港口工程地基规范条文说明解析.docx

1、港口工程地基规范条文说明解析JTJ25098条文说明修订说明本规范是根据90交函工字210号文的要求，由主编单位天津港湾工程研究所会同天津大学、中交水运规划设计院、武汉水利电力大学、交通部第一、二、三、四航务工程勘察设计院、南京水利科学研究院等单位共同修订而成。本规范在修订过程中，依据港口工程结构可靠度设计统一标准(GB50158)规定的原则，开展了地基可靠度(包括岩土基本变量统计方法、边坡稳定和地基承载力以及地基沉降可靠度等研究)和风化岩特性及风化带划分研究；总结十几年来筑港经验，尤其是软基处理的成熟经验与方法；吸收部分国外先进经验；并与有关规范协调配套；广泛征求部内外有关勘察、设计、施工、

2、科研及大专院校等单位意见；经编写组反复修改，于1996年3月完成送审稿。为便于使用，正确理解和掌握本规范条文，在编制和修订条文的同时，编写了条文说明。修订本规范各章节条文及附录和编制条文说明的编写人员如下：第1章 张忠恕第2章 陈环 孙万禾第3章 申伯熙 崔冠英 张忠恕第4章 陈环 孙万禾 黄传志 申伯熙 张忠恕张美燕 詹明 张萼芳 梁之劲第5章 孙万禾 黄传志 陈环 郭怀志 申伯熙张忠恕 詹明 张萼芳 梁之劲第6章 俞季民第7章 孙万禾 张美燕 陈环 刘翼熊 范期锦柴长清第8章 刘翼熊 孙万禾附录D 黄传志 孙万禾 陈环 张忠恕规范总校工作领导小组：组长：仉伯强副组长：姜明宝成员：杜延瑞 贺

3、铮 孙毓华 孙万禾本规范总校组：组长：贺铮副组长：孙毓华 孙万禾成员：仉伯强 姜明宝 杜廷瑞 申伯熙 张忠恕俞季民本规范于1996年9月11日通过部审，1998年4月1日发布，1999年6月1日起实施。目次1总则3岩土分类3.1岩的分类3.2土的分类4地基承载力4.1一般规定4.2地基承载力验算4.3保证与提高地基承载力的措施5土坡和地基稳定5.1一般规定5.2抗剪强度计算指标5.3土坡和地基稳定的验算5.4抗力分项系数5.5保证土坡稳定的措施6地基沉降6.1一般规定6.2地基最终沉降量计算7软基处理7.1一般规定7.2换填砂垫层法7.3堆载预压法7.4真空预压法7.5真空预压联合堆载预压法7

4、.6轻型真空井点法7.7强夯法7.8振冲置换法7.9振冲密实法7.10水上深层水泥搅拌法8现场观测附录D岩土基本变量的概率分布及统计参数的近似确定方法1总则1.0.1本规范是根据港口工程结构可靠度设计统一标准(以下简称“统标”)的要求修订的。为此，在修订过程中，对土的物理力学指标进行了大量统计；确定了概率分布；提出了土的抗剪强度统计方法；进行了土坡和地基稳定、地基承载力以及地基沉降等可靠度探索、研究、分析；校准了土坡和地基稳定、地基承载力原安全系数对应的可靠指标(土坡和地基稳定2.54.0，地基承载力34)，以此为基础提出了新规范的分项系数。1.0.2本规范主要总结港口工程建筑物地基及陆上、水

5、上软土地基加固的设计、施工经验，根据统标要求编写的，所以主要适用于上述工程。对于干船坞、船台、船闸等岸边建筑物虽有其自身特点，但与港口水工建筑物基本相近，因此可参照使用。1.0.3地基的设计施工必须掌握地基变异性特点。首先要合理划分单元土体，这是大前提。对于较厚土层，要注意根据物理、力学特性和变异性，划分亚层。对取样困难的土以及混合土，应进行现场测试。对变异性较大的土层要查明原因，同时要注意查明对建筑物可靠性起不利作用的工程问题，如软弱夹层、倾斜岩面、岩溶、地下水状态、滑坡体、被软土掩埋的古河道、古冲沟、河床坡度(尤其是下部河床坡度)及不同季节受冲、淤影响而引起坡度变化等。3岩土分类3.1岩的

