中华翰苑6#住宅楼地基处理与基础设计

1 中华翰苑 6#住宅楼地基处理与基础设计 摘 要 随着我国近年来的经济和基础设施建设的发展， 复合地基技术在软土地基处理方面得到了越来越广泛的应用，并出现了很多理论和计算方法。但是由于影响 复合地基承载性状的不确定因素多、问题复杂且难度大，人们对它的认识还不够深入，使理论计算与工程实际存有较大差异，并且造成了在实际工程应用中的安全隐患或浪费，因此有必要对 复合地基承载性状进行进一步研究，使理论研究与实际相吻合并指导实践，从而达到安全适用、经济合理的目的。 本文以中华翰苑 6#住宅楼楼为实例， 介绍 加固软土的机理和复合地基的受力性状，概括 复合地基设计和计算的基本理论，利用这一原理，分析了桩体模量、桩长、置换率等对 复合地基承载性状的影响；说明了在该地区进行地基处理的适用性和推广普及的可行性。 关键词： ；复合地基；筏板基础；地基处理 2 s in to FG of of is it is of so a in or it is FG to so as to of In # as an to FG of FG of of of on FG FG in to 3 目 录 第一章 绪 论 . 1 题的提出 . 1 用地基处理技术 . 1 基处理方法的分类 . 1 基处理设计方案选 择 . 1 复合地基处理技术现状 . 7 究目的及意义 . 9 设计的主要工作与设计思路 . 11 计内容 . 11 计思路 . 11 第二章 原始资料 . 13 程概况 . 13 程勘察情况 . 13 察目的与任务 . 13 土工程勘察等级确定 . 14 察工程布置 . 14 探测试及取土方 法简述 . 14 察工作完成情况 . 15 地工程地质条件 . 16 形、地貌及地质构造条件 . 16 文地质条件 . 16 地土冻结深度 . 16 良地质作用 . 17 下水腐蚀性评价 . 17 动断裂影响 . 17 地地震效应评价 . 17 4 场岩土工程分析与评价 . 18 土参数的分析与选用 . 18 层土承载力特征值及压缩性评价 . 19 土层桩基参数 . 21 第三章 筏板基础设计 . 24 础概述 . 24 板基础的类型 . 26 板基础的结构设计 . 27 板基础平面尺寸确定 . 28 板厚度 . 28 板基础埋深及承载力的确定 . 28 板配筋 . 28 板的平面尺寸 . 29 然筏板基础的变形计算 . 30 板平面尺寸演算 . 31 板基础抗浮锚杆的设置 . 34 板基础的施工与监测 . 35 板基础的施工 . 35 板基础的监测 . 36 第四章 复合地基设计 . 37 点和适用范围 . 37 及其复合地基知识概述 . 37 复合地基加固机理 . 38 加固机理 . 38 置褥垫层的基本原理 . 38 工准备 . 39 术准备 . 39 5 工机具及材料准备 . 40 防设施准备 . 40 基施工工艺流程 . 41 基施工过程 . 41 钻、压灌、成桩 . 43 土、桩头的凿除 . 43 技术要求及质量控制要点 . 44 场纪录要求及注意事项 . 47 合地基设计与参数确定 . 48 设计 . 48 工质量控 制 . 51 工监测 . 51 桩静压 . 51 压振拔技术 . 51 直径预制桩尖的采 用 . 51 . 52 间土检验 . 52 桩和复合地基检验 . 52 工措施 . 52 第五章 结论 . 56 参考文献 . 57 致 谢 . 59 河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪 论 - 1 - 第一章 绪 论 题的提出 近年来随着我国经济的快速发展，多高层建筑蓬勃发展，大量建筑不可避免 的会建在一些软土地层，然而由于软土地基具有孔隙比大、天然含水量高、压缩性强、承载能力低等特点，使得在地基填土和建筑自重作用下，会出现不均匀沉降、承载力和稳定性、渗流等地基问题。当天然地基不能满足建筑物要求时，需要采用各种地基处理措施，形成人工地基以满足建筑物对地基的各种要求，保证其安全与正常使用。结合实际工程地质等条件，选出最优的地基处理方案。 用地基处理技术 基处理方法的分类 地基处理方法的分类多种多样，如按时间可分为临时处理和永久处理，按处理深度可分为浅层处理和深层处理，按土层对 象可分为砂性土处理和粘性土处理、饱和土处理和非饱和土处理，也可按照地基处理的作用机理进行分类，它体现了各种处理方法的主要特点，如表 1示。表中所列的各种地基处理方法都是根据各种软弱土的特点发展起来的，因而使用时必须注意每种处理方法的适用范围。 