地基计算及处理设计

8 地基计算及处理设计

8.1 一 般 规 定

8.1.1 水闸地基计算应根据地基情况,结构特点及施工条件进行,其内容应包括：

1 地基渗流稳定性验算； 2 地基整体稳定计算； 3 地基沉降计算；

在各种运用情况下,水闸地基应能满足承载力,稳定和变形的要求. 8.1.2 岩石可按其坚硬程度分类.碎石土可按砾的含量分类.

土可按颗粒级配及塑性指数分类,砂土也可按砂粒含量分类,粘性土也可参照塑性图分类.岩石,碎石土和土的分类见附录F.

8.1.3 对于土质地基,初步划分松软地基和坚实地基的特性指标见附录G. 8.1.4 土质地基的计算应根据地基土和填料土的物理力学性质试验指标进行.地基土的专门试验项目(如地基土对混凝土板的抗滑强度试验,砂砾石地基的管涌试验等)应根据工程具体情况确定.

8.1.5 地基土的剪切试验方法可按表8.1.5的规定选用.室内试验应尽量减少取样和试验操作过程中可能造成的误差,试验指标的取值宜采用小值平均值.

8.1.6 岩基物理力学性指标的试验方法可按国家现行的DL5006-92《水利水电工程岩石试验规程》的规定选用.

8.1.7 地基计算的荷载组合可按本规范表7.2.11的规定采用. 8.1.8 地基渗流稳定性验算应按本规范6.0.4～6.0.6条的规定进行. 8.1.9 凡属下列情况之一者,可不进行地基沉降计算： 表8.1.5 剪切试验适用条件

剪切试验方法 地基土类别 饱和快剪 饱和固结快剪 N 63.5≥4击的粘土和壤土 验算施工期不超过一 验算运用期和施工期

年的完建期地基强度 超过一年的完建期地基强度 N63.5＜4击的软土和软土夹薄层砂等 N63.5＞8击的砂土和砂壤土 验算尚未完全固结状验算完全固结状态的地态的地基强度 基强度 验算施工期不超过一 验算运用期和施工期年或土层较厚的完建期超过一年或土层较薄的地基强度(直接快剪) 完建期地基强度 验算施工期不超过一 验算运用期和施工期N63.5≤8击的松砂,砂壤土年或土层较厚的完建期超过一年或土层较薄的和粉细砂夹薄层软土等 地基强度(三轴不排水完建期地基强度 剪) 注：1.重要的大型水闸的粘性土地基应同时采用相应排水条件的三轴剪切试验方法验证；

2.软粘土地基可辅以采用野外十字板剪切试验方法； 3.回填土可采用饱和快剪试验方法.

1 岩石地基； 2 砾石,卵石地基； 3 中砂,粗砂地基；

4 大型水闸标准贯入击数大于15击的粉砂,细砂,砂壤土,壤土及粘土地基； 5 中,小型水闸标准贯入击数大于10击的壤土及粘土地基. 8.1.10当水闸天然地基不能满足承载力,稳定或变形的要求时, 应根据工程具体情况,因地制宜地作出地基处理设计.

8.1.11 地基处理设计方案应针对地基承载力或稳定安全系数的不足,或对沉降变形不适应等,根据地基情况(尤其要注意考虑地基中渗流作用的影响),结构特点,施工条件和运用要求,并综合考虑地基,基础及其上部结构的相互协调,经技术经济比较后确定.

8.1.12 采用的地基设计方案除应符合本规范8.1.11条的规定外,尚应符合环境保护的要求,避免因地基处理污染地面水和地下水或损坏周围已有建筑物,防止振动噪音对周围环境产生不良影响.

8.1.13 水闸不宜建造在半岩半土或半硬半软的地基上；否则,必须采取严

格的工程措施.

8.2 地基整体稳定计算

8.2.1 岩石地基的允许承载力可根据岩石类别及其风化程度按 表8.2.1确定.

表8.2.1 岩石地基允许承载力(kPa)

风化程度 岩石类别 硬质岩石 软质岩石 未风化 微风化 弱风化 强风化 全风化 ≥4000 4000～3000 3000～1000 1000～500 ＜500 ≥2000 2000～1000 1000～500 500～200 ＜200 注：1.岩石风化程度的鉴别见本规范附录F；

2.强风化岩石改变埋藏条件后,如强度降低,宜按降低程度选用较低值.

