换土垫层法计算说明书

武汉工程大学

课程设计（学年论文）

说明书

课题名称： 换土垫层法地基处理设计 学生学号： ********** 专业班级： 建筑工程02班 学生姓名： ** 学生成绩： 指导教师： *** 课题工作时间： 至

武汉工程大学教务处

填写说明：

1. 表中第一、二、三、六项由指导教师填写；第四、五两项由学生填写。 2. 表中第一、二、三在在课程设计（学年论文）开始前填写，第四、五、六项在课程设计（学年论文）完成后填写。 3. 本表格填写完整后连同正文装订成册。

一、课程设计的任务的基本要求： （一）．设计条件 1．工程概况 某4层砖混结构住宅楼，建筑面积2000m2，基础型式采用钢筋混凝土条形基础，基础宽度b＝1.3m，基础埋深d＝1.3m，上部结构作用于基础的荷载F＝145kN/m。当地砂资源丰富。 2．工程地质条件 根据工程场地《岩土工程勘察报告》，该场地地下有一条暗滨通过，暗滨深度为2.8m，且建筑物基础大部分坐落在暗滨中，暗滨填土有机质及杂质含量高，地下水埋深0.8m。 各土层物理力学指标如表1所示。 表1 各土层物理力学指标 序号 1 2 3 4 5 土层名称 浜填土 粉质粘土 淤泥质粉质粘土 淤泥质粘土 粉质粘土 层厚m 2.8 2.0 5.7 含水量 ％ 33.5 38.7 重度 kN/m 3 孔隙比 比重 液限％ 35.1 36.8 塑性指数 14.8 16.0 液性指数 0.88 1.19 固结快剪 C kPa 17.0 11.2 φ 度 13.2 11.1 压缩性指标 a1-2 -1MPa 0.58 1.18 Es1-2 MP 3.87 2.13 容许承载力fk kPa 95 68 18.5 18.6 18.2 0.970 1.148 2.73 2.73 7.5 未穿 43.2 32.6 17.5 18.8 1.356 1.132 2.74 2.73 44.6 34.8 21.3 14.5 1.29 0.97 9.1 14.5 8.8 14.1 1.22 0.46 1.93 4.20 64 94 （二）.设计说明书内容及要求 1．地基处理方案论证 2．计算垫层厚度 3．计算垫层宽度 4．沉降计算 5．施工设计 6．质量控制与检验 7．书写设计计算说明书一份 8．绘制施工剖面图一张。 指导教师签字： 年 月 日

二、进度安排： 1、发题 20 年 月 日 （1）20 年 月 日-20 年 月 日 地基处理方案论证 （2）20 年 月 日-20 年 月 日确定砂垫层厚度、宽度 （3）20 年 月 日-20 年 月 日 沉降计算 （4）20 年 月 日-20 年 月 日 施工设计 （5）20 年 月 日-20 年 月 日质量控制与检验 （6）20 年 月 日-20 年 月 日 书写设计计算说明书， 绘制施工剖面图。 三、应收集资料及主要参考文献： 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。

换土垫层法地基处理设计

一． 地基处理方案论证

由于建筑地基大部分在暗区浜域，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，由于暗浜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而采用砂垫层处理，置换暗浜填土，则即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． 计算垫层的厚度

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，重新在验算，直到满足要求为止。

由于暗浜深度为2.8m。基础埋深d = 1.3m，因此砂垫层厚度假设为1.5m，其

干密度要求大于1.6t／m2。

① 基础地面的平均压力P k： Pk=

FGFGbd145200.8209.80.5132.6Kpa Ab1.3② 基础底面处土的自重压力Pc：

Pc＝18.5×0.8＋﹙18.5－9.8﹚×0.5＝19.2Kpa ③ 垫层底面处土的自重压力Pcz：

Pcz＝18.5×0.8＋﹙18.5－9.8﹚×2.0＝32.2Kpa

④ 计算垫层底面处的附加压力PZ：﹙对于条形基础，可按压力扩散角的方

法进行﹚ 由

hsb1.51.31.15﹥0.5

表3.11，压力扩散角（°） θ

换填材料 中砂、粗砂、砾砂、圆粉质粘土、 砾、角砾、石屑、卵石、 粉煤土 碎石、矿渣 0.25 20 30 6 23 28 z b灰土 ≥0.50 注：l 当＜0.25，除灰土取＝28°外，其余材料均取＝0°，必要时，宜由试验确定；

2 当0.25＜＜0.5 时，O 值可内插求得。

经查表得θ＝30° PzbPkPc1.3132.619.248.7Kpa b2ztan1.321.5tan30下卧层地基承载力设计值f：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：

fazfakd0dz0.568=94.5Kpa

1.018.59.8218.50.82.80.52.8

下卧层承载力验算：砂垫层厚度为Z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卧层地基承载力的要求即： PZPcz＝48.7＋32.2＝80.9Kpa＜faz＝94.5Kpa 满足设计要求，故砂垫层厚度为1.5 m。