地基处理的基本方法，无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法。值得注意的是，很多地基处理的效果。如碎石桩具有置换、挤密、排水和加筋的多重作用；石灰桩又挤密又吸水，吸水后又进一步挤密等，因而一种处理方法可能具有多种处理效果。 常用地基处理方法的原理、作用 及适用范围，如表 1示。 基处理设计方案选择 对建造在软弱地基上的工程，在进行设计前，首先应进行调查研究，其内容如下： 结构条件 河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪 论 - 2 - 建筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求、分布和种类；基础类型、布置和埋深；基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数和变形允许值。 地基条件 地形及地质成因、地基成层状况；软弱土层厚度、不均匀性和分布范围；持力层位置状况；地下水情况及地基土的物理和力学性质。 各种软弱地基的性状是不同的，现场地质条件的不同也是多变的，即使同一种土质条件，也 可能有多种地基处理方案。 环境影响 在地基处理施工中应考虑对场地的影响。如采用强夯法和砂桩挤密法等施工时，振动和噪音对邻近建筑物和居民产生影响和干扰；采用堆载预压法时，将会有大量土方运进输出，既要有堆放场地，又不能妨碍交通；采用石灰桩或灌注浆法时，有时会污染周围环境。总之，施工时对场地的环境影响不是绝对的，应慎重对待，妥善处理。 施工条件 a 用地条件 如施工时占地较多，施工虽较方便，但有时却会影响工程造价。 b 工期 从施工观点看，工期不宜太紧，这样可有条件选择施工方法， 从而使其在施工期间的地基稳定性增大。但有时工程要求缩短工期，早日完工投产使用，这样就限制了某些地基处理方法的采用。 c 工程用料 尽可能就地取材，如当地产矿，就应考虑采用矿垫层或挤密砂桩等方案的可能性；如石料供应，就应考虑采用碎石桩或碎石垫层等方案。 d 其它条件 如施工机械的有无、施工难易程度、施工管理质量控制、管理水平和工程造价等因素也是采用何种地基处理方案的关键因素。 地基处理方案的确定可按下列步骤进行： a 搜集详细的工程地质、水文地质及地基基础的设计资料。 b 根据 结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、地层结构、土质条件、地下水特征、周围环境和相邻建筑物等因素，初步选定几种可供考虑的地基处理方案。另外，在选择地基处理方案时，应同时考虑上部结构、基础和河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪 论 - 3 - 地基的共同作用；也可选用加强结构措施和处理地基相结合的方案。 c 对初步选定的各种地基处理方案，分别从处理效果、材料来源及消耗、机具条件、施工进度、环境影响等方面进行认真的技术经济分析和对比。根据安全可靠、施工方便、经济合理等原则，选择最佳的处理方法。但每一种处理方法都有一定的适用范围、局限性和优缺点，没有一 种地基处理方法是万能的，因此也可选择两种或多种地基处理方法组成的综合处理方案。 d 对已选定的地基处理方法，应按建筑物重要性和场地复杂程度，可在有代表性的场地上进行相应的现场试验和实验施工，并进行必要的测试以检验设计参数和处理效果。如达不到设计要求，应查找原因，采取措施或修改设计。各种地基处理方法的主要适用范围和加固效果。 河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪 论 - 4 - 表 1基处理方法的分类表 物理处理 换土处理 挖除换土法 全部挖除换土法 部分挖除换土法 强制换土法 自重强制换土法 爆破换土法 强夯挤淤法 密实处理 浅层密实处理 碾压法 重锤夯实法 振动压实法 深层密实处理 冲击密实法 爆破挤密法 振冲法 挤密法 砂桩挤密法 灰土桩挤密法 石灰桩挤密法 排水处理 力学排水 加压排水 砂井排水法 袋装砂井排水法 塑料带排水法 降水 水井排水法 浅井排水法 井点排水法 普通井点排水法 真空井点排水法 负压排水 电学排水 其它排水 排水砂垫层法 加筋处理 加 筋土 土工聚合物 土锚 土钉 树根桩 砂石桩 热力加固处理 热加固法 冻结法 化学处理 灌浆法 搅拌法 石灰系搅拌法 水泥系搅拌法 水泥土搅拌法 湿法 干法 高压喷射注浆法 河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪 论 - 5 - 表 1用地基处理方法的原理、作用及适用范围 分类 处理方法 原理及作用 适用范围 换土垫层法 机械碾压法 挖除浅层软土或不良土，分层碾压或夯实土，按回填土的材料可分为砂垫层、碎石垫层、粉煤灰垫层、干渣垫层、二灰垫层 和素土垫层等。