6、分类3.1.13.1.3这三条主要说明岩体定义、岩体按质量指标(RQD)分类及岩石的定义。按本条文定义岩体、岩石、评价岩体质量比原规范条文具体、合理。首先定义岩体，用RQD值划分岩体质量，使其对整个岩体从宏观上有一明确认识，然后再谈到岩石的定义及分类。3.1.4岩石按成因分类：这是最广泛应用的基本分类，不同成因的岩石，其工程地质特性常有明显差别，故在工程中应做为基本的分类，即首先要查明属何种成因类型的岩石及其名称。3.1.5岩石按强度分类：原规范仅划分出硬质岩石与软质岩石两类。为适应高大、重要建筑物的要求，参照现行国家标准岩土工程勘察规范(GB50021)增加了亚类的划分，即在硬质岩石类别中又

7、分出极硬岩石与次硬岩石，在软质岩石中又分出次软岩石与极软岩石共4个亚类(见附录A中附表A.0.1)。3.1.6岩石按软化系数分类：软化系数是衡量水对岩石强度影响程度的重要指标。采用0.75作为软化和不软化岩石的界限值是根据现行国家标准岩土工程勘察规范(GB50021)而确定的，这也符合国内外以往的惯例。3.1.7岩石岩体风化程度划分：根据实际工程的需要做了三处较大的修改；一是将硬质岩石与软质岩石区别开来单独列表(见附录A中附表A.0.2及附表A.0.3)；二是增加了全风化一档次，现行国家标准岩土工程勘察规范(GB50021)和英国标准场地土勘察规范(BS5930)均有全风化这一档次。同时对各种

8、风化程度的岩石及岩体特征的描述进行了修改，但对微风化、中等风化及强风化的特征描述及划分档次与原规范基本上是相同的，无原则上的修改；三是增加了定量划分指标。3.1.8花岗岩不同风化程度物理力学指标参考值表(见附录B)是根据国内外有关资料(包括手册、论文、勘察试验报告等)收集整理而成，鉴于我国幅员辽阔，岩性多种多样，表中数据仅供参考。3.2土的分类3.2.13.2.2根据现行国家标准建筑地基基础设计规范(GBJ7)制定。3.2.3砂土分类：这次修订规范对细砂、粉砂两种土采用0.075mm孔径的筛作颗分试验，不再采用0.1mm孔径的筛，这样就与国内有关规范规定相一致，而且与国际标准也基本一致。原规范

9、采用0.1mm孔径的筛，规定粉砂为粒径大于0.1mm颗粒含量小于或等于总质量的75%，这个规定不严密，75%是个上限值，而未规定下限值，这就常发生将粉土(亚砂土)误定为粉砂，本次修订规范，对粉砂的定义更为科学，避免了上述缺点。3.2.4砂土颗粒组成特征，根据土的不均匀系数Cu和曲率系数Cc确定，这条是引用现行国家标准土的分类标准(GBJ145)。Cu和Cc是表示级配曲线分布范围的宽窄和级配曲线分布形态的参数，对重要工程的砂类土给出Cu、Cc系数是有实用价值的。3.2.5砂土的密实度：原规范是根据标准贯入击数N值确定砂土的相对密实度，这次修订规范仍按N值判定砂土密实度，但密实度分为六级，这是国际

10、较为通用的分级标准，也是美国太沙基(Terzaghi)最早提出的按标准贯入击数N值分类标准。3.2.6粉土：这次修订规范，提出了粉土这一类土，塑性指数Ip10的土为粉土。粉土就是原规范的亚砂土和Ip710的亚粘土，采用这一规定划分粉土，就使其不属于粘性土的范畴了，而是介于粘性土和砂土之间的一类土。粉土的划分标准是根据以下情况制定的：现行国家标准建筑基地基础设计规范(GBJ7)、地区规范和部门行业规范基本是一致的。现行国家标准建筑抗震设计规范(GBJ11)中对粉土须进行液化判别。1976年唐山发生地震，天津地区就发生多处粉土液化的场区。鉴于以上情况，本规范将粉土作为砂土和粘性土之间的一类土对待是

