地基处理课设

武汉滨江住宅区2#住宅楼地基处理工程设计(编号B2D3F2) 1、设计说明

1.1设计目的

地基处理是一门理论与实践并重的课程。本课程设计，是继《地基处理》课堂教学结束后的一门实践性课程，是与地基处理理论学习相配套的一个重要的实践环节。其目的是：通过课程设计，深入理解和巩固地基处理的基础理论，牢固掌握地基处理的基本原理和基本公式，熟悉地基处理设计的基本技能和计算方法，灵活准确地应用于工程实践的实际具体问题。了解并掌握实际地质和荷载条件下不良地基处治设计的一般方法；熟练地质资料的使用；培养运用土力学基本原理解决实际工程问题的能力；练掌握地基处理施工工艺和监测技术，培养初步的独立设计能力。通过理论联系实际的课程设计，重点提高学生的动手能力，综合分析和解决问题的能力，锻炼和培养学生严谨求实、开拓创新的作风和意识，提高学生的整体素质、增强专业的适应能力和竞争能力。

1.2设计依据

(1) 郑俊杰，地基处理技术．武汉：华中科技大学出版社，2004；

(2) 叶书麟，叶观宝．地基处理．北京：中国建筑工业出版社，2003；

(3) 中华人民共和国行业标准，建筑地基处理技术规范（JGJ79－2002）．北

京：中国建筑工业出版社，2000；

(4) 赵明华，基础工程．北京：高等教育出版社，2003；

(5) 龚晓南，地基处理手册（第三版）.北京：中国建筑工业出版社， 2008.

(6) 徐至钧，赵锡宏.地基处理技术与工程实例.科学出版社,2008.

2、工程概况

武汉滨江住宅区2#住宅楼为一幢7层砖混结构住宅楼，该住宅楼已经考虑抗震构造要求，设计了构造柱和圈梁，总建筑面积3200平方米。该场地地势平坦，地貌特征为长江冲击一级阶地。据勘察，土层自上而下分别为杂填土、黏土、粉质黏土、淤泥质黏土、粉砂，各土层物理力学指标如表1所示。

表1 各土层物理力学指标

序号土层名

称

层厚

m

含水量

％

重度

kN/m3

孔隙比

饱和度

Sr/(%)

比重

塑性

指数

液性

指数

固结快剪压缩模量

容许承

载力/

kPa

C/kPa φ度E s/MPa

1 杂填土 1.

2 ——18.5 ————————————————30

2 黏土 2.1 39.8 18.8 1.12 96 2.78 20.4 0.72 16.7 13.8 4.5 90

3 粉质黏

土

3.2 33.5 18.6 0.87 48 2.73 1

4.4 0.88 17.0 13.2 3.3 85

4 淤泥质

黏土

4.5 38.7 18.2 1.48 95 2.82 18.8 1.19 11.2 11.1 2.8 80

5 粉砂 5.5 24.

