水工基礎(chǔ)工程工程

基礎(chǔ)工程一般包括兩部分：①使建筑物本身適應(yīng)或滿足地基要求，如加大建筑物底部斷面或增設(shè)必要設(shè)施；②地基處理，如采用灌漿、排水或增設(shè)樁基等。因此，在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意下列要求。

大壩若為巖基，則基礎(chǔ)的穩(wěn)定性主要取決于巖體的抗剪強(qiáng)度、變形及滲透穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)形式不同的建筑物,對(duì)基礎(chǔ)要求亦各有側(cè)重。如巖基上的各種混凝土壩，各種荷載都作用于地基上，故對(duì)地基的加固設(shè)計(jì)便要求達(dá)到：①巖體盡量趨于均一，其抗壓強(qiáng)度與變形模量無(wú)顯著差異，并具有足夠的強(qiáng)度，以承受壩體的壓力。②具有足夠的整體性和均勻性，以便有足夠的抗剪強(qiáng)度，以滿足壩基抗滑穩(wěn)定要求。③滿足滲透穩(wěn)定要求，一般高壩在防滲帷幕內(nèi)的單位吸水量應(yīng)小于0.01/(min·m·m)。帷幕下游應(yīng)設(shè)排水幕，以降低揚(yáng)壓力，斷層破碎帶與軟弱夾層等滲漏通道更不能產(chǎn)生機(jī)械管涌或化學(xué)管涌。④具有足夠的耐久性，以防止巖體性質(zhì)在水的長(zhǎng)期作用下發(fā)生惡化，使強(qiáng)度降低。

有軟弱夾層的巖體，其抗剪強(qiáng)度則取決于夾層的特性。抗滑穩(wěn)定除研究沿壩體與巖體接觸面外，還要研究沿壩基中軟弱結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生的深層或淺層滑動(dòng)問(wèn)題，包括可能滑動(dòng)面的形式，抗滑穩(wěn)定的計(jì)算方法，計(jì)算參數(shù)的選擇，安全系數(shù)的確定及模型試驗(yàn)等。另外，壩基荷載超過(guò)地基的承載能力，將使壩基巖體壓縮面發(fā)生超過(guò)允許的沉降或不均勻沉降或局部巖體由于應(yīng)力集中而破裂。這對(duì)各種壩都是危險(xiǎn)的，故在研究變形時(shí)，應(yīng)在大壩和巖基的聯(lián)合作用下,研究壩基變形對(duì)壩體應(yīng)力的影響,不均勻沉降引起壩體應(yīng)力集中，水平位移對(duì)防滲帷幕的作用等。而軟弱夾層、強(qiáng)風(fēng)化層和斷層破碎帶又是導(dǎo)致壩基產(chǎn)生變形的主要因素，因此也是主要研究對(duì)象。

對(duì)于拱壩地基除上述要求外，還要求巖體有更高的承載力，巖體變形模量均一，巖體與混凝土的彈性模量接近。對(duì)兩岸壩肩要研究其穩(wěn)定與變形，對(duì)兩岸發(fā)育的斷層、節(jié)理、裂隙要深入研究在力系與繞壩滲流同時(shí)作用下能否構(gòu)成滑動(dòng)塊體。土石壩對(duì)地基的要求比混凝土壩低，但從解決地基滲水、承載能力小、壓縮性大、抗剪強(qiáng)度低以及振動(dòng)液化等問(wèn)題方面考慮，也需要對(duì)地基采取必要的處理措施，做到既安全又經(jīng)濟(jì)合理。在巖溶地區(qū)修建水庫(kù)與大壩，應(yīng)分析水庫(kù)滲漏的范圍、主要滲水通道，估計(jì)滲漏量等并提出治理方案。對(duì)巖溶區(qū)壩址，除應(yīng)查明上述問(wèn)題外，還要注意巖溶發(fā)育深度，溶洞與巖溶通道的具體分布、填充情況，對(duì)壩基與壩肩穩(wěn)定的影響等。中國(guó)巖溶發(fā)育地區(qū)面積約占全國(guó)面積七分之一，故對(duì)巖溶滲漏問(wèn)題需予重視。

基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)內(nèi)容包括建筑物基礎(chǔ)及地基處理兩部分，一般有下列三種情況。

