软土地基处理Word格式.docx
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土坝、堆石坝的安全系数K
荷载组合
建筑物等级
1
2
3
4
5
基本组合（设计）
1.40
1.30
1.25
1.20
1.15
特殊组合（校核）
1.10
1.05
（一）滑动力矩Mh的计算
由图2可知，地基的滑动力距因左右对称，互相抵消。
坝体及反压平台可分成若干规则的几何图形，滑动力距可按下式计算。
（2）
式中
Wi－各分块的重量，t，浸润线以上取湿容重计算，以下取饱和容重计算；
Xi－各分块重心至滑弧圆心的水平距离，m。
（二）抗滑力矩Mk的计算
抗滑力矩Mk可分为五部分。
Mk＝（Mτ）k＋（Mcl）k＋（Mφ1）k＋（Mc2）k＋（Mφ2）k
（3）
（Mτ）k为地基抗剪强度产生的抗滑力矩，如果地基强度用十字板强度表达式（Sc＝C0＋λZ），则：
（4）
R－滑弧半径，m；
C0－天然地基十字板强度增长线与地面线上的截距（图2），t／m2；
λ－天然地基十字板强度增长线的斜率；
y－滑弧圆心至坝底的距离，m；
－滑弧切合坝底的距离，m；
θ－坝底所截圆弧
对应的圆心角，弧度；
Z－计算点地基深度，m。
如果地基强度在平面上不一致时，可如图2所示，分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ个区段，则（Mτ）k应按公式（5）计算。
（Mτ）k＝（MτⅠ）k＋（MτⅡ）k＋（MτⅢ）k＋（MτⅣ）k＋（MτⅤ）k
（5）
（MτⅠ）k＋（MτⅡ）k……（MτⅤ）k分别为Ⅰ、Ⅱ……各区段抗剪强度的抗滑力矩，其计算方法仍按公式（4）计算，但其中θ与
应改为各区段所截的圆弧对应的圆心角和相应的坝底长度。
坝体及反压平台的强度采用总应力饱和固结快剪强度，并应将应力部分乘上0.5的系数作为计算强度，其表达式为：
坝体部分，S1＝c1＋0.5σtgφ1；
（6）
反压平台部分：
S2＝c2＋0.5σtgφ2
（7）
S1－坝体土壤抗剪强度，kg/cm2；
c1－坝体土壤凝聚力，kg/cm2；
σ－计算点处土壤正应力，kg/cm2；
φ1－坝体土壤内摩擦，°
；
S2－反压平台土壤抗剪强度，kg/cm2；
c2－反压平台土凝聚力，kg/cm2；
φ2－反压平台土壤内摩擦，°
。
在软土地基中，还应考虑到坝体的变形比地基要小。
当地基变形到一定的程度时，地基尚未达到破裂，坝体已产生了裂缝，因此坝体强度不能全部用足，应考虑一个折减系数m值。
m值的选用，应根据二种土壤的力学性质差别大小来选取，一般沙壤土均质土坝建筑于软土地基上可取m＝0.8左右，当地基强度与坝体强度比较接近时，坝体的强度可不折减。
因此：
反压平台上土壤凝聚力产生的抗滑力矩：
（8）
反应平台上土壤内摩擦角产生的抗滑力矩：
（Mφ2）k＝m´
Wiyitgφ2
（9）
坝体土壤凝聚力产生的抗滑力矩：
（10）
坝体土壤内摩擦角产生的抗滑力矩：
（Mφ1）k＝m´
Wiyitgφ1
（11）
θ－坝体或反压平台所截圆弧对应得圆心角，弧度；
yi－坝体或反压平台分块重心至滑弧圆心的竖向距离，m；
m－坝体强度折减系数，m＝0.80；
m´
－正应力折减系数，m´
＝0.50。
湖北上巢湖尾矿初期坝建在软土地上，坝高8m，软土地基厚度16m，采用了反压平台处理方案，如图3所示，经稳定计算，能满足要求。
图3
上巢湖尾矿库初期坝断面
三、砂井法
（一）砂井的布置及砂料选择
1、井点平面布置
井点可布置成三角形（或称梅花形）和正方形两种（图4），前者排列较为紧凑有效，故采用较多。
井距l一般为2～5m。
每个砂井的影响直径为：
三角形布置时：
（12）
正方形布置时：