8.2.2 碎石土地基的允许承载力可根据碎石土的密实度按表8.2.2确定. 表8.2.2 碎石土地基允许承载力(kPa)

密实度 颗粒骨架 卵 石 碎 石 圆 砾 角 砾 密 实 1000～800 900～700 700～500 600～400 中 密 800～500 700～400 500～300 400～250 稍 密 500～300 400～250 300～200 250～150 注：1.碎石土密实度的鉴别见本规范附录F；

2.表中数值适用于骨架颗粒孔隙全部由中砂,粗砂或坚硬的粘性土所充填的情况； 3.当粗颗粒为弱风化或强风化时,可按其风化程度适当降低允许承载力；当颗粒间呈半胶结状时,可适当提高允许承载力.

8.2.3 在竖向对称荷载作用下,可按限制塑性区开展深度的方法计算土质地基的允许承载力；在竖向荷载和水平向荷载共同作用下,可按CK法验算土质地基的整体稳定,也可按汉森公式计算土质地基的允许承载力.地基允许承载力的计算方法见附录H.

8.2.4 当土质地基持力层内夹有软弱土层时,还应采用折线滑动法(复合圆弧滑动法)对软弱土层进行整体抗滑稳定验算.

8.2.5 岸墙,翼墙地基的整体抗滑稳定及上,下游护坡工程的边坡稳定可采用瑞典圆弧滑动法或简化毕肖普圆弧滑动法计算.

8.2.6 按瑞典圆弧滑动法或折线滑动法计算的整体抗滑稳定安全系数或边坡稳定安全系数均不应小于本规范7.3.13条规定的允许值；按简化毕肖普圆弧滑动法计算的整体抗滑稳定安全系数或边坡稳定安全系数均不应小于表8.2.6规定允许值的1.1倍.

表8.2.6 整体抗滑(或边坡)稳定安全系数的允许值 荷载组合 基本组合 特殊组合 Ⅰ Ⅱ 水 闸 级 别 1 1.30 1.20 1.10 2 1.25 1.15 1.05 3 1.20 1.10 1.05 4,5 1.15 1.05 1.00 注：1.特殊组合Ⅰ适用于施工情况,检修情况及校核洪水位情况；

2.特殊组合Ⅱ适用于地震情况.

8.2.7 当岩石地基持力层范围内存在软弱结构面时,必须对软弱结构面进行整体抗滑稳定验算.

8.2.8 对于地质条件复杂的大型水闸,其地基整体抗滑稳定计算应作专门研究.

8.3 地基沉降计算

8.3.1 水闸土质地基沉降可只计算最终沉降量,并应选择有代表性的计算点进行计算,计算时应考虑结构刚性的影响.

8.3.2 土质地基最终沉降量可按公式(8.3.2)计算：

S??m?i?1ne1i?e2ihi (8.3.2) 1?e1i式中 S≦ ---土质地基最终沉降量(m)；

n---土质地基压缩层计算深度范围内的土层数；

e1i---基础底面以下第i层土在平均自重应力作用下,由压缩曲线查得的相应孔隙比；

e2i---基础底面以下第i层土在平均自重应力加平均附加应力作

用下,由压缩曲线查得的相应孔隙比； hi---基础底面以下第i层土的厚度(m)；

m---地基沉降量修正系数,可采用1.0～1.6(坚实地基取较小值,软土地基取较大值).

8.3.3 对于一般土质地基,当基底压力小于或接近于水闸闸基未开挖前作用于该基底面上土的自重压力时,土的压缩曲线宜采用e-p回弹再压缩曲线；但对于软土地基,土的压缩曲线宜采用e-p压缩曲线.对于重要的大型水闸工程,有条件时土的压缩曲线也可采用e-lgp压缩曲线.

8.3.4 土质地基压缩层计算深度可按计算层面处土的附加应力与自重应力之比为0.10～0.20(软土地基取小值,坚实地基取大值)的条件确定.地基附加应力的计算方法见附录J.

8.3.5 高饱和度软土地基的沉降量计算,有条件时可采用考虑土体侧向变形影响的简化计算方法.

8.3.6 土质地基允许最大沉降量和最大沉降差,应以保证水闸安全和正常使用为原则,根据具体情况研究确定.天然土质地基上水闸地基最大沉降量不宜超过15cm,相邻部位的最大沉降差不宜超过5cm.

8.3.7 对于软土地基上的水闸,当计算地基最大沉降量或相邻部位的最大沉降差超过本规范8.3.6条规定的允许值时,宜采用下列一种或几种措施：

1 变更结构型式(采用轻型结构或静定结构等)或加强结构刚度； 2 采用沉降缝隔开； 3 改变基础型式或刚度； 4 调整基础尺寸与埋置深度； 5 必要时对地基进行人工加固；

6 安排合适的施工程序,严格控制施工速率. 8.4 地基处理设计

8.4.1 岩基处理设计应满足下列规定：

1 对岩基中的全风化带宜予清除,强风化带或弱风化带可根据水闸的受力条件和重要性进行适当处理.

