6。4.地基计算及处理6,4，1、建筑物的地基计算应包括地基的承载能力计算。地基的整体稳定计算和地基的沉降变形计算等.其计算结果是判断地基要不要处理和如何处理的重要依据，如果计算结果不能满足要求而地基又不做处理。就会影响建筑物的安全或正常使用 因此.本规范规定泵房选用的地基应满足承载能力。稳定和变形的要求、6.4 2.标准贯入击数小于4击的粘性土地基和标准贯入击数小于或等于8击的砂性土地基均为松软地基.其抗剪强度均较低 地基允许承载力均在80kPa以下 而泵房结构作用于地基上的平均压应力一般均在150kPa。200kPa,少则80kPa,100kPa、多则200kPa以上、特别是标准贯入击数小于4击的粘性土地基,含水量大、压缩性高。透水性差,通常会产生相当大的地基沉降和沉降差，对安装精度要求严格的水泵机组来说,更是不能允许的.因此.本规范规定,标准贯入击数小于4击的粘性土地基.如软弱粘性土地基.淤泥质土地基 淤泥地基等。和标准贯入击数小于或等于8击的砂性土地基 如疏松的粉砂 细砂地基或疏松的砂壤土地基等，均不得作为天然地基 对于这些地基,由于各项物理力学性能指标较差。当工程结构上难以协调适应时、就必须进行妥善处理。6，4 3，水工建筑物不宜建造在半岩半土或半硬半软的地基上 这是一条基本准则，在具体执行过程中发现，对于半岩半土地基 设计人员都能很好的应对，但是对于半硬半软的情况。处理上还是有一定的偏差、例如。对于原状地基中发现持力层有软硬不均的现象时进行适当的处理 一般都能做到。但是。诸如上 下游翼墙处由于基坑开挖造成回填的现象 往往没有引起重视.其结果是局部建筑物倾斜或沉降不均,甚至发生事故,为此，本次规范修订时强调了这一点 6。4,4,国家现行行业标准,公路桥涵地基与基础设计规范，JTGD63规定、土基上大,中桥基础底面埋置在局部冲刷线以下的安全值，一般为1，0m 3、5m,技术复杂.修复困难的大桥和重要大桥为1、5m、4 0m,土基上泵房和取水建筑物由于受水流作用的影响 也可能在基础底部产生局部冲刷、从而影响建筑物的安全.但比公路桥涵基础底部可能产生的局部冲刷深度要小得多。因此 本规范规定土基上泵房和取水建筑物的基础埋置深度、宜在最大冲刷深度以下0，5m 采取防护措施后可适当提高 6.4 5.位于季节性冻土地区土基上的泵房和取水建筑物。由于土的冻胀力作用,可能引起基础上抬。甚至产生开裂破坏。因此。本规范规定位于季节性冻土地区土基上的泵房和取水建筑物。其基础埋置深度应大于该地区最大冻土深度、即应将基础底面埋置在该地区最大冻土深度以下的不冻胀土层中，现行行业标准、公路桥涵地基与基础设计规范,JTG、D63规定 当上部为超静定结构的桥涵基础 其地基为冻胀性土时、应将基础底面埋入冻结线以下不小于0、25m，这一规定 可供泵房和取水建筑物设计时参考使用.6.4,6 土质地基整体稳定计算采用的抗剪强度指标，目前多由地基土的剪切试验求得,但是采用不同的试验仪器和试验方法，得出的试验成果往往差别较大、目前国内常用的剪切仪主要有直剪仪和三轴剪切仪两种、三轴剪切仪的受力状态及排水条件比较符合实际。但试验操作比较复杂，不宜在工地现场进行试验、因此,在工程实践中普遍使用的仍然是直剪仪，直剪仪的主要缺点是受力状况不明确及排水条件难以控制。关于试验方法,最理想的是按不同时期的固结度 将土样固结后进行不排水剪切试验。但这种试验方法太复杂 因而常用的试验方法是饱和快剪或饱和固结快剪，对于试验仪器和试验方法如何选用的问题、原则上是要尽可能符合工程实际情况，本规范表6.4 6就是根据这个原则拟订的，选用试验方法时，主要是根据地基土类别、地基压缩层厚薄和施工期长短等确定,6、4。7,本规范附录B第B,1节选列的泵房地基允许承载力计算公式 主要有限制塑性开展区的公式,汉森公式和核算泵房地基整体稳定性的Ck法公式。限制塑性开展区的公式是按塑性平衡理论推导而得的 当取塑性开展区的最大开展深度为某一允许值时、即可以此时的竖向荷载作为地基持力层的允许承载力.