地基基础方案.docx

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地基基础方案

地基基础方案评价

1、天然地基上的浅基础

设计为六层住宅楼,砖混结构，拟采用天然地基上的浅基础,最大线荷载FK=300kN/m。

根椐场地地质条件对浅基础进行评价：

①、属先确定持力层，根椐场地地质条件，第②层可做为基础的持力层，其承载力特征值fak=150kPa。

基础埋深d=2.0m。

②、求持力层修正后的承载力特征值fa（深度修正）：

根椐5.2.4公式：

fa=fak+ηdγm（d-0.5）

式中：

fak---持力层承载力特征值=150kPa

ηd=1.6,（根椐基底下土的类别，查表5.2.4：

e=0.821,IL=0.35）若为湿陷性黄土或新近堆积黄土（Q42）应按GBJ25-90规范表3.0.4确定。

γm-----基础底面以上土的加权平均重度=16.5kN/m3,

d----基础埋深=2.0m

代入计算为：

fa=150+1.6×16.5×（2-0.5）=189.6kPa。

③、计算基础宽度b:

根椐基础面积计算公式代入计算：

A=Lb≥

=

m取2.2m

式中:

FK---基础顶面的竖向力=300kN/m

fa----修正后的地基承载力特征值=189.6kPa

L、b---基础的长度和宽度（条基时，L取1.0米）

γ---基础及上伏土的平均重度=20.0kN/m3

④、求基底压力PK：

根椐5.2.2-1公式

式中：

Fk=300kN/m

Gk=Lbdγ=1×2.2×2.0×20=88kN

A=1×2.2m

将参数代入计算后得pk=176.4kN/m2（kPa）

⑤、根椐5.2.1-1式：

fa≥pk判定地基强度是否滿足要求。

以上计算的fa=189.6kPa,pk=176.4kPa,

滿足5.2.1-1式fa≥pk,地基强度滿足要求。

⑥、验算下卧层的承载力

⒈已知下卧层的fak=100kPa

⒉下卧层顶面以上地基土的加权平均重度为

：

γm=

=

kN/m3

⒊求下卧层（第③层粉土）修正后的地基承载力特征值fa:

fa=fak+ηdγm（d-0.5）

式中：

fak=100kPa

ηd=1.5（第③层粉土Ip=8.1ρw>10%）查表5.2.4。

d=6.0m（第①层2.0m,第②层4.0m）γm=18.3kN/m3

代入计算得：

faz=100+1.5×18.3×（6-0.5）=250.98kPa=251kPa

⒋求软弱下卧层顶面以上土的自重压力值pcz：

pcz=2×16.5+4×19.2=109.8kPa

⒌求软弱下卧层顶面处的附加压力pz-：

本例为条形基础应采用5.2.7-2公式计算:

pz=

，首先

根椐表5.2.7求应力扩散角θ值：

已知ES1=16.0MPa（软层之上，第②层）ES2=3.5MPa（下卧层第③层）

ES1/ES2=16.0/3.5=4.75，取5.0。

﹙注：

当ES1/ES2＜3时，不能用规范中5.2.7-2和5.2.7-3式计算﹚z=4.0m﹙基础底面至软弱下卧层顶面的距离﹚，b=2.2m，z/b=4/2.2=1.8>0.5查5.2.7表得θ=250。

PK=176.4kPaPc=γd=16.5×2=33.0kPa﹙Pc为基础底面处土的自重压力值﹚代入公式得：

pz=52.93kPa。

pz+pcz=52.93+109.8=162.73kPa＜faz=251kPa

符合公式:

pz+pcz≤faz下卧层强度满足要求。

2、人工地基上的浅基础（灰土垫层）

根据建筑物使用要求及场地地质、水文地质条件，建议采用灰土垫层法对地基进行处理，即采用大开挖，挖除第①层及部分第②层，换填2.0m厚的3:

7灰土垫层，在灰土垫层之上做独立基础。

灰土垫层的初步设计如下：

（1）依据JGJ79-2002规范第4.2.1条，垫层的厚度Z应根据下卧层的承载力确定，并符合下式：

Pz+Pcz≤faz

式中：

Pz-垫层底面处的附加压力

Pcz-垫层底面处土的自重压力

faz-垫层底面处土层的地基承载力特征值（深度修正后）。

（2）、灰土垫层的承载力

灰土垫层的承载力宜通过现场载荷试验确定，本工程的地基础设计等级为丙级，当3:

7灰土垫层的压实系数不小于0.95时，其承载力特征值fa可采用200kPa。

（3）、计算基础底面面积A：

根据基础面积公式：

条形基础公式：

b≥Fk/fa-γd

正方形基础公式：

b=L≥

矩形基础公式：

A=Lb≥Fk/fa-γd

注：

一般将有偏心荷载的建筑设为矩形，可先按中心荷载作用计算基底面积A，根据偏心荷载的大小，将基底面积增大10-50%后，即：

A=1.1-1.5A0，一般在设基础长宽比：

n=l/b=1.5则有：

基础宽度：

b=

基础长度：

L=1.5b就可以了。

根椐基础形式按下面公式求算A：

矩形基础的面积计算公式：

A=

≥

灰土垫层的地基承载力特征值﹙不做深度修正﹚fa=200kPa，单柱荷重Fk=3000kN，基础埋深d=1.50m，基础及上伏土的平均重度

γ=20kN/m3。

代入矩形基础面积计算公式：

A=

=

=17.64m2

﹙因需考虑有偏心荷载，需将基底面积增大30%，

即A=17.6×1.3=22.88M2基础宽度b=

=3.9m

基础长度L=1.5×3.9=5.9m﹚

（4）、灰土垫层强度fak的验算

灰土垫层的强度要滿足GB5007-2002规范中5.2.1-1式：

fak≥pk求基础底面处的平均压力值pk：

按GB5007-2002规范中5.2.2-1公式：

式中：

FK----上部结构传至基础顶面的竖向压力=3000kN

GK---基础自重和基础上的土重；矩形基础GK=L.b.d.γ

（式中:

L、b、d分别为基础础的长度、宽度和埋深；γ为基础和上伏土的平均重度取20kN/m3）

A----基础底面面积。

取23.0m2

基础自重和基础上的土重：

GK=3.9×5.9×1.5×20=690.3

代入公式

=

kPa

灰土垫层的fa=200kPa≥基础底面处的平均压力值Pk=160.44kPa,灰土垫层的强度滿足要求,但基础面积过大，上部荷载如超过2500KN时，地基承载力要求大于250Kpa才行。

（4）灰土垫层厚度验算

1、求灰土垫层底面处的附加压力值PZ:

矩形基础：

pz=

式中：

b---矩形基础底面的宽度=3.9m

L---矩形基础的底面长度=5.9m

Pk---基础底面压力=160.44kPa

pc---基础底面处土的自重压力=dγ=1.5×18.2=27.3kpa

z----基础底面下垫层的厚度=2.0m

θ—垫层的压力扩散角灰土取28°（tan28°=0.53）

pz=

=

②、求垫层底面处土的自重压力pcz_=

（垫层底面到地面的距离为3.5m，第①层的平均重度为17.5kN/m3）

pcz=3.5×18.2=63.7kPa

pz+pcz=63.45+63.7=127.15kPa

③、求垫层底面处土层经深度修正后的地基承载力特征值faz：

可根椐下式计算：

faz=fak+ηdγm（d-0.5）

式中：

faz---经深度修正后的下卧层承载力特征值；

fak----下卧层的承载力特征值=100kPa

ηd-----承载力的深度修正系数=1.0

γm---------基础（垫层）底面以上土的加权平均重度=18.2kPa

d------灰土垫层底面的埋置深度=3.5m

代入公式计算：

faz=fak+ηdγm（d-0.5）=100+1.0×18.2（3.5-0.5）=154.6kPa

faz=154.6kPa≥pz+pcz=63.45+63.7=127.15kPa

下卧层强度滿足要求。

（5）灰土垫层的宽度

整片垫层的平面处理范围，毎边超出建筑物外墙基础外缘宽度，不应小于垫层的厚度，并不应小于2.0m

（6）垫层的施工

a、灰土垫层土的填料要求：

灰土垫层的灰、土体积比宜为2：

8或3：

7，土料粒径不得大于15mm，宜用不含松软杂质的粉质粘土,不宜使用块状粘土及砂质粉土，灰土所使用的消石灰应符合Ⅲ级以上标准，石灰应消解3-4天，并筛除生石灰块后再使用。