水工基礎(chǔ)工程對(duì)基礎(chǔ)采取結(jié)構(gòu)措施　通過(guò)建筑物下部結(jié)構(gòu)（即基礎(chǔ)）的調(diào)整，可改善水工建筑物基礎(chǔ)及地基的應(yīng)力狀態(tài)。如①設(shè)置混凝土底座:日本大川壩地質(zhì)條件非常復(fù)雜,采用先鋪筑厚20m、長(zhǎng)245m的混凝土平板式基礎(chǔ)底座,再在底座上修建高58m的混凝土重力壩,以適應(yīng)壩址區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件。另外，中國(guó)貴州貓?zhí)樱ㄋ募?jí)）窄巷口水電站的攔河壩,是在厚20～30m的河床覆蓋層上先修建跨度40m以上的混凝土拱形基礎(chǔ)底座(又稱基礎(chǔ)拱橋),然后在其上修建高54.8m的雙曲拱壩,避免了河床大量開(kāi)挖并簡(jiǎn)化了地基受力條件。②設(shè)置拱壩周邊墊座：在地形很不規(guī)則的河谷或局部有深槽或地質(zhì)上有軟弱帶的情況，而欲修建拱壩時(shí),可在巖基上先修建混凝土周邊墊座(人工基礎(chǔ))形成周邊縫（圖1），然后在周邊墊座上修建壩體?？p沿周邊的形式可按需要選定，使墊座以上的壩體能保持一定的對(duì)稱性，可減少上述各種不利因素的影響并改善拱壩的支承條件。意大利于1939年建成的奧西爾埃塔雙曲拱壩，以及1961年建成的壩高262m的瓦依昂拱壩，都采用了人工周邊墊座。由于周邊縫的存在，壩體即使開(kāi)裂，延伸到縫邊就會(huì)停止發(fā)展；若墊座有開(kāi)裂,也不致影響到壩體；如墊座厚度適當(dāng)加大,還可使拱端推力更均勻地分布到較大面積的基巖上，可改善地基的受力條件。③設(shè)置重力墩：當(dāng)河谷岸邊基巖面高程低于壩頂，為減少寬高比,避免岸坡大量開(kāi)挖（圖2），可設(shè)置重力墩，以使拱壩壩體基本上保持對(duì)稱。④采用樁基礎(chǔ)（見(jiàn)樁工）：這也是一種改善地基受力條件的結(jié)構(gòu)措施。松軟地基不能承受上部傳來(lái)的荷載時(shí),可以選擇樁基礎(chǔ),將上部荷載通過(guò)承臺(tái)、群樁而傳到地基土層或底部基巖，以避免引起松散土層產(chǎn)生不均勻沉降。⑤設(shè)立傳力墻：拱壩對(duì)兩岸壩肩整體性要求很高。中國(guó)貴州高165m的烏江渡水電站重力拱壩，右壩肩被裂隙嚴(yán)重切割，后選定在該處設(shè)置一個(gè)斷面尺寸為 12m×20m×45m的大型混凝土傳力墻。傳力墻按順壩肩推力方向穿透裂隙密集帶布置，使應(yīng)力有效地向山里堅(jiān)硬灰?guī)r傳遞擴(kuò)散，解決了拱端與地基力系平衡穩(wěn)定的問(wèn)題。

水工基礎(chǔ)工程巖基加固和防滲措施　其目的基本上是提高強(qiáng)度、增大變形模量、減少揚(yáng)壓力。主要手段為①壩基開(kāi)挖（見(jiàn)地基開(kāi)挖）。②固結(jié)灌漿。③混凝土置換：是加固巖基斷層破碎帶及軟弱夾層常用的措施，一般根據(jù)所在的部位、產(chǎn)狀、寬度、充填物性質(zhì)，通過(guò)計(jì)算或模型試驗(yàn)確定開(kāi)挖一定深度和寬度的槽、井、洞，再回填混凝土塞，并加強(qiáng)接觸灌漿和固結(jié)灌漿。若基巖有深層滑動(dòng)面，灌漿又不能解決抗滑穩(wěn)定要求時(shí)，可考慮由基巖面打豎井到滑動(dòng)面高程開(kāi)挖置換洞,再回填混凝土,如印度高144m的斯里賽勒姆壩。由于置換開(kāi)挖對(duì)基巖有一定的破壞作用，故可盡量使用灌漿改善斷層，但灌漿對(duì)提高變形模量有效，而對(duì)提高抗剪指標(biāo)作用不大。因此，在拱壩基礎(chǔ)處理中，當(dāng)斷層與推力方向近于垂直時(shí)，用灌漿處理斷層為好；若斷層與推力斜交或近于平行時(shí)，則用混凝土置換處理斷層為好。④預(yù)應(yīng)力錨固。⑤巖溶處理。⑥巖基防滲（見(jiàn)帷幕灌漿、化學(xué)灌漿）。

