基础工程地基处理

 研究生课程考核试卷

科  目：    基础工程学       教  师：    胡岱文               

姓  名：       XX          学  号：  20131602079               

专  业：    土木工程         类  别：     学术         

上课时间：  2013年11月至2014 年1月              

    考 生 成 绩：

阅卷教师 (签名)                                      

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6层砖混结构招待所，设计地坪标高262.0m，荷载420 kN/m。

2.场地工程地质条件

2.1.地形地貌

拟建场区属构造剥蚀丘陵地貌，其原始地貌为浅丘及斜坡，现场区大部分已进行开挖回填平场工作，场区较平坦。在场区西侧为原始地形带，目前正在开挖中。场区整体呈西侧较高，东侧较低，钻探范围内其地面标高界于248.23～307.60m，最大高差约59.37m。

2.2.气象与水文

本区属亚热带季风气候，具有空气湿润、冬季温暖、夏季炎热、春秋多雨、四季分明的特点。多年平均气温为17.72℃，月平均气温最高是8月为28.5℃，最低是1月为7.2℃。日极端最高气温为43.5℃（2006.8.15），最低为-1.8℃（1986.1.12）。多年平均相对湿度为79%。区内以降雨为主，雪、冰雹少见，多年年平均降雨量为1044.3mm，降雨量多集中于4～9月，其降雨量高达812.4mm，占全年降雨量的77.8%。年平均降雨日为168天，最大日降雨量266.6mm。勘察范围内无地表水溪流。

2.3.地质构造

本场地在地质构造上属于向斜北西翼，为单斜岩层产出，岩层倾角较缓，其产状为：115°∠8°。根据现场地表地质调查，场区基岩内发育两组构造裂隙。其特征为：

LX1裂隙：产状：倾向2°，倾角75°，裂隙宽度：1～3mm，裂隙间距：2.00～2.50m，泥质充填，多闭合。贯通性较差，结合程度差,为硬性结构面。

LX2裂隙：产状：倾向167°，倾角79°，裂隙宽度：1～3mm，局部见少量泥质充填，该组裂隙贯通性较好，结合程度差，为硬性结构面。

岩层层面：基岩呈中厚状产出，层面结构面明显，层面平直。结合程度很差，为软弱结构面。

场区未见断层通过，层间裂隙不发育，岩体较完整，地质构造较简单。

2.4.地层岩性

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（Q4ml）及粉质粘土、淤泥质粘土(Q4el+dl)；下伏基岩为砂岩、泥岩（J2s）互层。地层简述如下：

⑴.素填土(Q4ml)：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。

⑵.粉质粘土(Q4el+dl)：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。

⑶.淤泥质粘土(Q4el+dl)：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。

⑷.泥岩(J2s)：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。

⑸.砂岩(J2s)：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。

2.5.基岩顶界面及基岩风化带特征

据钻探揭露，第四系覆盖层厚度0.20m（ZY153）～23.30m（ZY255），基岩顶面高程238.83～305.80m，高差约66.97米，基岩面起伏陡，最大坡度角约44度。

场地基岩划分为强风化带及中风化带。基岩强风化带厚一般为0.40～10.70m。强风化层底界随基岩面起伏而起伏，强风化层风化强烈，质软，少量见风化裂隙，由于岩心破碎，采样困难，故未采取强风化样。中风化带岩心较完整。

2.6. 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。

根据相邻建筑经验，拟建场地内的水和土对混凝土微腐蚀性。

2.7. 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。

3. 岩土物理力学特征

3.1 野外重型动力触探(N63.5) 原位测试

根据钻探揭示，拟建场地部分地段人工填土厚度较大，本次勘察分别在ZY198、ZY302、ZY383、ZY396四个钻孔中作重型动力触探(N63.5)原位测试。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。

3.2标贯试验

本次勘察在拟建场地内ZY156、ZY173、ZY190、ZY191、ZY207五个钻孔中对淤泥质粘土作标准贯入测试。标准贯入测试结果表明：淤泥质粘土的状态为软可塑状态。

