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        地下水位上升對房屋基礎(chǔ)沉降影響分析——以綽斯甲水電站水庫蓄水對蒲西集鎮(zhèn)房屋基礎(chǔ)沉降影響為例

        2012-06-29 05:50:28陳緒剛馬俊琳
        四川建筑 2012年4期
        關(guān)鍵詞:影響

        陳緒剛,馬俊琳,吉 翔

        (中國水電顧問集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院,四川成都 610072)

        水庫蓄水后將引起庫岸附近地下水位上升,地下水位上升對建筑物基礎(chǔ)沉降變形有較大影響,但目前尚無文獻(xiàn)對地下水位上升后,基礎(chǔ)沉降變形的影響因素進(jìn)行系統(tǒng)的闡述和分析。本文從指導(dǎo)基礎(chǔ)沉降計算的《地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》公式[4]出發(fā),對影響基礎(chǔ)沉降的附加應(yīng)力、自重應(yīng)力、壓縮模量進(jìn)行了分析,并以綽斯甲水電站水庫蓄水后水位抬升對蒲西鎮(zhèn)原有建筑物基礎(chǔ)沉降的影響進(jìn)行了實例分析,最后得出了對工程實踐有用的結(jié)果。

        1 地下水位上升對土體應(yīng)力變化的影響

        1.1 地下水位上升引起基底應(yīng)力變化

        據(jù)地基基礎(chǔ)規(guī)范[4]第5.3.5條推薦的沉降計算公式如下所示。

        地下水位上升,高度在基礎(chǔ)底面以下時,基底附加應(yīng)力變化:

        地下水位上升,假定上升至m 土層頂面,高度在基礎(chǔ)底面以上時,基礎(chǔ)底面土層為第i-1 層。則:

        地下水位上升,高度在基礎(chǔ)底面以上時,基礎(chǔ)以下土層附加應(yīng)力變化量為:

        式中:Δ p0為基底附加應(yīng)力變化量;p為建筑物在基底附加應(yīng)力;γw、γk、γsatk分別為水密度,第k 層土體重度、土體飽和重度;hk為第k 層土厚度;Δσip為基底下i 土層附加應(yīng)力變化量。

        1.2 基礎(chǔ)底面下土自重有效應(yīng)力變化

        Δσit為土體自重狀態(tài)有效應(yīng)力變化。

        1.3 地下水位上升總應(yīng)力變化

        Δσi為i 層土體總應(yīng)力變化量。

        從上述公式可以看出:當(dāng)?shù)叵滤簧仙囱蜎]基礎(chǔ)時,基底凈附加應(yīng)力不會改變,Δσip為0,Δσit減小變化量為正值,所以Δσi<0。當(dāng)?shù)叵滤仙粱A(chǔ)底面以上時,基底附加應(yīng)力將增加,Δσip大于0,Δσit減小,Δσi需根據(jù)計算確定。

        2 地下水位上升對土體壓縮模量的影響

        2.1 水位上升對地基土承載力及壓縮模量影響定性分析

        (1)地下水位上升,由于地下水的浮力作用,土體的有效應(yīng)力會降低,因此地下水降低將會減小地基承載力;

        (2)地下水位上升,將使水位以下的土由于失去毛細(xì)管應(yīng)力或弱結(jié)合水形成的表面凝聚力,使地基承載力下降;

        (3)地下水位上升,將減小土體的內(nèi)摩擦角,對砂土尤其明顯,這也將使土體的地基承載力降低。

        由于土體壓縮模量與土體承載力具有正相關(guān)性,壓縮模量將減小,土體沉降量增加。

        2.2 從土體壓縮模量與其它物理指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系分析

        根據(jù)文獻(xiàn)[2]的研究結(jié)論,比貫入阻力對土體壓縮模量影響顯著,但淺層地下水位上升對靜力觸探試驗比貫入阻尼影響不大,所以從Es與土指標(biāo)的相關(guān)性來講,地下水位上升與Es大小沒有必然的聯(lián)系。

        2.3 根據(jù)e-p 曲線分析

        《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[4]公式中的壓縮模量是土的自重壓力與附加壓力之和的壓力段進(jìn)行計算。由于水位上升,土體的自重壓力減小,自重應(yīng)力與附加應(yīng)力之和也就減小。在壓縮曲線上不同壓力段的量值是不同的,一般壓力較小時,曲線較陡,土體易于壓縮;壓力較大時,曲線趨于平緩,土體不易于壓縮。所以,在地下水位上升時,壓力減小,土體變得易于壓縮,土的壓縮模量將減小。

        由于從理論上較難推導(dǎo)水位上升引起Es的變化幅度,因此根據(jù)土力學(xué)中壓縮模量的計算公式,從e-p 曲線著手,討論地下水位上升引起土體有效應(yīng)力變化,從而對土體壓縮模量產(chǎn)生影響。e-p 曲線參見圖1 所示。

        圖1 e-p 曲線

        3 地下水位上升對土體應(yīng)力和壓縮模量的實例分析

        3.1 蒲西集鎮(zhèn)地質(zhì)概況

        蒲西集鎮(zhèn)位于四川省綽斯甲河綽斯甲水電站上游,河流多年平均水位2787.31~2787.58 m。綽斯甲水電站水庫正常蓄水位為2788.32~2788.51 m,洪水位為2788.8~2789.21 m。水庫蓄水后將引起地下水位上升,對原蒲西集鎮(zhèn)臨河部分建筑及建筑基礎(chǔ)有浸沒影響,需對已建建筑物基礎(chǔ)變形進(jìn)行分析。

