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校内实习项目（设计）规划书题目长春大学理工楼换土垫层法地基处理设计研究姓名班级2012级土木工程2班学号成绩指导教师土木工程系二0一五年十月指导教师评语长春大学理工楼换土垫层法课题研究现状及发展趋势l.地基处理技术在国内外的发展概况古代地基处理技术：地基处理在我国有着悠久的历史，人民群众在长期的生产实践中积累了丰富的经验。据史料记载，早在3000年前我国就采用过竹子、木头、麦秸来加固地基；而早在2000多年前就开始采用向软土中夯人碎石等材料来挤密软土。此外，利用夯实的灰土和三合土等作为建(构)筑物垫层，在我国古建筑中就更为广泛。现代地基处理技术：建国以来我国地基处理技术的发展历程大体经历了两大阶段。第一阶段：20世纪50一60年代的起步应用阶段。这一时期大鼍地基处理技术从前苏联引进，如砂桩挤密、砂石垫层、重锤夯实、化学灌浆、石灰桩、灰土桩及井点降水等地基处理技术先后被引用或开发使用。为我国地基处理技术的发展积累了很多经验和教训。第二阶段：20世纪70年代至今为应用、发展、创新阶段，是我国地基处理技术发展的最主要阶段。大批国外先进地基处理技术被引进国内，从而大大促进了我国地基处理技术的应用和研究。1984年中国土木工程学会土力学基础工程学会，在浙江大学成立了地基处理学术委员会旧]，1986—2002年先后召开了7届学术讨论会，组织编著了《地基处理手册》(1988年第一版、2002年第二版)，出版了“地基处理”期刊，原建设部也组织编写了《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—91)、《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)H]。中国地基处理学术委员会成立的20多年，也是我国地基处理技术迅猛发展的20多年。到目前为止，不仅国外已有的地基处理方法被我国专家全部掌握，而且还在工程实践中发展了适合我国国情的许多新的地基处理技术，如真空预压法、低强度桩复合地基技术、孔内夯扩技术等，地基综合处理能力达到世界先进水平。国外研究现状与动态：地基处理是古老而又年轻的领域，在数千年前，国外就已经开始应用灰土垫层基础和短桩处理等地基处理技术。当今大量进行的地基处理技术是伴随现代文明而产生。在国外，改革开放以来，为了适应工程技术的要求，国外的地基础技术得到了高速的发展。在工程实践应用了大量的地基处理技术，有的是从国外引进的，有的是我国工程技术人员自行研究的。地基处理就是按照上部结构对地基的要求，对地基进行必要的加固或改良，提高地基土地的承载力，保证地基稳定，减少房屋的沉降或不均匀沉降，消失陷性黄土的失陷性，提高抗液化能力等，常用的人工地基处理方法有换土垫层法，重锤表层夯实，强夯法，振冲法，注浆法，深层搅拌，化学加固等方法。地基处理的对象是软地基和不良地基。地基处理的目的是：提高地基的强度以保证地基的稳定性；降低地基的压缩性，减少地基的沉降和不均匀沉降；加强地基固结过程，提早完成沉降；防止地震时液化和震陷等。2.研究的主要目的及内容（1）内容：1）确定垫层的厚度和垫层宽度，挖去地基表层软土，换填强度较大的砂构成垫层。2）对于垫层既要有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层，而且要求足够的宽度防止垫层向两侧挤出。3）对于排水砂垫层来说，除要求有一定的厚度和密度满足上述要求外，还要形成一个排水面，促进软弱土层的固结，提高起强度，以满足上诉结构的要求。（2）目的：1）提高地基承载力：由于挖去软弱土，换填抗剪强度较高的砂和其他填筑材料，必须提高地基承载力2）减少地基下天然土层的压力：由于砂垫层的应力扩散作用，减少了垫层下软弱土层的附加应力，所以也减少了软弱土层的沉降量。3）防止东张：应为粗颗粒垫层材料孔隙大，可切断毛细管，所以可以防止寒冷地区土中冬季结冰所造成的冻胀。这是砂垫层的底面应满足当地冻结深度的要求。4）垫层可作为基底下水平排水层加速浅层地基的固结。