【毕业设计】地基处理和基础设计的思考

中央广播电视大学毕业论文题目_地基处理和基础设计的思考专业土木工程年级13秋学号学生姓名指导教师论文完成日期2015年11月南京广播电视大学毕业设计（论文，作业）课题审批表教学单位盖章专业13秋本科土木工程学生类别开放本科课题名称地基处理和基础设计的思考填报时间2015年8月5日课题内容简介1、引言在地基基础设计中包括了对基础的设计和对地基的处理，二者是密不可分的。地基处理的好坏将直接关系到基础的选型和造价。2、地基的处理方法常用的地基处理方法有换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法等3、基础结构选型31刚性条形32柱下钢筋混凝土条形33交叉梁条形基础34筏板基础等4、实例分析以某工程地基设计和处理为实例，进行分析和论证。41工程概况及地质情况42地基处理方案选择43基础选型及设计44设计效果5、结论基础设计关键是上部荷载准确性，上部荷载准确性关键是结构选型，即结构计算模型与软件的计算条件（模型）吻合程度。须用两种以上软件进行上部结构计算，对结果分析，手算综合确定上部荷载。指导教师姓名郭枫参加学生姓名郑宝源指导教师意见郑宝源同学选题结合专业实际，选题得当，同意按照此课题审批表撰写论文。签名郭枫市校审核意见审核部门盖章年月日地基处理和基础设计的思考（南京电大江宁分校土木工程专业郑宝源1332101250412）【内容摘要】在地基基础设计中包括了对基础的设计和对地基的处理，二者是密不可分的。地基处理的好坏将直接关系到基础的选型和造价。本文就地基的处理和基础设计进行的讨论。在地基基础设计中，基础的选型必须根据上部结构的荷载、地基土体的承载力和工程造价综合各方面的情况进行确定。【关键词】软弱地基地基处理换填垫层法基础设计目录1引言12地基的处理方法13基础的设计54实例分析641工程概况及地质情况642基础方案比较选择843基础设计944设计效果105结论111引言基础是建筑物和地基之间的连接体。基础把建筑物竖向体系传来的荷载传给地基。从平面上可见，竖向结构体系将荷载集中于点，或分布成线形，但作为最终支承机构的地基，提供的是一种分布的承载能力。假如地基的承载能力足够，则基础的分布方式可与竖向结构的分布方式相同。但有时由于土或荷载的条件，需要采用满铺的伐形基础。伐形基础有扩大地基接触面的优点，但与独立基础相比，它的造价通常要高的多，因此只在必要时才使用。不论哪一种情况，基础的概念都是把集中荷载分散到地基上，使荷载不超过地基的长期承载力。因此，分散的程度与地基的承载能力成反比。有时，柱子可以直接支承在下面的方形基础上，墙则支承在沿墙长度方向布置的条形基础上。当建筑物只有几层高时，只需要把墙下的条形基础和柱下的方形基础结合使用，就经常足以把荷载传给地基。这些单独基础可用基础梁连接起来，以加强基础反抗地震的能力。只是在地基非常软弱，或者建筑物比较高的情况下，才需要采用伐形基础。多数建筑物的竖向结构，墙、柱都可以用各自的基础分别支承在地基上。中等地基条件可以要求增设拱式或预应力梁式的基础连接构件，这样可以比独立基础更均匀地分布荷载。假如地基承载力不足，就可以判定为软弱地基，就必须采取措施对软弱地基进行处理。软弱地基系指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土层构成的地基。在建筑地基的局部范围内有高压缩性土层时，应按局部软弱土层考虑。勘察时，应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况，根据拟采用的地基处理方法提供相应参数。冲填土尚应了解排水固结条件。杂填土应查明堆积历史，明确自重下稳定性、湿陷性等基本因素。在初步计算时，最好先计算房屋结构的大致重量，并假设它均匀的分布在全部面积上，从而等到平均的荷载值，可以和地基本身的承载力相比较。假如地基的容许承载力大于4倍的平均荷载值，则用单独基础可能比伐形基础更经济；假如地基的容许承载力小于2倍的平均荷载值，那么建造满铺在全部面积上的伐形基础可能更经济。假如介于二者之间，则用桩基或沉井基础。2地基的处理方法利用软弱土层作为持力层时，可按下列规定执行1）淤泥和淤泥质土，宜利用其上覆较好土层作为持力层，当上覆土层较薄，应采取避免施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施；2）冲填土、建筑垃圾和性能稳定的工业废料，当均匀性和密实度较好时，均可利用作为持力层；3）对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为持力层。