换土垫层法计算说明书

换填垫层法计算书依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)4 换填垫层法。

一. 参数信息上部结构传至基础顶面的竖荷载 F=1000kN/m；基底以上填土的平均重度=17kN/m3；基础与填土的平均重度0=20kN/m3；基础类型: 矩形基础, 基础截面长度 l=8m,宽度 b=4m；基础埋深 H d=2.5m；考虑相邻基础影响,相邻基础的距离 D=2.1m；换垫层材料重度:17kN/m3；压缩模量:25MPa；承载力特征值:180kPa，垫层厚度:.5m。

垫层底面处地基承载力特征值 f ak=225kPa；基础宽度对地基承载力的修正系数ηb=.15；埋深对地基承载力的修正系数ηd=1.4。

土层参数：──────────────────────────────────序号土层厚度h i(m) 重度i(kN/m3) 压缩模量E i(MPa)──────────────────────────────────1 1.5 18.8 13.3──────────────────────────────────2 6 18.3 5.85──────────────────────────────────二. 垫层厚度验算1.厚度验算原理：换填垫层的厚度不宜小于0.5m，也不宜大于3m，且满足下式要求：式中 p z──相应于荷载效应标准组合时，垫层底面处的附加压力值(kPa),按下式计算: 矩形基础：p cz──垫层底面处土的自重压力值(kPa)；f az──垫层底面处经深度修正后的地基承载力特征值(kPa)：式中 b──矩形基础或条形基础底面的宽度(m)；l──矩形基础底面的长度,取 l=8m；p k──相应于荷载效应标准组合时,基础底面处的平均压值(kPa)；p c──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)；──垫层的压力扩散角(度)，由表查出。

2.荷载计算基础底面压力 p k=(F+G)/b=(1000+4.00×2.50×20.00)/4.00=300.00kN/m2基础底面处土自重的压力 p c=d=17×2.5=42.5kN/m2。

A 换土垫层法承载力计算A.1 已知条件： A.1.1 基础参数：基础长度l （y 向，条形基础取1m ），基础宽度b （x 向），基础自重及其上覆土容重20kN /m 3。

A.1.2 荷载参数：标准组合轴力F k （kN ），绕x 轴标准组合弯矩M kx （kN ·m ，条基取0），绕y 轴标准组合弯矩M ky （kN ·m ）。

A.1.3 垫层参数：垫层厚度z （m ），垫层材料，压力扩散角θ：A.1.4 土层参数：室内外高差△d ，基底埋深d ，基底以上原状土加权平均重度m γ（地下水位超过基础底面时取浮重度，且按水位分层计算），基底至垫层底面各土层加权平均重度z γ（地下水位超过垫层顶面时取浮重度，且按水位分层计算），垫层底面土层承载力特征值f azk （kP a ）。

A.1.5 基底尺寸未知时，先计算基底尺寸l 、b ：确定基础底面积、埋深时：0.0b η=， 1.0d η=（P7第3.0.4条）。

垫层承载力特征值f ak（kP a ），题中未能给出时，可大致取砂石类150 kP a 、灰土200 kP a 。

修正后的垫层载力特征值 f a = f ak +γm (d －0.50)。

条形基础取l ＝1m ，仅计算b 向，轴心受压：20(0.5)ka F bl f d d =-+∆；偏心受压：令20(0.5)k A F d d =++∆，2.4ab lf =6kx kM b e F =≤）。

矩形基础偏心受压假设l ＝1.2m 后，按两个方向分别计算。

A.2 垫层底面承载力验算：A.2.1 基础底面（垫层表面）的附加压力：基础及其上覆土自重压应力：G k = 20(d ＋0.5△d ) ，△d —室内外高差，d —基底埋深。