它可提高持力层的承载力，减小沉降量，消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性，防止土的冻胀作用以及改善土的抗液化性 常用于基坑面积大和开挖土方量较大的回填土方工程，一般适用于处理浅层软弱地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基、季节性冻土地基、素填土和杂填土地基 重锤夯实法 一般适用于地下水位以上的稍湿的粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土以及分层填土地基 平板振动法 适用于处理无粘性土或粘粒含量小和 透水性好的杂填土地基 强夯挤淤法 采用边强夯、边填碎石、边挤淤的方法，在地基中形成碎石墩体，以提高 地基承载力和减少沉降 适用于厚度较小的淤泥和淤泥质土地基。应通过现场试验才能确定其适用性 深层密实法 强夯法 强夯法系利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结二密实 适用于碎石土、砂土、素填土、低饱和度的粉土与粘性土、湿陷性黄土。对淤泥质土经试验证明施工有效时方可使用 挤密法 挤密法系通过挤密或振动使深层土密实，并在振动机密过程中，回填土、砾石、灰土、土或石灰等形成砂桩、碎石桩、灰土桩、二灰桩、土桩或石灰桩，与桩间土一起组成复合地基，从而提高地基承载力，减少沉降量，消除或部分消除土的湿陷性或液化 性 砂桩挤密法和振动水冲法一般适用于杂填土和松散砂土，对软土地基经试验证明加固有时方可使用 灰土桩、二灰桩、土桩挤密法一般适用于地下水位以上，深度为 510排水固结法 堆载预压法真空预压法降水预压法电渗排水法 通过布置垂直排水井，改善地基的排水条件，及采取加压、抽气、抽水和电渗等措施，以加速地基土的固结和强度增长，提高地基土的稳定性，并使沉降提前完成 适用于处理厚度较大的饱和软土和充填土地基，但需要有预压的荷载和时间条件。对于厚的泥炭层则要谨慎对待 加筋法 加筋土、土锚 、土钉 在人工填土的路堤或挡墙内，铺设人工聚合物、钢带、钢条、尼龙绳或玻璃纤维等作为拉筋，或在软弱土层上设置树根桩等，使这种仍复合土体可承受抗拉、抗压、抗剪和抗弯作用，借以提高地基承载力，增加地基稳定性和减少沉降 加筋土和土锚适用于人工填土的路堤和挡墙结构。土钉适用于土坡稳定 土工聚合物 适用于砂土、粘性土和软土 树根桩 适用于各类土 续表 1类 处理方法 原理及作用 适用范围 碎石桩 碎石桩（包括砂桩）适用于粘性土。对于软土，经试验证明施工有效时方向可采用 河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪 论 - 6 - 热学法 热加固法 热加固法是通过渗入压缩的热空气和燃烧物，并依靠热传导，而将细颗粒入加热到适当温度（如温度在 100C 以上），则土的强度就会增加，压缩性随之降低 适用于非饱和粘性土、粉土和湿陷性黄土 冻结法 冻结法是采用液体氮或二氧化碳膨胀的方法，或采用普通的制冷设备与一个封闭式液压系统相连接，而使软而湿的土进行冻结，以提高土的强度和降低土的压缩性 适用于各类土。用于临时性支撑和地下水控制，特别是在软土地质条件下，开挖深度大于 78m，以及低于地下水位的情况下，是一种普遍而有用的施工方法 化学加固法 灌浆法 通过采取 注入水泥浆液或化学浆液的措施，使土粒胶结，用以改善土的特性，提高地基承载力 . 适用于处理岩基、砂土、粉土、淤泥质粘土、粉质粘土、粘土和一般填土层 高压喷射注浆法 将带有特殊喷嘴的注浆管通过钻孔置入要处理的预定深度，然后将浆液以高压冲切土体。在喷射浆液的同时，以一定速度旋转、提升，即形成水泥土圆柱体；若喷嘴提升不旋转，则形成墙状固化体 可用以提高地基承载力，减少沉降，防止砂土液化、管涌和基坑隆起，建成防渗帷幕 适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石等地基。当土中含有较 多的大粒径块石、坚硬粘性土、大量植物根茎或有过多的有机质时，应根据现场试验结果确定其适用程度 水泥土搅拌法 分湿法和干法两种。