三． 确定砂垫层的宽度

砂垫层的宽度按压力扩散角的方法进行，即：b′＝b＋2ztan＝

1.321.5tan＝3.0m

四． 沉降计算

换土垫层后的建筑物 地基沉降由垫层自由的变形量和 下卧层的变形量两部分所构成，其中垫层自由的变形量S1：

PkPkZ2 S1ES

其中对于条形基础，压力扩散系数：

＝

b1.30.429 b2Ztan1.321.5tan30①砂垫层压缩模量Es，取20Mpa，则砂垫层自身的变形 S1为 ：

PkPkZ2 S1ES

132.60.429132.61.31032 ＝ 20103 =6.16mm

②下卧层土的变形量S2，可按分层总和法规范修正公 计算：

P0 ZZ S2=sS=si1i1iii1Esin垫层底面处的附加压力P0=P z=48.7Kpa，因而，可计算Si： Z=0～2m（第二层土）：

P048.721.367234.4mm ZZS=iii1i1iEi3.87Z=2～7.7m（第三层土）：

P048.77.70.626821.3672 ZZS=iii1i1iEi2.13=47.8mm

下卧层土的变形量S2的具体计算结果见表2，表3

确定Zn：

由表3知，Z=13m深度范围内的计算变形量

S=99mm，相应于

Z=12.4~13m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=13m。

确定s：

由公式Es_Ainiini确定Zn的深度范围内的压缩模量的当量值Es：

si_A/EPZn000n_ ESP0Z1100P0Z22Z11P0ZnnZn1n1..........Es1Es2Esn =

48.75.023

1.74922.35950.44730.0.34000.04420.083048.72.131.931.931.931.933.87 =2.5Mpa

表2 下卧层土的变形量S2的计算结果（一）

土层号 自垫层底往下的深度 2l/ b/ 2z/b/ Esi

2 2.0 10 1.3 3.87 3 7.7 10 5.1 2.13 4 10.0 10 6.7 1.93 4 12.0 10 8.0 1.93 4 12.4 10 8.3 1.93 4 13.0 10 8.7 1.93

表3 下卧层土的变形量S2的计算结果（二）

i4i0.8746 0.5336 0.4560 0.4080 0.3894 0.3864



2土层号

2 3 4 4 4 4

P0/Esi

ziizi1i1

Si

Si22.0 75.9 87.2 95.8 96.9 99.0

1.7492 4.1087 4.5560 4.8960 4.9402 5.0232 12.584 22.864 25.233 25.233 25.233 25.233 1.7492 2.3595 0.4473 0.3400 0.0442 0.0830 22.0 53.9 11.3 8.6 1.1 2.1

查（将此表列出）表6-4（土力学教材）P0≦0.75fak 的s1.1,因而地基的沉降量S2： S2SSi1.199=108.9mm

i1n所以综上地基的最终沉降量：

S2108.96.2115.1mm﹤S200mm S=S1五 施工设计

1.材料要求

垫层材料为砂垫层，应选用级配良好，质地坚硬的中砂、粗砂、砾砂、圆砂、卵石

或碎石等材料，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%（排水砂垫层不应超过3%）。当选用粉细砂时，应参入25%~30%的碎石或卵石，且其最大粒径不得大于50mm。该垫层的总厚度为1.5m。

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

为获得最佳夯亚效果，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200~300mm，在不具备试验条件的场合可按下表选用： 施工设备 平碾（8~12t） 蛙式行（5~16t） 平板振动器 插入式振动器 5.垫层施工

基坑开挖时应避免坑底上层受扰动，可保留约200mm 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150～300mm 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。

每层铺填的厚度（mm） 200~300 200~250 150~250 150~250 每层压实遍数 6~8 8~16 六. 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—1.0m,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d1.6t/m3 ;对于粗砂，要求最小干密度d1.7t/m3；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50～100m不应少于1 个检验点；对基槽每10～20m 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4m。

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。

2

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。

四、课程设计摘要（中文）： 换填法就是将基础底面下一定程度范围内的软弱土层部分或全部挖去，然后换填其它无侵蚀的低压塑性散体材料，经分层压实，作为基地的持力层。换填法可有效的处理地基荷载不大的建筑地基问题，适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。 五、课程设计摘要（英文）： The basis of replacement method is to some extent under the underside of the weakness within some or all of dredged soil and erosion-free replacement of other low-pressure plastic bulk material, the layered compaction, as the base of the support layer. Replacement method can effectively deal with the foundation building foundation problems do not load for shallow foundation and uneven soft ground treatment.

六、指导教师评分 评价内容 调查论证 实践能力 分析解决问题能力 工作量、工作态度 质量 具 体 要 求 能独立查阅文献和从事其他调研；能提出并较好地论述课题的实施方案；有收集、加工各种信息及获得新知识的能力。 独立设计、计算、绘图的能力（课程设计）；能正确选择研究（实验）方法，独立进行研究的能力（学年论文） 权重 10 15 得分 能运用所学知识和技能去发现与解决实际问题（课程设15 计）；或能对课题进行理论分析，得出有价值的结论（学年论文）。 按期圆满完成规定的任务，工作量饱满，难度较大，工作努力，遵守纪律；工作作风严谨务实。 10 综述简练完整，有见解；立论正确，论述充分，结论严谨40 合理（或设计过程完整，设计内容完全）；文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，书写工整规范，图表完备、整洁、正确；论文（设计）结果有参考价值。 在课程设计或学年论文中，能够体现外语和计算机的应用能力。 工作中有创新意识；对前人工作有改进或独特见解。 5 5 外语和计算机应用能力 创新 综合评语 指导教师签字： 年 月 日

七、答辩记录 记录人（签字）： 年 月 日 答辩意见及答辩成绩 答辩小组教师（签字）： 年 月 日 课程设计（学年论文）总评成绩：

（指导教师评分×80%+答辩成绩×20%）