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1、换土垫层法地基处理工程课程设计计算书课题名称：换土垫层法设计学生学号：专业班级：学生姓名：学生成绩：指导教师：换土垫层法地基处理工程课程设计计算书一、地基处理方案论证由于建筑地基大部分在暗滨区域，因此必须进行处理。若打钢筋混凝土短桩，费用比较昂贵；若采用水泥混凝土搅拌桩，由于暗滨土中有机物含量较高，因此处理效果可能不好；若采用基础梁跨越低，则因暗滨宽度太大而不可能，故采用砂垫层处理，置换暗滨填土，则既可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。因此，对各种地基处理方案进行技术经济比较，决定采用砂垫层处理方案。二、计算垫层厚度对于砂垫层厚度的确定，可先假设一个垫层
2、的厚度，然后再根据下卧层地基承载力，按公式进行验算，若不符合要求，则改变厚度，重新再验算，直到满足要求为止。由于暗滨深度为2.8m,基础埋深d=1.3m,因此砂垫层厚度假设为1.5m,其干密度2要求大于1.6t/m1计算基础底面平均压力Pk:基础自重和基础以上的土重 Gk= y GAd- T wAhw=20X1.3X1.3 9.8X1.3X (1.30.5)=27.3kN故荷载效应标准组合时，基础底面平均压力Pk=(Fk+Gk)/A=(145+27.3)+1.3=132.6kPa2计算基础底面处土的自重压力Pc:Pc=J2 丫 h=18.5X0.8+ (18.59.8) x 0.5=19.2k
3、Pa3计算垫层底面处土的自重压力Pcz:Pcz=E T ihi=(18.69.8)X 2.0+18.5X 0.8=32.2kPa4计算垫层底面处的附加压力Pz:由砂石垫层厚度z=1.5m,基石宽b=1.3m,得z/b=1.5/1.3=1.15 >0.5取压力扩散角9 =30° ,则垫层底面处的附加应力Pz=b(P-PC)/(b+2ztan 8)=1.3 X (132.6 19.2) /(1.3+2 xl.5Xtan30° )=40.87kPa5 .计算下卧层地基承载力设计值由表1可得砂垫层底面处淤泥质粉质粘土的地基承载力特征值Fak=68kPa,再经深度修正后可得下卧
4、层地基承载力设计值为：faz=fak+ r b y (b - 3)+ 4 d 丫 m(d+Z0.5)=68+0+1 X (18.5 9.8) X2+18.5X 0.8 X (2.8 0.5) /2.8=94.5kPa6 .下卧层承载力验算垫层的厚度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下卧层地基承载力的要求，即：FZ+ Pcz=48.7+32.2=80.9< faz=94.5kPa,满足设计要求故砂石垫层厚度取1.5m四、确定垫层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
5、基础沉 降增大。宽度计算通常可按扩散角法。b' =b+2ztan 8 =1.3+2X1.5 Xtan30° =3.0m,按 1:1.5 边坡开挖五、沉降计算换土垫层后建筑物的地基沉降由垫层自身的变形量S1和下卧层的变形量S2两部分（P 二 P）hS1组成，其中：2E式中h一砂垫层厚度(m)0对条形基础，压力扩散系数a可按下式计算：b。a=-=1.3/ (1.3+2X 1.5Xtan30 ) =0.429b 2htg(1)对砂垫层压缩模量Es可取20MPa,则砂垫层自身的变形 Si为:si 二(P 二 P)h2Es一_ 一一_ 一 _3 _ _3二(132.6+0.429X 1
6、32.6)X 1.3X 103/(2X20X103)=6.16mm（2）下卧层土的变形量S2可按分层总合法分层总和法规范修正公式计算S2=:sS =1J，PoEsi垫层底面处的附加压力P0=Pz=48.7,因而，可计算 AS；:Z=0 2m （第二层土）：S：= Zia48.73.872 1.3672 = 34.4mmZ=27.7m （第三层土）：PoEiZi : i -Zid:-id48.72.137.7 0.6268 -2 1.3672 =47.8mm11M确定Zn：由表2知,Z=13m深度范围内的计算变形量 S AS'=99mm,相应于Z=12.413m的土层的计算量2.1/99
7、=0.0021三0.025 ,满足要求，故可确定地基变形量的计算深度Zn=13m确定n'、A由公式Es = _J确定Zn的深度范围内的压缩模量的当量值 Es:£ 3 / EsiES =7ZF0Zi«i -0xo(0 1EsiP0 Zn ： n - 0：一。( P0 Z2>2-Zi M+、十Es2P0十 ( 、'Zn'n Zn。Esn48.7 5.0231.7492 12.3595 x 0.447310.0.3400 10.0442 x 0.0830、48.7 + I< 3.872.131.931.931.931.93 )=2.5Mpa表1
8、：下卧层土的变形量S2的计算结果（一）土层号自垫层往下 的深度2L/b'2Z/b'EsioT=4 oi22.0101.33.870.874637.7105.12.130.5336410.0106.71.930.4560412.0108.01.930.4080412.4108.31.930.3894413.0108.71.930.3864土层号2 aP°/Esizi oti -ZjO(i S：卜卧层土的变形量S2的计算结果（二）表3:21.749212.5841.749222.022.034.108722.8642.359553.975.944.556025.2330.
9、447311.387.244.896025.2330.34008.695.844.940225.2330.04421.196.945.023225.2330.08302.199.0查表6-4 （土力学教材）R三0.75f ak的Q = 1.1,因而地基的沉降量 9: nS2 =q、v 6 W.1 99=108.9mm i 1所以综上地基的最终沉降量：S= S； +S2 =108.9+6.2 =115.1mm <b】=200mm六、施工设计1 .垫层材料垫层材料为砂石垫层，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% （排水砂石垫层不应超过
10、3%）, 该垫层的总厚度为1.5m2 .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，此工程中为砂石垫层，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。对于砂石垫层，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 .分层厚度砂石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200300mm,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
11、度（mm）每层压实遍数平碾（812t）20030068蛙式行（516t）200250816平板振动器150250插入式振动器1502505.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 150300mm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
12、填七、质量控制与检验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。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。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。在本工程中的砂垫层中，对于中砂，要求最小干密度 ；对于粗砂，要求最小干密 度；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。采用环刀法检验垫
13、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50100m2不应少于1个检验点；对基槽每1020m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。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。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1%,且不应少于3点八、主要参
14、考文献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袁聚云等土木工程专业毕业设计指南（岩土工程分册）北京：中国水利水电出版社，1999；4 地基处理编写委员会地基处理手册北京：中国建筑工业出版社，2000；5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；6湖北省地方标准建筑地基基础技术规范（DB42/242 2003） ；7祝龙根等地基基础测试新技术北京：机械工业出版社，2002；8地基与基础工程新技术实用手册；9龚晓南地基处理新技术西安：陕西科学技术出版社，1997；10周景星等基础工程北京：清华大学出版社，2000；11 赵明华基础工程北京：高等教育出版社，2003；12吴湘兴土力学及地基基础武汉：武汉大学出版社，2000。