6 19.1 0.82 94 2.71 ————9.1 8.8 4.2 120 基础型式采用钢筋混凝土条形基础，基础宽度B为1.5m，基础埋深D为2.1m，

设计要求基础下地基承载力

spk

f为140kPa。

3、地基处理方案论证

由于基础埋深 2.1

D m

=，基础埋置在黏土中，由于黏土的容许承载力为90140

kPa kPa

<，满足不了设计要求的基础下承载力要求，故要对此地基进行地

基处理。基础形式采用钢筋混凝土条形基础，对下部地基会产生平均应力荷载的

性质。据《地基处理技术》介绍，换填垫层法的处理深度通常控制在3m以内，

但也不宜小于0.5m，中砂、粗砂材料的垫层承载力特征值

ak

f可达到150~200

k P a，完全满足基础下承载力要求。

结合上部结构的类型，荷载的性质，综合考虑选择均质人工地基处理方法中

换填垫层法进行地基处理设计，采用砂垫层处理方案。

4、计算垫层的厚度

由于杂填土的层厚为1.2m，黏土层厚2.1m，而基础的埋置深度为2.1m。根

据《地基处理技术》介绍换填垫层法的处理深度通常控制在3m以内，但也不宜

小于0.5m，在这个范围内的垫层处理地基效果较好。不妨假设砂垫层厚度

1.2

z m

=，达到粉质黏土层，其干密度要求大于2

1.6/t m。

①垫层底面处土的自重压力

cz

P：

②计算垫层底面处的附加压力

z

p：

由于设计要求基础下地基承载力

spk

f为140kPa，不妨就设基底附加压力为

140kPa ，即140k c p p kPa -=，其中k p 为基础底面的平均压力，c p 为基础底面处土的自重压力。

对于条形基础，可按压力扩散角的方法进行，压力扩散角的选择见表2。

表2 压力扩散角 θ/ο

换填材料 中砂、粗砂、砾砂、圆

砾、角砾、石屑、卵石、

碎石、矿渣

粉质粘土、 粉煤土

灰土

0.25 20 6 28

≥0.50

30

23

注：l.当b z ＜0.25，除灰土取θ＝30°外，其余材料均取θ＝0°，必要时，宜由试

验确定；

2.当0.25＜b z ＜0.5 时， θ值可内插求得。 由于 1.2, 1.5z m b B m ===，0.80.5z b =>，故30θ=。

③下卧层地基承载力设计值az f ：由表1可得砂垫层底面处粉质粘土的地基承载力特征值85ak f kPa =，再经深度修正后可得下卧层地基承载力设计值az f ：

基础宽度 1.53b m m =<,取3b m =, 2.1, 1.2d m z m ==。d η基础埋深承载力修正系数，对粉质粘性土孔隙比0.870.85e =>,取 1.0d η=， 则 850 1.019.45(2.1 1.20.5)139.46az f kPa =++??+-= ④下卧层承载力验算：

砂垫层厚度为z 应满足作用在垫层底面处土的自重压力与附加压力之和不大于卧层地基承载力的要求即：72.7764.2136.92139.46z cz p p kPa kPa +=+=<。

满足设计要求，故砂垫层厚度为 1.2z m =。

5、确定砂垫层的宽度

垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，可按下式确定： 由 1.5, 1.2,30b m z m θ===?

1.52 1.2tan30

2.89b m '≥+???= 取3b m '=。

垫层顶面宽度可从垫层底面向上，按基坑开挖期间保持边坡稳定的武汉当地经验放坡，且垫层顶面每边超出基础底边不宜小于300mm 。

6、沉降计算

垫层地基的变形由垫层自身变形1S 和下卧层变形2S 组成。

6.1计算垫层自身变形1S ：

计算基础底面的平均压力k p ：基地附加压力为140kPa ，即140k c p p kPa -=，其中k p 为基础底面的平均压力，c p 为基础底面处土的自重压力,20 2.142c p kPa =?=,则 14042182k p kPa =+=。

取砂垫层压缩模量MPa E S 20=;对于条形基础，压力扩展系数α: 1.5

0.522tan 1.52 1.2tan 30

b b z αθ=

==++?? ;

故砂垫层自身变形:

6.2计算下卧层变形2S ：

①按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002)提出的地基沉降计算方法，确定沉降计算深度n z ，因为不存在相邻荷载的影响，故可按下式估算： 按该深度，沉降量应计算到淤泥质粘土层下0.3m 处。 计算沉降，见表3

表3 用规范方法计算地基最终沉降量

点号

0 0 10 0 1.000 0

1

3.2

10

2.13 0.801

2563.2

2563.2

0.022

56.39

其中：由于对应条形基础，所以根据《土力学与基础工程》取/10.0l b =；

3 1.52

m

b m =

=;求α时使用《土力学与基础工程》表4.5时，因为它是角点下的平均附加应力系数，而所需计算的则为基础中点下的沉降量，因此查表时要应用“角点法”，即将基础分为4块相同的小面积，查表时按b l b l /2

/2

/=，2/b z 查，查得的平均附加应力应乘以4.

