砂土的密实度可根据标准贯入试验实测击数N值按表4.2.7判定砂土的密实度分类 表 NN ≤1010<N≤1515<N≤3030<N≤50N >50密实度松 散稍 密中 密密 实极密实注:对地下水位以下的中、粗砂,其N值宜按实测锤击数增加5击计 粉土应为粒径大于0.075mm的颗粒质量等于或小于总质量的50%且塑性指数小于或等于10的土当需要判别粉土液化时,应测定其粘粒含量 粉土的密实度可根据孔隙比按表 4.2.9进行判定粉土密实度按孔隙比分类 表 孔隙比ee<0.750.75≤e≤0.90e>0.90密实度密实中密稍密 粘性土应为塑性指数大于10的土,可按表4.2.10分为粘土和粉质粘土粘性土的分类 表 塑性指数IpIp>1710<Ip≤17土的名称粘土粉质粘土注:塑性指数Ip的液限值由76g圆锥仪沉入土中10mm测定 粘性土状态应根据液性指数按表4.2.11-1确定粘性土的天然状态可根据标准贯入试验实测击数N值按表-2确定,也可根据锥沉量按表4.2.11-3确定粘性土的状态 表-1 液性指数ILIL≤00<IL≤0.250.25<IL≤0.750.75<IL≤1IL>1状态坚硬硬塑可塑软塑流塑根据标准贯入试验实测击数N值确定粘性土的天然状态 表-2 N30>N ≥1515>N ≥88>N ≥44>N ≥2N<2粘性土状态坚硬硬中等软很软 根据锥沉量h确定粘性土的天然状态 表-3 h(mm)h<22≤h<33≤h<55≤h<77≤h<10粘性土状态坚硬硬中等软很软注:h 为76g圆锥仪沉入土中的毫米数。
淤泥性土应为在静水或缓慢的流水环境中沉积、天然含水率大于液限、天然孔隙比大于或等于1.0的粘性土,可按表4.2.12分为淤泥质土、淤泥和流泥淤泥性土的分类 表 孔隙比e1.0≤e<1.51.5≤e<2.4e≥2.4含水率w(%)36<w≤5555<w≤85w>85土的名称淤泥质土淤泥流泥注:淤泥质土应根据塑性指数Ip按条再划分为淤泥质粘土或淤泥质粉质粘土 进行灵敏性分类软土的灵敏度可按式()和式()计算软土灵敏性的划分 表 灵敏度St灵敏性分类2<St≤4中灵敏性4<St≤8高灵敏性8<St≤16极灵敏性St>16流性 (-1) (-2)式中 —— 软土的灵敏度; —— 原状土的无侧限抗压强度(kPa); —— 重塑土的无侧限抗压强度(kPa); —— 十字板剪强度(kPa); —— 十字板剪复剪强度(kPa)4 饱和状态的淤泥性土重度可按式(-10)计算,也可根据饱和状态淤泥性土的天然含水率按式()估算其重度。
(-1) (-2)式中 —— 土的重度(kN/m3); —— 土粒的比重; —— 天然含水率(%); —— 水的重度(kN/m3) 有机质土应为有机质含量Om≥5%的粘性土 混合土应为粗细粒两类土呈混杂状态存在,具有颗粒级配不连续,中间粒组颗粒含量极少,级配曲线中间段极为平缓等特征,且不均匀系数Cu>30的土定名时,将主要土类列在名称前部,次要土类列在名称后部,中间以“混”字连结 混合土按其成因和不同土类的含量可分为以下两种土:(1)淤泥和砂的混合土,属海陆混合相沉积的一种特殊土,土质极为松软,根据室内试验定名时,当淤泥的干质量超过总质量的30%时为淤泥混砂,当淤泥的干质量超过总质量10%且小于或等于总质量的30%时为砂混淤泥;现场定名时,淤泥含量以体积估判,当淤泥体积占总体积超过50%时为淤泥混砂,淤泥体积超过总体积20%且小于总体积50%时为砂混淤泥;(2)粘性土和砂或碎石的混合土,属残积、坡积、洪积等成因形成的土,根据室内试验定名时,当粘性土的干质量超过总质量的40%时为粘性土混砂或碎石,当粘性土的干质量大于10%且小于或等于总质量的40%时为砂或碎石混粘性土;现场定名时以各种土的体积50%为分界估判。
