7、4 地基計算及處理7,4,1。建筑物的地基計算應(yīng)包括地基的承載能力計算.地基的整體穩(wěn)定計算和地基的沉降變形計算等,其計算結(jié)果是判斷地基要不要處理和如何處理的重要依據(jù),如果計算結(jié)果不能滿足要求而地基又不做處理。就會影響建筑物的安全或正常使用 因此、本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定泵房選用的地基應(yīng)滿足承載能力,穩(wěn)定和變形的要求,7.4.2,標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)小于4擊的黏性土地基和標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)小于或等于8擊的砂性土地基均為松軟地基 其抗剪強度均較低、地基允許承載力均在80kPa以下 而泵房結(jié)構(gòu)作用于地基上的平均壓應(yīng)力一般均在150kPa 200kPa、少則80kPa 100kPa,多則200kPa以上,特別是標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)小于4擊的黏性土地基 含水量大。壓縮性高、透水性差.往往會產(chǎn)生相當(dāng)大的地基沉降和沉降差 對安裝精度要求嚴(yán)格的水泵機組來說。更是不能允許的,因此、本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)小于4擊的黏性土地基、如軟弱黏性土地基、淤泥質(zhì)土地基、淤泥地基等,和標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)小于或等于8擊的砂性土地基.如疏松的粉砂。細(xì)砂地基或疏松的砂壤土地基等,均不得作為天然地基.應(yīng)進行妥善處理。7、4 3 水工建筑物不宜建造在半巖半土或半硬半軟的地基上.這是一條基本準(zhǔn)則,在具體執(zhí)行過程中 對于半巖半土地基,設(shè)計人員都能很好地應(yīng)對、但是對于半硬半軟的情況.處理上還是有一定的偏差、例如 對于原狀地基中發(fā)現(xiàn)持力層有軟硬不均的現(xiàn)象時進行適當(dāng)處理、一般都能做到,但是、諸如上下游翼墻處由于基坑開挖造成回填的現(xiàn)象.往往沒有引起重視,其結(jié)果是局部建筑物傾斜或沉降不均.甚至發(fā)生事故 為此 本標(biāo)準(zhǔn)強調(diào),當(dāng)無法避開時。應(yīng)采取可靠的工程措施,7,4,4.現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 JTG、3363規(guī)定,土基上一般橋梁基礎(chǔ)底面埋置在局部沖刷線以下的安全值。一般為1.5m、3。5m.特大橋為2。0m,4,0m。如河床上有鋪砌層時 基礎(chǔ)底面宜設(shè)置在鋪砌層頂面以下不小于1m、土基上泵房和取水建筑物由于受水流作用的影響.也可能在基礎(chǔ)底部產(chǎn)生局部沖刷。從而影響建筑物的安全.但比公路橋涵基礎(chǔ)底部可能產(chǎn)生的局部沖刷深度畢竟要小得多、因此本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定土基上泵房和取水建筑物的基礎(chǔ)埋置深度、宜在最大沖刷深度以下0,5m,采取防護措施后可適當(dāng)提高 位于季節(jié)性凍土地區(qū)土基上的泵房和取水建筑物。由于土的凍脹力作用.可能引起基礎(chǔ)上抬,甚至產(chǎn)生開裂破壞,因此。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。位于季節(jié)性凍土地區(qū)土基上的泵房和取水建筑物 其基礎(chǔ)埋置深度應(yīng)大于該地區(qū)最大凍土深度、即應(yīng)將基礎(chǔ)底面埋置在該地區(qū)最大凍土深度以下的不凍脹土層中,現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 JTG.3363規(guī)定 當(dāng)上部為超靜定結(jié)構(gòu)的橋涵基礎(chǔ)。