軟基加固與防滲措施　軟基主要是指砂礫、黃土、軟粘土、細(xì)砂層等地基。對(duì)砂礫地基的處理，主要是控制滲透流速、滲透流量，保證壩基滲透穩(wěn)定。辦法是采用垂直防滲與水平防滲。垂直防滲采用粘土截水墻、混凝土防滲墻及帷幕灌漿等。水平防滲多采用粘土鋪蓋，有時(shí)在壩下游還需采用排水減壓等手段。對(duì)軟粘土或沖積層，因基特點(diǎn)是含水量高，壓縮性大，透水性小，抗壓、抗剪強(qiáng)度低，可采用加速排水固結(jié)辦法，提高其抗剪強(qiáng)度，如砂墊層排水、真空抽氣加固、砂井預(yù)壓等措施。對(duì)黃土地基,主要是濕陷性黃土,因其沉降量大，可能引起壩的失穩(wěn)及開(kāi)裂，可采用挖除、預(yù)先浸水或表面強(qiáng)夯等措施?？傊?，除控制滲流外，還要提高地基強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少總沉降量和沉降差。對(duì)細(xì)砂層，則應(yīng)防止管涌與振動(dòng)液化現(xiàn)象，近年來(lái)發(fā)展較快的是利用振沖法加固砂土地基。20世紀(jì)70年代初，在軟基加固技術(shù)中，又出現(xiàn)了高壓噴射灌漿，即鉆桿邊旋轉(zhuǎn)邊高壓噴射水泥漿,制成的旋噴樁直徑可達(dá)1.5～2.0m。沉井在中國(guó)水利工程中，多用作防沖結(jié)構(gòu)，60年代初，曾在四川映秀灣水電站首次使用，并在礫石層與粉細(xì)砂層中下沉，不但解決了防沖，也解決了滲透穩(wěn)定與砂層液化等問(wèn)題。銅街子水電站導(dǎo)流明渠左導(dǎo)墻及出口處于1985年布置了16個(gè)沉井，每個(gè)最大尺寸為 16m×30m，井壁厚1.6～2.0m，總深35m,以防止明渠水流沖刷左岸山體坡腳而造成塌方。荷蘭以軟基工程著稱于世,1986年在最大水深45m的?？谲浕辖ǔ筛?3m、總長(zhǎng)3000m的東斯海爾德?lián)醭遍l工程，閘基開(kāi)挖、砂基振實(shí)、卵石回填等均在水下進(jìn)行。這是軟基處理工程的一個(gè)飛躍。

見(jiàn)地基處理。2100433B

為滿足水工建筑物基礎(chǔ)穩(wěn)定及強(qiáng)度要求而采取的地基處理，及水工建筑物下部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工的統(tǒng)稱?；A(chǔ)穩(wěn)定（包括抗滑、抗傾，變形及滲透穩(wěn)定）是水工建筑物正常運(yùn)行的根本保證?；A(chǔ)工程處理不當(dāng)往往是水工建筑物失事的主要原因之一。根據(jù)1974年國(guó)際大壩委員會(huì)發(fā)表的有關(guān)大壩事故調(diào)查材料，在混凝土壩與土石壩中,由于基礎(chǔ)工程問(wèn)題而造成的大小事故共95次,占各種事故總次數(shù)的36%，其中重大事故29次（包括垮壩在內(nèi)）,占各種重大事故總次數(shù)33.3%。如法國(guó)壩高60m的馬爾帕塞雙曲拱壩,于1959年12月2日左岸巖石裂隙由于滲水壓力作用構(gòu)成壩肩滑動(dòng)，導(dǎo)致垮壩，造成數(shù)百人死亡,及大量物質(zhì)損失。美國(guó)1975年建成的蒂頓土壩,因基巖滲水,底部齒槽回填被管涌沖刷破壞,于1976年6月5日潰決，造成重大損失。此外還有一些水庫(kù)由于基礎(chǔ)問(wèn)題而影響蓄水?？偟恼f(shuō)來(lái)，水工建筑物因基礎(chǔ)原因而失事的多于其他工程。從以上失事實(shí)例，說(shuō)明基礎(chǔ)工程的成敗直接關(guān)系到整個(gè)水工建筑物的安危與經(jīng)濟(jì)效益。基礎(chǔ)工程不單設(shè)計(jì)時(shí)要正確妥善，施工尤應(yīng)高度重視。如水工基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)不當(dāng)，沒(méi)有采取有效的工程措施或由于施工草率，沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，往往會(huì)導(dǎo)致工程潰決。水利工程的地質(zhì)情況復(fù)雜，巖基由于地殼巖層在構(gòu)造應(yīng)力作用下，產(chǎn)生位移與變形，形成褶皺構(gòu)造與斷裂構(gòu)造，致使巖體構(gòu)造復(fù)雜化。硬軟巖石互層時(shí)，隨著褶皺作用而出現(xiàn)層間錯(cuò)動(dòng)、層間塑性變形及層間破裂面等褶皺構(gòu)造。斷裂構(gòu)造主要表現(xiàn)為節(jié)理與斷層。這些地質(zhì)缺陷使巖層喪失連續(xù)性，強(qiáng)度降低，變形增大，并出現(xiàn)巖溶滲漏、斷層破碎帶及裂隙的滲漏、基坑涌水、 壩基承壓水及揚(yáng)壓力升高等。對(duì)于軟基，構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的斷裂，破壞了土體的連續(xù)性，降低了土的強(qiáng)度。地基土顆粒較細(xì)、級(jí)配不良或抗剪強(qiáng)度較低時(shí)易發(fā)生管涌、液化及滑動(dòng)。土的壓縮性大時(shí),易產(chǎn)生不均勻沉降。這些現(xiàn)象,都將惡化建筑物基礎(chǔ)的穩(wěn)定和承載力，并帶來(lái)其他不利影響，所以必須慎重對(duì)待這個(gè)項(xiàng)目。