换土垫层可有效提高地基承载力，均化应力分布，调整不均匀沉降，减少部分沉降值。3.处理的方法及手段3.1设计的方法步骤1.垫层设计：各种不同材料的垫层，虽然其应力分布有所差异，但从试验结果分析，其极限承载力还是比较接近；通过沉降观测资料，发现不同材料垫层上的建筑物沉降的特点基本相似，所以各种材料的垫层都可以近似的砂垫层的方法计算。砂垫层的设计不但要符合建筑物对地基强度、稳定性及变形方面的要求，而且要符合技术经济的合理性。2.技术准备：（1）砂垫层的基土（层）已按设计要求施工并验收合格；（2）砂石应选用天然级配材料；颗粒级配应良好；铺设时不应有粗细颗粒分离现象。虚铺厚度、压实遍数等参数应通过压实实验确定（3）砂垫层厚度的确定：1）假设砂垫层的厚度为1.5m，病要求分层碾压，干密度符合要求2）砂垫层厚度的验算垫层底面处的附加压力值可分别按下式计算：条形基础：b——矩形基础或条形基础底面的宽度（m）——矩形基础底面的长度（m）——相应于荷载效应标准组合时，基础底面处的平均压力值（kPa）——基础底面处土的自重压力值（kPa）z——基础底面下垫层的厚度（m）3）根据砂垫层底面下卧层的地基承载力特征值再经深度修正后得到地基承载力特征值。4）将砂垫层底面的总应力与特征值比较（4）砂垫层宽度的确定：宽度一方面要满足应力扩散的要求，另一方面要防止垫层向两侧挤出。常用经验的扩散角法来确定。垫层底面的宽度应满足基础底面应力扩散的要求，按下式：b’——垫层底面宽度（m）——压力扩散角，可按上表采用；当时，仍按表中取值。底宽确定后，然后根据开挖基础所要求的坡度延伸至地面，既得砂垫层的设计剖面。3.材料要求:（1）宜采用质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、（2）级配砂材料中不得含有有机杂物，碎石或卵石最大粒径不得大于垫层或厚度的2/3，并不宜大于50mm；（3）在缺少中砂、粗砂的地区，可以用细砂代替，但宜同时掺人一定数量的碎石或卵石，其掺量应符合设计要求。4.主要机具设备：（1）根据砂石和施工条件，应合理选用适当的摊铺、平整、碾压、夯实机具设备和辅助用具，以能达到设计要求为基本原则，兼顾进度、经济要求。（2）常用机具设备有：蛙式打夯机、柴油式打夯机，手推车、筛子、木耙、铁锹、小线、钢尺、胶皮管等；工程量较大时，大型机械有：自卸汽车、推土机、压路机及翻斗车等。5.垫层的变形：软黏土分布地区，采用换土垫层进行局部处理后往往由于软卧层的变形，建筑物地基仍将产生过大的沉降量及差异沉降量粗粒换填材料的垫层，在施工期间垫层自身的压缩变形已基本完成，且沉降量较小。砂垫层确定后，对于比较重要的建筑物还要求验算基础的沉降，要求最终沉降量小于设计设计建筑物的允许沉降值。6.换土垫层压实标准：中砂垫层碾压、振密或夯实法施工0.97＞λc＞0.947.垫层的施工方法：1）砂垫层施工中的关键是将砂加密到设计的迷实度。加密的方法常采用的有振动法、水撼法和碾压法。这些方法要求在基坑内分层铺砂，然后逐层振密或压实，分层铺填厚度、每层压实便数等宜通过的实验确定。一般情况下，垫层的分铺厚度可取200至300㎜。分层厚度可以用样桩控制。施工时，应将下层的密实度经检验合格后方可进行上层施工。2）铺筑前，应先进行验槽。浮土清除，边坡必须稳定，防止踏土。基坑两侧附近如有低于地基的孔洞，应在铺筑钱压实。3）开挖铺设砂层时，必须避免扰动软弱土层的表面否则基坑土的结构在施工前就找到破坏，起强度就会显著降低，以至于在建筑物荷载作用下，将会产生很大的附加沉降。因此基坑开挖时应及时回填，不应暴露过久或浸水，并防止践踏基坑。为保证分层压实质量，应控制机械碾压速度。4）砂石层底面铺设在同一标高上，如果深度不同时，基坑地基土面应挖成踏步或斜坡搭接，各分层搭接位置应错开0.5至1m的距离，搭接处应捣实，施工前应先深后后浅的顺序进行。5）水撼法施工时，在基槽两侧设置样柱，控制铺砂厚度，每层虚铺25cm。铺好后，灌水与砂面齐平，然后用钢叉插入砂中振摇十几次，如果砂已沉实，便将钢叉拔出，在相距10cm处新插入摇撼，直至这一层全部结束，经检查合格后铺第二层（不合格需要再震撼）每铺一次、灌水进行摇撼，直至设计标高为止。