通常是将塑性开展区的最大开展深度视为基础宽度的函数、根据工程实践经验 一般取为基础宽度的1 3或1.4，但不宜规定过大 否则影响建筑物的安全稳定，同时、也不宜规定过小、否则就不能充分发挥地基的潜在能力.为安全起见，本规范取用塑性开展区的最大开展深度为基础宽度的1、4,见附录B公式.B 1 1,对于公式。B,1,1.中的基础底面宽度,现行国家标准。建筑地基基础设计规范。GB 50007规定，大于6m时。按6m考虑，小于3m时、按3m考虑 考虑到大,中型泵房基础底面宽度一般都大于6m。不加区别的都取用6m，显然不符合泵站工程的实际。因此，本规范对泵房基础底面宽度不作任何限制 按实际取用.但必须同时满足地基的变形要求,对于公式 B.1.1、中的基础埋置深度.现行国家标准。建筑地基基础设计规范.GB 50007规定,一般自室外地面标高算起.在填方整平地区,可自填土地面标高算起 但填土在上部结构施工后完成时,应从天然地面标高算起,这一规定 对房屋建筑地基基础是合理的.因其四周开挖深度基本一致,且开挖后回填时间短、地基回弹影响小.但对大.中型泵房基础情况就不同了.大 中型泵房基础和大、中型水闸底板一样,基坑开挖后回填时间长 地基有充分时间回弹、而且两面不回填土.因此基础埋置深度只能按其实际埋深取用,如基础上，下游端有较深的齿墙 亦可从齿墙底脚算至基础顶面。作为基础的埋置深度,对于公式，B 1。1，中土的抗剪强度指标.考虑到大、中型泵站和大，中型水闸一样,施工时间一般都比较长、地基有充分时间固结,而且浸于水下，因此宜采用饱和固结快剪试验指标、严格地说。公式、B 1,1，只适用于竖向对称荷载作用的情况、如果地基承受竖向非对称荷载作用时,可按基础底面应力的最大值进行计算.所得地基持力层的允许承载力则偏于安全。汉森公式是极限承载力计算公式中的一种 不仅适用于只有竖向荷载作用的情况.而且对既有竖向荷载作用 又有水平向荷载作用的情况也适用 采用该公式计算地基持力层的允许承载力时，规定取用安全系数为2、0 3.0，这是根据工程的重要性.地基持力层条件和过去使用经验等因素确定的。例如。对于重要的大型泵站或软土地基上的泵站 安全系数可取用大值，对于中型泵站或较坚实地基上的泵站,安全系数可取用小值、本次规范修订时，已将汉森公式的形式予以修改 附录B第B。1节所列汉森公式。已计入取用的安全系数，可直接计算地基持力层的允许承载力 即公式.B.1,2、无论是采用公式。B 1.1、还是采用公式.B、1.2、式中的重力密度和抗剪指标值.都是将整个地基视为均质土取用的，实际工程中常见的多是成层土，可将各土层的重力密度和抗剪强度指标值加权平均，取用加权平均值。这种处理方法比较简单,但容易掩盖软弱夹层的真实情况.对泵房安全是不利的，为此必须同时控制地基沉降不超出允许范围。还有一种处理方法是根据各土层的重力密度和抗剪强度指标值.分层计算其允许承载力,同时绘出地基持力层以下的附加应力曲线，然后检查各土层。特别是软弱夹层。的实际附加应力是否超过各相应土层的允许承载力 如果未超过就安全。超过了就不安全 后一种处理方法虽然克服了前一种处理方法的缺点、不掩盖软弱夹层的真实情况 但计算工作量相当大，往往是与地基沉降计算同时完成、至于Ck法公式,也是按塑性平衡理论推导而得,尤其适用于成层土地基。该公式已被列入了现行行业标准 水闸设计规范.SL.265,在泵站工程设计中,近年来也有一些泵站使用该公式、因此将该公式列入本规范附录B第B 1节.即公式.B,1 3.6，4,8、由于软弱夹层抗剪强度低。往往对地基的整体稳定起控制作用、因此当泵房地基持力层内存在软弱夹层时 应对软弱夹层的允许承载力进行核算.计算软弱夹层顶面处的附加应力时 可将泵房基础底面应力简化为竖向均布.竖向三角形分布和水平向均布等情况.按条形或矩形基础计算确定，条形或矩形基础底面应力为竖向均布 竖向三角形分布和水平向均布等情况的附加应力计算公式可查有关土力学,地基与基础方面的设计手册。