地基基础方案的选择

1东方有限公司的检验及办公楼地基基础方案的选择刘贵土木六班1工程概况东方有限公司拟建的检验及办公楼为四层砖混结构，设计地坪标高470.1，荷载300kN/m。2场地环境与工程地质条件2.1自然地理及气象拟建物场地原为拆迁空地和耕地。场地经平整，场地开阔、地形有一定的起伏。场地标高（以钻孔孔口标高为准）468.36~472.28m，相对高差3.92m。场地属亚热带季风型气候，其主要特点是：四季分明、气候温和、雨量充沛、夏无酷署、冬少冰雪。主导风向为NNE向，常年平均风速为1.2米/秒，年平均风压140Pa，最大风压约250Pa，年平均降雨量为900～1000mm，七、八月份雨量集中，易形成暴雨。2.2场地环境1、在拟建物场地范围内未发现对工程安全造成影响的不良地质作用和地质灾害。2、勘察期间，场地属于空地，勘察过程中未发现埋藏的河道、浜沟、墓穴、防空洞等对工程不利的埋藏物。3、从场地内及场地附近的环境地质条件分析，未发现有对地基土和地下水的污染源。2.3场地工程地质条件经勘察查明，场地内土层由第四系全新统素填土(Ｑ4ml)，第四2系中下更新统冰水沉积层（Q1+2fgl）的粘土和含粘土卵石组成。现分述如下：1、第四系全新统人工填土层（Q4ml）（1）素填土①：黄灰色；由近期场地整平回填粘土组成。松散，属于欠固结土层。据调查，回填时仅经过运土的重车碾压过，未进行专项分层碾压或夯实处理，结构紊乱，均匀性差，承载力低，未经处理不能选作拟建物的基础持力层,最大回填厚度达4.50m。（2）素填土②：黄灰、灰色；由粘土混少量砖、瓦碎块及植物根系等组成。分布较连续，结构紊乱，均匀性差，承载力低，未经处理不能选作拟建物的基础持力层。局部地段分布，最大达2.0m。场地人工填土层分布较连续，最大厚度5.0m。2、第四系中下更新统冰水沉积层粘土（Q1+2fgl）（1）粘土：灰黄、黄褐、棕红色。硬塑，局部坚硬。含铁锰质氧化物斑痕及其结核；缓倾裂隙较发育，隙间充填灰白色粘土矿物。分布不连续，厚度变化大，为中等压缩性土。粘土具较高承载力，是场地良好的天然地基土。场地内大部分地段分布，该层最大厚度5.4m。（2）含粘土卵石：灰黄色。主要由卵石组成，卵石成分系岩浆岩及变质岩类岩石组成，多呈圆形～亚圆形，一般粒径5～10cm，部分粒径大于15cm，可见最大粒径达20cm，混少量漂石，中等～强风化，部分强风化呈砂粒状。充填物为粘土，含量约25～40％，粘土含铁锰质氧化物斑痕及其结核。分布连续，压缩性中等，具一定承载力，是场地良好的基础持力层和下卧层,埋深0.00～7.00m。33场地水文地质条件3.1地下水类型及埋藏条件场地地下水属上层滞水，略带承压型。地下水主要接收大气降水补给，以地下径流方式向低洼地带排泄，场地内素填土结构松散，为强透水层；粘土层具阻水作用，为隔水层。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。3.2地下水位勘察期间为丰水期，地下水稳定水位埋深为1.5～2.7m左右，地下水年变化幅度1～1.5m。4场地地震效应根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）,该场地的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g；设计地震分组属第三组，设计特征周期为0.45s。根据区域地质资料、场地土的名称、性状、场地中的地基土埋深情况，估算场地土层的等效剪切波速为230.0m/s。覆盖层厚度大于5.00m，建筑场地类别为Ⅱ类。为可进行建设的一般场地。场地内无液化土层分布。根据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）第4.1.1条规定判定：该场地为可进行建设的一般场地。