本書(shū)共設(shè)有9章，初次嘗試構(gòu)建水工基礎(chǔ)工程的設(shè)計(jì)理論和方法，對(duì)水工基礎(chǔ)形式作了較全面的綜合和歸納，并進(jìn)行了分類和演繹，以便于設(shè)計(jì)、應(yīng)用和研究；系統(tǒng)地論述了水工基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、內(nèi)力常用的計(jì)算方法、配筋計(jì)算和構(gòu)造詳圖、組合型地基處理、樁筏基礎(chǔ)、疏樁基礎(chǔ)等；通過(guò)工程實(shí)例，初步闡明了基礎(chǔ)概念設(shè)計(jì)的方法。

前言

第一章 水工基礎(chǔ)形式及構(gòu)造設(shè)計(jì)

第一節(jié) 水工基礎(chǔ)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求

一、水工基礎(chǔ)特點(diǎn)

二、水工基礎(chǔ)設(shè)計(jì)基本要求

第二節(jié) 水工基礎(chǔ)常用形式與分析

一、按基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式分類

二、基礎(chǔ)類型的選擇和比較

三、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的影響因素分析

第三節(jié) 基礎(chǔ)埋置深度選擇及計(jì)算

一、與功能、結(jié)構(gòu)相關(guān)的條件

二、工程地質(zhì)條件

三、水文地質(zhì)條件

四、地基凍融條件

五、場(chǎng)地環(huán)境條件

第四節(jié) 基礎(chǔ)構(gòu)造要求及構(gòu)造設(shè)計(jì)

一、永久變形縫和止水的設(shè)置

二、齒墻設(shè)計(jì)

三、后澆帶的作用及設(shè)置

四、鉸的作用及設(shè)置

五、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)

第二章 基礎(chǔ)下的地基計(jì)算

第一節(jié) 地基設(shè)計(jì)基本要求

一、地基設(shè)計(jì)級(jí)別和設(shè)計(jì)原則

二、地基計(jì)算荷載取值

三、地基計(jì)算單元和荷載組合

第二節(jié) 地基計(jì)算基本要素

一、土的力學(xué)參數(shù)取值

二、地基土的特性指標(biāo)及工程應(yīng)用

三、地基應(yīng)力計(jì)算

第三節(jié) 地基承載力

一、地基承載力的概念

二、按塑性變形區(qū)深度確定地基允許承載力

三、按極限承載力確定地基允許承載力

四、按規(guī)范確定地基承載力

五、基礎(chǔ)尺寸及埋深對(duì)承載力的影響

六、地基抗震承載力

第四節(jié) 土的壓縮性與地基變形計(jì)算

一、土的壓縮性與固結(jié)

二、天然地基的沉降量計(jì)算

三、地基的變形特征與控制

第五節(jié) 地基穩(wěn)定驗(yàn)算

一、水工地基破壞的主要形式

二、地基承載力驗(yàn)算

三、抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算

四、抗傾覆和抗浮穩(wěn)定驗(yàn)算

五、抗?jié)B穩(wěn)定驗(yàn)算

第三章 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化和計(jì)算方法

第一節(jié) 基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的基本要求

一、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)級(jí)別與力的作用

二、基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算方法概述

三、基礎(chǔ)極限狀態(tài)設(shè)計(jì)要求

四、計(jì)算結(jié)果的自我校核

第二節(jié) 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化

一、計(jì)算荷載取值及傳力分析

二、結(jié)構(gòu)單元與計(jì)算單元

三、結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖和簡(jiǎn)化要點(diǎn)

