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成都理工大学环境与土木工程学院
课程设计

课 程： 地基处理与测试技术
专 业： 勘查技术与工程
姓名（签名）： 朱 洪 良
学 号： 201003040306
成 绩 ：
教师（签名）：

2014年01月12日

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目 录

1.工程概况及地基土石层的工程地质性质 2
1.1建筑物 2
1.2地基土石层特征 2
2.处理方案A -- 换填垫层 3
2.1垫层材料 3
2.2垫层承载力 3
2.3垫层厚度 3
2.4垫层宽度 6
2.5沉降计算 6
2.6设计断面 8
2.7检测的技术方法及质量控制标准 8
3.处理方案B -- 复合地基 9
3.1处理范围 9
3.2桩体布置形式 9
3.3桩体材料 9
3.4桩间距及排距 9
3.5桩长 11
3.6复合地基承载力 11
3.7复合地基的压缩模量 12
3.8检测的技术方法及质量控制标准 13

某综合写字楼软弱地基加固处理方案设计

1.工程概况及地基土石层的工程地质性质
1.1建筑物
某综合写字楼主楼8层，无地下建筑，拟采用条形基础，埋深2.00m，荷载效应标准组合时基础底面的平均压力320KN/m。
1.2地基土石层特征
根据勘察资料，地基土分为6层，其工程地质性质如下所述，主要物理力学指标见表1-1。
① 杂填土：以粘性土为主，含大量煤渣、碎砖等建筑垃圾；
② 粉土：稍密~中密，稍湿，局部含少量有机质；
③ 含淤泥质粘土：软可塑，含微量细砂颗粒和大量有机质；
④粉质粘土：灰褐色，可塑，稍湿；
⑤粘土：硬塑-坚硬，稍湿，底部普遍有一层约30cm厚的粉质粘土夹层；
⑥闪长花岗岩，弱-强风化，节理较发育。
表1-1 场地土主要力学指标
指标
土层
地层顶面埋深
（m）
重度
（kN/m3）
压缩模量
(MPa)
承载力特征值
f ak (kPa)
①杂填土
0.00
15.6
4

②粉土
0.50
16.0
5.2
140
③含淤泥质粘土
1.2
16.2
3.8
160
④粉质粘土
4.80
19.0
12
180
⑤硬塑-坚硬状粘土
9.20
20.5
18.5
310
⑥密实状卵石层
18.10

500

2.处理方案A -- 换填垫层
该写字楼主楼8层，无地下建筑，拟采用条形基础，埋深2.00m，荷载效应标准组合时基础底面的平均压力320KN/m，按上述工程条件及参数,作出如下换填垫层的设计方案。
2.1垫层材料
因为基础埋深为2m,据表1-1场地土主要力学指标可知，场地土2m处有含淤泥质粘土，其承载力仅为160KPa，且压缩模量为3.8MPa,略微偏低，不能承受建筑物的荷载。因此要对地基进行处理，由于淤泥质粘土分布厚度较小，因此选择换填垫层法。结合地层分布情况，垫层材料选择灰土进行换填，灰土适用于处理1-4m厚的软弱土层。
材料要求：灰土垫层采用灰土比例为2:8，土料选用粉质粘土，因为黏粒或胶粒具有一定活性和胶结性，所以要求黏粒含量越高越好，石灰颗粒不大于5mm，消石灰粉质量应符合Ⅲ级以上的标准，活性CaO+MgO含量不低于50%，并且要求在最优含水率情况下分层回填夯实。
2.2垫层承载力
依据《地基工程处理与检测技术》12页表1.6灰土垫层的承载力参考值表，灰土容许承载力为300KPa,根据表1.2可知灰土垫层的承载力特征值为200--300Kpa. 考虑实际工程情况及垫层材料配比，本工程灰土垫层承载力特征值取250Kpa. 垫层铺设后再用检测技术进行测试，确保承载力特征值控制在250Kpa以上。
2.3垫层厚度
垫层厚度的确定度，须先确定基础的宽度，由于埋深d=2m>0.5m,因此基础底面承载力要进行深度修正，公式如下：
fa= fak+ηbγ(b-3)+ηdγm(d-0.5)
式中：
fa-- 地基承载力的设计值；
fak--地基承载力的标准值；
b --基础底面宽度(m)，当b<3m时，取b=3m计,当b>6m时，按6m计算；
d --基础底面的埋置深度(m)，室外地面标高算起；
γ -- 基底下持力层土的天然容重；
γm-- 基底以上土的容重(如为多层土时用换算容重）；
ηb ，ηd -- 基础宽度和深度方面的修正系数。
根据工程地质条件资料可确定本工程项目基本参数如下：
fak=250Kpa.
rm==16.0KN/m3.
d=2m.
Fk=320KN/m .
γG=20KN/m3
又根据表2-1承载力修整系数表，人工填土ηd取1
表2-1承载力修整系数表