层状构造土应为两类不同的土层相间成韵律沉积,具有明显层状构造特征的土,定名时应将厚土层列在名称前部,薄层土列在名称后部,根据其成因和两类土层的厚度比可分为互层土、夹层土、间层土:(1)互层土:三角洲、河漫滩冲积成因的土,其特征具有交错互层构造、两类土层厚度相差不大、厚度比一般大于1/3,如粘土粉砂互层;(2)夹层土:河流下游河漫滩冲积土,其特征具有夹层构造、两类土层厚度相差较大、厚度比为1/3~1/10,如粘土夹粉砂层;(3)间层土:湖泊、滨海相沉积的土,具有很厚的粘性土夹有非常薄的粉砂,厚度比小于1/10,如粘土间薄层粉砂 花岗岩残积土应为花岗岩风化后,残留在原地未经搬运,除石英外其他矿物均已变为土状的最终产物花岗岩残积土应具有标准贯入试验击数小于30、孔隙比较大、液性指数较小、室内压缩系数较高和遇水易崩解的特点,可根据其大于2mm的颗粒含量按表4.2.19分为砾质粘性土、砂质粘性土和粘性土花岗岩残积土分类 表 大于2mm颗粒含量(%)>205~20<5土的名称砾质粘性土砂质粘性土粘性土 填土应为人类活动堆积的土,根据其物质组成和堆填方式可分为:(1)冲填土:由水力冲填砂土、粉土或粘性土而形成的填土;(2)素填土:由碎石类土、砂土、粉土、粘性土和山皮土等组成的填土,经分层压实者称为压实填土;(3)杂填土:含有建筑垃圾、工业废料、生活垃圾等杂物的填土。
5 地 基 承 载 力5.1一般规定 基础形状为条形的地基承载力验算可按平面问题考虑 基础形状为条形以外的其他形状时,可按下列原则简化为相当的矩形:(1)基础底面的重心不变;(2)两个主轴的方向不变;(3)面积相等;(4)长宽比接近 矩形基础的地基承载力验算,可将作用于基础的水平合力分解为平行于长边和短边的分力,分别按条形基础验算 地基承载力验算时强度指标选取应符合下列规定1 持久状况宜采用直剪固结快剪强度指标2 对饱和软粘土,短暂状况宜用十字板剪强度指标,有经验时可采用直剪快剪强度指标3 对开挖区,宜采用卸荷条件下进行试验的抗剪强度指标 地基承载力验算时,对不计波浪力的建筑物,持久状况宜取极端低水位,短暂状况宜取设计低水位;对计入波浪力的建筑物应取水位与波浪力作用的最不利组合5.2 作用于计算面上的应力 验算地基承载力时,无抛石基床的港口建筑物应以建筑物结构底面为计算面;有抛石基床的港口建筑物基础应以抛石基床底面为计算面(图5.2),抛石基床底面的计算宽度宜按下式计算: 图5.2计算面应力示意图 ()式中 —— 计算面宽度(m); —— 建筑物底面即抛石基床顶面的实际受压宽度(m),按现行行业标准《重力式码头设计与施工规范》(JTS167-2)或《防波堤设计与施工规范》(JTJ298)等有关规定确定; —— 抛石基床厚度(m)。
计算面的竖向应力可按线性分布考虑,其后端、前端的竖向应力可按下列公式确定: (-1) (-2)式中 —— 计算面后端竖向应力标准值(kPa); —— 建筑物底面即抛石基床顶面的实际受压宽度(m),按现行行业标准《重力式码头设计与施工规范》(JTS167-2)或《防波堤设计与施工规范》(JTJ298)等有关规定确定; —— 计算面宽度(m);、 —— 分别为建筑物底面后踵、前趾竖向应力标准值(kPa),按现行行业标准《重力式码头设计与施工规范》(JTS167-2)或《防波堤设计与施工规范》(JTJ298)等有关规定确定; —— 抛石体的重度标准值(kN/),水下用浮重度; —— 抛石基床厚度(m); —— 计算面前端竖向应力标准值(kPa) 计算面合力的倾斜率可按下式计算: ()式中 δ —— 作用于计算面上的合力方向与竖向的夹角(°); —— 作用于计算面以上的水平合力标准值(kN/m),对重力式码头应包括基床厚度范围内的主动土压力,对直立式防波堤可不计土压力; —— 作用于计算面上的竖向合力标准值(kN/m)。
