某八层砖混结构住宅楼,拟建条型基础,宽1.2m

课程设计 课程名称：  地基处理        学    院：      　      专    业：       　      年    级：            　    姓    名：                学  号：             任课教师： 　                2013年12 月 23日 基础课程设计 一、工程概况： 某八层砖混结构住宅楼，拟建条型基础，宽1.2m，埋深1.0m以下，上部建筑物作用于基础的荷载为120KN/m，基础平均密度为2.0T/m3，地基岩性自上而下第一层为粉质粘土，厚1.0m，密度为1.75T/m3；第二层为淤泥质粘土，厚度15.0m，密度为1.78T/m3，含水量65%；第三层为密实砂砾石层，未见底，密度为1.86T/m3。地下水距地表为1.0m，试据该场区工程地质条件作地基处理方案设计。（注：含水量65%的淤泥质粘土基本承载力为50Kpa）。 二、方案比较： 通过对工程概况的了解分析，主要需要对地基第二层淤泥质土进行处理，现有以下几种方案可供选择： 一） 、排水固结法 排水固结法加固地基是通过对天然地基，和先在地基中设置砂井(袋装砂井、塑料排水带)等竖向排水体，然后利用建筑物本身重量分级逐渐加载；或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中孔隙产生排水固结，土体孔隙体积减小、抗剪强度提高，达到减少地基工后沉降和提高地基承载力的目的。 适用条件： ——各类淤泥、淤质土及冲填土等饱和粘性土 1、 加固机理：——加载系统(堆载预压、真空预压)——排水系统 在本工程中，淤泥质土含水率高达65%，且厚度为15m，用排水固结法不仅要考虑加压系统，还要考虑排水系统，工艺复杂，而且由于含水率过高，很难达到工程想要的结果。因此不于采用此方法。 二）、深层搅拌法 深层搅拌法是通过特制的施工机械——各种深层搅拌机，在地基深处就地软弱土和固化剂(水泥，石灰等材料)强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳性和足够强度的固结体，从而增大变形模量和提高地基强度。这些加固体与天然地基形成复合地基，共同承担建筑物的荷载或筑成壁状加固体，可作为基坑开挖的挡墙及防止码头滑动。 深层搅拌法适用于加固淤泥、淤泥质土、粘土、粉质粘土、粉土等软土地基,目前加固深度可达20m。根据设计要求,可在软土地基中形成柱状、壁状和格栅状等不同形式的加固体。柱状加固体与天然地基相结合,形成了复合地基,可共同承担建筑物的荷载,而壁状或格栅状加固体则可用于重力式地下临时挡土结构、基坑的止水帷幕和基坑的坑底加固。 以上可知，深层搅拌法能达到要求深度，且因地制宜，就地取材，以及经济适用。但是此方法计算过于复杂及水泥材料强度的不确定性。因此决定不采用深层搅拌法。 三）、换土垫层法 换土垫层法是将基础下一定深度内的软弱土层挖去，回填强度较高的砂、碎石或灰土等，并夯至密实的一种地基处理方法。  1、方法分类及应用范围 应用范围：中小型建筑工程，处理深度(0.5~3)m。砂石垫层——浜,塘,沟等软土局部处理土垫层——湿陷性黄土、大面积回填灰土或二灰土垫层——湿陷性土粉砂灰——以水上垫层为主干渣垫层——中性地基中 2、换土垫层法的作用：    ①提高浅层地基承载力。因地基中的剪切破坏从基础底面开始，随应力的增大而向纵深发展。故以抗剪强度较高的砂或其它建筑材料置换基础下较弱的土层，可避免地基的破坏。    ②减少沉降量。一般浅层地基的沉降量占总沉降量比例较大。加以密实砂或其它填筑材料代替上层软弱土层，就可以减少这部分的沉降量。由于砂层或其它垫层对应力的扩散作用，使作用在下卧层土上的压力较小，这样也会相应减少下卧层土的沉降量。    ③加速软弱土层的排水固结。砂垫层和矽石垫层等垫层材料透水性强，软弱土层受压后，垫层可作为良好的排水面，使基础下面的孔隙水压力迅速消散，加速垫层下软弱上层的固结和提高其强度，避免地基发生塑性破坏。    ④防止冻胀。因为粗颗粒的垫层材料fL隙大，不易产生毛细管现象，因此可以防止寒冷地区土中结冰所造成的冻胀。    ⑤消除膨胀土的胀缩作用。 由于本工程中淤泥质土深达15m，换土垫层法处理深度达不到要求，但由于该方法操作简单，故可用该方法结合长桩（长桩打入淤泥土层以下）基础处理该地基。 三、设计与计算 一）、垫层的设计要点    垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合经济合理的原则。其设计内容主要是确定断面的合理厚度和宽度。对于垫层，既要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。 二）、垫层材料选用 根据工程地质条件，垫层材料初步选用中砂，并设垫层厚度Z＝1.5m，则垫层的应力扩散角θ，由z/b>0.5，查下表得30° 三）、垫层的铺设范围 1、垫层的厚度 fz—垫层底面处软弱土层承载力特征值 kPa  pcz—垫层底面处上的自重应力，kPa  pz—垫层底面处土的附加应力，kPa。 条形基础（2-1） 计算时，一般先初步拟定一个垫层厚度，再用式(2-1)验算。如不合要求，则改变厚度，重新验算，直至满足为止。        