一般来说先对地基承载力进行深度修正，然后按计算得到的基底b，若基础宽度大于3m，再考虑是否需要对fak进行宽度修正，现进行承载力特征值深度修正如下：
fa= 250 +16.0×(2-0.5)=274Kpa
由于基础为条形基础，因此基础宽度：

所以基础宽度b=1.4m，基础宽度确定后，再假设灰土垫层厚度为1m。
若满足Pz+Pcz≤faz，即垫层底面的自重应力Pcz （kPa）与附加应力 Pz （kPa）之和，小于同标高处经深度修正后的地基承载力特征值faz（kPa）时，则垫层厚度合理，反之则应重新设置垫层厚度。
对于条形基础而言:

其中：
P k----相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力（kpa）；
P c----基础底面处土的自重应力（kpa）；
B----基础底面的宽度（m）；
Z----基础底面下的垫层厚度（m）；
θ---垫层的应力扩散角；（°）
各种材料垫层应力扩散角见表2-2，由表2-2可确定灰土的应力扩散角去28°
表2-2材料垫层应力扩散角
Z/b
置换材料
中砂、粗砂、砂砾、圆砾、角砾、卵石、碎石、矿渣
粉质粘土、粉煤灰
灰土
0.25
20°
6°
28°
>=0.5
30°
23°
28°

Pc= 0.5×15.6+0.7×16+0.8×16.2 =32kpa
而B=1.4m,Z=1m，θ查表可知为28°。
因此
Pz==134.46kpa
Pcz= 0.5×15.6+0.7×16+1.8×16.2=48.2kpa
查表1-2可得: ηd=1
而垫层底部经深度修正后的地基承载力

Pz+Pcz=134.46+48.2=182.66kpa≤fa=200.2kpa满足要求，垫层厚度1m合理。
2.4垫层宽度
垫层厚度Z=1m，垫层的宽度根据下式确定
B’>=B+2Zxtanθ
得知
B’≥1.4+21.0tan 28°=2.46m
因此垫层宽度B取2.5m。
2.5沉降计算
由于灰土是细粒转换材料，除考虑下卧层变形外，还必须计算置换垫层自身的变形。沉降计算公式采用分层总和法规范修正公式，灰土的压缩模量取为17 MPa。
附加应力P0=Pk-Pc=274-32=242Kpa.
计算详细见下表2-3：

表2-3沉降计算详表

根据计算在4.8米深度处:
△s(mm)=1.13mm<0.025142.73mm=3.57mm
因此沉降影响的范围为基础底面4m内，总沉降为142.72mm为了提高计算准确度，地基变形计算深度范围内的计算变形量还须乘以一个沉降经验系数ψs。
地基土沉降影响范围内压缩模量的当量值计算见表2-4：

表2-4压缩模量的当量值

因此压缩模量当量值：
=0.59
si==6.51Mpa
再查表2-5沉降计算经验系数表：
表2-5沉降计算经验系数
Es
2.5
4
7
15
20
p0>fak
1.4
1.3
1
0.4
0.2
p0<0.75fak
1.1
1
0.7
0.4
0.2

因为Po/fa=0.97所以依据上表可得ψs=1.08，因此地基最终变形量S=ψs=1.08142.72=153.36mm
2.6设计断面
根据上述设计参数绘制该地基换填垫层断面图如图2-1所示

图2-1地基换填垫层断面示意图

2.7检测的技术方法及质量控制标准
检测的技术方法：对于灰土垫层，可采用环刀法，贯入法，静力触探，标准贯入试验，或者轻型动力触探检验；垫层的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。
质量控制标准：压实系数λc要求大于等于0.95,承载力特征值要求大于等于250Kpa.压缩模量要求大于等于17Mpa。