5.3地基承载力验算 地基承载力应按极限状态验算,并应结合原位测试和实践经验综合确定对非粘性土地基且安全等级为三级的建筑物亦可按附录G确定 地基承载力应按下述极限状态设计表达式验算: ()式中 —— 重要性系数,安全等级为一级、二级、三级的建筑物分别取1.1、1.0、1.0; —— 作用于计算面上竖向合力的设计值(kN/m ); —— 抗力分项系数; —— 计算面上地基承载力的竖向合力标准值(kN/m)5.3.3 抗力分项系数应综合考虑强度指标的可靠性、结构安全等级和地基土情况等因素,其计算的最小值应符合表的规定各种计算情况采用的抗剪强度指标 表 设计状况强度指标抗力分项系数说明持久状况直剪固结快剪2.0~3.0---饱和软粘土地基短暂状况十字板剪1.5~2.0有经验时可采用直剪快剪注:①持久状况时,安全等级为一、二级的建筑物取较高值,安全等级为三级的建筑物取较低值,以粘性土为主的地基取较高值,以砂土为主的地基取较低值,基床较厚取高值;②短暂状况时,由砂土和饱和软粘土组成的非均质地基取高值,以波浪力为主导可变作用时取较高值。
作用于计算面上竖向合力的设计值可按下式计算: ()式中 —— 作用于计算面上竖向合力的设计值(kN/m ); ——作用综合分项系数,可取1.0; —— 作用于计算面上竖向合力的标准值(kN/m ) 地基承载力的竖向合力标准值可按下述方法计算:(1)将计算宽度分成M个小区间(j=1,2…M)(图):图地基承载力的竖向合力计算示意图 (-1) 式中 —— 小区间分点坐标(m),; —— 小区间宽度(m),,为计算面宽度2)地基承载力竖向合力标准值按下列公式计算: (-2) (-3) (-4) (-5)式中 —— 地基承载力的竖向合力标准值(kN/m); —— 极限承载力竖向应力的平均值(kPa); —— 小区间宽度(m),,为计算面宽度; —— 作用于竖向应力的平均值(kPa); —— 计算面上极限承载力竖向合力的标准值(kN/m); —— 作用于计算面上竖向合力的设计值(kN/m )。
均质土地基、均布边载的极限承载力竖向应力应对和分别计算,并应符合下列规定1 当时,极限承载力竖向应力的平均值宜按下列公式计算: (-1) (-2) (-3) (-4) (-5) (-6) (-7)式中 —— 极限承载力竖向应力的平均值(kPa); —— 计算面以下土的重度标准值(kN/m3),可取均值,水下用浮重度; —— 小区间分点坐标(m),; —— 为地基土处于极限状态下的承载力系数,可计算确定或按附录H取值; —— 计算面以上边载的标准值(kPa); —— 粘聚力标准值(kPa); —— 内摩擦角标准值(),可取均值; —— 作用于计算面上竖向合力的标准值(kN/m ); —— 作用于计算面以上的水平合力标准值(kN/m); —— 计算面宽度(m); —— 水平抗力分项系数,取1.3;、、 —— 计算参数。
2 当时,计算面内极限承载力竖向应力的平均值宜按下列公式计算: (-8) (-9) (-10)式中 —— 极限承载力竖向应力的平均值(kPa); —— 计算面以上边载的标准值(kPa); —— 承载力系数; —— 地基土的十字板剪强度标准值(kPa),可取均值; —— 计算面宽度(m); —— 作用于计算面以上的水平合力标准值(kN/m); —— 水平抗力分项系数,取1.3 受力层由多层土组成,各土层的抗剪强度指标相差不大且边载变化不大时,可采用加权平均的强度指标和重度,按条计算受力层的最大深度可按下式计算: (5.3.7-1) (5.3.7-2)式中 —— 受力层的最大深度(m),计算时先假定Zmax,根据假定的Zmax及各土层厚度计算加权平均,代入式(-1)计算Zmax直至计算与假定的Zmax基本相等为止; —— 计算面宽度(m); —— 内摩擦角标准值(),可取均值;、 —— 计算参数,分别按式(-6)、()确定; —— 内摩擦角标准值(弧度); —— 以弧度表示的。