        根據(jù)四川省綽斯甲河綽斯甲水電站蒲西集鎮(zhèn)堤防工程地質(zhì)勘探報告,其典型地質(zhì)剖面的相關(guān)參見表1 所示,粉質(zhì)黏土層e-p 對應(yīng)參數(shù)表參見表2 所示。蒲西集鎮(zhèn)建筑多為砌體,帶地下室,基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ),基礎(chǔ)寬度1 m,埋深-7.5 m,基底持力層粉質(zhì)黏土,主要壓縮土層為粉質(zhì)黏土層。

        基礎(chǔ)原地下水位為-11.100 m,該地下水位為多年河流,平均水位2787.31 m,假定在水位未上升時基底附加應(yīng)力為150 kPa。

        表1 典型地質(zhì)剖面

        表2 粉質(zhì)粘土e-p 對應(yīng)表

        3.2 土體應(yīng)力及壓縮模量變化規(guī)律分析

        隨著地下水位上升,自重應(yīng)力變化量、附加應(yīng)力變化量和總應(yīng)力變化量如圖2 所示,土體壓縮模量變化量如圖3所示。

        由圖可知,隨著地下水位上升,粉質(zhì)黏土層自重應(yīng)力逐漸減小;在地下水位上升到基底之前,基底附加應(yīng)力不變,土層附加應(yīng)力也不變,當(dāng)?shù)叵滤簧仙交滓陨蠒r,基底附加應(yīng)力增大,土層附加應(yīng)力增大;粉質(zhì)黏土壓縮模量隨著地下水位上升逐漸減小,當(dāng)?shù)叵滤簧仙_(dá)6 m 時,壓縮模量變化率不超過15%,表明地下水位上升對粉質(zhì)粘土壓縮模量影響不大。

        圖2 自重應(yīng)力、附加應(yīng)力和總應(yīng)力變化量

        4 結(jié)論

        (1)地下水位上升但未淹沒基礎(chǔ)時,基底凈附加應(yīng)力不會改變,Δσip為0,土體自重應(yīng)力Δσit減小,其變化量為正值,所以Δσi<0。當(dāng)?shù)叵滤仙粱A(chǔ)底面以上時,基底附加應(yīng)力將增加,Δσip大于0,Δσit減小,總應(yīng)力變化量Δσi需根據(jù)計算確定;

        圖3 壓縮模量變化率

        (2)根據(jù)e - p 曲線定性分析,一般壓力較大時,曲線較陡,土體易于壓縮,壓力較小時,曲線趨于平緩,土體不易于壓縮。在地下水位上升時,壓力減小,土體變得易于壓縮,土的壓縮模量將減小;

        (3)根據(jù)壓縮模量計算公和e -p 曲線,推導(dǎo)了地下水位上升后和地下水位上升前的壓縮模量比公式,由于a = Δe/Δ p,為割線斜率,且e - p 曲線走勢較緩,應(yīng)力變化對壓縮系數(shù)的影響不大,一般情況下a >a'。據(jù)e -p 曲線e'1i>e1i和壓縮模量比計算公式,E's與Es之比值大小需結(jié)合工程實例進(jìn)行分析并得出結(jié)論;

        (4)以蒲西集鎮(zhèn)地下水上升對房屋基礎(chǔ)應(yīng)力及壓縮模量影響為例進(jìn)行分析,結(jié)果表明,隨著地下水位上升,持力層粉質(zhì)黏土自重應(yīng)力逐漸減小;在地下水位上升到基底以前,基底附加應(yīng)力不變,土層附加應(yīng)力也不變,當(dāng)?shù)叵滤簧仙交滓陨蠒r,基底附加應(yīng)力增大,土層附加應(yīng)力增大,但總應(yīng)力變化量仍為負(fù),這與地下水下降土層有效應(yīng)力總是增加這一基本規(guī)律是一致的;粉質(zhì)黏土層壓縮模量隨著地下水位上升逐漸減小,當(dāng)?shù)叵滤簧仙_(dá)6 m 時,壓縮模量變化率不超過15%,表明地下水位上升對粉質(zhì)黏土壓縮模量影響不大。

        [1]楊建新,李發(fā)菊,陳田華.地下水位上升對淺基礎(chǔ)地基承載力的影響[J].基礎(chǔ)工程設(shè)計,2010(5):95-99

        [2]楊紅禹,石振明.土壓縮模量預(yù)測回歸分析方法[J].上海地質(zhì),1997(3):44-48

        [3]李根義.地下水對地基沉降計算的影響評價[J].地下水,2009(4):25-26

        [4]GB 50007-2002 地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S]

        [5]周健,屠洪權(quán).地下水上升對淺基礎(chǔ)地基承載力的影響[J].港口工程,1994(1):21-24

        [6]楊紅禹,石振明.未來海平面上升對上海地區(qū)激化地基變形預(yù)測及其對市政建設(shè)的影響[D].同濟(jì)大學(xué),1998

        [7]上海市水利局海平面上升課題組.未來上海地區(qū)海平面上升預(yù)測及對策研究[R].1999

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