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基础工程方案选择实例模板
2~3层框架-砖混结构食堂基础选型
1.工程概况
格胜(重庆)有限公司拟在重庆某工业园修建产业基地。
拟建建筑物为2~3层框架-砖混结构食堂,其中框架结构为2层,单柱荷载550KN;砖混结构为3层,荷载210kN/m,设计地坪标高273.5m。
2.场地工程地质条件
2.1地层岩性
拟建场区属构造剥蚀丘陵地貌,其原始地貌为浅丘及斜坡。
根据钻探揭示深度和地表地质调查,场区上覆土层为第四系全新统人工素填土及粉质粘土、淤泥质粘土;下伏基岩为砂岩、泥岩层。
地层简述如下:
(1)素填土:
杂色,主要由粉质粘土和破碎的砂泥岩碎块组成,碎块粒径约20~300mm,含量约占全重的15~20%,结构松散,呈稍湿状。
随意性堆填,为近期平场回填。
该层在主要分布于场区平场范围内,厚度主要在0.20m(ZY153)~21.80m(ZY255)之间变化。
(2)粉质粘土:
灰褐色。
主要由粉粒和粘粒组成,无摇震反应,切面稍有光泽,干强度中等,韧性中等,手可搓条,呈可塑状。
该层于场区部分地带有分布,厚度主要在0.60m(ZY214)~9.00m(ZY273)之间变化。
(3)淤泥质粘土:
灰色。
主要由粉粒和粘粒组成,含有机质,具腐臭味。
无摇震反应,切面稍有光泽,干强度、韧性低,手可搓条,呈可塑状。
该层于场区北侧部分地带有分布,厚度主要在2.10m(ZY215)~9.40m(ZY156)之间变化。
(4)泥岩:
红褐色,主要由粘土矿物组成,泥质结构,中厚层状构造。
强风化带岩质较软,岩芯破碎,呈碎块状;中等风化带岩质较较硬,岩芯完整,多呈长、短柱状。
该层于场区大部分地带有分布,厚度在本次勘察中未钻穿。
(5)砂岩:
灰色、黄色,中细粒结构,中厚层状构造,主要矿物成分为石英、长石和云母等,泥钙质胶结,部分钻孔胶结较差。
强风化带岩质较软,岩芯破碎,呈碎块状;中等风化带岩质较硬,岩芯较完整,呈长、短柱状。
该层于场区大部分地带均有分布,厚度在本次勘察中未钻穿。
2.2水文地质条件
拟建场区位于浅丘斜坡地带,地势较高,地表迳流条件较好,大气降雨主要以地表水形式向地势较低处排泄。
场地内岩土层为素填土、粉质粘土及砂、泥岩层,素填土结构松散,为强透水层;粉质粘土层具阻水作用,为隔水层;基岩构造裂隙不发育,泥岩亦为隔水层,砂岩为弱透水层。
经钻孔终孔后,抽干钻孔中残留用水,无水位恢复,水文地质条件简单。
由于场区填土厚度较大,大气降雨易在填土中汇聚,形成上层滞水,建议施工时,做好抽排水处理措施。
2.3不良地质现象地质灾害
经本次野外勘察结果,拟建场区未见断层通过,无滑坡、边坡失稳、地下洞室等不良地质现象和地质灾害。
2.3岩土物理力学特征
原位测试结果表明:
该场地素填土土质成分较杂乱,均匀性较差,含有一定量的较大块石,结构松散,土层未完成自重固结沉降过程;标准贯入测试结果表明:
淤泥质粘土的状态为软可塑状态;粉质粘土较均匀,压缩系数0.34,为中等压缩性土。
2.4岩土测试成果及统计评述
岩石抗压强度试验成果统计表 表6
岩性
孔号
天然抗压强度(Mpa)
饱和抗压强度(Mpa)
中等风化泥岩
子样数n
36
36
数据分布范围
4.1~9.5
2.4~6.2
平均值(φm)
6.00
3.74
软化系数
0.62
标准差(σf)
1.425
1.001
变异系数(δ)
0.238
0.268
修正系数(γs)
0.932
0.923
标准值(fk)
5.59
3.45
中等风化砂岩
子样数n
222
222
数据分布范围
15.0~27.1
10.5~20.8
平均值(φm)
20.83
14.86
软化系数
0.71
标准差(σf)
2.793
2.280
变异系数(δ)
0.134
0.153
修正系数(γs)
0.985
0.982
标准值(fk)
20.51
14.60
2.5岩土参数选用及建议
根据重庆地区经验地基承载力特征值可取地区经验值:
泥岩300kPa,砂岩500kPa。
中等风化岩石地基承载力特征值按《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)中的下式确定:
fa=ψr*frk
式中:
fa——岩石地基承载力特征值;
fr——岩石取饱和单轴抗压强度标准值。
Ψr——折减系数,根据本工程及场地特点,建议取0.35。
计算结果:
泥岩取1.21Mpa,砂岩取5.11Mpa;