局部软弱土层以及暗塘、暗沟等，可采用基础梁、换土、桩基或其他方法处理。在选择地基处理方法时，应综合考虑场地工程地质和水文地质条件、建筑物对地基要求、建筑结构类型和基础型式、四周环境条件、材料供给情况、施工条件等因素，经过技术经济指标比较分析后择优采用。地基处理设计时，应考虑上部结构，基础和地基的共同作用，必要时应采取有效措施，加强上部结构的刚度和强度，以增加建筑物对地基不均匀变形的适应能力。对已选定的地基处理方法，宜按建筑物地基基础设计等级，选择代表性场地进行相应的现场试验，并进行必要的测试，以检验设计参数和加固效果，同时为施工质量检验提供相关依据。经处理后的地基，当按地基承载力确定基础底面积及埋深而需要对地基承载力特征值进行修正时，基础宽度的地基承载力修正系数取零，基础埋深的地基承载力修正系数取10；在受力范围内仍存在软弱下卧层时，应验算软弱下卧层的地基承载力。对受较大水平荷载或建造在斜坡上的建筑物或构筑物，以及钢油罐、堆料场等，地基处理后应进行地基稳定性计算。结构工程师需根据有关规范分别提供用于地基承载力验算和地基变形验算的荷载值；根据建筑物荷载差异大小、建筑物之间的联系方法、施工顺序等，按有关规范和地区经验对地基变形答应值合理提出设计要求。地基处理后，建筑物的地基变形应满足现行有关规范的要求，并在施工期间进行沉降观测，必要时尚应在使用期间继续观测，用以评价地基加固效果和作为使用维护依据。复合地基设计应满足建筑物承载力和变形要求。地基土为欠固结土、膨胀土、湿陷性黄土、可液化土等非凡土时，设计要综合考虑土体的非凡性质，选用适当的增强体和施工工艺。复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，或采用增强体的载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定。常用的地基处理方法有换填垫层法、强夯法、砂石桩法、振冲法、水泥土搅拌法、高压喷射注浆法、预压法、夯实水泥土桩法、水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法、灰土挤密桩法和土挤密桩法、柱锤冲扩桩法、单液硅化法和碱液法等。（1）、换填垫层法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。（2）、强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土、杂填土和素填土等地基。强夯置换法适用于高饱和度的粉土，软流塑的粘性土等地基上对变形控制不严的工程，在设计前必须通过现场试验确定其适用性和处理效果。强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度，减少压缩性，改善土体反抗振动液化能力和消除土的湿陷性。对饱和粘性土宜结合堆载预压法和垂直排水法使用。（3）、砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基，提高地基的承载力和降低压缩性，也可用于处理可液化地基。对饱和粘土地基上变形控制不严的工程也可采用砂石桩置换处理，使砂石桩与软粘土构成复合地基，加速软土的排水固结，提高地基承载力。（4）、振冲法分加填料和不加填料两种。加填料的通常称为振冲碎石桩法。振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20KPA的粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10的中、粗砂地基。振冲碎石桩主要用来提高地基承载力，减少地基沉降量，还可用来提高土坡的抗滑稳定性或提高土体的抗剪强度。（5）、水泥土搅拌法分为浆液深层搅拌法（简称湿法）和粉体喷搅法（简称干法）。水泥土搅拌法适用于处理正常固结的淤泥与淤泥质土、粘性土、粉土、饱和黄土、素填土以及无流动地下水的饱和松散砂土等地基。不宜用于处理泥炭土、塑性指数大于25的粘土、地下水具有腐蚀性以及有机质含量较高的地基。若需采用时必须通过试验确定其适用性。当地基的天然含水量小于30（黄土含水量小于25）、大于70或地下水的PH值小于4时不宜采用于法。连续搭接的水泥搅拌桩可作为基坑的止水帷幕，受其搅拌能力的限制，该法在地基承载力大于140KPA的粘性土和粉土地基中的应用有一定难度。