其粒径不得大于5mm，灰土混合料应拌合均匀，含水量适中，简易别方法是：

捏紧成团，落地开花。

b、灰土垫层的碾压机具及虚铺厚度：

应选用12-16吨双轮震动压路机，其虚铺厚度应控制为20-30mm。

C、在地下水位以下的基槽（坑）内施工时，应采取排水措施，使在无水状态下施工，入槽（坑）内的灰土，不得隔日夯打碾压，夯实后的灰土三日内不得受水浸泡。

（7）、灰土垫层的质量检验：

可采用环刀法（采取原状土试样）贯入法、静力触探、型动力触探、标准贯入试验等方法进行检验。

一般采用环刀法：

取样点应在每层厚度的2/3深度处，检验点数：

对大基坑每50-100m2应有一个检测点；

对基槽每10-20m长度内应有一个检测点；

对每个独立柱基内应有一个检测点；

质量要求：

灰土垫层的压实系数λc≥0.95γd=15.0kN/m3

垫层竣工验收若采用载荷试验检验其承载力时，每个单体工程不宜少于3点。

（7）基坑开挖及边坡稳定

采用大开挖方式进行灰土垫层施工，基坑开挖深度一般达3.5m，椐剪切试验结果，按朗肯理论，粘性土侧壁允许自立高度HC按下式验算：

HC=2c/γ[tna（45+φ/2）]

式中：

HC—允许自立高度（米）

c---侧壁土体粘聚力，取标准值22.2kpa

Ф--侧壁土体内摩擦角，取标准值19.50

γ--侧壁土体的天然重度，取平均值18.5kN/m3

经验算,侧壁土层允许自立高度为3.4m，根据当地经验,可以直立开挖，严禁在坡顶面进行堆载和浸水。

3、卵石垫层

卵石垫层的适应条件与灰土垫层基本相同，但不适宜于湿陷性黄土地基，其评价、计算方法与灰土垫层一样，只是填料不同而己，主要注意以下几点：

（1）、卵石填料的标准要求：

要求采用级配卵石，其配比关系宜为4：

3：

3即：

卵石4（砾径50≥d≥20mm）:

圆砾3（砾径20≥d≥2mm）:

中粗砂3（砾径2≥d≥0.25mm）。

最大砾径不超过50mm，含泥量﹙＜0.1mm颗粒含量﹚不超过3%。

（2）、建议施工参数：

1、使用16-18吨振动压路机；

2、压路机行驶度≤50m/min；

3、毎层压实填料虚铺厚度≤40cm；

4、毎层先静压两遍，再振压8遍。

（3）、填层施工：

根椐施工经验，施工前应先将符合质量要求的卵石填料人工拌合均匀后，运至坑底虚铺40cm厚，在静压前，洒水使填料处于湿润状态（含水量控制在8-12%即可），然后用振动压路机先静压2遍，再振压8遍，碾压时，先按长度方向行驶，然后补压短边没压到的地方，以保证卵石填料均匀获得规定遍数的压实功能。

