岩土勘察工程师必定是一个合格的岩土设计工程师；岩土施工对设计方案能否实现，其影响极大，至关重要。上海地区的灌注桩和基坑施工，不同的施工设备、技术和工艺，会产生不同的结果。监测手段是对岩土设计参数和结果的验证，同时对重大和复杂工程信息化施工和调整设计参数的依据，并能有效及时采取相应措施以确保工程安全。因此，岩土工程师以勘察为实践的根本（获得岩土资料和认识土性），设计是实践的基础（使用这些资料），施工是实施结果，监测是对以上验证并获得原型参数，重新认识岩土性状的过程。通过四个阶段实践，是飞跃式的上升。,岩土工程优化设计专家系统,10,第一部分9.岩土工程咨询及优化设计背景资料（1）积累了丰富的资料和工程经验 近万份工程地质勘察报告400多份建筑物完整的沉降观测资料500多项工程打桩和压桩曲线近万根单桩静载荷试验资料近百项工程桩基施工和基坑开挖监测资料,岩土工程优化设计专家系统,11,第一部分9.岩土工程咨询及优化设计背景资料（2）地质资料分布图,岩土工程优化设计专家系统,12,第一部分6.岩土工程咨询及优化设计背景资料（3）已完成的科研成果 上海地区密集群桩沉降计算承载力研究上海地区多层住宅沉降控制研究上海地区高层建筑沉降观测和规律研究浦东地区桩基编图上海地区地基液化判别方法及其精度研究上海地区上更新统地层及其工程特性研究岩土工程优化设计系统,岩土工程优化设计专家系统,13,第二部分 工程设计及施工中岩土工程问题：（1）天然地基（多层住宅）地基类型？基础形式？承载力？沉降？地基液化等级？液化处理？暗浜处理？.,岩土工程优化设计专家系统,14,第二部分 工程设计及施工中岩土工程问题：（2）桩基（高层建筑）桩基类型？持力层？桩型、桩长？承载力？沉降？沉桩可能性？沉桩对周围环境影响？.,岩土工程优化设计专家系统,15,第二部分工程设计及施工中岩土工程问题：（3）基坑 土层类型？设计参数？围护类型？降水？开挖方式？周围环境影响？监测与控制？.,岩土工程优化设计专家系统,16,第三部分上海地区岩土工程优化系统开发研制1 研究内容（1）初步建成了涵盖工程地质、原位测试、建筑物资料、沉降观测等，包括了工程图纸、大量数据、观测曲线、实景照片等多种媒体介质的数据库。（2）运用GIS的成熟技术，绘制了各土层的埋深、厚度等值线等一系列图件，划分了针对天然地基和桩基的土层分布组合区域图。,岩土工程优化设计专家系统,17,第三部分上海地区岩土工程优化系统开发研制1 研究内容(3)地图漫游、空间搜索功能，实现了工程地质资料管理维护、邻近或相似工程的资料调度借鉴。(4)运用模糊数学原理，建立起基于范例推理的岩土工程专家系统，充分利用了原有的大量宝贵资料，提高了岩土工程专家系统的稳定性和可靠性;考虑了岩土工程设计中的造价、沉降、环境、工期、施工等问题，进行方案比选，获得合理的基础设计方案。,岩土工程优化设计专家系统,18,第三部分上海地区岩土工程优化系统开发研制2 研究思路及方法 以上海地区与岩土工程相关范围内土层属性为研究对象，重点研究对基础沉降、地基承载力影响较大的土层物理力学特性及各土层埋深、厚度变化情况，并针对建筑物基础形式，分析不同土层组合的分布规律及其对建筑物沉降、基础承载力影响规律，利用这些规律，综合已建的大量工程信息，采用工程类比方法，来指导岩土工程设计，自动生成合理地基方案。,岩土工程优化设计专家系统,19,拟建工程属性,拟建地质属性,拟建工程,数据库,GIS,邻近或相似工程地质属性,地质属性,工程属性,形成地质模型,绘制地质剖面图,沉降观测资料,基础设计资料,工程类比,专家经验,承载力验算,沉降等值线,造价比较,自动生成基础设计咨询报告,环境监测资料,测试检测资料,建筑物性质,地层分布图,桩型比选,环境影响评估,施工方案建议,优化方案比选,3岩土工程专家系统设计框图,框图,岩土工程优化设计专家系统,20,4岩土工程专家系统主要成果图,岩土工程优化设计专家系统,21,-1层埋深立体渲染图,4岩土工程专家系统主要成果图,岩土工程优化设计专家系统,22,天然地基分区图,4岩土工程专家系统主要成果图,岩土工程优化设计专家系统,23,天然地基多层建筑沉降等值线图,4岩土工程专家系统主要成果图,岩土工程优化设计专家系统,24,桩基分区图,4岩土工程专家系统主要成果图,岩土工程优化设计专家系统,25,5 实例应用,邻近工程地质资料,岩土工程优化设计专家系统,26,5 实例应用,邻近工程实测沉降,岩土工程优化设计专家系统,27,5 实例应用,邻近工程实测试桩,岩土工程优化设计专家系统,28,5 