湿法是利用深层搅拌机，将水泥浆与地基土在原位拌和；干法是利用喷粉机，将水泥粉与地基土的原位拌和。搅拌后形成柱状水泥土体，可提高地基承载力，减少沉降量，防止渗漏，增加稳定性 适用于处理淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力标准值不大于120粘性土等地基。当用于处理泥炭土或地下水且有慢蚀性土时，宜通过试验确定其适用程度 河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪 论 - 7 - 表 1种地基处理方法的主要适用范 围和加固效果 按处理深浅分类 处理方法 适用情况 加固效果 最大有效处理深度（ 淤泥质土 人工填土 粘性土 无粘性土 湿陷性黄土 降低压缩性 提高抗剪性 形成不透水性 改善动力特性 饱和 非饱和 浅层加固 换土垫层法 * * * * * * * * 3 机械碾压法 * * * * * * 3 平板振动法 * * * * * * 锤夯实法 * * * * * * 工聚合物法 * * * * 深层加固法 强夯法 慎重 * * * * * * * 30 砂桩挤密法 慎重 * * * * * * * 20 振动水冲法 * * * * * * * 18 灰土桩挤密法 * * * * * * * 20 石灰桩挤密法 * * * * * 20 砂井堆载预压法 * * * * 15 真空预压法 * * * * 15 降水预压法 * * * * 30 电渗排水法 * * * * 20 水泥灌浆法 * * * * * * * * * 20 硅化法 * * * * * * * * 20 电动硅化法 * * * * * 高压喷射注浆法 * * * * * * * * 20 深层搅拌法 * * * * * * 18 粉体喷射搅拌法 * * * * * * 13 热加固法 * * * * 15 冻结法 * * * * * * * * *表示可以采用此法。 复合地基处理技术现状 复合地基是一种 新的地基处理技术， 复合地基试验研究是建设部“七五”计划课题 , 于 1988 年立题进行试验研究 , 并应用于工程实践， 复合地基试验研究成果于 1992 年由建设部组织鉴定 , 专家们认为：该成果具有国际领先水平； 复合地基成套技术， 1994 年被建设部列为全国重点推广项目 ,1997 年被视为国家级工法，并列入国家行业标准建筑地基处理技术规范，目前 , 该技术已在全国 23 个省市推广使用 , 据不完全统计 , 已有 1000 多个工程使用该技术， 由于在 桩体材料中加入工业废料粉煤灰 , 可以减少环境污染 , 又达到料废物利用的目的 , 具有显著的河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪 论 - 8 - 经济效益和社会效益， 桩体不配筋 , 又充分发挥了桩间土的承载力 , 与普通混凝土桩相比 , 所需桩数较少 , 其造价一般只有桩基的 1/3 1/2, 工程造价也低廉 , 值得重点推广。 随着 复合地基在全国范围内推广及应用 , 特别是近几年的发展， 复合地基技术在我国的基本建设中起了非常重要的作用，从建筑到道路、煤矿均得到普遍应用。特别是近几年，该技术在北方地区的高层建筑地基处 理中得到应用，据不完全统计，已有 300 余栋高层建筑地基处理采用了 加固技术。因此，近年来，对 复合地基各方面的研究也取得了很多成果，关于 复合地基工程特性的研究， 阎明礼 教授和张东刚高工做了大量的试验工作，总结了其工程特性；关于 复合地基的设计，赵其华、李建光提出了沉降量和承载力双重控制的 复合地基的设计思想；关于 桩体材料特性的试验研究方面，范云、汪英珍通过对 桩体材料的室内配比试验，获得了不同配比条件下桩体材料强度变化规律 ，提出了 桩体材料配比是应遵循的某些原则和方法；关于 复合地基承载性状方面，张晶、李斌等进行了大量的试验研究，通过对工程上较软弱土层进行复合地基处理后的静载试验结果，分析了 复合地基承载性状，并对单桩、桩土复合、桩间土、等不同的复合地基试验结果进行了分析对比，得出 的后期强度增长幅度较高，对整体桩的性状是有利结论。关于 复合地基在工程实例中的应用研究， 阎明礼 教授和张东刚高工作了大量的工程实例应用研究，总结了很多工程经验。关于 复合地基的变形 、边载条件、力学特性等的研究，很多专家作了大量的研究工作并得出了相应的规律和结果，这里不再一一赘述。 每一种地基基础处理方法，都有其使用的地质条件和范围，以及特定的施工方法，在不同的条件下，会遇到不同的问题，都要有不同的处理方法。 