垫层的底面宜铺设在同一标高上，如深度不同，基底土层面应挖成阶梯或斜坡搭接，并按先深后浅的顺序施工，搭接处应碾压密实。

分段施工时，接头处应做成斜坡，每层错开0.5-1.0米，并应碾实。

在土地其上做卵石垫层时，为防止基坑底面表层软土发生局部破坏，应在基坑底部及四侧先铺一层砂（0.3米）,然后再铺卵石垫层。

砂卵石填料中，不得含有草根、垃圾等有机杂物。

在地下水位高于基坑（槽）底面施工时，应采取排水或降低地下水位的措施，使基坑（槽）保持无积水状态（如用水撼法或插入振动法施工时，应有控制地注水或排水）。

垫层铺筑前，应先验槽，注意浮土应清除，边坡必需是稳定的，以防塌土，如发现基槽（坑）两侧附近如有低于地基的空洞、沟、井、古墓穴等，应在未做地基前加以填实处理。

（4）、垫层施工质量检验标准及方法：

主要有以下3种方法：

1、静载荷试验法（按GB50007-2002规范附录C、D中的要求确定）

2、N120超重型动力触探法；（按有关经验：

N120=3-6稍密；N120=6-10中密；N120=10-20密实；进行确定）

3、灌水法、灌砂法（按GB/T50123-19995.3-5.4节要求试验）各层平均干重度应≥21.0kN/m3（中密）。

（5）、卵石垫层承载力特征值fak的确定

由静载荷试验确定或由N120超重型动力触探试验确定。

由灌水、灌砂法确定其压实系数后，根据压实系数按JGJ79-2002表4.2.6确定：

当压实系数在0.94-0.97时，对于地基基础设计等级为丙级的建筑，其承载力特征值可取200-300kPa。

（6）、卵石垫层的宽度：

卵石垫层的宽度与灰土垫层的宽度的计算、确定方法相同。

4、灰土桩复合地基（置换法、挤密法）

灰土桩复合地基（置换法、挤密法）用于处理新近堆积黄土（Q42），湿陷性黄土、人工填土及非饱和软土地基，（其处理深度一般为5-15m，当地基土的含水量大于24%，饱和度大于65%时，不宜适用此方法）既可提高承载力，减少建筑物沉降，又可消除黄土湿陷性。

洛阳地区对此应用较多（特别是置换法），方法是：

用洛阳铲成孔，然后向桩孔内分层填入3：

7灰土，采用夹杆式偏心轮夯实机进行夯实，锤重可采用110kg,落距0.8m，连续夯击，毎分钟夯击次数，应在检验灰土的干重度滿足设计要求后再确定（灰土的干重度一般应不小于15.5kN/m3）。

灰土（置换）桩的具体评价内容

a、灰土桩的适宜性

根据场地地层特征，地下水及周边环境条件，为提高地基土的承载力及部分消除地基的湿陷性，建议采用灰土桩对地基进行整片加固处理。

b、灰土桩的初步设计与施工

根据设计要求，处理后的复合地基承载力特征值fspk≥180kPa，基础埋深1.5m，根据场地地质条件，选择桩的入土深度8.0m，以第④层黄土状粉质粘土为桩端持力层。

根据置换法复合地基承载力的经验公式，确定复合地基的面积置换率m：

fsPk=mfpk+（1-m）fskm=fspk-fsk/fpk-fsk

式中：

m——面积置换率

fspk——复合地基承载力特征值，取180kPa；

fpk——灰土桩的承载力特征值（初步设计时，由经验确定：

一般为500-600kPa，考虑到施工及令期等因素，fpk取500kPa）；

fsk—桩间土承载力特征值，取天然地基土承载力特征值110kPa；

计算：

m=0.18取0.20

又：

根据m=Ap/Ae

式中：

Ap——桩的截面积；

Ae——一根桩所承担的处理面积；

设桩径d=0.4m，桩间距s按2.0倍桩径，取0.85m，按等边三角形布桩，则：

Ap=1/4πd2=0.125Ae=sin60s2=0.626m=0.20

复合地基的平面处理范围应超出基础边缘2.5m，超出部分的桩距可取0.7m，在桩孔内夯填3:

7灰土，要求处理后灰土的平均干重度≥15.5kN/m3，灰土桩复合地基承载力特征值≥180kPa。

灰土桩施工完后，在桩顶和基础之间铺设600mm3:

7灰土垫层（垫层的压实系数应达到0.95）。

施工工艺：

建议采用机动洛阳铲成孔，桩孔3：

7灰土的回填夯实采用夹杆式偏心轮夯实机，夯实机所选锤重，落距可根据设备情况具体选定。

为使3：

7灰土桩的压实系数≥0.96，其对应的平均单位夯实能与GB/T50123-1999规范轻型击实试验的单位体积夯实能值592.2KJ/m3相同，因此，在实际施工中在选择锤重、落高、次填料厚度时，应满足下式要求：

w×H×n/F×h≥592.2KJ/m3

式中：

w—夯锤重量KN

H—夯锤高度m

n—每次填料后的夯次数

F—桩孔断面面积=1/4πd2（m2）

h—每次填料的厚度m

根据上式，若采用锤重w=1.2kN（120kg）夯锤高度H=1.0m

每次填料后的夯次数n=15次

桩孔断面面积F=1/4πd2（d取0.4m）=0.12566（m2）

每次填料的厚度h=0.2m代入计算：

单位体积夯实功=716.2KJ/m3

根据干重度的要求，在施工前，应做击实试验。

以求得3：

7灰土的最优含水量和最大干重度。

最终确定施工参数（即3：

7灰土的虚铺厚度和夯实击数等）。

C、质量检验

对本工程（丙类建筑），应检测处理深度内桩体和桩间土的干重度；抽检数量不应少于桩总数的1%；竣工验收时，承载力的检验应采用复合地基载荷试验，且不少于3个荷载试验点。