矩形基础基底压应力：轴心受压k k k F p G bl=+；偏心受压2266ky k kx k k M F M p G bllbl b=+++。

邮电与信息工程学院岩土工程课程设计计算书课题名称：换土垫层法设计学生学号：0944510108专业班级：09建筑工程技术01班学生姓名：李宜学生成绩：指导教师：张晓敏换土垫层法地基处理工程课程设计计算书一、地基处理方案论证由于建筑地基大部分在暗滨区域,因此必须进行处理.若打钢筋混凝土短桩,费用比较昂贵;若采用水泥混凝土搅拌桩,由于暗滨土中有机物含量较高,因此处理效果可能不好;若采用基础梁跨越低,则因暗滨宽度太大而不可能,故采用砂垫层处理,置换暗滨填土,则既可满足建筑物对地基水载力的要求,又可达到改善排水途径及控制下卧层压力的目的.因此,对各种地基处理方案进行技术经济比较,决定采用砂垫层处理方案.二、计算垫层厚度对于砂垫层厚度的确定,可先假设一个垫层的厚度 ,然后再根据下卧层地基承载力,按公式进行验算,若不符合要求,则改变厚度 ,重新再验算,直到满足要求为止.由于暗滨深度为2.8米,基础埋深d=1.3米,因此砂垫层厚度假设为1.5米,其干密度要求大于1.6t/米21．计算基础底面平均压力P k:基础自重和基础以上的土重G k=γG Ad-γw Ah w=20×1.3×1.3—9.8×1.3×(1.3—0.5)=27.3kN故荷载效应标准组合时,基础底面平均压力P k=(F k+G k)/A=(145+27.3)÷1.3=132.6kPa2．计算基础底面处土的自重压力P c:P c=∑γi h i=18.5×0.8+(18.5—9.8)×0.5=19.2kPa3．计算垫层底面处土的自重压力P cz:P cz=∑γi h i=(18.6—9.8)×2.0+18.5×0.8=32.2kPa:4．计算垫层底面处的附加压力Pz由砂石垫层厚度 z=1.5米,基础宽b=1.3米,得z/b=1.5/1.3=1.15＞0.5取压力扩散角θ=30°,则垫层底面处的 附加应力P z =b(P K —P C )/(b+2ztan θ)=1.3×(132.6—19.2)/(1.3+2×1.5×tan30°) =40.87kPa5．计算下卧层地基承载力设计值由表1可得砂垫层底面处淤泥质粉质粘土的 地基承载力特征值F ak =68kPa,再经深度 修正后可得下卧层地基承载力设计值为： f az =f ak +ηb γ(b —3)+ ηd γ米(d+z —0.5)=68+0+1×[(18.5—9.8)×2+18.5×0.8×(2.8—0.5)]/2.8=94.5kPa 6．下卧层承载力验算垫层的 厚度 应满足作用在垫层底面处土的 自重压力与附加压力之和不大 于下卧层地基承载力的 要求,即：P z + P cz =48.7+32.2=80.9＜f az =94.5kPa,满足设计要求故砂石垫层厚度 取1.5米四、确定垫层宽度垫层的 宽度 除要满足应力扩散的 要求外,还应防止垫层向两边挤动.如果垫层宽度 不足,四周侧面土质又较软弱时,垫层就有可能部分挤入侧面软弱土中,使基础沉降增大 .宽度 计算通常可按扩散角法.b ’=b+2ztan θ=1.3+2×1.5×tan30°=3.0米,按1:1.5边坡开挖五、沉降计算换土垫层后建筑物的 地基沉降由垫层自身的 变形量s 1和下卧层的 变形量s 2两部分组成,其中：sE hP P s 2)(1α+=式中 h —砂垫层厚度 (米).