6 4、9、作用于泵房基础的振动荷载。必将降低泵房地基允许承载力,这种影响可用振动折减系数反映.根据现行国家标准，动力机器基础设计规范,GB.50040的规定.对于汽轮机组和电机基础.振动折减系数可采用0.8，对于其他机器基础.振动折减系数可采用1、0，有关动力机器基础的设计手册推荐、对于高转速动力机器基础。振动折减系数可采用0，8。对于低转速动力机器基础、振动折减系数可采用1 0,考虑水泵机组基础在动力荷载作用下的振动特性、本规范规定振动折减系数可按0、8、1，0选用,高扬程机组的基础可采用小值、低扬程机组的块基型整体式基础可采用大值。6,4、10,6 4 11,我国水利工程界地基沉降计算、多采用分层总和法，即公式,6，4。10，严格地说，该式只有在地基土层无侧向膨胀的条件下才是合理的。而这只有在承受无限连续均布荷载作用的情况下才有可能、实际上地基土层受到某种分布形式的荷载作用后。总是要产生或多或少的侧向变形.但因采用分层总和法计算,方法比较简单。工作量相对比较小,计算成果一般与实际沉降量比较接近、因此实际工程中可使用这种计算方法。应该说，无论采用何种计算方法计算地基沉降都是近似的、因为目前各种计算方法在理论上都有一定的局限性.加之地基勘探试验资料的取得 无论是在现场、还是在室内,都难以准确地反映地基的实际情况.因此要想非常准确地计算地基沉降量是很困难的。当按公式,6，4，10。计算地基最终沉降量时，必须采用土壤压缩曲线、这是由土壤压缩试验提供的，如果基坑开挖较深，基础底面应力往往小于被挖除的土体自重应力、可采用土壤回弹再压缩曲线.以消除开挖土层的先期固结影响、对于公式。6,4,10 根据工程实际情况，往往是软土地基上计算沉降量偏小，对此 参照国家现行有关规范的规定 本次修订时推荐采用了地基沉降量修正系数m，m的取值范围为1,0，1、6.坚实地基取小值，软土地基取大值 对于地基压缩层的计算深度。可按计算层面处附加应力与自重应力之比等于0。1，0 2的条件确定，这种控制应力分布比例的方法.对于底面积较大的泵房基础 应力往下传递比较深广的实际情况是适宜的、经过水利工程实际使用证明。这种方法是能够满足工程要求的 泵房地基允许沉降量和沉降差的确定,是一个比较复杂的问题,现行国家标准、建筑地基基础设计规范 GB、50007规定。建筑物的地基变形允许值。可根据地基土类别.上部结构的变形特征，以及上部结构对地基变形的适应能力和使用要求等确定，如单层排架结构。柱距为6m，柱基的允许沉降量 当地基土为中压缩性土时为120mm,当地基土为高压缩性土时为200mm，建筑物高度为100m以下的高耸结构基础允许沉降量 当地基土为中压缩性土时为200mm,当地基土为高压缩性土时为400mm,框架结构相邻柱基础的允许沉降差。当地基土为中、低压缩性土时为0.002L、L为相邻柱基础的中心距 mm.当地基土为高压缩性土时为0.003L。当基础不均匀沉降时不产生附加应力的结构,其相邻柱基础的沉降差 不论地基土的压缩性如何。均为0,005L，现行行业标准，水闸设计规范 SL,265已对地基允许沉降量和沉降差作了具体规定，由于水闸基础尺寸和刚度比较大，对地基沉降的适应性比较强,因此在不危及水闸结构安全和不影响水闸正常使用的条件下,一般水闸基础的最大沉降量达到100mm、150mm和最大沉降差达到30mm 50mm是允许的,对有防水要求的泵房。过大的沉降差将导致防水失效。危及建筑物安全 现行国家标准、地下工程防水技术规范 GB，50108规定用于沉降的变形缝其最大允许沉降差不应大于30mm。根据原规范调查资料，多数泵站的泵房地基实测最大沉降量为100mm，250mm，最大沉降差为50mm 100mm.只有少数泵站的泵房地基实测最大沉降量和最大沉降差超过或低于上述范围，例如某泵站的泵房地基实测最大沉降量竟达650mm，最大沉降差竟达350mm。又如某泵站的泵房地基实测最大沉降量只有40mm。