11、必要的、合理的。本规范将粉土再划分为两个亚类土，即粘质粉土和砂质粉土，而且两个亚类土按粘粒含量Mc来划分定名，这是考虑Ip10的低塑性粉土，液、塑限试验不易作准，误差较大，按粘粒含量Mc判别，较为可靠、合理。3.2.73.2.10粘性土：本次规范修订，将粉土从粘性土中划分出来，粘性土的亚类为粘土和粉质粘土，分档界限值为Ip17和Ip10。1976年我们在编制本规范过程中，对收集天津、上海、广州、连云港及长江沿线的5300个土的试件，进行了液塑限与塑性指数、液限与塑限、抗剪强度、C与塑性指数等项指标间的相关分析，绘制散点图，其结果并未取得Ip17、Ip10、Ip17等处具有折点特征。我们认为粘性

12、土塑性指数变化与土的一些特性指标有关系，并能找出其变化趋势，但不存在折点和其所具有明显的折线关系。Ip17、Ip10或Ip7都是分当界限值，而并不是折点值。3.2.11淤泥性土：原规范根据孔隙比e和液性指数IL分为淤泥和淤泥质土。这次修订规范通过调研、搜集资料，我们认为我国沿海地区淤泥性土广为分布，且不同地区的含水率及孔隙比变化范围较大，不同地区的淤泥其物理力学指标相差较大，这对港口工程中的土坡稳定计算、港池航道的挖泥疏浚、软土地基加固处理等工程地质问题影响很大。为了解决和处理好这方面的问题，我们将淤泥性土划分为四个亚类(淤泥、淤泥质土、流泥、浮泥)。原规范淤泥分类标准为天然孔隙比e1.5，天

13、然含水率大于液限，这是个下限，e1.5相当于含水率w55%，港口工程经常遇到高含水率(w100%)的淤泥，原规范淤泥定名标准只有下限值，而无上限值，若将我们遇到工程实例中高含水率的淤泥与接近下限值的淤泥划为同一单元土体，统计土的物理力学指标(如均值、方差、变异系数)，则掩盖了不同亚类的变异性，有可能造成工程的不安全。这次修订规范将淤泥性土分为淤泥、淤泥质土、流泥、浮泥，提高了工程的安全性、统计的物理力学指标成果的合理性和可靠性。以上四种亚类土均有不同的特性：淤泥和淤泥质土具有结构强度，有附着力，流泥稍具结构强度，有附着力，浮泥无结构强度，也无附着力。3.2.12饱和状态下(饱和度Sr100%时

14、)，当已知土的含水率和土粒的相对密度G时，可用(3.2.12)式确定土的重度。此式为上述条件下的理论计算公式。3.2.133.2.14混合土：在我国港口工程中常遇到淤泥质土或淤泥与砂土相混构成的混合土，这是两种成因类型(如海相与陆相)的两类土(如砂土与淤泥)相混沉积构成的混合土，不同于残积、坡积，洪积单一成因类型的土。其特点为没有层理构造，又极不均匀，因缺乏中间粒径，不均匀系数Cu和曲率系数Cc极大，超过粘性土或砂土的数10倍甚至上百倍，其中淤泥或淤泥质土的状态多属流塑状态，强度低，土质极软，但因混有粗砾砂土，往往在土工试验中得出内摩擦角偏大，这样在进行地基设计时，如果对混合土认识不清，未能选