挤密法：

灰土桩挤密地基是由钢管打入土中，将管拔出后，在形成的孔中填入2：

8或3：

7灰土，加以夯实而成。

经此处理后的地基承载力特征值按JGJ79-2002规范规定：

初步设计时，对灰土挤密桩复合地基承载力特征值，不宜大于处理前的2倍，并不宜大于250kpa（对土挤密桩复合地基承载力特征值，不宜大于处理前的1.4倍，并不宜大于180kpa）。

一般构造要求：

桩身直径一般为300-450mm，深度5-15m，平面布置为等边三角形排列，桩距s按有效挤密范围一般取2.0-2.5d，排距0.866s，地基挤密面积应每边超出基础宽0.2倍，桩顶一般设0.5-0.8m厚的2：

8或3：

7灰土垫层，其压实系数不应小于0.95。

5、水泥土搅拌法

一、分类及适用条件

水泥土搅拌法根据固化剂掺入状态的不同，可分为：

浆液搅拌（深层搅拌，湿法）

粉体喷射搅拌（粉体喷射，干法）

均适应于加固饱和粘性土和粉土等地基，（包括：

饱和黄土、素填土、正常固结的淤泥、淤泥质土、无流动地下水条件下的饱和松散砂土）

粉体喷射搅拌法的适用条件：

当地基土的天然含水量小于30%（饱和黄土含水量小于25%）、大于70%时，由于不能保证水泥充分水化，故不宜采用干法，地下水的PH值小于4时也不宜采用干法（但掺入百分之几的石灰，通常PH值就会大于12%）。

在粘粒含量不足的情况下（如饱和松散的砂土）可以添加粉煤灰。

当IP＞25时，由于土太粘，易在搅拌头叶片上形成泥团，无法完成水泥土的拌和，也不太适宜。

水泥固化剂一般适应于正常固结的淤泥与淤泥质土（避免产生负摩擦）、粘性土、粉土、素填土、（包括冲填土）饱和黄土、粉砂、中粗砂、砾砂。

（当加固粗粒土时，应查明有无明显的地下水流，以防固化剂尚未硬结而遭地下水流冲失）。

二、水泥土搅拌法的设计

主要确定搅拌桩的置换率m和桩长L。

从承载力角度考虑，提高m比增加桩长的效果好，桩愈长，对桩身强度要求越高，但过高的桩身强度对复合地基承载力的提高及桩间土承载力的发挥是不利的。

对变形来说，增加桩长，对减少沉降是有利的，若水泥土搅拌桩能穿透软弱土层，到达强度相对较高的持力层，则沉降量是很小的。

对某些地区的水泥土桩，其桩身强度是有一定限制的，从承载角度，存在一有效桩长，单桩承载力在一定程度上并不随桩长的增加而增大。

注意：

对软弱土层较厚，从减小沉降考虑，桩应设计长些，应穿透软弱土层，达到下卧土层强度相对较高的地方，以避免“悬浮”桩型。

水泥土搅拌法地基处理实例:

1、地基处理方法的选定

场地土层含水量偏高，土层湿软，强度较低，根据场地地质条件及当地建筑经验，建议采用水泥深层搅拌法对地基进行加固处理。

第④层黄土状粉质粘土不具湿陷性，呈可塑状，强度相对较高，可做为桩端持力层，基础埋深为1.8m，搅拌桩有效桩长为7.2m，土层平均压缩模量Es1-2=7.0Mpa。