实例应用,自动生成地质模型,岩土工程优化设计专家系统,29,5 实例应用,类似工程经验比选,岩土工程优化设计专家系统,30,5 实例应用,类似工程土层相似性比较,岩土工程优化设计专家系统,31,5 实例应用,修正沉降比较,岩土工程优化设计专家系统,32,5 实例应用,压桩动阻力比较,岩土工程优化设计专家系统,33,5 实例应用,成桩可能性分析,岩土工程优化设计专家系统,34,5 实例应用,单位面积造价比较,岩土工程优化设计专家系统,35,5 实例应用,桩型方案比选,岩土工程优化设计专家系统,36,6上海地区典型桩基工程：持力层-3,浅埋粉性土层-3，一般可作为多层或小高层建筑物桩基持力层；桩长入土深度：816m，断面宜为250250350350（砼预制桩）。,岩土工程优化设计专家系统,37,6上海地区典型桩基工程：持力层-3,岩土工程优化设计专家系统,38,6上海地区典型桩基工程：持力层-1或-3,灰色或褐灰色粘性土（第-1层或-3层），含水量接近35%,孔隙比约为1,重度略大于18kN/m3，Ps=0.9MPa。,岩土工程优化设计专家系统,39,6上海地区典型桩基工程：持力层-1或-3,岩土工程优化设计专家系统,40,6上海地区典型桩基工程：持力层-2,灰色或褐灰色粉土（第-2层），标贯击数：1020，Ps=2.8MPa。,岩土工程优化设计专家系统,41,6上海地区典型桩基工程：持力层-2,岩土工程优化设计专家系统,42,6上海地区典型桩基工程：持力层-,暗绿色硬土层（第层）:含水量约26%,孔隙比约0.67,重度略大于19kN/m3，Ps=2.2MPa，超固结比为1.82.5。,岩土工程优化设计专家系统,43,6上海地区典型桩基工程：持力层-,岩土工程优化设计专家系统,44,6上海地区典型桩基工程：持力层-第-1、-2,第-1、-2层砂质粉土和粉细砂:Ps=1020Mpa,N=2050击。桩入土深度:3140m,进入持力层:4d8d,单桩极限承载力达32006000kN。沉降量较小,据工程已有经验,2040层建筑物的实测沉降量约37cm。,岩土工程优化设计专家系统,45,6上海地区典型桩基工程：持力层-第-1、-2,岩土工程优化设计专家系统,46,6上海地区典型桩基工程：持力层-2,第-2层粉质粘土与粉砂互层,含水量约30%,孔隙比约0.87,重度略大于18.5kN/m3，Ps=3MPa，超固结比为1.21.3。,岩土工程优化设计专家系统,47,6上海地区典型桩基工程：持力层-2,岩土工程优化设计专家系统,48,6上海地区典型桩基工程：持力层-1,第-1层砂土,Ps=1220Mpa,N=4050击，属低等压缩性。,岩土工程优化设计专家系统,49,6上海地区典型桩基工程：持力层-1,岩土工程优化设计专家系统,50,第四部分.工程实例上海河滨花园咨询设计,工程简介 桩基咨询设计 基坑围护咨询设计 结 语,岩土工程优化设计专家系统,51,河滨花园效果图,岩土工程优化设计专家系统,52,1 工程简介,“河滨花园”由三幢高层住宅楼组成，1号楼为2627层，2号楼为2728层，3号楼2627层。总用地面积：17409 m2；总建筑面积：73037 m2。该工程地层条件属于上海地区的正常地层，分布有第层粉质粘土、第-1层砂质粉土、第-2层粉砂、第-1层粘土、第-2层粉质粘土，由于场地临近吴淞江，浅层有3 层砂质粉土。三幢高层建筑物原设计拟采用桩径800灌注桩方案,咨询后改成预应力混凝土管桩（PHC桩），采用PHC预应力管桩，桩径600，有效桩长3033m，进入第-1层砂质粉土34m，为业主节省资金达700万元左右。由于该场地的围护结构水泥土搅拌桩已先于沉桩完成，因而大方量的沉桩对围护结构有一定的破坏，所以在原基坑围护方案的基础上，并结合实际的开挖情况，对其进行了优化设计。实际的开挖情况表明，围护结构对于减小沉桩的挤土效应有相当好的效果。“河滨花园”项目的圆满完成，不仅为类似工程咨询业务的开展积累了重要的经验，更重要的是对于今后岩土工程的一体化设计有很大的借签意义。,岩土工程优化设计专家系统,53,1.1 平面图,岩土工程优化设计专家系统,54,2.2 桩基咨询设计,本次桩基咨询与设计就是通过对类似工程性质、地质条件建筑物沉降、试桩等资料搜集分析、计算，充分应用我院的上海地区桩基沉降计算与承载力研究的科研成果，提出合理的桩型、桩基持力层。咨询设计的关键是单桩承载力的确定以及沉降量的计算，其中尤以沉降的计算为重中之重。