（6）、高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、砂土、人工填土和碎石土地基。当地基中含有较多的大粒径块石、大量植物根茎或较高的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用性。对地下水流速度过大、喷射浆液无法在注浆套管四周凝固等情况不宜采用。高压旋喷桩的处理深度较大，除地基加固外，也可作为深基坑或大坝的止水帷幕，目前最大处理深度已超过30M。（7）、预压法适用于处理淤泥、淤泥质土、冲填土等饱和粘性土地基。按预压方法分为堆载预压法及真空预压法。堆载预压分塑料排水带或砂井地基堆载预压和天然地基堆载预压。当软土层厚度小于4M时，可采用天然地基堆载预压法处理，当软土层厚度超过4M时，应采用塑料排水带、砂井等竖向排水预压法处理。对真空预压工程，必须在地基内设置排水竖井。预压法主要用来解决地基的沉降及稳定问题。（8）、夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。该法施工周期短、造价低、施工文明、造价轻易控制，目前在北京、河北等地的旧城区危改小区工程中得到不少成功的应用。（9）、水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应根据地区经验或现场试验确定其适用性。基础和桩顶之间需设置一定厚度的褥垫层，保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。该法适用于条基、独立基础、箱基、筏基，可用来提高地基承载力和减少变形。对可液化地基，可采用碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩多桩型复合地基，达到消除地基土的液化和提高承载力的目的。（10）、石灰桩法适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、杂填土和素填土等地基。用于地下水位以上的土层时，可采取减少生石灰用量和增加掺合料含水量的办法提高桩身强度。该法不适用于地下水下的砂类土。（11）、灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理的深度为515M。当用来消除地基土的湿陷性时，宜采用土挤密桩法；当用来提高地基土的承载力或增强其水稳定性时，宜采用灰土挤密桩法；当地基土的含水量大于24、饱和度大于65时，不宜采用这种方法。灰土挤密桩法和土挤密桩法在消除土的湿陷性和减少渗透性方面效果基本相同，土挤密桩法地基的承载力和水稳定性不及灰土挤密桩法。（12）、柱锤冲扩桩法适用于处理杂填土、粉土、粘性土、素填土和黄土等地基，对地下水位以下的饱和松软土层，应通过现场试验确定其适用性。地基处理深度不宜超过6M。13单液硅化法和碱液法适用于处理地下水位以上渗透系数为0。12MD的湿陷性黄土等地基。在自重湿陷性黄土场地，对级湿陷性地基，应通过试验确定碱液法的适用性。14在确定地基处理方案时，宜选取不同的多种方法进行比选。对复合地基而言，方案选择是针对不同土性、设计要求的承载力提高幅质、选取适宜的成桩工艺和增强体材料。3基础的设计房屋基础设计应根据工程地质和水文地质条件、建筑体型与功能要求、荷载大小和分布情况、相邻建筑基础情况、施工条件和材料供给以及地区抗震烈度等综合考虑，选择经济合理的基础型式。砌体结构优先采用刚性条形基础，如灰土条形基础、CL5素混凝土条形基础、毛石混凝土条形基础和四合土条形基础等，当基础宽度大于2。5M时，可采用钢筋混凝土扩展基础即柔性基础。多层内框架结构，如地基土较差时，中柱宜选用柱下钢筋混凝土条形基础，中柱宜用钢筋混凝土柱。框架结构、无地下室、地基较好、荷载较小可采用单独柱基，在抗震设防区可按建筑抗震设计规范第6。1。1L条设柱基拉梁。无地下室、地基较差、荷载较大为增强整体性，减少不均匀沉降，可采用十字交叉梁条形基础。如采用上述基础不能满足地基基础强度和变形要求，又不宜采用桩基或人工地基时，可采用筏板基础（有梁或无梁）。框架结构、有地下室、上部结构对不均匀沉降要求严、防水要求高、柱网较均匀，可采用箱形基础；柱网不均匀时，可采用筏板基础。有地下室，无防水要求，柱网、荷载较均匀、地基较好，可采用独立柱基，抗震设防区加柱基拉梁。或采用钢筋混凝土交叉条形基础或筏板基础。