垫层厚度一般不宜大于3m，太厚施工较困难，太薄(＜0.5m），作用不显著。 由于是条形基础，所以： 基础底面的平均压力：Pk＝ ＝ ＝120KPa 基础底面处土的自重压力Pc=17.5*1=17.5KPa 垫层底面处的附加应力Pz= = =42.0KPa 垫层底面处的自重应力Pcz=17.5*1+(17.8-10)*1.5=29.2KPa 由工程概况知，含水量65％的淤泥质粘土的基本承载力为f=50KPa,再经深度修正后得地基承载力特征值（查规范得ηd=1.1） fz=f+ηd*rm*(d+z-0.5)=50+1.1*(2.5-0.5)*29.2/2.5=75.7KPa Pz+Pcz=42+29.2=71.2KPa< fz=75.7KPa 垫层厚度为1.5m满足强度要求，所以垫层厚度选为1.5m。 2、 垫层的宽度 垫层的宽度除要满足应力扩散的要求外，还应防止垫层向两边挤动。如果垫层宽度不足，四周侧面土质又较软弱时，垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中，使基础沉降增大。宽度计算通常可按扩散角法，如条形基础，垫层宽度bˊ应为： 条形基础：B＝ =1.2+2*1.5*tan30°=2.93m 取B＝3.0m按1：1.5边坡开挖 3、沉降计算 换土垫层后的建筑物 地基沉降由垫层自由的变形量和 下卧层的变形量两部分所构成，其中垫层自由的变形量S1： 其中对于条形基础，压力扩散系数 ： ＝ 砂垫层压缩模量Es，取 ，则砂垫层自身的变形 S1为 ： ＝ ＝5.28mm 下卧层土的变形量S2，可按分层总和法规范修正公 计算： S2= = 四）、桩基设计 采用第三层密实砂砾层做为持力层，端承桩，为经济效益考虑，用现场浇注的混凝土桩，由于在地下水位以下，其混凝土强度等级不得低于C20，钢筋混凝土保护层厚度不应小于50mm。其桩的承载力计算及设计可详细参照《地基处理》课本第三章。 四、施工工艺说明 1.材料要求 垫层材料为砂垫层，应选用级配良好，质地坚硬的中砂材料，材料中不得含有植物质残体、垃圾等杂物质，且含泥量不超过5%（排水砂垫层不应超过3%）。该垫层的总厚度为1.5m。 2.施工机具 垫层施工应根据不同的换填材料选择合适的机具，此工程中为砂垫层，宜采用平板振动器、蛙式夯、平碾或插入式振动器。 3.含水量要求 为获得最佳夯压效果，宜采用垫层材料的最优含水量，作为施工的控制含水量。对于砂垫层，当使用平板振动器时，含水量可取15%~20%；当使用平碾或挖夯时，含水量可取8%~12%；当使用插入式振动器时，砂石材料则宜为饱和。 4.分层厚度 砂垫层的分层铺填厚度以及每层压实的遍数宜根据垫层材料、施工机械设备及设计要求等通过现场试验确定。一般情况下垫层的分层厚度可取200~300mm，在不具备试验条件的场合可按下表选用： 施工设备 每层铺填的厚度（mm） 每层压实遍数 平碾（8~12t） 200~300 6~8 蛙式行（5~16t） 200~250 8~16 平板振动器 150~250   插入式振动器 150~250         5.垫层施工 换土垫层法施工包括开挖土和铺填垫层两部分。基坑开挖时应避免坑底上层受扰动，应采用干挖土法，可保留约200mm 厚的土层暂不挖去，侍铺填垫层前再挖至设计标高。严禁扰动垫层下的软弱土层，防止其被践踏。受冻或受水浸泡。在碎石或卵石垫层底部宜设置150～300mm 厚的砂垫层或铺一层土工织物，以防止软弱土层表面的局部破坏，同时必须防止基坑边坡坍土混入垫层。 本工程采用中砂铺设，宜用振动碾碾压，且需分层铺填，分层实心密实。 垫层法施工质量检验就分层进行。每层铺填密实施工后进行质量检验，经 验符合设计要求后才能进行下一层铺填密实施工。 对砂石垫层的施工质量可采用环刀法、贯入法、静力触探、轻型动力触探、重型动力触探或标准贯入试验方法进行质量检验。 换填垫层施工应注意基坑排水，除采用水撼法施工砂垫层外，不得在浸水条件下施工，必要时应采用降低地下水位的。 垫层竣工验收合格后，应及时进行基础施工与基坑回填。 五、效果评价 该工程属于软土地基，通过计算，采用换土垫层法能满足建筑物对地基水载力的要求，又可达到改善排水途径及控制下卧层压力的目的。且换填材料为砂料，较其它材料经济。加上长桩基础打入第三层土层，地基软弱土层得到处理，达到了设计的要求。 六、建议 1、垫层施工必须保证达到设计要求的密实度。密实方法常用的有振动法、水撼法、根压法等。这些方法都要求控制一定的含水量，分层铺砂厚约200一300mm，逐层振密或压实，并应将下层的密实度检验合格后，方可进行上层施工。    2、垫层的砂料必须具有良好的压实性。砂料的不均匀系数不能小于5，以中粗砂为好，容许在砂中掺入一定数量的碎石，但要分布均匀。    3、开挖基坑铺设垫层时，必须避免对软弱土层的扰动和破坏境底土的结构。基坑开挖后应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏坑底。当采用碎石垫层时，应在坑底先铺一层砂垫底，以免碎石挤入土中。 4、该方案对地下水的处理达不到挤压加固法的效果，对施工监测要求也十分严格，这也就要求工程的各个负责部门尽心尽责，互相协作，把好工程质量的关，否则很难达到预期的效果，甚至会造成危害。