2 对裂隙已发育的岩基,宜进行固结灌浆处理.固结灌浆孔可按梅花形或方

格形布置,孔距,排距宜取3～4m,孔深宜取3～5m,必要时可加深加密.灌浆压力应以不掀动基础岩体和混凝土盖重为原则,无混凝土盖重时不宜小于100kPa,有混凝土盖重时不宜小于200kPa.

3 对岩基中的泥化夹层和缓倾角软弱带应根据其埋藏深度和对地基稳定的影响程度采取不同的处理措施.在埋藏深度较浅且不能满足地基稳定要求时,应予全部清除；在埋藏深度较深或埋藏深度虽较浅但能满足地基稳定要求时,可全部保留或部分保留,但应有防止恶化的工程措施.

4 对岩基中的断层破碎带应根据其分布情况和对水闸工程安全的影响程度采取不同的处理措施,通常以开挖为主,开挖深度可取破碎带宽度的1～1.2倍,并用混凝土回填,必要时可铺设钢筋.在灌浆帷幕穿过断层破碎带的部位,帷幕灌浆孔应适当加密.

8.4.2 对地基整体稳定有影响的溶洞或溶沟等,可根据其位置,大小,埋藏深度和水文地质条件等,分别采取压力灌浆,挖填等处理方法.

8.4.3 土基常用的处理方法见表8.4.3,可根据水闸地基情况,结构特点和施工条件等,采用一种或多种处理方法.

8.4.4 对于地基中的液化土层,可采用挖除置换,强力夯实,振动水冲,板桩(连续墙)围封或沉井基础等常用处理方法.当采用板桩(连续墙)围封或沉井基础处理时,桩(墙,井壁)体必须嵌入非液化土层.

8.4.5 垫层法设计应满足下列规定： 表8.4.3 土基常用处理方法 处理方法 基本作用 适用范围 说明 改善地基应力分布, 厚度不大的软 用于深厚的软土地基垫层法 减少沉降量,适当提高土地基 地基稳定性和抗渗稳定性 增加地基承载力,减 透水性较好的 用于淤泥或淤泥质土强力夯实法 少沉降量,提高抗振动松软地基,尤其适地基时,需采取有效的排液化的能力 用于稍密的碎石水措施 土或松砂地基 时,仍有较大的沉降量

增加地基承载力,减 松砂,软弱的砂1.处理后地基的均匀性少沉降量,提高抗振动壤土或砂卵石地和防止渗透变形的条件振动水冲法 液化的能力 基 较差 2.用于不排水抗剪强度小于20kPa的软土地基时,处理效果不显著 增加地基承载力,减 较深厚的松软 1.桩尖未嵌入硬土层少沉降量,提高抗滑稳地 桩基础 定性 的摩擦桩,仍有一定的沉基,尤其适用于上 降量 部为松软土层,下 2.用于松砂,砂壤土地部为硬土层的地基时,应注意渗透变形问基 题 除与桩基础作用相 适用于上部为 不宜用于上部夹有蛮沉井基础 同外,对防止地基渗透软土层或粉细砂石,树根等杂物的松软地变形有利 层,下部为硬土层基或下部为顶面倾斜度或岩层的地基 较大的岩基 注：深层搅拌法,高压喷射法等其他处理方法,经论证后也可采用. 1 垫层厚度应根据地基土质情况,结构型式,荷载大小等因素,以不超过下卧土层允许承载力为原则确定,但不宜大于3.0m.

2 垫层材料应就地取材,采用性能稳定,压缩性低的天然或人工材料,但不宜采用粉砂,细砂,轻砂壤土或轻粉质砂壤土.垫层材料中不应含树皮,草根及其他杂质.

3 壤土垫层宜分层压实,土料的含水量应控制在最优含水量附近,大型水闸垫层压实系数不应小于0.96；中,小型水闸垫层压实系数不应小于0.93.

4 砂垫层应有良好的级配,宜分层振动密实,相对密度不应小于0.75；强地震区水闸垫层相对密度不应小于0.8.

5 对于重要的大型水闸工程,垫层压密效果应根据地基土质条件及选用的垫层材料等进行现场试验验证.