5.3.8 非均质土地基计算面内极限承载力竖向应力可采用对数螺旋滑动面按条分法计算,计算图示见图5.3.8,并应符合下列规定 图 5.3.8极限承载力竖向应力计算示意图5.3.8.1 采用固结快剪指标时,上的极限承载力竖向应力宜按下列公式计算: (5.3.8-1) (-2) (5.3.8-3) (5.3.8-4) (5.3.8-5) (5.3.8-6) (5.3.8-7)式中 —— 极限承载力竖向应力的平均值(kPa); —— 包括边载()在内的第i土条重力标准值(kN/m); —— 第i土条滑动面上中点坐标值(m);、 —— 使为极小值的对数螺旋面极点水平、垂直坐标值(m);、 —— 第i土条滑动面上的坐标值(m),,; —— 小区间分点坐标(m),由式(-1)确定; —— 滑动面上第i、i+1土条分点和螺旋面极点的连线与水平线的夹角(如图5.3.8:以(、)为极点的极坐标下极角); —— 表征第i土条宽度的极角增量,可根据计算精度要求适当选取; —— 第i土条滑动面上的粘聚力标准值(kPa),可取均值; —— 第i土条滑动面上的内摩擦角标准值(),可取均值;δ —— 作用于计算面上的合力方向与竖向的夹角(°)。
5.3.8.2 采用不排水抗剪强度指标时,上的极限承载力竖向应力仍按第5.3.8.1款计算,但相应土体的强度指标应采用十字板剪强度或其他总强度标准值取代 5.4保证与提高地基承载力的措施 当地基承载力不满足要求时,可采取下列保证与提高地基承载力的措施:(1)减小水平力和合力的偏心矩;(2)增加基础宽度;(3)增加边载或基础埋深;(4)增加抛石基床厚度;(5)加固地基 土基开挖时应减少扰动对开挖暴露后承载力易降低的岩基,在开挖后应立即浇筑垫层或采取其他保护措施施工中应适当控制回填加载速率6 土 坡 和 地 基 稳 定6.1一般规定 本章适用于主要由欠固结、正常固结以及超固结比小于4的粘性土组成的土坡和地基稳定 根据地质条件和土的物理力学指标基本相同的原则,场地应划分为若干区段,统计土性指标进行稳定验算 持久状况的土坡和地基稳定性验算,应取对稳定最不利的水位有波浪力作用的建筑物地基应考虑不同水位与波浪力的最不利组合有渗流时,应考虑渗流作用对土坡和地基稳定性的影响 施工过程中可能出现的较大水位差、较大临时超载、较陡挖方边坡等不利情况,应按短暂状况验算其稳定性其对应的水位,应取对稳定最不利的水位或按有关规范的规定确定。
打桩前应验算打桩时的岸坡稳定性水位有骤降情况时,应考虑骤降对土坡稳定的影响6.2 抗剪强度指标 根据土质和工程实际情况,验算土坡和地基稳定性宜选用直剪固结快剪、十字板剪强度指标,有条件时可采用有效剪强度指标,有经验时可采用三轴不固结不排水剪、直剪快剪和无侧限抗压强度指标 验算土坡和地基稳定时,开挖区宜采用卸荷条件下进行试验的抗剪强度指标6.3 土坡和地基稳定的验算 土坡和条形基础的地基稳定验算,可按平面问题考虑,宜采用复合滑动面法或简单条分法验算验算方法可采用总应力法或有效应力法 土坡和地基的稳定性验算,其危险滑动面均应满足以下极限状态设计表达式: ()式中 —— 重要性系数,安全等级为一级、二级、三级的建筑物,分别取1.1、1.0、1.0; —— 作用于危险滑动面上滑动力矩的标准值(kN·m/m); —— 抗力分项系数; —— 危险滑动面上抗滑力矩的标准值(kN·m/m) 