15、取起主导作用土类的强度值进行设计，就可能发生地基失稳。3.2.15层状构造土：在我国沿海、河口港、三角洲地区和河漫滩地区，常遇到粘性土与粉细砂土呈互层或夹层以及间层的层状构造土，这种土层层理清楚，层薄者为夹层或间层，层厚者为互层，这种土的渗透性，固结性质和抗剪强度具有非常明显的各向异性特征，对工程进行评价时必须注意这个问题。3.2.16花岗岩残积土：这类土在我国东南沿海和北方部分沿海花岗岩地区广为分布，本条内容根据有关经验和港口工程特点制订。3.2.17填土：我国沿海港口工程中的大面积填土是普遍存在的，如填海造陆。填土方式和填土成分也很复杂，冲填土在海港工程中较为普遍，对各类填土均要专门研究其

16、物理力学性质。4地基承载力4.1一般规定4.1.1港口工程水工建筑物不同于一般陆上工业与民用建筑，它承受偏心荷载和水平荷载，如土压力、水压力、波浪力、系缆力等作用。使其作用于基础底面的合力为偏心的倾斜荷载，根据地基承载力理论，合力偏心距e可使基础有效宽度减少，承载力降低；合力倾斜率使相对于竖向荷载的地基承载力有明显折减，因此港口工程水工建筑物在验算地基承载力时，必须考虑合力偏心矩e和倾斜率(tg)的影响，这是港口工程的特点。4.1.2作用于重力式水工建筑物抛石基床顶面及底面上的应力及合力偏心矩，应按港口工程各类水工建筑物规范的有关规定确定。4.1.5根据港口工程特点，对验算地基承载力的墙前水位

17、作了规定。对计入波浪力的建筑物，由于极端低水位与波浪力作用组合不一定是最不利的，所以规范条文规定“应取水位与波浪力的最不利组合”。4.1.6土是天然沉积并经大自然变迁的产物，在形成时及形成后的历史过程中，必然受到各种自然条件的影响，因而使土的物理力学指标随空间和时间产生不均匀性，这种不均匀性按照概率论数理统计理论分析，称为土的物理力学指标的变异性。其统计参数(均值，方差及变异系数)的确定应有足够的取样数量，使所取指标的数量，能反映该指标随土体空间与时间的变异性。应该认识到：从数量较多、试验较准确的土样试验得到的物理力学指标统计参数，能提高工程结构的可靠度，才能在满足可靠度要求的基础上降低造价，

18、使工程造价更为合理。而取样数量少，试验不准，又没有当地工程经验，工程的可靠性是没有保障的，因此必须保证有一定数量、试验质量较高的试验件数，所以条文规定取样件数应不少于6件。对于土的抗剪强度统计方法，附录D中规定了两种方法：简化相关法(即平均法)和正交变换法。由于简化相关法应用较多也比较方便，用该法计算的可靠指标与实际比较相符，而正交变换法只是在计算可靠度时应用，因此条文中规定宜用简化相关法。4.2地基承载力验算4.2.1地基承载力的确定，受勘察质量的高低、土层划分是否合理、指标统计件数多少和代表性以及可靠性等因素的影响，单纯用一种方法确定地基承载力，有时可能与实际不符或出现失误，因此条文规定应

19、按“极限状态设计表达式验算，尚应结合原位测试和实践经验综合确定”。对一般情况，当地基勘察和试验质量满足工程要求、土层划分合理、数据统计可靠时，地基承载力应以公式计算满足极限状态设计表达式为主，并辅以原位测试和实践经验相互验证，综合分析确定。在一般情况，三者应是一致的。4.2.24.2.6第4.2.2条给出了有、无抛石基床两种情况下的极限状态设计表达式，其中抗力和作用均取综合分项系数，这是由于多层地基土的C、等基本变量较多，各地区、各土层的变异性不完全一致，经多次试算，对全国各地区、各土层的C、不便给出统一的分项系数，所以仅给出综合分项系数。其中抗力(综合)分项系数R不得低于23，作用综合分项系

20、数s1。经过近10项工程的可靠度验算(见表4.2.2)，当S1，R3.0时，可靠指标34，失效概率1.350.0317。而RS3.0与原规范规定的安全系数K相一致。在计算抗力FK时，用极限平衡理论计算公式代替了原规范计算式，即汉森(Hansen1968)公式。这是本次修订规范，贯彻港工统标的重大改进。当K3时，按极限平衡理论公式计算及分项系数 表4.2.2码头类型工程编号荷载(kPa)码头原断面两种计算方法安全系数比较缩窄断面K3时极限平衡法的K、及分项系数R、S87规范法(汉森法)kH极限平衡理论公式法kgkg/kHkg总分项系数RS重力式：扶壁1630603.904.481.153.05.