筏板基础上的柱荷载不大、柱网较小且均匀，可采用板式筏形基础。当柱荷载不同、柱距较大时，宜采用梁板式筏基。无论采用何种基础都要处理好基础底板与地下室外墙的连结节点。框剪结构无地下室、地基较好、荷载较均匀，可选用单独柱基，墙下条基，抗震设防地区柱基下设拉梁并与墙下条基连结在一起。无地下室，地基较差，荷载较大，柱下可选用交叉条形基础并与墙下条基连结在一起，以加强整体性，如还不能满足地基承载力或变形要求，可采用筏板基础。剪力墙结构无地下室或有地下室，无防水要求，地基较好，宜选用交叉条形基础。当有防水要求时，可选用筏板基础或箱形基础。高层建筑一般都设有地下室，可采用筏板基础；如地下室设置有均匀的钢筋混凝土隔墙时，采用箱形基础。当地基较差，为满足地基强度和沉降要求，可采用桩基或人工处理地基。多栋高楼与裙房在地基较好（如卵石层等）、沉降差较小、基础底标高相等时基础可不分缝（沉降缝）。当地基一般，通过计算或采取措施（如高层设混凝土桩等）控制高层和裙房间的沉降差，则高层和裙房基础也可不设缝，建在同一笺基上。施工时可设后浇带以调整高层与裙房的初期沉降差。当高层与裙房或地下车库基础为整块筏板钢筋混凝土基础时，在高层基础四周的裙房或地下车库基础内设后浇带，以调整地基的初期不均匀沉降和混凝土初期收缩。4实例分析41工程概况及地质情况江苏某住宅小区,总用地约120亩,总建筑面积约8万M2。主要包括砖混结构住宅楼地上5层,地下一层半地下室,此外还有框架结构商住楼地上4层,框架结构会所地上13层。场地位于长江边,原为农田及鱼塘,地势平坦。据钻探揭露,场地地基土主要由第四系全新统土层组成。场地典型地质剖面图见图1,各土层物理力学参数见表1。S1245086S39507S36506C7C2C41892001201200512010209802031634175686420391859644612391859461752381685图1场地典型工程地质剖面表1地基土工程特性指标一览表土工静探标贯建议值层号FAKKPAESMPAFAKKPAESMPAN击FAKKPAFAKKPAESMPA70704370301470703510078110473110510555130131120140976213012014011015014214062137160150135100501104810050该场区地貌单元为长江低漫滩，地形平坦，在钻探200M深度范围内地层填土、淤泥质粉质粘土、粉土夹粉质粘土、粉土夹粉砂、粉砂夹粉土、粉质粘土夹粉土六个工程地质层。其中层为人类活动扰动层，层层为第四纪全新统长江河口相冲（淤）积层。其中层淤泥质粉质粘土，层厚平均105M，孔隙比较大，强度较差，力学性质一般，压缩性中高，分布稳定，标贯击数标准值N10击，单桥静探PS标准值0688MPA，承载力特征值70KPA，不宜作为拟建住宅基础的直接持力层；层粉土夹粉质粘土，层厚平均212M，分布稳定，压缩性中等，水平向土质较均匀，标贯击数标准值N28击,单桥静探PS标准值1207MPA,承载力特征值105KPA。可作为拟建建筑物基础的直接持力层；层粉土夹粉砂和层粉砂夹粉土，分布稳定，压缩性中等，承载力较好，是好的下卧层，可作桩基持力层选择。场地地下水类型为孔隙潜水，赋存于第四系全新统冲积层中，主要含水层为粉土和砂性土，富水性一般。稳定水位埋深为060M标高140M左右,年水位变幅为10M左右。潜水主要受大气降水垂直补给及地表水体侧向补给，地表水体与地下水呈互补关系。场地地形平坦，径流缓慢。排泄方式为就地泄入地表水体、自然蒸发等。地下水对混凝土结构及长期浸水部位的钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性，对干湿交替处的钢筋混凝土中的钢筋有弱腐蚀性。场地现状地面标高200M左右,考虑江边取土困难，为减少场地土方回填工程量及与周边规划市政设施标高协调,建筑0000标高定为250M。42基础方案比较选择根据地质报告,本区地震动峰值加速度为005G,基本烈度为度。场地类别为类,特征周期为045S，属可建设的一般场地。场地地下水位较高。场地内土层分布连续,各层土力学性质差异较大,上部为软弱土层。本工程为房地产开发住宅小区,甲方对基础方案的要求是造价低,施工速度快。为满足甲方要求,使基础设计达到最佳技术经济效果,基础设计时进行以下几种地基基础方案经济技术比较,从中选出最佳方案。一天然地基大开挖后利用层粉土夹粉质粘土作持力层有利条件场区为农田，近边无重要管线和建筑物、道路等，开挖的环境条件较好，有利于开挖机械操作和堆土。