3.3室内土工试验成果统计分析

本次勘察分别在6个钻孔中取粉质粘土试样6组，作土常规分析。现按数理统计。根据统计结果，变异系数均小于0.30，试验结果可靠，表明粉质粘土较均匀，压缩系数0.34，为中等压缩性土。

3.4. 岩土测试成果的可靠性分析及统计原则

本次勘察根据场地条件及工程特点，共取岩样94组做天然及饱和抗压强度试验及抗剪试验。野外岩样采取方法正确，室内测试由地质矿产测试中心负责完成，操作规范，测试成果真实可靠。岩土参数统计根据为《岩土工程勘察规范》（GB50021－2001）中的相关分析、统计。

3.5. 岩土测试成果及统计评述

试验成果严格按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）2009版统计，统计指标提供区间值、平均值、标准值（差）及变异系数和统计数量，其结果见表6。

岩石抗压强度试验成果统计表  

根据场地钻探情况，场地中等风化岩石的岩体完整程度为较完整岩体；根据室内岩石试验统计成果，场地岩体基本质量等级划分如下：

泥岩为极软岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅴ类;

砂岩为软岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为IV类。

3.7.岩土参数选用及建议

根据重庆地区经验结合场地工程地质条件综合确定场区强风化基岩地基承载力特征值可取地区经验值：泥岩300kPa，砂岩500 kPa。

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。

泥岩取3.45Mpa，砂岩取14.60Mpa；

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；

采用桩基础时，桩单桩坚向极限承载力标准值的确定遵照《建筑桩基技术规范》JGJ94－2008有关规定计算。

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。

建议岩土设计参数表         

根据1：400万《中国地震动峰值加速度区划图》（2001）和《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001），拟建场区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。

拟建场地的岩土层为软弱土、中软土和岩石，覆盖层厚0.20m（ZY153）～23.30m（ZY255）。根据重庆地区经验，新近回填人工回填土剪切波速值取100m/s，为软弱土；粉质粘土剪切波速值取180m/s，为中软土；淤泥质粘土剪切波速值取80m/s，为软弱土；岩石属软质岩石。

5.场地地基评价以及分析

拟建场地人工填土在场区小部分地带上有分布，但结构松散，压缩性较高，承载力较低，均匀性较差。粉质粘土在拟建场区小部分地带有分布，其厚度小，力学性能差，干强度、韧性低，承载力低。强风化基岩在整个场地均有分布，但岩芯破碎，岩质软，承载能力较低，厚度较小。中等风化基岩在整个场地均有分布，岩质较坚硬，岩芯较完整，多呈长、短柱状，分布连续、稳定，为场地的主要岩性层，其下伏岩体稳定，均匀性好。

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，水文地质条件简单。根据相邻建筑经验，拟建场地内的水和土对混凝土微腐蚀性。

6.地基基础方案

6.1换填法地基处理下的墙下无筋扩展基础

由于拟建场地人工填土在场区部分有分布，但成分较杂乱，厚薄不均，压缩性较高，承载力较低，均匀性较差，含有一定量的较大块石，结构稍密～中密，而粉质粘土在拟建厂区也是小部分地带有分布，但是厚度小，力学性能差，承载力低，所以要想建浅基础，必须对上覆土层进行地基处理。

换填法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、灰土以及其他性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度。通过换填法处理地基可以提高地基承载力，并通过换填垫层的应力扩散作用，较小垫层下天然土层所承受的压力，减少地基沉降量。另外，可以加速软弱土层的排水固结。从而可使处理后的地基满足设计要求。通过换土垫层，可以提高持力层的强度，并将建筑物基底压力扩散到垫层以下的软弱地基，使软弱地基土中所受应力减小到该软弱地基土的容许承载力范围内，从而满足强度要求；垫层置换了软弱土层，从而可减少地基的变形量；调节不均匀地基的刚度等。垫层是作为基础的持力层处理地基的，它是地基的主要受力部分。因此，垫层的设计不但要满足建筑物对地基变形及稳定的要求，而且应符合经济合理的原则。垫层设计时，既要求有足够的厚度来置换可能被剪切破坏的软弱土层，又要求有足够的宽度以防止垫层向两侧挤出。