土坡和地基的稳定性验算采用复合滑动面法时,并应符合下列规定a)b)图复合滑动面法计算图示a) 圆弧面稳定计算示意图; b)圆弧面~软土夹层底面或倾斜岩面~圆弧面稳定计算示意图.1 对持久状况,土的抗剪强度宜采用固结快剪指标,土坡和地基的稳定性可按下列公式计算: (-1) (-2) (-3) (-4)式中 —— 作用于危险滑动面上滑动力矩的标准值(kN·m/m); —— 综合分项系数,可取1.0; —— 第i土条滑动面上中点的水平、垂直坐标值(m); —— 取矩点的水平、垂直坐标值(m); —— 第i土条重力标准值(kN/m),可取均值,零压线以下用浮重度计算;当有渗流时,计算低水位以上零压线以下用饱和重度计算; —— 第i土条顶面作用的可变作用标准值(kN/m2),应按现行行业标准《港口工程荷载规范》(JTJ215)确定; —— 第i土条宽度(m); —— 第i土条滑动面上中点的滑动面一阶导数值; —— 其他原因,如作用于直立式防波堤的波浪力标准值引起的滑动力矩(kN·m/m); —— 危险滑动面上抗滑力矩的标准值(kN·m/m); —— 第i土条填土重力标准值(kN/m),可取均值,零压线以下用浮重度计算; —— 第i土条滑动面上的固结度; —— 分别为第i土条滑动面上的固结快剪内摩擦角(°)和粘聚力(kPa)标准值,可取均值; —— 第i土条原地基土重力标准值(kN/m),可取均值,零压线以下用浮重度计算; —— 抗力分项系数。
2 当有条件时,土坡和地基的稳定性验算可用有效应力法有效剪强度指标宜用量测孔隙水压力的三轴固结不排水剪试验测定,也可用直剪仪进行慢剪试验测定其仍可按-1)计算,可按下列公式计算: (-5) (-6) (-7)式中 —— 危险滑动面上抗滑力矩的标准值(kN·m/m); —— 第i土条滑动面上中点的水平、垂直坐标值(m); —— 取矩点的水平、垂直坐标值(m) —— 第i土条重力标准值(kN/m),可取均值,零压线以下用浮重度计算; —— 为第i土条顶面作用的可变作用标准值(kN/m2),应按现行行业标准《港口工程荷载规范》(JTJ215)确定; —— 第i土条宽度(m); —— 第i土条滑动面上的孔隙水压力标准值(kPa),可取均值; —— 分别为第i土条滑动面上的有效剪内摩擦角(°)和粘聚力(kPa)标准值,可取均值; —— 第i土条滑动面上中点的滑动面一阶导数值; —— 抗力分项系数3 当采用十字板剪或三轴不固结不排水剪等总强度时, 可按第6.3.3.1款计算,但相应土体的强度指标应采用十字板强度或其他总强度指标取代,且,并可考虑因土体固结引起的强度增长。
4 根据土坡和地基情况应采用圆弧面或其他相适应的滑动面,均应满足下列要求:(1)采用圆弧面时式(-3)中的由下式取代: (-8)(2)有软土夹层或倾斜岩面等情况时,采用圆弧面~软土夹层底面或倾斜岩面~圆弧面 当采用圆弧滑动面简单条分法时,滑动力矩标准值可按式(1)计算,抗滑力矩标准值计算应符合下列规定1 对持久状况, 土的抗剪强度宜采用固结快剪指标,可按下式计算: (-1)式中 —— 第i土条填土重力标准值(kN/m),可取均值,零压线以下用浮重度计算; —— 第i土条原地基土重力标准值(kN/m),可取均值,零压线以下用浮重度计算; —— 为第i土条顶面作用的可变作用标准值(kN/m2); —— 第i土条宽度(m); —— 第i土条滑动面上的固结度; —— 分别为第i土条滑动面上的固结快剪内摩擦角(°)和粘聚力(kPa)标准值,可取均值; —— 第i土条滑动面上中点的水平、垂直坐标值(m); —— 第i土条滑动面上中点的滑动面一阶导数值; —— 圆心的垂直坐标值(m)2 有条件时可采用有效应力法按下式计算:(当有条件时,可采用固结快剪指标并考虑孔隙水压力的计算方法。