21、343.01.01730605.546.011.092.954.743.01.01830605.235.010.962.942.383.01.01930606.576.530.992.972.033.01.02030605.045.491.092.925.413.01.0重力式、方块、沉箱、空心方块21603.043.401.122.982.603.01.02230601205.496.101.112.972.923.01.023604.725.111.083.015.813.01.02420751503.743.961.062.992.623.01.02530606.206.271.013.

22、04.723.01.0各项平均4.955.241.062.973.863.01.0小结由上表看出：原断面两种方法计算的安全系数，一般情况下，极限平衡理论公式计算的安全系数有所增加(大约6%左右)，缩窄断面校准，一般安全系数等于3.0，总分项系数R3，S1.0通过本次修订规范对承载力的研究，得到如下结论：一、通过研究和理论推导，在国内首次搞清了汉森公式的来龙去脉。(1)原规范公式的承载力系数Nc、Nq是Prandtl无重土的理论解；(2)倾斜系数ic、iq是用极限平衡理论求得的倾斜荷载作用下无重土滑动面上的理论解；(3)原规范公式对倾斜系数ic、iq修正的目的是试图以更简化的形式使汉森解接近於索

23、科洛夫斯基(Co)的理论解(即极限平衡理论解)；(4)N是在分析了Meyerhof公式和Lundgren、Mortensen等解的基础上，找出的一种介於二者之间的经验公式：1.8(Nq1)tg；后为了接近於索氏解，1968年修正后改为1.5(Nq1)tg；(5)i是原规范式(Hansen61公式)在借鉴了Lundgren和Mortensen等人的计算成果的基础上给出的半经验公式：。后来又吸收了Odgaard和N.H.Christensen的计算成果，于1968年作了修正：。二、应用索氏理论进行差分计算，得到如下几点认识：(1)采用差分法时，只有差分网格划分得足够细，才能得到逼近於精确解的结果，

24、大量计算表明，当网格数100时，差分结果逼近于精确解；(2)利用差分方法证明了Nc、Nq是精确解，并依据所得到的极限承载力Fu的精确解，从数值上证明了、c、q三项(FuccNc、FuqqNq、FuBN)迭加(FuFucFuqFu)也是精确合理的。现行极限承载力的一般模式(包括Hansen模式)的推导均是建立在无重土(0、c0、q0)和有重土(0、c0、q0)两部分的迭加得到的，本项研究也不例外，值得指出，本研究从数值上严格证明了这种迭加不仅是可行的，同时也是精确的，只是这时N的函义有了改变；(3)过去一直认为当合力倾斜率tg一定时，影响N的因素只有一个因素，本研究证明，N是一个很复杂的系数，影

25、响参数有、B、c、q等诸因素，但经过归一化后可简化为及两个因素，使得问题大为简化，但概念合理、精度提高。三、原规范公式最初是建立在无粘性土基础上的，而对于粘性土来说，则存有一定的误差。四、通过分析计算，提出了一种简化的承载力计算公式，该公式实际上只包含两个待定系数Nc和N，用这种公式计算地基承载力的优点是：(1)理论基础清楚，概念明确，全部推证严格遵循理想刚性极限平衡理论；(2)计算方法简单、便捷，用现行规范中的汉森公式需5个系数(N、i、Nq、iq、dq)，且无表可查，全都需要计算；利用本规范推荐的公式实质上只需两个系数(N、Nc)，可查表且用函数计算式表达；(3)具有继承性，经10项工程验

