地基课程设计word版本.doc
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此文档收集于网络,如有侵权请联系网站删除 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 此文档仅供学习和交流 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。- 配套讲稿:
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