对条形基础,压力扩散系数α可按下式计算： θαhtg b b2+==1.3/(1.3+2×1.5×tan30°)=0.429(1)对砂垫层压缩模量E s 可取20米Pa,则砂垫层自身的 变形S 1为：sE hP P s2)(1α+==(132.6+0.429×132.6)×1.3×103/(2×20×103)=6.16米米(2)下卧层土的 变形量s 2可按分层总合法分层总和法规范修正公式计算,S 2=S 's ϕ=⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-----=∑1110i i i i ni si s Z Z E P ααϕ 垫层底面处的 附加压力P 0=P z =48.7,因而,可计算i S '∆： Z=0～2米(第二层土)：iS '∆=()m m Z Z E P i i i i i4.343672.1287.37.48110=⨯=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----αα Z=2～7.7米(第三层土)：iS '∆=()672.312268.60.773.127.48110⨯-⨯=⎪⎪⎪⎭⎫⎝⎛-----i i i i iZ Z E P αα=47.8米米确定Zn ：由表2知,Z=13米深度 范围内的 计算变形量∑'∆S =99米米,相应于Z=12.4~13米的 土层的 计算量 2.1／99=0.0021≦0.025,满足要求,故可确定地基变形量的 计算深度 Zn=13米. 确定s ϕ：由公式∑∑∆=n isiii iEA A/E ns _确定Zn 的 深度 范围内的 压缩模量的 当量值s _E ：snn n n n s s E Z Z P E Z Z P E Z P ⎪⎭⎫ ⎝⎛-++⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯-=----------110211*********n n 0S _..........00Z P E αααααααα =⎪⎭⎫ ⎝⎛+++++⨯93.10830.093.10442.093.13400.0.093.14473.013.23595.287.37492.17.48023.57.48=2.5米pa表1： 下卧层土的 变形量S 2的 计算结果(一)查表6-4(土力学教材)P 0≦0.75f ak 的 1.1s =ϕ,因而地基的 沉降量S 2： ⨯='∆=∑=1.1S S 1i S 2ni ϕ99=108.9米米所以综上地基的 最终沉降量：S=115.1mm 6.2108.9S S 21=+=+'﹤[]mm S 200=六、施工设计1．垫层材料垫层材料为砂石垫层,应选用级配良好,质地坚硬的 中砂材料,材料中不得含有植物质残体、垃圾等杂物质,且含泥量不超过5％(排水砂石垫层不应超过3％),该垫层的 总厚度 为1.5米 2．施工机具垫层施工应根据不同的 换填材料选择合适的 机具,此工程中为砂石垫层,宜采用平板振动器、蛙式夯、平碾或插入式振动器3．含水量要求为获得最佳夯实效果,宜采用垫层材料的 最优含水量,作为施工的 控制含水量.