（13）
图4
砂井井点布置示意
2、砂井直径及井深
井径dw一般为200～300mm，它和井距l有一定的关系，一般井径比n
控制在7～9之间时，地基的固结效果较好。
井深一般应打到坚硬土层或连续透水层。
若软土层很厚，井深可通过滑弧稳定计算确定。
3、砂垫层的设置
砂井上端（坝底部）须铺设砂垫层，以沟通砂井，尽快排出孔隙水。
砂垫层的厚度按地基总沉降量之半考虑为宜，但不小于0.5m。
为节省砂料也可设纵横砂沟代替砂垫层，沟宽为井径的两倍或稍大些。
但砂沟较砂垫层施工麻烦。
4、砂料的选择
砂井及垫层的砂料应为透水性好的材料，且垫层的砂料应比砂井的砂料为粗，一般应满足如下要求：
（1）地基土壤中的孔隙水能自由的流入砂井和垫层。
（2）砂井周围地基土壤细粒不致随水流入砂井和垫层中。
欲满足上述要求，所选的沙砾料的颗粒大小，应由渗流试验确定；
当无此试验条件时，可参照图5及图6选用，所选用的砂料级配曲线应在图示的阴影线范围以内。
（二）砂井施工方法简介
目前我国砂井施工方法法，主要有射水法，打入空心钢管法和爆破法等。
各种方法的适用条件及经济比较见表2所示。
图5
砂井填料级配
甲－据Thos.E.Stanton文；
乙－据J.M.Kyle文；
丙－美加州公路规范；
丁－我国某造船厂所用
图6
垫层填料级配
Ⅰ－美加州公路规范；
Ⅱ－我国某造船厂所用；
Ⅲ－宁波组采用
表2
各种砂井施工方法比较
施
工
方
法
使用条件
设备情况
平均工率
台班产量
主要设备
重量
（t）
安装
（工日）
根/m
总工日
工日/m
根/台班
砂井深（m）
射
水
1、设备简单
2、砂井深度不受设备限制
3、水源要足，排淤要方便
高压水泵
三角架
手摇绞车
射水头
2.50
8
12
0.667
10
17.8
钢管法
用
履
带
吊
车
改
装
1、设备笨重，筹备不易
2、施打砂井深度受龙门架或吊车起重高度的限制
履带式吊车
钢管
钢架
桩帽
桩锤
桩尖
30
32
168
0.75
钢
龙
门
架
打
桩
机
钢龙门架
钢轨
卷扬机
25
－
3523
4.58
14
11.7
爆
破
2、质量尚不稳定，目前只能施打深度6m以内的砂井
硝铵炸药
雷管
传爆线
塑料布
螺纹钻
小于1
570
2.35
1、射水法：
用高压水（一般软土地区可选流量为25～35t/h，压力为10kg/cm2的水泵）通过射水管（一般用Φ200mm钢管）冲射软土，形成井孔，填砂后成为砂井，如图7所示。
该法所打井井孔质量良好，孔壁能维持24h不坍，灌砂率可达到95%一上，是一种多快好省的施工办法。
图7
射水法打砂井设备安装示意
1－人力钻架；
2－1t手摇绞车；
3－射水管；
4－排水沟；
6－灌砂
2、打入空心钢管法：
在履带起重机吊臂上（也可用钢龙门架代替）。
适用条件主要设备装置一个高约13m的导向钢架，如图8所示。
导向架上有钢管桩（图9），桩锤1.5t，由吊车卷扬机吊起打孔。
打到设计深度后，即刻上拔0.5～1m，活瓣桩尖自动张开（图10），在管口装上漏斗即可灌砂，灌砂后拔桩，即成砂井。
图8
打桩机
图9
钢管桩
1－桩帽；
2－桩头；
3－钢管；
4－桩尖
图10
活瓣桩尖张开灌砂示意
活瓣桩尖构造简单，可重复使用，但有时不易张开。
有的采用木桩尖，不重复使用，耗费大量木材；
因此有些单位改用钢筋混凝土桩尖。
3、爆破法：
用直径73mm的螺纹钻杆钻出一个与砂井设计深度相同的钻孔，然后在钻孔中放置由传爆线和炸药组成的条形药包。
爆炸后将孔扩大，成孔后即刻灌水使孔壁不坍，并用竹竿试探爆破，观测井孔是否良好。
经检查后开始灌砂，必要时持杆捣固，灌满为止。
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