不利条件一是土方开挖工程量大；二是地下水位高,开挖时面临流土流砂及基坑边坡塌方问题。优点施工方便，工期短。缺点受天气条件影响大。三是层粉土夹粉质粘土承载力特征值105KPA，工程特性一般，建筑物可能会产生较大沉降。二复合地基方案采用水泥土搅拌桩进行地基处理桩端持力层为层粉土夹粉砂此方案技术比较成熟,使用经验较多,施工周期相对较短,经济性比较好,因此选一栋典型住宅9楼,以相对造价较低的水泥土搅拌桩进行初步设计及经济分析。根据基础图,搅拌桩总桩数903根。处理要求复合地基承载力达到130KPA。搅拌桩桩径为500MM；28天龄期水泥土试块无侧限抗压强度达到1500KPA。根据地质报告,桩长控制到层粉土夹粉砂中,平均桩长为45M。根据文献4,单桩承载力RA的确定根据地质条件RA185KN；根据桩身强度RA298KN。取以上二者的小值,即RAMINRA1,RA285KN。搅拌桩工程量L9034540635米。按本地粉喷桩市场价估算造价约12万元。三采用换填垫层法对浅层软弱土层进行处理方案换填垫层法采用砂石垫层,将表层素填土、淤泥质土等不良土全部置换。其加固机理是1置换作用。将基底以下软弱土全部或部分挖出,换填为较密实材料,可提高地基承载力,增强地基稳定。2应力扩散作用。基础底面下一定厚度垫层的应力扩散作用,可减小垫层下天然土层所受的压力和附加压力,从而减小基础沉降量,并使下卧层满足承载力的要求。3加速固结作用。用透水性大的材料作垫层时,软土中的水分可部分通过它排除,在建筑物施工过程中,可加速软土的固结,减小建筑物建成后的工后沉降。4均匀地基反力与沉降作用。保证基础底面范围内土层压缩性和反力趋于均匀。换填垫层法具有提高承载力、增加地基强度、减少基础沉降、垫层采用透水材料可加速地基的排水固结的优点,而且可就地取材,施工方便,不需特殊的机械设备,与粉喷桩方案比较，既能缩短工期,又能降低造价，但与天然地基方案比，均需大开挖，工期延长，费用也有所增加。选9楼,按照处理后复合地基承载力FSPK达到120KPA估算。根据砖混结构计算结果,按照文献4421条,估算取垫层厚1200MM,采用37砂石，垫层面积约为890M2,所需砂石垫层体积V128901068M3。按照当地材料价格及设备台班等综合费用,折算到每立方米造价约100元/M3,本方案估算造价为1068万元。由以上分析可见,在相同条件下,方案1天然地基方案工期短，造价低,为优先采用方案。考虑沉降控制要求，可用方案2复合地基方案。43基础设计根据设计经验,六层砖混住宅采用条形基础,采用大开挖天然地基方案，基底埋深210M左右。四层框架结构商住楼采用柱下独立柱基,采用复合地基方案，处理后复合地基承载力FSPK130KPA。虽然换填垫层法有加速固结和均匀地基反力与沉降作用,但由于场地内土层分布不连续,各层土力学性质差异较大,软弱土层发育,土层压缩模量小。沉降计算表明,采用天然地基和复合地基，建筑物会有一定沉降和沉降差。因此应针对不同的结构类型和地基情况,采取有效措施1对于独立柱基础框架结构的商住楼,在计算中,按地基承载力确定出基础底面尺寸之后,通过沉降计算,逐个调整基础面积,使计算沉降差满足规范要求；在构造上,设置纵横向基础梁,并适当加强。由于土层分布不连续,部分位置相邻近基础下土层变化很大,此时除采取前述措施外,还应适当加强上部结构,提高上部结构对不均匀沉降的抵抗能力。2对于砖混结构住宅,首先应通过沉降计算,调整基础面积,使沉降差满足规范要求。由于砖混结构对不均匀沉降很敏感,容易因为不均匀沉降而产生裂缝。为加强结构抵抗不均匀沉降能力,设计采取如下技术措施1加强基础刚度,设置并加强地圈梁。2合理布置纵横墙,纵横墙应尽量贯通,并控制横隔墙的间距不大于建筑物宽度的15倍。3合理设置圈梁,增强建筑物的整体性,在一定程度上能防止或减少裂缝的出现,即使出现了裂缝也能阻止裂缝的发展。4控制建筑物的长高比。建筑物的长高比控制在25至3之间时,可减少建筑物的相对弯曲,房屋不易出现裂缝。较长建筑可通过合理设置结构缝分为长高比适当的几个结构单元。根据文献11029条,建筑物在施工期间及使用期间进行变形观测。沉降观测点埋设及变形观测应按文献3中有关要求。在图纸中应明确标注沉降观测点位置及沉降观测要求。44设计效果施工严格按照设计要求,天然地基特别做好验槽工作，必要时作施工勘察。复核地基做好静载试验工作。复合地基竣工验收按照文献4附录A进行载荷试验。加荷分级不应少于8级。最大加载量不应小于设计要求的两倍。每加一级荷载读一次承压板沉降量,以后为每隔半小时测读一次,当一