其地基為凍脹土層時,應(yīng)將基礎(chǔ)底面埋入凍結(jié)線以下不小于0,25m。這一規(guī)定可供泵房和取水建筑物設(shè)計時參考使用。7,4、6.由于軟弱夾層抗剪強度低,往往對地基的整體穩(wěn)定起控制作用。因此當(dāng)泵房地基持力層內(nèi)存在軟弱夾層時。應(yīng)對軟弱夾層的允許承載力進行核算 計算軟弱夾層頂面處的附加應(yīng)力時,可將泵房基礎(chǔ)底面應(yīng)力簡化為豎向均布 豎向三角形分布和水平向均布等情況,按條形或矩形基礎(chǔ)計算確定,條形或矩形基礎(chǔ)底面應(yīng)力為豎向均布、豎向三角形分布和水平向均布等情況的附加應(yīng)力計算公式可查有關(guān)土力學(xué)。地基與基礎(chǔ)方面的設(shè)計手冊.7。4 7.作用于泵房基礎(chǔ)的振動荷載、必將降低泵房地基允許承載力。這種影響可用振動折減系數(shù)反映。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),動力機器基礎(chǔ)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),GB.50040的規(guī)定,對于汽輪機組和電機基礎(chǔ),振動折減系數(shù)可采用0。8,對于其他機器基礎(chǔ)。振動折減系數(shù)可采用1、0。有關(guān)動力機器基礎(chǔ)的設(shè)計手冊推薦、對于高轉(zhuǎn)速動力機器基礎(chǔ)。振動折減系數(shù)可采用0,8,對于低轉(zhuǎn)速動力機器基礎(chǔ).振動折減系數(shù)可采用1、0,考慮水泵機組基礎(chǔ)在動力荷載作用下的振動特性。本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定振動折減系數(shù)可按0,8、1,0選用,高揚程機組的基礎(chǔ)可采用小值。低揚程機組的塊基型整體式基礎(chǔ)可采用大值 7。4、8.泵站地基沉降計算,可根據(jù)土質(zhì)條件和工程設(shè)計需要。選擇有代表性的計算點 例如、在中聯(lián)段和邊聯(lián)段的底板上.選擇有代表性的斷面2個,3個 每個斷面選3個、5個計算點,至少選3個計算點,包括兩端點和中心點,根據(jù)各計算點的沉降計算成果 可繪制每個斷面的沉降曲線,例如 圖1中的曲線abc.然后考慮結(jié)構(gòu)剛性的影響進行適當(dāng)調(diào)整,調(diào)整的方法是.連接ac。做平行于ac的直線de與曲線abc相交。并使面積adec等于面積abc。則de即為該斷面經(jīng)調(diào)整后的沉降線、從而可求得各計算點的沉降量 每塊底板上的各計算點沉降量的平均值.即為每塊底板的沉降量.岸墻,翼墻底板的沉降計算選點和計算成果調(diào)整方法同上所述。我國水利工程界地基沉降計算,多采用分層總和法、即公式,7、4、8。嚴(yán)格地說,該式只有在地基土層無側(cè)向膨脹的條件下才是合理的.而這只有在承受無限連續(xù)均布荷載的作用下才有可能 實際上地基土層受到某種分布形式的荷載作用后,總是要產(chǎn)生或多或少的側(cè)向變形、但因采用分層總和法計算方法比較簡單.工作量相對比較小,計算成果一般與實際沉降量比較接近,因此實際工程中可使用這種計算方法.應(yīng)該說、無論采用何種計算方法計算地基沉降都是近似的。因為目前各種計算方法在理論上都有一定的局限性.加之地基勘探試驗資料的取得。無論是在現(xiàn)場。還是在室內(nèi),都難以準(zhǔn)確地反映地基的實際情況 因此要想非常準(zhǔn)確地計算地基沉降量是很困難的 對于公式、7、4、8,根據(jù)工程實際情況,往往是軟土地基上計算沉降量偏小、對此.參照國家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定、推薦采用地基沉降量修正系數(shù)m,m的取值范圍為1,0,1、6。堅實地基取小值,軟土地基取大值.對于地基壓縮層的計算深度,可按計算層面處土的附加應(yīng)力與自重應(yīng)力之比等于0 1.0,2 軟土地基取小值.堅實地基取大值.的條件確定 這種控制應(yīng)力分布比例的方法,對于底面積較大的泵房基礎(chǔ),應(yīng)力往下傳遞比較深廣的實際情況是適宜的、經(jīng)過水利工程實際使用證明,這種方法能夠滿足工程要求.