8.4.6 强力夯实法设计应满足下列规定：

1 锤重和落距应根据地基土质情况和施工设备条件等因素确定,锤重可采用100～250kN,落距可采用10～20m.锤的重心位置应在锤的半高度以下,锤底面积可按锤底面静压力为30～40kPa计算确定,锤体中宜均匀设置若干个上下贯通的通气孔.

2 夯点可按方格形或梅花形布置,间距可采用锤底面直径或边长的1.5～2.5倍.

3 夯点夯击遍数,每遍击数,前,后两遍的间歇时间等,均应经现场最佳夯击能试验确定.当地下水位较高时,应适当延长间歇时间,并应有良好的排水措施.

4 强力夯实的有效加固深度应根据现场试夯结果或当地已建工程经验确定.

5 强力夯实法设计应有防止对周围已有建筑物产生有害影响的措施. 8.4.7 振动水冲法设计应满足下列规定：

1 振冲孔添加填料挤扩成桩的桩径宜采用0.6～0.8m.振冲孔孔距宜采用1.5～2.5m,按梅花形或方格形布置,孔深应根据设计要求和施工条件确定.当松软土层不厚时,振冲孔宜打穿松软土层.

2 振冲孔添加的填料宜采用有良好级配的砂,碎石等.碎石最大粒径不宜大于5cm,含泥量不宜大于5%.

3 采用振动水冲法加固的地基,当添加与天然地基土质不同的填料时,应按复合地基设计；当不添加填料或添加与天然地基土质相同的填料时,可按均质地基设计.

4 对于地基土质条件复杂的大型水闸工程,采用的振冲孔孔距,孔深,选用的填料及挤扩成桩的桩径等设计数据以及振冲效果应经现场试验验证.

8.4.8 桩基础设计应满足下列规定：

1 水闸桩基础通常宜采用摩擦型桩(包括摩擦桩和端承摩擦桩).

2 桩的根数和尺寸宜按承担底板底面以上的全部荷载确定.对于摩擦型桩,经论证后可适当考虑桩间土承担部分荷载.

3 预制桩的中心距不应小于3倍桩径或边长,钻孔灌注桩的中心距不应小于2.5倍桩径.

4 桩的平面布置宜使桩群形心与底板底面以上基本荷载组合的合力作用点

相接近,单桩的竖向荷载最大值与最小值之比不宜大于本规范7.3.5条规定的允许值.

5 在同一块底板下,不应采用直径,长度相差过大的摩擦型桩,也不应同时采用摩擦型桩和端承型桩(包括端承桩和摩擦端承桩).

6 当防渗段底板下采用端承型桩时,应采取防止底板底面接触冲刷的措施. 7 单桩的竖向荷载和水平向荷载以及允许的竖向承载力和水平向承载力,可按现行的GBJ7-89《建筑地基基础设计规范》等有关专业规范计算确定.如采用钻孔灌注桩,桩顶不可恢复的水平位移值宜控制不超过0.5cm；如采用预制桩,宜控制不超过1.0cm.

8.4.9 深厚的松软土基上的水闸桩基础,当桩的中心距小于6倍桩径或边长,桩数超过9根(含9根)时应作为群桩基础,其桩尖平面处的地基压应力和沉降量不应大于该平面处地基土的允许承载力和允许沉降量.

8.4.10 沉井基础设计应满足下列规定：

1 沉井平面布置应简单对称,其长宽比不宜大于3.

2 沉井分节浇筑高度应根据地基条件,控制下沉速度等因素确定. 3 沉井应按均衡下沉设计.下沉系数(即沉井自重与井壁摩阻力之比)可采用1.15～1.25.井壁单位面积摩阻力可根据地基

土类别由表8.4.9查得.

表8.4.9 井壁单位面积摩阻力(kPa)

地基土类别 泥浆套 软 土 较软粘性土 较硬粘性土 砂性土 砂砾石 砂卵石 井壁单位面积摩阻力 3～5 10～12 12～25 25～50 12～25 15～20 18～30 注：泥浆套即灌注在沉井井壁外侧的触变泥浆,作为助沉材料.

4 沉井宜下沉到下卧硬土层或岩层,是否封底应根据工程具体情况研究确

定.

5 当地基存在承压水层且影响地基抗渗稳定性时,不宜采用沉井基础. 8.4.11 沉井井壁及隔墙厚度应根据结构强度和刚度,下沉需要的重量以及施工要求等因素确定.井壁外侧面应尽量做到平整光滑.

隔墙与井壁所分隔的井口尺寸应满足施工要求.隔墙底面应高于井壁刃脚0.5m以上.

井壁刃脚底面宽度不宜小于0.2m,刃角内侧斜面与底平面的夹角宜采用45°～60°.

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