n z 校核：根据规范规定，b=1.5m<2m 定下0.3z m ?=，计算出 3.06n S mm ?=，并除以(59.45)i S mm ∑?，得0.0510.025>,表示所取n z =3.50m 不符合要求，所以要加深沉降量的计算深度n z ，直到满足

②修改沉降计算深度7.7n z m =，则沉降量要计算到淤泥质粘土底部，粉砂顶部。 计算沉降，见表4

表4 用规范方法计算地基最终沉降量

其中：由于对应条形基础，所以根据《土力学与基础工程》取l/b=10.0；

3.0

1.52

b m ==;求α时使用《土力学

与基础工程》表4.5时，因

为它是角点下的平均附加应力系数，而所需计算的则为基础中点下的沉降量，因此查表时要应用“角点法”，即将基础分为4块相同的小面积，查表时按

b l b l /2

/2

/=，2/b z 查，查得的平均附加应力应乘以4.

n z 校核：根据规范规定，b=1.5m<2m 定下z ?=0.3m ，计算出 2.03n S mm ?=，并除以i S ?∑（96.25mm ），得0.0210.025<,表明所取7.7n z m =符合要求，故可确定

2 3.5 10 2.3

3 0.766 2681.0 117.8 0.026 3.06 59.45 0.051

点号

0 0 10 0 1.000 0

1 3.

2 10 2.1

3 0.801 2563.2 2563.2 0.022 56.39 2 7.

4 10 4.93 0.543 4018.2 1455.0 0.026 37.83

3

7.7

10

5.13 0.532 409

6.4

78.2

0.026

2.03

96.25

0.021

025

.0≤?∑?i

n

S S

地基变形量的计算深度7.7n z m =。 ③确定沉降经验系数s ψ： Ⅰ.计算S E 值 Ⅱ.s ψ值的确定

0072.77,0.750.758563.75,0.75ak ak ak p kpa f kpa f p f ==?=<<，按《土力学与基础工程》表4.4沉降计算经验系数s ψ，插值求得 1.192s ψ=。 ④下卧层最终沉降量2S :

6.3地基土沉降量S:

所以地基土沉降量满足工程设计要求。

7、施工设计

7.1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、粗砂、砾砂、圆砂、卵石或碎石等材料，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%）。当选用粉细砂时，应参入25%~30%的碎石或卵石，且其最大粒径不得大于50mm 。该垫层的总厚度为1.5m 。

7.2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。

7.3含水量要求

为获得最佳压实效果，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。

7.4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

7.5垫层施工

基坑开挖时应避免坑底上层受扰动，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。

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措施。

垫层竣工验收合格后，应及时进行基础施工与基坑回填。

8、质量检验与控制

①砂垫层的质量必须分层控制及检验，并且以满足设计要求的最小密度控制为标准。质量的检验方法主要有环刀法和贯入测定法；另外对于垫层的填筑工程竣工质量验收还可用：动测法、静立触探法和标准贯入法等其中的一种方法检验.

②垫层底面应铺设在同一标高上，各分层搭接的位置应错开0.5—1.0m,施工时应按先深后浅的顺序进行。

③垫层施工前应验槽，浮土应清除，边坡必须稳定，如发现孔、洞、沟、穴或软弱土层，应挖除后填实。

④在本工程中的砂垫层中，对于中砂，要求最小干密度3d /6.1m t ≥ρ ;对于粗砂，要求最小干密度3d /7.1m t ≥ρ；检查施工过程中的各项测试数据和施工记录，不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施。

⑤采用环刀法检验垫层的施丁质量时，取样点应位于每层厚度的2/3 深度

处。检验点数量，对大基坑每50～100m 2

不应少于1 个检验点；对基槽每10～

20m 不应少于1 个点；每个独立柱基不应少于1 个点。采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时，每分层检验点的间距应小于4m。

⑥垫层的施工质量检验必须分层进行。应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土。

⑦竣工验收承载力检验的数量，应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定，对于简单场地上的一般建筑物，每个建筑地基的载荷试验检验点不应少于3 点；对于复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数。强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的l%，且不应少于3 点。