岩石饱和单轴抗压强度标准值,粘土岩取天然湿度单轴抗压强度标准值;建议中风化泥岩取天然抗压强度标准值5.59MPa,中风化砂岩取饱和抗压强度标准值14.60MPa。
3.基础方案的拟定
(注:
因具体参数不全以下所有方案仅做简单说明不进行具体计算。
)
由地质资料可知,该建筑为山区建筑地基,与平原地区相比,地面高差悬殊很大,如果处理不当,很容易使地基产生不均匀沉降。
此外,基岩起伏变化较大,上覆土层的厚度不同,且土层复杂,属于软弱地基,需要进行一定的处理。
方案一:
桩基
可采用预制桩,打入桩穿过软弱土层,将基础支撑在坚硬岩石上,使建筑物的沉降差满足设计要求,这种方法能同时取代或减少地基处理和开挖基坑的土方工程,可以节约人力和缩短工期,山区普遍采用此法。
该食堂由两层框架和三层砖混组成,砖混墙体下荷载为线荷载,所以部分桩基上需布置地梁,传力途径为上部结构线荷载传至地梁,承台梁传至桩基,桩基传给土层。
由地质勘查报告知,地基为软土地基,持力层选粘土层,且粘土层最深只有5m左右,所以不宜采用摩擦型桩,因此宜采用端承型桩。
人工挖孔灌注桩,可以直观地揭示每个桩位各种土层的厚度,尤其是可能产生负面影响的未压实填土的厚度,这样可以有明确针对性地进行处理,如采用涂层法、夹层法或套管法。
但考虑到人工挖孔过程中,较厚的填土可能给成孔造成一定的难度,以及可能给施工人员和桩的质量带来较大的安全隐患,并且该工程部分仅为三层的食堂,采用挖孔桩会导致承载力有较大的富余,造成浪费,所以放弃该方案。
然后经过比选,选择了混凝土预制桩,混凝土预制桩施工工期短,承载力高,可以满足设计承载力要求,现计算如下:
以第④层泥岩为桩端持力层,桩顶埋深1.50m,设计桩径400mm,
各土层的桩侧阻力qsi、桩端阻力qp特征值见表1:
建议岩土设计参数表表1
岩土名称
天然标准值(fk)MPa
饱和标准值(fk)MPa
特征值MPa
极限侧阻力KPa
极限端阻力KPa
水平抗力系数的比例系数MN/m4
人工填土
10
粉质粘土
53
20
强风化泥岩
0.3
140
强风化砂岩
0.5
140
中风化泥岩
5.59
3.45
1.21
80
中风化砂岩
20.51
14.60
5.11
180
大致计算过程如下:
一、单桩竖向承载力特征值
根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2012)7.3.3条规定,单桩承载力取由周桩土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力(7.1.5-3公式)和由桩身材料强度确定的单桩承载力(7.3.3公式)中的较小值。
1.由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力
Ra=up∑qsilpi+αpqpAp
式中:
Ra——单桩竖向承载力特征值(kN);
up——桩的周长(m);
Ap——桩的截面积(m);
qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值(kPa);
lpi——桩长范围内第i层土的厚度(m);
ap——桩端端阻力发挥系数;
qp——桩端端阻力特征值(kPa)。
2.桩数的确定:
n=μ(F+G)/R
F—作用于桩基承台顶面的竖向荷载
G—桩基承台和承台上土自重
μ—考虑偏心荷载时各桩受力不均而增加桩数的经验系数,可取μ=1.0~1.2
3.桩承台设计
(1)受弯计算验算
(2)柱对承台冲切承载力
(3)角桩对承台的冲切
(4)受剪切计算
(5)局部承压计算
方案二强夯处理地基+独立基础和条形基础
该食堂有两部分组成,三层砖混采用墙下条形基础,两层框架采用柱下独立基础。
一、地基处理
由<<勘测报告>>知,场区岩土层分布极不均匀,杂填土厚度从12m到15m不等,强度低且不均一。
地基处理可采用强夯法。
强夯法
(1)该方法的作用有:
处理非均匀性土层地基,通过强夯使密度均化,如杂填土地基;加固建筑物松散软弱地基,在场地上强夯后建造建筑物可以提高地基承载力,减少沉降和不均匀沉降;强夯处理可用于液化地基等。
(2)强夯法的缺点:
施工时振动大,噪声大,影响邻近建筑物安全,不宜在建筑群中的场地上使用。
(3)为了使强夯加固达到预期效果,首先要根据建筑物对地基的要求,确定所需的夯击能量,然后根据被加固地基的土类,按其强夯机理选择锤重,落高,夯击点的间距、排列,夯击遍数,每遍夯击点的击数和每遍间歇的时间等,最后检验夯击效果。
二、独立基础设计:
1.基础埋深取1.5m,验算地基承载力