6）当碾压或夯击振动对临近既有或正在施工中的建筑产生有害影响时，必须采取有效措施。7.垫层质量检验：1）垫层的质量检查必须分层检查，以慢足设计要求的最小干密度和压实系数为控制标准垫层的施工质量检查必须分层进行，每夯实完一层，应检验该层的压实系数。当压实系数符合要求后，才能铺填上层土。2)环刀取样法检验：在压实后的换填材料中用容积不小于2*10的5次方的立方mm的环刀取样，测定其干密度，并以不小于该材料在中密度状态时的干密度（单位体积干土的质量）为合格。中砂或碎石在中密度时的干密度一般可按1.55～1.6吨/立方考虑，对于砂石垫层的质量检查，取样时的容积应足够大，且干密度应提高。如在砂石垫层中设置纯砂检查点，则在相同的施工条件下，可按上述方法检测。3)贯入测定法：采用贯入仪、钢筋或钢叉的贯入度的大小来检测换土垫层法的施工质量时，应先进行干密度和贯入度的对比实验，如检查测定的贯入度小于实验所确定的贯入度，则为合格，进行钢筋贯入度测定时，将直径20mm，长度1.25m以上的平头钢筋，在换土层面以上700mm处自由落下，其贯入度应根据该砂石的干密度实验确定。用贯入仪或钢筋贯入检验垫层的质量时，检验点的间距应小于4m当取土样检验垫层的质量时，对大基坑每50~100㎡应不少于一个检测点；对基槽每10~20m应不少于一个检验点；每个单独柱基应不少于1个检验点。进行钢叉贯入度测定时，用水撼法施工所使用的钢叉，在离地0.5m的高度自由落下，并按实验所确定的贯入度作为控制标准。4）垫层的质量要求：砂垫层要求最小干密度≥1.6t/m34.研究实习工作条件4.1工程地质条件1.区域地质背景：长春市位于松辽凹陷的东部边缘，是中朝地台的一部分，古生代时期的沉积物较少，附近有奥陶纪灰岩，局部有二叠纪地层出露，在中生代地台下降，在东部山区有侏罗纪的沉积层。长春基岩有厚层白垩纪泥质砂页岩陆相沉积，第四纪中更新世有长白山岩浆活动，大屯有火山锥，附近有喷发形成的玄武岩盖厚1m左右。长春东南部有EN-WS向深大断裂，在范家屯附近有WN-ES向断裂，1963年3月有5.2级地震记录。长春市的地貌形态属于波状台地和一级阶地。白垩纪泥岩和泥质砂岩构成基底，台地的覆盖层为10～20m左右厚的粘性土层，底部为厚度不等的砾砂层。东部为伊通河一级阶地，上部为含少量有机质的粘性土，下部为中、粗砂、砾砂层。2.区域气候条件：长春的气候属欧亚大陆东部中温带大陆性半湿润～半干旱季风气候，春季干旱多风，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温4.1℃～4.9℃，7月份平均气温23℃，1月份平均气温为零下17℃。冬季盛行偏西风，夏季盛行东南风，春季盛行西南风，风速季节变化明显，春季平均风速3.9m/s，最大风速30m/s。长春地区多年平均降水量500～600㎜，降水量不稳定，季节性变化大，年内降水量分配不均，汛期（6～9月份）降水量一般占全年降水量的77%，长春地区日照时数约2637小时。3.工程地形地貌地物：本次勘察的场地位于长春市经济技术开发区兴隆山镇惠州路以西，场区原始地势平坦（勘探期间场地正进行填土作业），勘探孔孔口标高在219.16-222.08米，高差2.92米。拟建场地地貌类型为平原，地貌单元为波状台地。4.场地地层岩性及分布特征：本次勘察的最大深度为11.9米，此深度内地层为杂填土及耕植土层、第四系冲积粘性土层，根据岩性、土工试验及原位测试结果地层由上至下分为5层，描述如下：第①层：杂填土，褐黄色，粉质粘土为主混有少量砖石等，松散，结构不均匀，厚0.0—1.8m;第②层：耕植土，灰黑色，粉质粘土为主，含有机质及植物根茎，松散，结构不均匀，厚1.0—1.2m;第③层：粉质粘土，黄褐色，稍湿，可塑偏软状态，含少量铁锰结核，中等压缩性，无摇振反应，光泽反应为无光滑，干强度中等，韧性中等，层厚2.7—3.6m;第④层：粉质粘土，黄褐色，湿，可塑状态，含铁锰结核，中等压缩性，无摇振反应，光泽反应为有光滑，干强度中等，韧性中等，层厚1.9—4