单桩承载力是通过静探计算及有关试桩经验所得，经静载荷试验验证都能达到设计要求的单桩极限承载力大于5000kN。,沉降计算则主要通过类比法取得沉降经验修正系数后对计算沉降值进行修正，并辅之于课题成果-旁压方法进行校验，沉降量可控制在15cm之内。咨询后采用预应力混凝土管桩（PHC桩），桩径600，有效桩长3031m，进入第-1层砂质粉土34m。在工程中对于桩的挤土效应，也提出了施工中的各项防范措施，在整个沉桩过程中密切注意监测的情况，从中也积累了许多资料。,岩土工程优化设计专家系统,55,2.3.1 实际效果（试桩曲线）,岩土工程优化设计专家系统,56,2.3.2 实际效果（沉降曲线）,岩土工程优化设计专家系统,57,2.4 技术经济指标,三幢高层建筑物原采用灌注桩方案，桩径为800，有效桩长均为55m。1号楼和2号楼桩数合计为304根，3号楼桩数为127根。设计要求单桩竖向极限承载力标准值为6570KN，相应单桩竖向承载力设计值为4100KN。咨询后，采用PHC预应力管桩(AB型)、桩径600、有效桩长3031m，1号楼桩数188根，2号楼桩数199根，3号楼桩数157根。相应单桩竖向承载力设计值为3100KN。在原设计中钻孔灌注桩改成PHC桩后，桩基的成本由原来的1200万元降至500万元，节省资金达700万元左右。,岩土工程优化设计专家系统,58,2.5 静压桩的挤土效应,三幢高层住宅楼采用了600、壁厚110mm、桩长30m的PHC预应力管桩(AB型)共534根，总挤土量为4529m3；如考虑管桩的闭塞效应(浅层有3 层粘质粉土,Ps平均值为1.29Kpa，根据已有经验认为入土10m左右就实现完全闭塞效应)，总挤土量为3924 m3。在上海地区软土地基中压入沉桩，如果数量大、群桩密集，引起很高的超孔隙水压力，导致土体隆起和土体水平位移，并且波及到相当大的范围。特别是第层淤泥质粉质粘土、第层淤泥质粘土，密集沉桩引起的超静孔隙水压力很难消散，因而造成很大的挤土影响，引起大范围的土体的水平位移和地面隆起。所以本工程解决挤土效应的关键仍主要是如何加快超静孔隙水压力的消散。除了合理安排压桩流程及控制沉桩速率、设置砂井和抽水井等措施。本工程结合围护结构的设计设置挡土、挡水墙。利用封闭的双排水泥土搅拌桩作为挡土墙，有效地隔断超孔隙水压力，对挤土效应将有极大的削弱。,岩土工程优化设计专家系统,59,2.5.1 孔压变化曲线(1),岩土工程优化设计专家系统,60,2.5.2 孔压变化曲线(2),岩土工程优化设计专家系统,61,2.5.3 1-5点及3-2点沉降曲线,岩土工程优化设计专家系统,62,2.5.4 监测数据的分析,由于3 层粘质粉土的渗透性有利于超静孔隙水压力的消散，因而超静孔隙水压力的变化范围很小，基本看不出孔压明显的增长与消散；第层、第层粘性土相对而言消散就比较缓慢，由于K1号孔离一号楼压桩区域更近，所以较之K3（近光复路）孔更能体现出孔压的增长与消散。也正是3 层粘质粉土中超静孔隙水压力引起土层液化的缘故，压桩期间制桩场地部分区域并不是想象中的压桩挤土隆起，而相反的是有一定的沉降。通过合理安排压桩流程及控制沉桩速率等措施，制桩场地的沉降基本控制在10mm之内，只有几个别点超过10mm，最大的隆起13.3mm、沉降7.0mm。建筑物的沉降监测表明,双排水泥土搅拌的确可以极大的削弱桩的挤土效应。实践证明：本工程采用了“逆作”（先作围护结构，再进行压桩工程）的方法来根本地解决挤土位移对环境的影响，是本工程压桩防治的关键所在。通过沉桩监测系统的信息化指导，更有利于对压桩挤土影响的控制。,岩土工程优化设计专家系统,63,3 基坑围护平面图,岩土工程优化设计专家系统,64,3.1 基坑咨询设计,基坑占地面积约17000m2。地下车库5200m2，三栋主楼地下室约3200m2。由于该场地的围护结构水泥土搅拌桩已先于沉桩完成，因而大方量的沉桩对围护结构有一定的破坏，所以在原基坑围护方案的基础上，并结合实际的开挖情况，对其进行了优化设计。局部取消土钉，采用放坡；局部由5排减为2排土钉（详见右图）。,岩土工程优化设计专家系统,65,3.2 基坑监测成果,岩土工程优化设计专家系统,66,4 结 语,“河滨花园”咨询设计项目，针对岩土工程的多个专业方向，进行了桩基咨询设计和基坑围护咨询设计，并提出了相关施工措施的建议。不仅体现了技术的先进性，而且为业主取得了很大的经济效益。为类似工程咨询业务的开展积累了重要的经验，更重要的是对于今后岩土工程的一体化设计有很大的借签意义。,岩土工程优化设计专家系统,67,谢谢,2005年8月,