對于一般土質(zhì)地基,當(dāng)基底壓力小于或接近于站基未開挖前作用于該基底面上土的自重壓力時,土的壓縮曲線宜采用e,P回彈再壓縮曲線 這是因為站基通常開挖較深,其基底壓力往往小于或接近于站基未開挖前作用于該基底面上土的自重壓力 該基底面土體略有回彈現(xiàn)象.采用e P回彈再壓縮曲線 可使計算結(jié)果比較符合實際情況,但對于軟土地基上的泵站工程 則不宜采用e P回彈再壓縮曲線作為地基沉降量計算的依據(jù),因為軟土在其自重壓力作用下一般并未得到相應(yīng)的固結(jié),因此宜采用e,P壓縮曲線。相鄰荷載對基礎(chǔ)的沉降影響明顯、尤其是基礎(chǔ)前后兩側(cè)的邊載為不對稱時。更可造成基礎(chǔ)的不均勻沉降。7。4.9。本條規(guī)定是指在一般條件下可不進行地基沉降計算的情況,7.4,10,泵房地基允許沉降量和沉降差的確定。是一個比較復(fù)雜的問題?,F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范、GB,50007規(guī)定建筑物的地基變形允許值可根據(jù)地基土類別、上部結(jié)構(gòu)的變形特征以及上部結(jié)構(gòu)對地基變形的適應(yīng)能力和使用要求等確定、如單層排架結(jié)構(gòu) 柱距為6m.柱基的允許沉降量,當(dāng)?shù)鼗翞橹械蛪嚎s性土?xí)r為120mm。當(dāng)?shù)鼗翞楦邏嚎s性土?xí)r為200mm,建筑物高度為100m以下的高聳結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)允許沉降量為400mm,框架結(jié)構(gòu)相鄰柱基礎(chǔ)的允許沉降差。當(dāng)?shù)鼗翞橹械蛪嚎s性土?xí)r為L的0 2、L為相鄰柱基礎(chǔ)的中心距,mm 當(dāng)?shù)鼗翞楦邏嚎s性土?xí)r為L的0.3,當(dāng)基礎(chǔ)不均勻沉降時不產(chǎn)生附加應(yīng)力的結(jié)構(gòu),其相鄰柱基礎(chǔ)的沉降差。不論地基土的壓縮性如何。均為L的0、5。現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 水閘設(shè)計規(guī)范,SL、265對地基允許沉降量和沉降差做了具體規(guī)定 由于水閘基礎(chǔ)尺寸和剛度比較大、對地基沉降的適應(yīng)性比較強,因此在不危及水閘結(jié)構(gòu)安全和不影響水閘正常使用的條件下,一般水閘基礎(chǔ)的最大沉降量達到100mm 150mm和最大沉降差達到30mm。50mm是允許的.對有防水要求的泵房,過大的沉降差將導(dǎo)致防水失效。危及建筑物安全?,F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn),地下工程防水技術(shù)規(guī)范。GB,50108規(guī)定用于沉降的變形縫其最大允許沉降差不應(yīng)大于30mm.原標(biāo)準(zhǔn)未對泵站允許沉降量和沉降差做出規(guī)定、事實上,在實際泵站設(shè)計中 泵站允許沉降量和沉降差基本都按照現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),水閘設(shè)計規(guī)范 SL 265中規(guī)定的數(shù)值執(zhí)行,表6 表7為近年來在江蘇、上海,浙江已竣工完成的泵站實測沉降量和沉降差 以上實測資料說明.在不危及泵房的結(jié)構(gòu)安全、不影響正常使用的條件下,一般認(rèn)為最大沉降量達100mm 150mm是允許的 泵房各角點最大沉降差,泵房與相鄰建筑物之間最大沉降差達30mm。50mm是允許的。沉降量過大 往往會引起較大的沉降差 特別是邊跨 在邊荷載的作用下,沉降量和沉降差會更大 因此,應(yīng)做好永久縫,包括沉降縫和伸縮縫、的止水措施,應(yīng)控制好泵房的最大沉降量和沉降差,對于泵房各角點之間的沉降差參考了現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 GB,50007的規(guī)定。