26、算(见表4.2.2)，本规范法与原规范推荐方法计算出的承载力平均相差约为6%；(4)与汉森公式相比，本规范所建议的计算公式中不再含有半经验性参数，为本规范贯彻现行国家标准港口工程结构可靠度设计统一标准(GB50158)提供了必要条件。五、原规范计算式的推导过程复杂，N、i、iq、dq的计算又是近似公式，概念不明确，计算也较繁锁，因此用极限平衡理论公式代替原规范式。六、对形状修正系数(S、Sq、Sc)原规范式引用了经验公式，并与倾斜系数(i、iq、ic)有关。根据收集到的十几种计算承载力形状系数公式，只有汉森68年公式与倾斜系数有关，其它均与倾斜系数无关，因此为了简化起见，选择了既有试验依据，理

27、论上又较合理的形状系数表达式。对于S所有公式形式相同：；其中各公式中m的取值为0.10.4，大多数为0.30.4，根据匈牙利L.Rethati(1976)对S的数学分析，取m1/3，理论上较为充分，同时与De.Beer(1970)在砂土试验中得到的m0.4较接近。对于Sq：各公式的形式间的主要区别在于Sq是否与有关。近期的公式包括：德国DIN4017(1979)、欧洲地基规范EURCODE(1993)、美国API(1984)等Sq均与sin线性相关，因此我们选用。对于Sc：根据极限分析法，假设土体为刚塑性体Yokoo等(1972)严格证明了形状系数，当1.0、0时，这一结果与Skempton(

28、1951)试验研究的结果一致，所以选用。对于0情况，仍然采用原规范公式(汉森68公式)给出的各系数。七、关于深度系数：原规范公式(0)中的深度修正系数，它的概念是由于基础埋深部分(覆盖层)的抗剪强度发挥而引起的承载力增加，且与D/B有关。上述所谓埋深部分土的抗剪强度的发挥，对埋入式浅基础是相当有限的，因为只有设置基础的方法(如打入式桩基)引起土体明显的侧向压缩时，才能产生由于埋深的影响而使承载力增大的深度修正。而各种深度系数的研究大都以深基础打入桩的数据为依据，因此Vesic关于浅基础承载力不考虑深度系数是正确的，从近年来各国规范看，引入深度系数的越来越少，如丹麦规范(1985)、欧洲规范(1

29、993)，都未引入深度修正系数，而仅仅考虑基底以上覆盖层的重量(q)引起的承载力增大。因此本次修订规范，去掉了深度修正系数(dq、dc)。4.2.8对于各土层抗剪强度指标相差不大(各土层的内摩擦角相差不超过35)的多层土地基，需求得加权平均c、，才能计算地基的极限承载力。求加权平均c、时，需已知地基的最大滑动面深度。原规范是根据无重土得到的最大滑动面深度公式，仅与、()有关，它用较粗略的查表法计算确定。本次修订规范给出的试算最大滑动面深度公式(4.2.81)为根据有重土(0、c0、0)的极限平衡理论得到的，它不仅与、()有关，还与有关。它直接用计算公式试算得到，因此比原规范计算的最大滑动面深度

30、更为合理、精确。当各土层的抗剪强度指标相差较大，如各土层的内摩擦角相差超过35时，用加权平均的c、计算的极限承载力可能会有误差，确定极限承载力时，应注意结合现场测试与实践经验，综合确定。4.3保证与提高地基承载力的措施4.3.14.3.2这两条都是为了保证与提高地基承载力的一般措施，在施工中应引起高度重视。5土坡和地基稳定5.1一般规定5.1.1我国港口工程地基基本属于正常压密和压密比小于4的土，所以本条对此作了规定。至于规定压密比小于4，是由于当压密比小于4时在三轴试验中施加偏应力时孔隙水压力为正值，而当压密比大于4时孔隙水压力为负值。对于压密比大于4的土，常具有特殊的工程性质，国内外的经验表明采用通常方法确定的强度指标进行计算常得出过大的安全系数，所以本条未作规定。遇到这种土时，应进行专门研究。5.1.3按统标规定，取消了原规范校核低水位，采用极端低水位，所以本次修订规范规定：“对于持久状况的土坡和地基的稳定性，应按极端低水位验算”。对于有波浪作用的直立堤，由于不同的波浪力与不同水位的组合对码头稳定性影响不同，所以应