5地基基础方案根据场地的工程地质情况、水文地质条件和场地地震效应，可以选择的地基基础方案很多。45.1天然地基上的基础方案5.1.1采用刚性基础拟建建筑物场地范围内，土质情况复杂，表层素填土由近期场地整平回填粘土组成，松散，属于欠固结土层，结构紊乱，均匀性差，承载力低，未经处理不能选作拟建物的基础持力层，其厚度在拟建建筑场地范围内最厚能达到3.5m（以设计地坪标高为准），而其下层的硬塑性粘土层，分布不连续，厚度变化大，为中等压缩性土，具较高承载力，承载力特征值可达240kPa，是场地良好的天然地基土。地下水稳定水位埋深为1.5～2.7m左右，地下水年变化幅度1～1.5m。拟建的检验及办公楼为四层砖混结构，上部荷载300kN/m，可以选用刚性基础，基础材料选用砖和水泥砂浆。但要保证基础地面位于素填土以下，初步设计基础埋深3.6m。砖强度应该不低于MU10，砂浆的强度不低于M5，同时要注意刚性基础台阶高宽比和刚性扩散角，查相应规范可得。刚性基础能承受较大的荷载，稳定性好，施工简便，但是自重大，由于基础埋深较大，土方开挖量和运输量大，并且基础地面远远低于地下水位，施工中需要进行降排水。5.1.2采用墙下钢筋混凝土混凝土条形基础拟建建筑物场地范围内，土质情况复杂，表层素填土由近期场地整平回填粘土组成，松散，属于欠固结土层，结构紊乱，均匀性差，承载力低，未经处理不能选作拟建物的基础持力层，其厚度在拟建建筑场地范围内最厚能达到3.5m（以设计地坪标高为准），而其下层的5硬塑性粘土层，分布不连续，厚度变化大，为中等压缩性土，具较高承载力，承载力特征值可达240kPa，是场地良好的天然地基土。拟建建筑物为四层砖混结构，承重方式可采用纵横墙混合承重，荷载为300kN/m，抗震设防烈度为7度，所以可选择墙下钢筋混凝土条形基础，但要保证基础地面位于素填土以下，初步设计基础埋深3.6m。条形基础的初步设计为：基础宽度为1.5m，基础高度tfVh7.00，取400m,混凝土强度等级为C25，条形基础下的垫层厚度初步设为100mm，垫层混凝土强度等级为C20，基础底板受力钢筋的直径初步选择12mm，间距选择150mm，混凝土保护层厚度为35mm。可以通过以下公式对荷载作用进行计算并确定受力钢筋的面积：bFpitfVh7.00，FMe0,bebFpj0max61，21maxmax1maxmax261,21bppMbppVjjjj，09.0hfMAys如果选择天然地基上的墙下条形基础，钢筋混凝土用量大，施工技术要求高，基础底面位于地下水位以下，施工中需要进行降排水，基础埋深相对较大（大于3.5m）,土方量大，土方运输和开挖费用大。5.1.3采用桩基础和条形基础组合基础拟建物场地范围内表层,土质情况复杂，表层由近期场地整平回填粘土组成，松散，属于欠固结土层，结构紊乱，均匀性差，承载力低，未经处理不能选作拟建物的基础持力层。而埋深6m左右的含粘土卵石层，具有较高的承载力，桩的端阻力特征值高6达1000kPa，是良好的持力层，可把建筑物的荷载传递到含粘土卵石层，选用摩擦端承桩，各承台间用钢筋混凝土梁连接，保证梁具有足够抗弯刚度，这样梁可以承受上部墙体传来的荷载，并把荷载传给承台，故梁可以作为条形基础（如图1）。桩长初步设计6m,以保证桩尖能深入粘土卵石层，保证良好的承载力。控制承台的埋深，保证梁位于丰水期地下水位以上。选用桩基和条基组合基础，能使基础具有较高的承载力和稳定性，减小地基不均匀沉降带来的影响，采用灌注桩，不需进行排水，施工周期短，但钢筋混凝土用量大，费用高。图1桩基础和条形基础组合基础示意图5.2地基处理后的基础方案5.2.1地基处理技术的选择由于需要处理的素填土厚度不厚，不到4m，选择浅层地基处理方法。常用的浅层地基处理方法有重锤夯实法、碾压法和换土垫层法。重锤夯实法的设备比较简单，操作比较容易，夯锤可在现场制作，另外配备一台卷扬机和三脚架就可进行。