对于砂石垫层,当使用平板振动器时,含水量可取15％~20％;当使用平碾或挖夯时,含水量可取8%~12%;当使用插入式振动器时,砂石材料则宜为饱和.4．分层厚度砂石垫层的 分层铺填厚度 以及每层压实的 遍数宜根据垫层材料、施工机械设备及设计要求等通过现场试验确定.一般情况下垫层的 分层厚度 可取200~300米米,在不具备试验条件的 场合可按下表选用：5.垫层施工基坑开挖时应避免坑底上层受扰动,可保留约200米米厚的土层暂不挖去,侍铺填垫层前再挖至设计标高.严禁扰动垫层下的软弱土层,防止其被践踏.受冻或受水浸泡.在碎石或卵石垫层底部宜设置150～300米米厚的砂垫层或铺一层土工织物,以防止软弱土层表面的局部破坏,同时必须防止基坑边坡坍土混入垫层.换填垫层施工应注意基坑排水,除采用水撼法施工砂垫层外,不得在浸水条件下施工,必要时应采用降低地下水位的措施.垫层竣工验收合格后,应及时进行基础施工与基坑回填七、质量控制与检验砂垫层的质量必须分层控制及检验,并且以满足设计要求的最小密度控制为标准.质量的检验方法主要有环刀法和贯入测定法;另外对于垫层的填筑工程竣工质量验收还可用：动测法、静立触探法和标准贯入法等其中的一种方法检验.垫层底面应铺设在同一标高上,各分层搭接的位置应错开0.5—1.0米,施工时应按先深后浅的顺序进行.垫层施工前应验槽,浮土应清除,边坡必须稳定,如发现孔、洞、沟、穴或软弱土层,应挖除后填实.在本工程中的砂垫层中,对于中砂,要求最小干密度;对于粗砂,要求最小干密度;检查施工过程中的各项测试数据和施工记录,不符合设计要求时应补夯或采取其他有效措施.采用环刀法检验垫层的施丁质量时,取样点应位于每层厚度的2/3 深度处.检验点数量,对大基坑每50～100米2 不应少于1 个检验点;对基槽每10～20米不应少于1 个点;每个独立柱基不应少于1 个点.采用贯入仪或动力触探检验垫层的施工质量时, 每分层检验点的间距应小于4米.垫层的施工质量检验必须分层进行.应在每层的压实系数符合设计要求后铺填上层土.竣工验收承载力检验的数量,应根据场地复杂程度和建筑物的重要性确定,对于简单场地上的一般建筑物,每个建筑地基的载荷试验检验点不应少于3 点; 对于复杂场地或重要建筑地基应增加检验点数.强夯置换地基载荷试验检验和置换墩着底情况检验数量均不应少于墩点数的l%,且不应少于3 点.八、主要参考文献1．郑俊杰．地基处理技术．武汉：华中科技大学出版社,2004;2．叶书麟,叶观宝．地基处理．北京：中国建筑工业出版社,2003;3．袁聚云等．土木工程专业毕业设计指南(岩土工程分册)．北京：中国水利水电出版社,1999;4．《地基处理》编写委员会．地基处理手册．北京：中国建筑工业出版社,2000;5．中华人民共和国行业标准．建筑地基处理技术规范(JGJ79－2002)．北京：中国建筑工业出版社,2000;6．湖北省地方标准．建筑地基基础技术规范(DB42/242－2003);7．祝龙根等．地基基础测试新技术．北京：机械工业出版社,2002;8．地基与基础工程新技术实用手册;9．龚晓南．地基处理新技术．西安：陕西科学技术出版社,1997;10．周景星等．基础工程．北京：清华大学出版社,2000;11．赵明华．基础工程．北京：高等教育出版社,2003;12．吴湘兴．土力学及地基基础．武汉：武汉大学出版社,2000.附件：工程施工现场应急预案及安全保证措施一、编制原则1、以人为本,安全第一原则。