沉降差只有20mm。但实测资料证明。即使出现较大的沉降量和沉降差，除个别泵站机组每年需进行维修调试,否则难以继续运行外，其余泵站泵房地基均稳定，运行情况正常。显然,如果对这两个控制指标规定太高、软土地基上的泵房结构将难以得到满足.则必须采取改变结构形式、如采用轻型、简支结构,或回填轻质材料、或加大基础的平面尺寸,或调整施工程序和施工进度等措施。但有时采取某种措施却会对泵房结构的抗滑。抗浮稳定带来或多或少的不利影响.如果对这两个控制指标规定太低，固然容易使软土地基上的泵房结构得到满足.但实际上将会危及泵房结构的安全和影响泵房的正常使用 或给泵站的运行管理工作带来较多的麻烦 6、4 12 本条规定是指在一般条件下可不进行地基沉降计算的情况，对于地基承载力要求特别高的大型泵站、应根据设计需要和工程实际情况进行地基沉降计算.6.4 13，水工建筑物的地基处理方法很多、随着科学技术的不断发展。新的地基处理方法。如水泥土搅拌法 深层搅拌法、粉喷桩法。高压喷射法等不断出现、但是、有些地基处理方法目前仍处于研究阶段 在设计或施工技术方面还不够成熟 特别是用于泵房的地基处理尚有一定的困难 有些方法目前用于实际工程 单价太高，与其他地基处理方法相比较.很不经济.根据泵站工程的实际情况，本规范列出换填垫层法、强力夯实法，水泥土搅拌法.振冲法。桩基础、沉井基础等几种常用地基处理方法的基本作用 适用条件和说明事项.见本规范附录B表B。2，1.但应指出.任何一种地基处理方法都有它的适用范围和局限性。因此对每一个具体工程要进行具体分析 综合考虑地基土质.泵房结构特点、施工条件和运行要求等因素.初步选出几种可供考虑的地基处理方案或多种地基处理综合措施 经技术经济比较确定合适的地基处理方案,必要时应在施工前通过现场试验确定其适用性和处理效果 6.4、14、根据工程实践经验。强力夯实法 振冲法等处理措施，对于防止土层可能发生 液化.均有一定效果、对于粉砂,细砂 砂壤土地基，如果存在可能发生。液化。的问题,采用板桩或连续墙围封,即将泵房底板下四周封闭。其效果尤为显著 6.4.15、在我国黄河流域及北方地区.广泛分布着黄土和黄土状土,特别是黄河中游的黄土高原区.是我国黄土分布的中心地带,黄土、典型黄土.湿陷性大、且厚度较大。黄土状土,次生黄土。由典型黄土再次搬运而成 其湿陷性一般不大。且厚度较小、黄土在一定的压力作用下受水浸湿,土的结构迅速破坏而产生显著附加下沉.称为湿陷性黄土 湿陷性黄土可分为自重湿陷性黄土和非自重湿陷性黄土,前者在其自重压力下受水浸湿后发生湿陷.后者在其自重压力下受水浸湿后不发生湿陷、对湿陷性黄土地基的处理 应减小土的孔隙比，增大土的重力密度、消除土的湿陷性,本规范列举了如下几种常用的处理方法，强力夯实法一般可消除1。2m。1 8m深度内黄土的湿陷性、但当表层土的饱和度大于60，时.则不宜采用、换土垫层法。包括换灰土垫层法，是消除黄土地基部分湿陷性最常用的处理方法。一般可消除1m 3m深度内黄土的湿陷性、同时可将垫层视为地基的防水层。以减少垫层下天然黄土层的浸水几率,垫层的厚度和宽度可参照现行国家标准。湿陷性黄土地区建筑规范 GB,50025确定。土桩挤密法.包括灰土桩挤密法、适用于地下水位以上,处理深度为5m,15m的湿陷性黄土地基.对地下水位以下或含水量超过25。的黄土层.则不宜采用,桩基础是将一定长度的桩穿透湿陷性黄土层,使上部结构荷载通过桩尖传到下面坚实的非湿陷性黄土层上。这样即使上面黄土层受水浸湿产生湿陷性下沉 也可使上部结构免遭危害、在湿陷性黄土地基上采用的桩基础一般有钢筋混凝土打入式预制桩和就地灌注桩两类，而后者又有钻孔桩、人工挖孔桩和爆扩桩之分 钻孔桩即一般软土地基上的钻孔灌注桩,对上部为湿陷性黄土层 下部为非湿陷性黄土层的地基尤为适合，人工挖孔桩适用于地下水含水层埋藏较深的自重湿陷性黄土地基.一般以卵石层或含钙质结核较多的土层作为持力层 挖孔桩孔径一般为0、8m.1.0m.