复合地基处理技术，具有施工速度快、工期短、质量容易控制及工程造价低廉等特点，因此，目前已成为郑州地区高层建筑中主要的地基处理技术之一；但是，由于郑州地区地质条件差别很大，以及周围环境条件的不同，近几年来施工中遇到很多不同的问题，有些导致了不同程度的经济损失，应引起足够 的河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪 论 - 9 - 重视并加以研究，为以后工程提供经验，防患于未然；设计、施工方法的正确与否，关系到工程的安全、造价的高低、工期的长短。总结工程经验，就是为了保证安全、提高质量、缩短工期、节约投资，创建优质工程。 究目的及意义 地基处理的恰当与否，不仅影响工程的造价，而且影响工程的安危，它关系到整个工程的质量、投资和进度，其重要性己愈来愈多地被人们所认识。尤其在软土地区，地基处理是非常关键的环节。大量的工程实践结果表明，水泥土搅拌桩技术在软土地基中的应用，可有效地提高软土的地基承载力，减少地基的沉降量，而且该技术成本 相对低廉，施工速度较快，具有独特的技术和经济优势。 粉煤灰桩加固软土地基技术是以粉煤灰为主掺入适量的水泥等组成胶结材料，与碎石、卵石、砂等骨料拌合形成粉煤灰混凝土桩（ ）。研究结果表明：掺入合适的外加剂后，粉煤灰用量最高可占总胶结材料重量的 80%。其无侧限抗压强度应稳定在 上。该粉煤灰混凝土可用于软土地基加固处理，处理后的复合地基承载力显著提高，处理后的地基沉降量明显减少，能满足一般工业与民用建筑、道路地基的承载力要求。 试点工程表明，用粉煤灰混凝土沉管灌注桩处理软土地基，形成的复合地基承 载力可提高至原地基承载力的 3 倍以上。在民用建筑上与普通砼沉管灌注桩基础相比，其综合基础处理费用可节省约 30%，具有显著的经济效益。在省内高速公路的软基上应用，在相同条件下，用粉煤灰桩加固软土地基比采用水泥搅拌桩节省 15 20%的造价，较好地解决了公路上高填方路基及桥头跳车的难题。粉煤灰的应用是一项变废为宝、利国利民的事业，具有重要的社会意义。粉煤灰桩复合地基的研究为我国沿海地区普遍存在的软土地基处理技术开拓应用空间。 本文以中华翰苑 6#住宅楼为实例，介绍筏板基础 ,加固地基的机理和复合地基的受力性状， 概括 复合地基设计和计算的基本理论，利用这一原理，分析了桩体模量、桩长、置换率等对 复合地基承载性状的影响；河南理工大学本科毕业设计（论文） 第一章 绪 论 - 10 - 说明了 在该地区软土加固的适用性和推广普及的可行性 . 当天然地基不能满足工程建设需求时 ,就必须采取一定的措施 ,对地基进行加固处理是其中一种较为有效的方法。地基处理的目的就是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法 ,对地基土进行加固 ,用以改良地基土的工程特性 ,提高地基的抗剪强度、降低地基的压缩性、改善地基的透水特性、改善地基的动力特性、改善特殊土的不良地基特性等。常用的地基处 理方法很多 ,根据加固机理可以分为密实法、置换法、复合地基法、加筋法及灌浆等。各种地基处理方法都有自己的加固原理及适用范围。 复合地基作为一种高粘结强度桩复合地基 ,是由 、桩间土和褥垫层组成的新型复合地基形式 ,桩、桩间土通过褥垫层与基础相连接保证桩土共同承担荷载 ,具有适用性广、承载力提高幅度大、施工简便工期短、造价低廉等技术优点 ,是上世纪 90 年代以来发展最快的一种方法、受到用户的欢迎 ,目前已在全国各地推广应用。 复合地基具有不同于其它复合地基的工程特性。其桩长可以从几米到 20 多米 ,并且可 全桩长发挥桩的侧阻力 ,桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40% 75%之间变化 ,使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。就基础形式而言 ,既可适用于条形基础、独立基础 ,也可用于筏基和箱形基础。就土性而言 ,可用于填土、饱和及非饱和粘性土 ,既可用于挤密效果好的土 ,又可用于挤密效果差的土。 )像刚性桩一样 ,可全桩长发挥侧阻 ,桩落在好的土层上时 ,具有明显的端承作用。 是一个良好的排水通道 ,孔隙水将沿着桩体向上排出 ,对减少因孔压消散太慢引起地面隆起和增加桩间的密实度有利。此外 复合地基具有时间效应 ,施工结束后 ,随着恢复期的增长 ,结构强度的恢复、桩间土承载力会有所增加。 设计前需要具备场地工程勘察及建筑结构方面的资料 ,并需根据场地基底土、周围环境、建筑物结构布置及荷载传递、地