四、支座、節(jié)點(diǎn)和構(gòu)件的簡(jiǎn)化

五、計(jì)算跨度的確定

第三節(jié) 基礎(chǔ)剛度分析

一、基礎(chǔ)剛度分析與計(jì)算

二、基礎(chǔ)剛度與內(nèi)力計(jì)算方法

第四節(jié) 基礎(chǔ)內(nèi)力分析及計(jì)算要點(diǎn)

一、筏形基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算

二、箱形基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算

三、塊基型基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算

四、拱形基礎(chǔ)內(nèi)力計(jì)算

第四章 倒置梁法和靜定分析法計(jì)算

第一節(jié) 簡(jiǎn)化計(jì)算與結(jié)構(gòu)拆分

一、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化與結(jié)構(gòu)拆分

二、結(jié)構(gòu)拆分方法和實(shí)例分析

三、簡(jiǎn)化計(jì)算中的荷載計(jì)算

第二節(jié) 倒置梁法

一、計(jì)算模型及基本假定

二、計(jì)算步驟

三、利用沉降差進(jìn)行內(nèi)力調(diào)整計(jì)算

第三節(jié) 靜定分析法

一、基本假定及適用條件

二、計(jì)算步驟

三、工程實(shí)例及相關(guān)問(wèn)題分析

第四節(jié) 倒置梁法與靜定分析法比較

一、實(shí)例分析

二、兩種計(jì)算方法綜合比較

三、關(guān)于倒置梁法相關(guān)問(wèn)題

第五章 彈性地基梁計(jì)算與數(shù)值分析

第一節(jié) 地基計(jì)算模型

一、地基計(jì)算模型概念

二、常用地基計(jì)算模型簡(jiǎn)述

三、地基計(jì)算模型的選用

四、地基參數(shù)的確定

第二節(jié) 彈性地基梁法

一、彈性地基梁的簡(jiǎn)要理論

二、文克爾地基梁計(jì)算

三、半無(wú)限深地基梁計(jì)算

四、有限深地基梁內(nèi)力計(jì)算

五、彈性地基交叉梁法

第三節(jié) 彈性地基上的框架結(jié)構(gòu)計(jì)算

一、計(jì)算方法綜述

二、彈簧支座模擬計(jì)算

三、工程實(shí)例計(jì)算與分析

第四節(jié) 地基梁的數(shù)值分析

一、建模對(duì)象和計(jì)算范圍

二、主要計(jì)算參數(shù)的確定

三、基礎(chǔ)建模常用的分析方法

四、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)常用的有限元分析軟件

第六章 基礎(chǔ)配筋計(jì)算與構(gòu)造詳圖

第一節(jié) 基礎(chǔ)承載能力極限狀態(tài)計(jì)算

一、計(jì)算要求

二、配筋計(jì)算

三、各種計(jì)算方法的配筋要求

第二節(jié) 基礎(chǔ)正常使用極限狀態(tài)計(jì)算

一、正常使用極限狀態(tài)驗(yàn)算內(nèi)容

二、設(shè)計(jì)取值和荷載組合要求

三、基礎(chǔ)裂縫寬度驗(yàn)算

第三節(jié) 基礎(chǔ)配筋調(diào)整

一、協(xié)調(diào)配筋要求

二、采用塑性計(jì)算法進(jìn)行配筋調(diào)整

三、應(yīng)用塑性計(jì)算法的要求

第四節(jié) 基礎(chǔ)構(gòu)造設(shè)計(jì)

一、混凝土強(qiáng)度及保護(hù)層

二、鋼筋的錨固和連接

三、基礎(chǔ)的最小和最大配筋率

四、基礎(chǔ)配筋的基本要求

五、鋼筋的代換要求

第五節(jié) 基礎(chǔ)構(gòu)造鋼筋詳圖

一、基礎(chǔ)構(gòu)造詳圖的意義

二、基礎(chǔ)構(gòu)造鋼筋的作用

三、基礎(chǔ)抗震構(gòu)造鋼筋的要求

四、水工基礎(chǔ)構(gòu)造配筋詳圖

五、與水工基礎(chǔ)相關(guān)的專業(yè)詳圖

第七章 人工地基與地基處理設(shè)計(jì)

第八章 水工常用深基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

第九章 共同作用分析與基礎(chǔ)概念設(shè)計(jì) 2100433B