深度可达15m 25m，爆扩桩施工简便。工效较高 不需打桩设备.但孔深一般不宜超过10m 且不适宜打入地下水位以下的土层，对于打入式预制桩、采用时一定要选择可靠的持力层、而且要考虑打桩时黄土在天然含水量情况下对桩的摩阻力作用。当黄土含有一定数量钙质结核时。桩的打入会遇到一定的困难。甚至不能打到预定的设计桩底高程，湿陷性黄土地基上的桩基础应按支承桩设计。即要求桩尖下的受力土层在桩尖实际压力的作用下不致受到湿陷的影响、特别是自重湿陷性黄土地基受水浸湿后、不仅正摩擦力完全消失。甚至还出现负摩擦力，连同上部结构荷载一起，全部要由桩尖下的土层承担，因此，在湿陷性黄土地基上.对于上部结构荷载大或地基受水浸湿可能性大的重要建筑物 采用桩基础尤为合理,预浸水法是利用黄土预先浸水后产生自重湿陷性的处理方法 适用于处理厚度大,自重湿陷性强的湿陷性黄土地基。需用的浸水场地面积应根据建筑物的平面尺寸和湿陷性黄土层的厚度确定、由于预浸水法用水量大。工期长,因此在没有充足水源保证的地点，不宜采用这种处理方法,经预浸水法处理后的湿陷性黄土地基。还应重新评定地基的湿陷等级，并采取相应的处理措施,6,4,16、在我国黄河流域以南地区，不同程度地分布着膨胀土,膨胀土的粘粒成分主要由强亲水性矿物质组成、其矿物成分可归纳为以蒙脱石为主和以伊利石为主两大类,均具有吸水膨胀 失水收缩,反复胀缩变形的特点.这种特点对修建在膨胀土地基上的建筑物危害较大.因此必须在满足建筑物布置和稳定安全要求的前提下、采取可靠的措施、根据多年来对膨胀土的研究和工程实践经验、对修建在膨胀土地基上的泵站工程而言 目前主要采取减小泵房基础底面积、增大泵房基础埋置深度，以及换填无膨胀性土料垫层和设置桩基础等地基处理方法,减小泵房基础底面积是在不影响泵房结构的使用功能和充分利用膨胀土地基允许承载力的条件下,增大基础底面的压应力。以减少地基膨胀变形。增大泵房基础埋置深度是将泵房基础尽量往下埋入非膨胀性或膨胀性相对较小的土层中.以减少由于天气干湿变化对地基胀缩变形的影响,上述两种工程措施主要适用于大气影响急剧层深度一般不大于1 5m的平坦地区.换填无膨胀性土料垫层的方法主要适用于强膨胀性或较强膨胀性土层露出较浅、或建筑物在使用中对地基不均匀沉降有严格要求的情况、换填的无膨胀性土料主要有非膨胀性的粘性土.砂、碎石、灰土等。这对含水量及孔隙比较高的膨胀性土地基是很有效的工程措施,换填无膨胀性土料垫层厚度可依据当地大气影响急剧层的深度,或通过胀缩变形计算确定,当大气影响急剧层深度较深.采用减小基础底面积、增大基础埋置深度.或换填无膨胀性土料垫层的方法对泵房结构的使用功能或运行安全有影响 或施工有困难，或工程造价不经济时、可采用桩基础。膨胀土地基中单桩的允许承载力应通过现场浸水静载试验、或根据当地工程实践经验确定、在桩顶以下3m范围内.桩周允许摩擦力的取值应考虑膨胀土的胀缩变形影响。乘以折减系数0，5.在膨胀土地基上设置的桩基础 桩径宜采用250mm，350mm，桩长应通过计算确定 并应大于大气影响急剧层深度的1 6倍,且应大于4m,同时桩尖应支承在非膨胀性或膨胀性相对较小的土层上 6，4 17、在岩石地基上修建泵房 均不难满足地基的承载能力，稳定和变形要求 因此只需对岩石地基进行常规性的处理.如清除表层松动。破碎岩块。对夹泥裂隙和断层破碎带进行适当的处理等，喀斯特地基即可溶性岩石地基.主要是指石灰岩地基或白云岩地基、这种地基在我国分布较广.在云南。贵州,广西,四川等省.自治区及广东北部、湖南北部，浙江西部,江苏南部等地均有分布.其中以云贵高原最为集中 由于水对可溶性岩石的长期溶蚀作用.岩石表面溶沟、溶槽遍布,石芽。石林耸立 岩体中常有奇特洞穴和暗沟。以及连接地表和地下的通道。这种现象称 喀斯特，现象 鉴于其复杂性 自然界中很难找到各种条件都完全相同的喀斯特形态。加之修建在喀斯特地基的建筑物也是各不相同的,因此应根据喀斯特地基对建筑物的危害程度、进行专门处理