(-2)式中 —— 第i土条重力标准值(kN/m),可取均值,零压线以下用浮重度计算; —— 为第i土条顶面作用的可变作用标准值(kN/m2); —— 第i土条宽度(m); —— 第i土条滑动面上的孔隙水压力标准值(kPa),可取均值; —— 分别为第i土条滑动面上的固结快剪内摩擦角(°)和粘聚力(kPa)标准值,可取均值; —— 第i土条滑动面上中点的水平、垂直坐标值(m); —— 第i土条滑动面上中点的滑动面一阶导数值; —— 圆心的垂直坐标值(m)3 当采用十字板剪或三轴不固结不排水剪等总强度时, 可按第6.3.4.1款计算,但相应土体的强度指标应采用十字板强度或其他总强度指标取代,且,并可考虑因土体固结引起的强度增长4 当饱和软粘土较深厚且十字板剪强度随深度增长规律明显,可参照附录J的方法回归土的抗剪强度指标(、),采用简单条分法验算土坡稳定 土坡和地基稳定的短暂状况验算时,土的抗剪强度宜采用十字板剪强度指标;有经验时也可采用无侧限抗压强度指标、三轴不固结不排水剪强度指标、直剪快剪强度指标 对各设计状况,稳定性验算采用的强度指标、计算公式及各种计算的说明可按表6.3.6采用。
不同设计状况和强度指标对应的稳定性计算公式 表 设计状况强度指标计算公式说明持久状况直剪固结快剪第.1款固结度与计算情况相适应第.1款有效剪第.2款孔隙水压力采用与计算情况相应数值第.2款十字板剪第.3款第.3款考虑因土体固结引起的强度增长无侧限抗压强度、三轴不固结不排水剪第.3款短暂状况十字板剪第.3款第.3款可考虑因土体固结引起的强度增长无侧限抗压强度、三轴不固结不排水剪第.3款第.3款直剪快剪第.3款第.3款--- 对有桩的土坡和地基,稳定性验算不宜计入桩的抗滑作用 验算有波浪力作用的直立式建筑物地基稳定性时,应计入波浪力的作用,透水式斜坡堤可不考虑波浪力的作用 板桩码头应验算滑动面通过桩尖时的稳定性桩尖下有软土层时,尚应验算滑动面通过软土层时的稳定性 当验算局部有较大荷载、滑动范围受限制或局部有软土层的局部范围的稳定时,可计入滑动体侧面摩阻对抗滑力矩标准值的影响,抗力分项系数可按附录K进行修正6.4抗力分项系数 持久状况计算应综合考虑强度指标的可靠性、结构安全等级和地区经验等因素,抗力分项系数最小值应满足表的规定;施工期的稳定性等短暂状况计算,最小抗力分项系数最小值宜取表中的低值,但验算打桩岸坡的稳定性,宜取较高值。
抗力分项系数 表 强度指标计算公式说明直剪固结快剪第.1款1.3~1.5固结度与计算情况相适应第.1款1.1~1.3有效剪第.2款1.3~1.5孔隙水压力采用与计算情况相应数值第.2款1.1~1.3十字板剪第.3款1.2~1.4考虑因土体固结引起的强度增长第.3款1.1~1.3无侧限抗压强度、三轴不固结不排水剪第.3款第.3款根据经验取值直剪快剪第.3款第.3款根据经验取值--- 当拟建工程附近有滑坡,且两处土层和土质基本相同、土坡高度及坡度相近时,当已查明滑坡时的各项条件、滑坡工程处于极限状态的抗力分项系数,可用对比法设计拟建工程的坡度拟建工程土坡的应比曾有滑坡工程处于极限状态的增大20%~30% 当拟建工程附近有与设计土坡坡度相同或较陡的稳定坡,两处土层和土质基本相同,且稳定坡计算的小于表中抗力分项系数的低值,可用对比法设计拟建工程的坡度拟建工程的土坡的抗力分项系数应稍大于现有稳定坡的抗力分项系数6.5保证土坡和地基稳定的措施 设计时应提出保证土坡和地基稳定的施工措施,施工时应采用有利于土坡和地基稳定的施工方法和施工程序 设计中,初步采用的土坡和地基稳定性不足时,应根据具体情况选用放缓坡度、铺设排水垫层、铺设土工合成材料加筋垫层、打设竖向排水通道。