可只在基础平面范围内布桩，采用均匀分布的柱状加固型式（等边三角形布桩形式），桩径取为0.5m。

2、初步设计时，水泥搅拌桩单桩竖向承载力特征值的确定

根据JGJ79-2002规范中11.2.4-1式：

Ra=upΣqsiLi+aqpAp

式中：

up——桩的周长=πd=1.57

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值（呈可塑～软塑状，qs取平均值12kPa）

Li——桩长范围内第i层土的厚度，桩长L=7.2m

a——桩端天然地基土的承载力折减系数取0.4

qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值，取第④层fak=130kPa

Ap——桩的截面积=1/4πd2=0.196

代入计算后得：

Ra=151.65kN

3、水泥搅拌桩桩身水泥土无侧限抗压强度平均值fcu：

Ra=ηfcuAp→fcu=Ra/ηAp

式中：

η——桩身强度折减系数，取0.25。

Ra——由上式计算出的单桩竖向承载力特征值=151.65kN

Ap——桩的截面积=0.196

fcu——水泥土无侧阻抗压强度平均值（kPa）

经计算：

fcu=3095kPa

故：

fcu需要大于3095kPa方可满足要求。

4、室内配比试验

根据规范要求，水泥掺入量若为加固土重的16%（土体平均容重为1730g/cm3）。

水泥用425#普通硅酸盐水泥（可加入等量粉煤灰），水灰比若选用0.55。

经计算，平均每延m水泥掺入量为：

水泥掺入量=1730×16%×1/4πd2×1=54.25kg/m，取55kg/m

5、搅拌桩的置换率的确定

根据上部结构设计的要求，加固后复合地基承载力特征值fspk要求≥180kPa，所以搅拌桩置换率m根据规范9.2.5式得：

m=（fspk-βfsk）/（Ra/Ap-βfsk）

式中：

fspk——复合地基承载力特征值=180kPa

β——桩间土承载力折减系数取0.4（具体应根据规范第11.2.3条规定确定）

fsk——天然地基承载力特征值取90kPa

Ra——单桩竖向承载力特征值取151.65kN

代入计算后得：

m=0.195≈0.20

6、求桩距s：

桩距一般由置换率m控制（对于水泥深层搅拌桩可取2.2倍桩径。

根据一般求置换率公式m=Ap/Ae

式中：

Ap——桩的截面积=1/4πd2

Ae——一根桩所承担的处理面积。

对三角形布桩：

Ae=0.866s2

正方形布桩：

Ae=s2s---桩间距（m）

根据以上公式，已知置换率m和桩径d可求出Ae，即可求出桩距s。

本工程中，m=0.20d=0.5mAp=0.196

Ae=0.196/0.20=0.98由Ae=0.866s2

求：

s=Ae/0.866=1.06m，取1.10m。

7、设置褥垫层

竖向承载搅拌桩复合地基应在基础和桩之间设置200—300mm厚的中砂、粗砂（或级配砂石）褥垫层。

8、下卧层承载力验算（存在软弱下卧层时）

①、桩底平面处（第④层）修正后的承载力特征值faz为：

faz=fak+ηdγm（d-0.5）（GB50007-2002中5.2.4式）

式中：

fak——地基承载力特征值（第④层fak=130kPa）

ηd——基础埋深的地基承载力修正系数取1.0（按表5.2.4查得基底下土的类别确定）

d——基础埋深，此处即桩入土深度，取9.0m

γm——基础底面以上土的加权平均重度（水下取浮重度）取17.3kN/m3

代入计算：

faz=130+1×17.3（9-0.5）=277.05kPa

②、本工程为底框结构，最大单桩荷载为2500kN。

根据Fk=2500kNfak=180kPad=1.8mγ=20kN/m3

基底面积A：

A=Lb≥Fk/（fak-dγ）=2500/（180-1.8×20）=17.36m2

取矩形：

L=4.2mb=4.2m

求基底压力：

Pk=（Fk+Gk）/A

=（2500+4.2×4.2×1.8×20）/（4.2×4.2）=177.72kPa

复合地基fak=180kPa

fak＞Pk强度满足要求。

③、求下卧层顶面处的附加压力值Pz：

按应力扩散角的概念确定，即将复合地基视为双层地基，由加固区土层和下卧层土层组成。

本工程应力扩散角θ取260。

按GB50007-2002中5.2.7-3式：

Pz=lb（Pk-Pc）/（b+2ztgθ）（l+2