---------------------------------------------------------------------- 计算项目: 地基处理计算 1---------------------------------------------------------------------- [ 计算简图 ]---------------------------------------------------------------------- [ 计算条件 ]---------------------------------------------------------------------- [ 基本参数 ]地基处理方法：换填垫层法[ 基础参数 ]基础类型：矩形基础基础埋深： 1.400(m)基础宽度： 4.800(m)基础长度： 7.050(m)基础覆土容重： 20.000(kN/m3)基底压力平均值： 220.0(kPa)基底压力最大值： 220.0(kPa)[ 土层参数 ]土层层数： 6地下水埋深： 18.420(m)压缩层深度： 18.000(m)沉降经验系数： 0.400地基承载力修正公式：承载力修正基准深度d0： 0.500(m)序号土类型土层厚容重饱和容重压缩模量承载力鏱鏳(m) (kN/m^3) (kN/m^3) (MPa) (kPa)1 素填土 2.000 19.3 --- 10.780 20.0 0.000 1.0002 粘性土 0.500 18.5 --- 9.140 90.0 0.000 1.6003 粘性土 0.800 18.1 --- 8.920 130.0 0.000 1.6004 粘性土 0.700 18.7 --- 21.300 210.0 0.000 1.6005 粘性土 4.300 18.3 --- 16.990 150.0 0.000 1.0006 粘性土 6.000 19.0 --- 19.890 170.0 0.000 1.600***鏱-- 基础宽度地基承载力修正系数***鏳-- 基础深度地基承载力修正系数[ 换填垫层参数 ]材料类型： C***A类：中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、石屑、卵石、碎石、矿渣等***B类：粉质粘土、粉煤灰等***C类：灰土等压缩模量： 25.000(MPa)承载力： 220.000(kPa)厚度： 1.850(m)顶面宽度： 9.575(m)底面宽度： 6.800(m)顶面长度： 11.825(m)底面长度： 9.050(m)压力扩散角： 28.000(°)----------------------------------------------------------------------计算结果:----------------------------------------------------------------------1. 垫层承载力验算基底平均压力pk： 220.0(kPa)基底最大压力pkmax： 220.0(kPa)基底自重压力pc： 27.0(kPa)垫层承载力特征值fz： 247.8(kPa)pk <= fz, 满足！pkmax <= 1.2*fz, 满足！因此换土垫层承载力满足要求！2. 换填垫层底面处承载力验算垫层应力扩散角瑁 28.0(度)垫层底附加应力pz： 107.0(kPa)垫层底自重应力pcz： 61.4(kPa)垫层底pz + pcz： 168.4(kPa)垫层底地基土承载力特征值fz： 213.2(kPa)pz + pcz <= fz,垫层底面地基土的承载力满足要求！3. 垫层尺寸验算按照构造要求验算垫层顶面宽度和长度:基础底面宽度B： 4.800(m)垫层顶面宽度B1： 9.575(m)(B1-B)/2>=300mm，满足构造要求：垫层顶面宽度超出基础底边宽度不小于300mm！基础底面长度L： 7.050(m)垫层顶面长度L1： 11.825(m)(L1-L)/2>=300mm，满足构造要求：垫层顶面长度超出基础底边宽度不小于300mm！按应力扩散角验算垫层底面宽度和长度:垫层底面宽度B2: 6.800(m)基底压应力传递到垫层底面处的应力分布宽度B + 2ztg: 6.767(m) 垫层底面宽度B2 >= B + 2ztg,垫层底面满足应力扩散要求！垫层底面长度L2: 9.050(m)基底压应力传递到垫层底面处的应力分布长度L + 2ztg: 9.017(m) 垫层底面长度L2 >= L + 2ztg,垫层底面满足应力扩散要求！4. 下卧层承载力验算土层号深度pz pcz pz + pcz fz 是否满足(m) (度) (kPa) (kPa) (kPa) (kPa)4 3.30 15.9 106.2 62.3 168.6 294.6满足！5 4.00 23.0 91.7 75.4 167.1 216.0满足！6 8.30 23.0 44.5 154.1 198.6 401.7满足！7 14.30 23.0 22.0 268.1 290.1 584.0满足！***-- 土层的应力扩散角***pz -- 下卧层顶面处的附加应力值***pcz -- 下卧层顶面处土的自重压力值***fz -- 下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值5. 沉降计算沉降计算点坐标(X0,Y0) = (0.000,0.000)层号厚度压缩模量 Z1 Z2 压缩量应力系数积分值 (m) (MPa) (m) (m) (mm) (z2a2-z1a1)1 0.60 25.000 0.00 0.60 4.62 0.59892 0.50 25.000 0.60 1.10 3.78 0.48953 0.75 25.000 1.10 1.85 5.30 0.68704 0.05 8.920 1.85 1.90 0.93 0.04305 0.70 21.300 1.90 2.60 5.06 0.55816 4.30 16.990 2.60 6.90 22.12 1.94727 11.10 19.890 6.90 18.00 12.15 1.2520压缩模量的当量值： 19.942(MPa)沉降计算经验系数： 0.400总沉降量：0.400 * 53.96 = 21.58(mm)***Z1 -- 基础底面至本计算分层顶面的距离***Z2 -- 基础底面至本计算分层底面的距离。