适宜处理地下水位低于地表70.8m以上的非饱和粘性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填筑的素填土地基。有效夯实深度一般为1m左右，但在其影响深度范围内，不宜存在饱和软土层，否则可能出现因软土排水不畅而出现“橡皮土”现象，达不到处理的目的。碾压法采用压路机、推土机、羊足碾、振动碾或其他压实机械压实松散的土层施工方法。该法多用于含水量较低的大面积填土的压实和杂填土地基的处理。换土垫层法是一种常用的地基处理方法，当建筑物基础下的持力层比较软弱，不能满足上部荷载对地基的要求时，常采用换土垫层法来处理。施工时先将基础以下一定深度、宽度范围内的软土层挖去，然后回填强度较大的砂、石或灰土等，并夯至密实。适用于各种地基，造价低而且施工简单。在拟建建筑物场地范围内，表层素填土厚度还不到4m，地基处理范围内没有软土层，丰水期地下水位埋深为1.5～2.7m，地下水年变化幅度1～1.5m，拟建场地面积稍大于30m×16m,场地周围环境简单，地基处理过程对周围影响不大，综上考虑选用换土垫层法，为了减少排水量，垫层采用砂石垫层。5.2.2换土垫层地基处理后的基础方案的选择1、换土垫层地基处理后的刚性基础经过换土垫层地基处理后，使基础持力层满足一定的强度要求后就可以使用刚性基础，基础材料选用砖和水泥砂浆，砖强度应该不低于MU10，水泥砂浆的强度不低于M5。并且经过换土垫层地基8处理后，基础埋深可以大大减小，可以控制在2m范围内，初步设计1.8m，根据相应的要求确定刚性角和基础构造高度。与不进行地基处理选择的刚性基础相比，地基处理后的刚性基础基础埋深大大减小，节约了砖的用量，由于基础埋深的减少，降水要求也降低。但是地基处理也要花费不少。2、换土垫层地基处理后的钢筋混凝土条形基础经过换土垫层地基处理之后，使基础持力层具有满足要求的强度，比如经过地基处理后，假设能使持力层土的承载力特征值达到210kPa,这时就可以选用墙下钢筋混凝土条形基础，且基础底面不用再必须位于粘土层中。经过地基处理后选用条形基础时，基础埋深可选择2m以内，初步设计为1.8m。相对于地基不经过处理选用钢筋混凝土条形基础，可以大大节约钢筋混凝土的用量，降水要求也降低。但是地基处理也需要花费不少资金。2、换土垫层地基处理后的筏板基础由于表层素填土存在范围大且不能直接作为持力层，对地基进行一定程度的处理后，采用换土垫层法，使浅层土达到一定的承载力，比如承载力特征值达到150kPa,这是就可以采用筏板基础。使用筏板基础可以大大减少基础埋深，有利于减少地基沉降，并且能保证基础位于丰水期地下水位以上，这样不需要做太多的基础防潮措施。筏板基础能够提高地基承载力，减少地基的不均匀沉降，但9是筏板基础的钢筋和混凝土的用量很大，土方的开挖量和运输量大。6地基基础方案的选择6.1几种方案的比较地基基础方案基础材料费用降排水情况土方开量地基处理费用施工难度施工工期基础造价天然地基上的刚性基础使用砖和水泥砂浆，费用少需要进行大量降排水土方量大容易较短较低天然地基上的钢筋混凝土条形基础钢筋混凝土用量较大，费用较高需要进行大量降排水土方量大较容易较短高天然地基上的桩基和条基组合基础钢筋混凝土费用大，费用高无需进行降排水土方量少困难短高换土垫层地基处理后的刚性基础使用砖和水泥砂浆，费用少需要进行少量降排水土方量较大少容易较短低换土垫层地基处理后的钢筋混凝土条形基础钢筋混凝土费用较大，费用较高需要进行少量降排水土方量较大少较容易较短较高换土垫层地基处理后的筏板基础钢筋混凝土费用很大，费用很高无需进行降排水土方量大少较容易较短高6.2地基基础方案的选择通过一系列的讨论和比较，选择换土垫层地基处理后的条形基础10这一方案最经济、最合理。并且进行地基处理时尽可能做到近地取材，减少运输费用。