因此 本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定天然地基上的泵站地基最大沉降量不宜超過150mm.泵房與相鄰建筑物之間最大沉降差不宜超過50mm 泵段各角點之間最大沉降差不超過50mm 同時不超過泵段底板短邊長度的0 2 0,3。地基土為中低壓縮性土?xí)r取0,2 高壓縮性土取0.3,特別要注意的是,在永久縫中所采用的止水結(jié)構(gòu).要能滿足在發(fā)生相應(yīng)沉降差時仍能保證止水完好的要求.7,4。12、水工建筑物的地基處理方法很多 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展 新的地基處理方法不斷出現(xiàn)。任何一種地基處理方法都有其適用范圍和局限性.因此對每一個具體工程要進行具體分析、綜合考慮地基土質(zhì),泵房結(jié)構(gòu)特點,施工條件和運行要求等因素 初步選出幾種可供采用的地基處理方案或多種地基處理綜合措施、經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較確定合適的地基處理方案。必要時應(yīng)在施工前通過現(xiàn)場試驗確定其適用性和處理效果 7,4.13.在巖石地基上修建泵房.均不難滿足地基的承載能力。穩(wěn)定和變形要求 因此只需對巖石地基進行常規(guī)性處理.如清除表層松動,破碎巖塊,對夾泥裂隙和斷層破碎帶進行適當(dāng)處理等.本條所列巖基處理設(shè)計規(guī)定均屬常規(guī)性的。具體設(shè)計時還應(yīng)結(jié)合泵站結(jié)構(gòu)的運用特點、工程的重要性、地質(zhì)條件 施工條件等 做出必要的補充,并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較后合理確定,喀斯特地基即可溶性巖石地基,主要是指石灰?guī)r地基或白云巖地基,這種地基在我國分布較廣,在云南,貴州。廣西.四川及廣東北部 湖南北部.浙江西部,江蘇南部等地均有分布。其中以云貴高原最為集中、由于水對可溶性巖石的長期溶蝕作用,巖石表面溶溝 溶槽遍布 石芽,石林聳立,巖體中常有奇特洞穴和暗溝。以及連接地表和地下的通道.這種現(xiàn)象稱為,喀斯特 現(xiàn)象 鑒于其復(fù)雜性。自然界中很難找到各種條件都完全相同的喀斯特形態(tài)、加之修建在喀斯特地基的建筑物也是各不相同的 因此應(yīng)根據(jù)喀斯特地基對建筑物的危害程度。進行專門處理,7,4.15,在我國黃河流域及北方地區(qū),廣泛分布著黃土和黃土狀土.特別是黃河中游的黃土高原區(qū) 是我國黃土分布的中心地帶 黃土.典型黃土 濕陷性大且厚度較大,黃土狀土,次生黃土 由典型黃土再次搬運而成,其濕陷性一般不大且厚度較小,黃土在一定的壓力作用下受水浸濕.土的結(jié)構(gòu)迅速破壞而產(chǎn)生顯著附加下沉,稱為濕陷性黃土,濕陷性黃土可分為自重濕陷性黃土和非自重濕陷性黃土.前者在其自重壓力下受水浸濕后發(fā)生濕陷 后者在其自重壓力下受水浸濕后不發(fā)生濕陷.對濕陷性黃土地基的處理,應(yīng)減小土的孔隙比、增大土的重力密度,消除土的濕陷性.本標(biāo)準(zhǔn)列舉了如下幾種常用的處理方法,強力夯實法一般可消除1,2m,1,8m深度內(nèi)黃土的濕陷性,但當(dāng)表層土的飽和度大于60 時、則不宜采用。換土墊層法、包括換灰土墊層法,是消除黃土地基部分濕陷性最常用的處理方法,一般可消除1m,3m深度內(nèi)黃土的濕陷性,同時可將墊層視為地基的防水層.以減少墊層下天然黃土層的浸水概率.墊層的厚度和寬度可參照現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)、濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn).GB。50025確定,土樁擠密法、包括灰土樁擠密法 適用于地下水位以上,處理深度為5m,15m的濕陷性黃土地基,對地下水位以下或含水量超過25,的黃土層 則不宜采用,樁基礎(chǔ)是將一定長度的樁穿透濕陷性黃土層,使上部結(jié)構(gòu)荷載通過樁尖傳到下面堅實的非濕陷性黃土層上,這樣即使上面黃土層受水浸濕產(chǎn)生濕陷性下沉.