图1 换填层后建扩展基础                      图2 无筋扩展基础

墙下无筋扩展基础通常采用砖、块石、素混凝土、三合土和灰土等材料建造。这些材料的共性是具有较高的抗压强度，但抗拉、抗剪强度低。设计时要求基础的外伸宽度和基础高度的壁纸在一定范围内，避免基础内出现较高的拉应力与剪应力。在对基础进行设计时，要选择基础埋置深度、计算地基的容许承载力、确定基础底面积的尺寸、计算地基的变形、验算地基的稳定性。选择原因：因为地基经过换填法处理后，土质较均匀、承载力较高、无软弱下卧层、荷载不大，上部结构为砖混结构，而无筋扩展基础适用于6层和6层以下的民用建筑胡砌体墙承重的轻型厂房，故可以选用墙下无筋扩展基础。

6.2采用岩石地基上桩基和基础并用的形式

由于拟建场地中的的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。但是基岩顶面上覆土层的厚度分布不均，所以当基岩的中风化带较浅时，可以直接开挖上覆土层将柱下基础建在基岩上，但对于中风化带较深的情况，可选用钢筋混凝土灌注桩来减少挖方量，同时也可避免不均匀沉降。桩基础承载能力高、稳定性好、沉降量小而均匀、适应性强。

图3　 岩石地基上桩基和基础并用

混凝土灌注桩是一种直接在现场桩位上就地成孔，然后在孔内浇筑混凝土或安放钢筋笼再浇注混凝土而成的桩。与预制桩相比，具有施工低噪音、低振动、桩长和直径可按设计要求变化自如、桩端能可靠地进入持力层或嵌入岩层、单桩承载力大、挤土影响小、含钢量低等特点。但成桩工艺较复杂，成桩速度比预制打入桩慢，成桩质量与施工有密切关系，而且成本较高。。按其成孔方法不同，可分为钻孔灌注桩、沉管灌注桩、人工挖孔灌注桩、爆扩灌注桩等。

6.3 直接采用柱下条形基础

拟建场地人工填土在场区小部分地带上有分布，但结构松散，压缩性较高，承载力较低，均匀性较差。粉质粘土在拟建场区小部分地带有分布，其厚度小，力学性能差，干强度、韧性低，承载力低。中等风化基岩在整个场地均有分布，岩质较坚硬，岩芯较完整，多呈长、短柱状，分布连续、稳定，为场地的主要岩性层，其下伏岩体稳定，均匀性好。所以直接考虑用柱下条形基础

柱下条形基础（单独基础）称为扩展基础。扩展基础的作用是把墙或柱的荷载侧向扩展到土中，使之满足地基承载力和变形的要求。扩展基础包括无筋扩展基础和钢筋混凝土扩展基础。

　　当地基较为软弱、柱荷载或地基压缩性分布不均匀，以至于采用扩展基础可能产生较大的不均匀沉降时，常将同一方向（或同一轴线）上若干柱子的基础连成一体而形成柱下条形基础。这种基础的抗弯刚度较大，因而具有调整不均匀沉降的能力，并能将所承受的集中柱荷载较均匀地分布到整个基底面积上。柱下条形基础是常用于软弱地基上框架或排架结构的一种基础形式。

图5 柱下条形基础

6.4 推荐方案

　　对比三个方案，方案一施工比较麻烦，需要用换土垫层和无钢筋扩展基础来处理地基，而且由于基岩为单斜岩层产出，局部地段起伏较陡，为避免不均匀沉降，对地基处理的质量要求比较高；方案三施工时候比较麻烦，基础做起来也比较麻烦，造价也高，挖方量也比较大，方案二岩石地基上桩基和基础并用的方法，虽然桩基的费用高，但岩石地基的刚度大，岩石均匀，不需要考虑不均匀沉降问题，安全性最强，而且上覆土层薄的地方也较多，可以依据场区本身的基岩面的深浅变化选择采用基础还是桩基。所以综合经济、安全、施工等多重因素，个人推荐方案二，即岩石地基上的桩基和基础并用的方法。