3.处理方案B -- 复合地基
主楼8层，地下室2层。采用框剪结构，箱形基础。基础埋深为地面以下6m。设计要求处理后的复合地基承载力特征值≥280kPa。
根据上述工程条件及参数，作出复合地基处理方案的初步设计。
3.1处理范围
处理范围包括平面范围，要求达到基础范围外一定范围，深度处理范围到硬塑-坚硬状粘土拟设计桩长为5.5m,因此处理深度为基础底面下11.5m。
3.2桩体布置形式
基础内满堂处理，基础外缘再设置2排桩体，平面布置为等边三角形，以保证工程安全。
3.3桩体材料
由于基础埋深为6m，基础底面为粉质粘土，其承载力较低，不满足建筑物荷载要求，选用块石或者卵石等粗粒材料组成碎石桩，并与原地基土共同构成复合地基。碎石桩法适用于处理砂土，粉土，粉质粘土，素填土和杂填土地基。
要求碎石桩材料选取含泥量不大的碎石，卵石，角砾，圆砾等硬质材料。
3.4桩间距及排距
桩间距和排距可用公式进行反算，及根据建筑设计的要求荷载进行反算布桩参数，依据《地基工程处理与检测技术》第51页公式3.16可知，对于小型工程的粘性土地基，如无现场试验资料时，复合地基的承载力特征值可按下式计算：

其中：
fsp,k—复合地基承载力(kpa)；
fs,k—桩间土承载力特征值（kpa）；
m—复合面积置换率；
n—桩土应力比,当无实测资料时可取2—4，原土强度低取大值，反之取小值。
由前述勘察资料可得在6m深度处粉质粘土fs,k=180Kpa,按工程要求 fsp,k ≥280KPa。假设复合地基中桩承担80%的应力，原状土承担20%的应力，及桩土应力比n=4,在2—4之间，因此符合要求。
反算m:

又因为桩体按等边三角形布置，依据《地基工程处理与检测技术》第50页公式3.2:

式中：
d—桩体直径（m）,本次设计取0.7m；
S—等边三角形布桩时的桩间距（m）；
因此可依据上述公式反算桩间距s：
m
本次复合地基处理取碎石桩桩间距S为1.5m。
由于布桩形式为等边三角形布桩，因此排距h= S/2=1.39m，因此排距h=1.3m.
桩孔平面布置图如下:

图3-1 桩孔平面布置图
3.5桩长
所谓桩长，指的是垫层底面以下的实用长度；本次碎石桩设计桩长为5.5m，桩端置于第五层土中：硬塑-坚硬状粘土，其承载力为310MPa和压缩模量18.5MPa，均满足承载力和沉降要求。碎石桩桩体全部制成后，桩体顶部1m左右要挖去，而且还要铺垫30cm厚的碎石垫层，因此为了达到5.5m设计桩长，实际施工时，要将桩长做成6.8m。基础设计埋深为6m即地基开挖深度到达4.7m时，就开始挖孔做碎石桩，碎石桩做成后，再除去顶部桩体1.3m,再铺垫30cm厚的碎石垫层。
3.6复合地基承载力
依据《地基工程处理与检测技术》第57页复合地基地基承载力由公式3.37计算，具体见下式：
fsp,k=[1+m(n-1)]fs,k
式可计算出复合地基承载力fsp,k，且设计碎石桩承担80%的应力，原位土承担20%的应力，因此n=4。依据《地基工程处理与检测技术》第57页，桩体面积置换率为单根桩体面积和所处理地基面积的比值，具体计算公如下：
m=d2/de2
式中：
d为桩体直；
de为单桩分担的处理地基面积的等效影响圆的直径，当采用等边三角形布桩时de=1.05s。
因此
=[1+ （4-1）]180=286.69 Kpa>280Kpa
满足工程需求。
3.7复合地基的压缩模量
根据《地基工程处理与检测技术》第57页，符合地基的压缩模量可按下式计算：
Esp=
式中：
Esp---复合地基土的压缩模量（KPa）；
---桩间土的压缩模量（Kpa），按当地经验取值，或取天然地基压缩模量；
m---面积置换率；
n---桩土应力比；
带入数据计算复合地基压缩模量：
Esp=[1+ （4-1）]12= 19.13 Mpa。
3.8检测的技术方法及质量控制标准
检测的技术方法：对于碎石桩，可采用荷载实验，动力触探原位测试，原位剪切试验；其中荷载实验又分为单桩荷载实验和单桩复合地基荷载实验，前者压板的直径与桩径相等，后者压板的直径与等效影响圆直径相等；同理，原位剪切试验也分为两种：一种是单桩剪切试验，一种是单桩复合土剪切试验，前者环刀直径与桩的直径相等；后者环刀直径与等效影响圆直径相等；本次碎石桩复合地基检测技术方法应结合多种手段综合进行，并且试验的数量要满足规范要求。
质量控制标准：检测的标注包括两个方面即：复合地基承载力特征值要满足设计要求大于或等于设计值280Kpa，复合地基沉降要满足要求，本次标注为压缩模量大于或等于18 Mpa。