也可使上部結(jié)構(gòu)免遭危害 在濕陷性黃土地基上采用的樁基礎(chǔ)一般有鋼筋混凝土打入式預(yù)制樁和就地灌注樁兩類,而后者又有鉆孔樁,人工挖孔樁和爆擴樁之分,鉆孔樁即一般軟土地基上的鉆孔灌注樁,對上部為濕陷性黃土層。下部為非濕陷性黃土層的地基尤為適合.人工挖孔樁適用于地下水含水層埋藏較深的自重濕陷性黃土地基,一般以卵石層或含鈣質(zhì)結(jié)核較多的土層作為持力層。挖孔樁孔徑一般為0 8m.1 0m,深度可達15m,25m.爆擴樁施工簡便。工效較高.不需打樁設(shè)備,但孔深一般不宜超過10m 且不適宜打入地下水位以下的土層,對于打入式預(yù)制樁,采用時一定要選擇可靠的持力層 而且要考慮打樁時黃土在天然含水量情況下對樁的摩阻力作用.當(dāng)黃土含有一定數(shù)量鈣質(zhì)結(jié)核時,樁的打入會遇到一定的困難.甚至不能打到預(yù)定的設(shè)計樁底高程,濕陷性黃土地基上的樁基礎(chǔ)應(yīng)按支承樁設(shè)計 即要求樁尖下的受力土層在樁尖實際壓力的作用下不致受到濕陷的影響 特別是自重濕陷性黃土地基受水浸濕后,不僅正摩擦力完全消失.甚至還出現(xiàn)負(fù)摩擦力、連同上部結(jié)構(gòu)荷載一起.全部要由樁尖下的土層承擔(dān)。因此。在濕陷性黃土地基上,對于上部結(jié)構(gòu)荷載大或地基受水浸濕可能性大的重要建筑物,采用樁基礎(chǔ)尤為合理 預(yù)浸水法是利用黃土預(yù)先浸水后產(chǎn)生自重濕陷性的處理方法 適用于處理厚度大.自重濕陷性強的濕陷性黃土地基,需用的浸水場地面積應(yīng)根據(jù)建筑物的平面尺寸和濕陷性黃土層的厚度確定。由于預(yù)浸水法用水量大,工期長,因此在沒有充足水源保證的地點,不宜采用這種處理方法,經(jīng)預(yù)浸水法處理后的濕陷性黃土地基,還應(yīng)重新評定地基的濕陷等級。并采取相應(yīng)的處理措施,7 4,16。在我國黃河流域以南地區(qū)、不同程度地分布著膨脹土,膨脹土的黏粒成分主要由強親水性礦物質(zhì)組成 其礦物成分可歸納為以蒙脫石為主和以伊利石為主兩大類.均具有吸水膨脹,失水收縮、反復(fù)脹縮變形的特點,這種特點對修建在膨脹土地基上的建筑物危害較大、因此應(yīng)在滿足建筑物布置和穩(wěn)定安全要求的前提下采取可靠的措施,根據(jù)多年來對膨脹土的研究和工程實踐經(jīng)驗。對修建在膨脹土地基上的泵站工程而言.目前主要采取減小泵房基礎(chǔ)底面積。增大泵房基礎(chǔ)埋置深度.以及換填無膨脹性土料墊層和設(shè)置樁基礎(chǔ)等地基處理方法。減小泵房基礎(chǔ)底面積是在不影響泵房結(jié)構(gòu)的使用功能和充分利用膨脹土地基允許承載力的條件下,增大基礎(chǔ)底面的壓應(yīng)力、以減少地基膨脹變形 增大泵房基礎(chǔ)埋置深度是將泵房基礎(chǔ)盡量往下埋入非膨脹性或膨脹性相對較小的土層中 以減少由于天氣干濕變化對地基脹縮變形的影響,上述兩種工程措施主要適用于大氣影響急劇層深度一般不大于1,5m的平坦地區(qū)、換填無膨脹性土料墊層的方法主要適用于強膨脹性或較強膨脹性土層露出較淺、或建筑物在使用中對地基不均勻沉降有嚴(yán)格要求的情況.換填的無膨脹性土料主要有非膨脹性的黏性土 砂 碎石、灰土等.這對含水量及孔隙比較高的膨脹性土地基是很有效的工程措施。換填無膨脹性土料墊層厚度可依據(jù)當(dāng)?shù)卮髿庥绊懠眲拥纳疃?或通過脹縮變形計算確定、當(dāng)大氣影響急劇層深度較深.采用減小基礎(chǔ)底面積,增大基礎(chǔ)埋置深度 或換填無膨脹性土料墊層的方法對泵房結(jié)構(gòu)的使用功能或運行安全有影響。或施工有困難 或工程造價不經(jīng)濟時,可采用樁基礎(chǔ)。膨脹土地基中單樁的允許承載力應(yīng)通過現(xiàn)場浸水靜載試驗.或根據(jù)當(dāng)?shù)毓こ虒嵺`經(jīng)驗確定,在樁頂以下3m范圍內(nèi),樁周允許摩擦力的取值應(yīng)考慮膨脹土的脹縮變形影響、乘以折減系數(shù)0,5.在膨脹土地基上設(shè)置的樁基礎(chǔ),樁徑宜采用250mm、350mm、樁長應(yīng)通過計算確定,并應(yīng)大于大氣影響急劇層深度的1、6倍,且應(yīng)大于4m,同時樁尖應(yīng)支承在非膨脹性或膨脹性相對較小的土層上,