2.根据单桩承载力确定基础尺寸,即由
,
,
从而确定基础底面积。
3.根据受冲切承载力确定基础高度,
,
,
4.进行底板配筋
3、墙下条形基础设计
墙下钢筋混凝土条形基础截面设计及配筋设计,在这些计算中可不考虑基础及以上土重,沿墙长取1米作为计算单元。
1.基础高度确定
,
2.基础底板配筋(略)
方案三水泥灌浆处理地基+独立基础和条形基础
一、地基处理
采用水泥灌浆技术处理杂填土地基,在理论、实践上可行,费用较低,完全可以达到地基的承载力的要求和确保不出现不均匀沉陷。
(1)水泥灌浆法的加固原理
该方法是采用机械造孔,利用灌浆泵或泥浆泵将按比例配制的水泥浆液,通过一定压力,灌注到预加固地层,冲填土体空间、空隙,经过脱水凝固作用,将松散的土体凝固成为一个整体,从而达到加固地基、增加地基强度、减少地基不均匀沉馅和透水性以及增大抗滑稳定性。
(2)钻孔次序。
(3)该工程的钻孔灌浆工作按照先外排后内排,同排间隔钻灌的原则进行。
即按照灌浆孔、加强孔、检查孔序次的顺序钻灌,孔深以钻入杂填土为准。
按钻孔——下止浆塞——灌浆(自下而上)的工序进行。
在遇到塌孔不能成深孔时,则采用先上段后下段的灌浆工艺,灌浆与下段成孔间隔时间不小于24小时。
此外,为保证处理效果还需注意钻孔布置、浆液浓度及灌浆压力等。
2、柱下独立基础和墙下条形基础计算方法同方案一
方案四换土法处理地基+独立基础和条形基础
一、地基处理
换土垫层法是挖去地基表层软土,换填强度较大的砂、碎石、灰土和素土等构成垫层,由于本工程上部结构荷载并不大,所以对地基承载力的要求并不算太高,而基础下持力层软弱,从地质勘查报告可以发现素填土的土层厚度变化比较大,所以就可以将素填土较厚的区域挖掉换填粘土,然后人工夯实,在改善的地基土上面做独立和条形基础。
该工程可采用二八灰土分层夯实。
(1)换土垫层的作用:
通过换填后的垫层,有效提高基底持力层抗剪强度,降低其压缩性,防止局部剪切破坏;通过垫层扩散基底压力降低下卧层的附加应力;垫层可作为基底下水平排水层,增设排水面,加速浅层地基的固结,提高下卧软土层强度等。
(2)设计要求:
垫层的施工方法、分层铺填厚度、每层的压实遍数宜通过实验确定。
1)砂石分层回填厚度不得大于30cm,用平板振动器分振实,振实后干密度要大于2.0g/cm3。
2)回填土要求所用的土料宣用低塑性粘性土及粉土,不得含有机杂质,在使用前应予过筛,其颗粒不得大于20mm。
3)灰土宜用新鲜的消石灰,其颗粒不得大于5mm,灰土要拌合均匀分层回填,机械回填每层虚铺厚度不得大于30cm,人工回填每层虚铺厚度不得大于20cm。
4)回填过程中要结合碾压设备严格按有关规范标准执行,并请有关单位进行分层检测,合格后方可进入下一工序。
5)要求2:
8灰土回填土压实系数不小于0.95。
6)回填完后应进行回填土的承载力检测,检测合格后方可进行垫层施工。
二、独立基础和墙下条形基础设计同方案二。
4.最优方案的选取
几种方案的对比:
方案二采用强夯法处理地基,再设计独立和条形基础。
强夯法加固效果显著、施工期短、施工费用低等优点,但由于单位面积夯击量小,深层难于达到压密的效果,加固深度受到限制。
对于有深层软弱下卧层的地基,只有增大吊车起重能力和增大吊锤重量,才可奏效。
并且施工时振动大,噪声大,影响邻近建筑物安全,不宜在建筑群中的场地上使用。
方案三与方案二的区别是地基处理方法,采用水泥灌浆技术处理杂填土地基,可达到设计要求,该方法在理论、实践上均可行,可以达到地基的承载力的要求和确保不出现不均匀沉馅。
但浆液的稳定性差,易析水回浓,不能有效灌入细微裂隙,且硬化时伴有析水,使硬化结石与被灌基体的粘结强度降低,使地基承载力有所降低。
方案四采用换填垫层法进行处理,对于较深厚的土层,当仅用垫层局部置换上部软弱土时,虽然能解决软弱地基的承载力问题,但不能解决深层土质软弱的问题,下卧软弱土层在荷载下的长期变形可能依然很大,从而对上部结构造成危害。
此外,该方法施工土方量大,弃土多,将会导致处理工程费用增高、工期拖长、对环境的影响增大,故不经济也不合理。
与上述方案比较,方案一采用桩基础,可以在使建筑物的沉降差满足设计要求的同时,取代或减少地基处理和开挖基坑的土方工程,可以节约人力和缩短工期,山区普遍采用此法。
故选择桩基为最优方案,然而,要使桩基础达到经济上合理,技术上安全可靠,必须做到精心设计和精心施工,否则虽采用了桩基础也会发生问题。
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