换热器毕业设计论文（共五篇）

第一篇：换热器毕业设计论文

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第1章

浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种，它的特点是两端管板只有一端与外壳固定死，另一端可相对壳体滑移，称为浮头。浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。本文对浮头式换热器进行了整体的设计，按照设计要求，在结构的选取上，即壳侧两程，管侧四程。首先，通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构,然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计，设计的前半部分是工艺计算部分，主要设根据设计传热系数、压强校核、壳程压降、管程压降的计算；设计的后半部分则是关于结构和强度的设计。主要是根据已经选定的换热器型式进行设备内各零部件（如壳体、折流板、管箱固定管板、分程隔板、拉杆、进出口管、浮头箱、浮头、支座、法兰、补强圈）的设计。

换热器是国民经济和工业生产领域中应用十分广泛的热量交换设备。随着现代新工艺、新技术、新材料的不断开发和能源问题的日趋严重，世界各国已普遍把石油化工深度加工和能源综合利用摆到十分重要的位置。换热器因而面临着新的挑战。换热器的性能对产品质量、能量利用率以及系统运行的经济性和可靠性起着重要的作用，有时甚至是决定性的作用。目前在发达的工业国家热回收率已达96%。换热设备在现代装置中约占设备总重30%左右，其中管壳式换热器仍然占绝对的优势，约70%。其余30%为各类高效紧凑式换热器、新型热管热泵和蓄热器等设备。其中板式、螺旋板式、板翅式以及各类高效传热元件的发展十分迅速。在继续提高设备热效率的同时，促进换热设备的结构紧凑性，产品系列化、标准化和专业化，并朝大型化的方向发展。浮头式换热器是管壳式换热器系列中的一种。换热管束包括换热管、管板、折流板、支持板、拉杆、定距管等。换热管可为普通光管，也可为带翅片的翅片管，翅片管有单金属整体轧制翅片管、双金属轧制翅片管、绕片式翅片管、叠片式翅片管等，材料有碳钢、低合金钢、不锈钢、铜材、铝材、钛材等。壳体一般为圆筒形，也可为方形。管箱有椭圆封头管箱、球形封头管箱和平盖管箱等。随着我国工业化和城镇化进程的加快，以及全球发展中国家经济的增长，国内市场和出口市场对换热器的需求量将会保持增长，客观上为我国换热器产业的快速发展提供了广阔的市场空间。从市场需求来看，在国家大力投资的刺激下，我国国民经济仍将保持较快发展。石油化工、能源电力、环境保护等行业仍然保持稳定增长，大型乙烯项目、大规模的核电站建设、大

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型风力发电场的建设、太阳能光伏发电产业中多晶硅产量的迅速增长、大型环境保护工程的开工建设、海水淡化工程的日益成熟，都将对换热器产业产生巨大的拉动。

未来散热器将会朝着更加节能环保和美观实用的角度不断创新与发展，短时期钢制柱式散热器和铜铝复合散热器任将会是市场主流产品与选择。

换热器在工业生产和生活的各个领域都得到了广泛的应用，而且其功作性能的优劣直接影响着整个装置和系统综合性能的好坏，因此换热器的合理设计极其重要，所以一个合理的换热器应满足一下的几点要求：

（1）在给定的工作条件（流体流量、进口温度等）下，达到要求的传热量和流体出口温度；

（2）流体压降要小，以减小运行的能量消耗；（3）满足外形尺寸和重量要求；

（4）安全可靠，满足最高工作压力，工作温度以及防腐、防漏、工作寿命等方面要求；

（5）制造工艺切实可行，选材合理且来源有保证，以减少初投资；

（6）安装、运输以及维修方便等。按照设计要求，在结构的选取上，为了增大压差校正系数，采用了壳侧两程管侧四程。

通过换热计算确定换热面积与管子的根数初步选定结构，然后按照设计的要求以及一系列国际标准进行结构设计。在结构设计时，要考虑许多因素，例如传热条件、材料、介质压力、温度、流体性质以及拆卸等等。之后对有些部件进行强度校核并进行对其优化设计。

换热设备是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、机械及其他许多工业部门广泛使用的一种通用设备。在化工厂中，换热设备的投资约占总投资的10%-20%，在炼油厂中，约占总投资的35%-40%。

1.1换热设备的应用

浮头式换热器由于管束的膨胀不受壳体的约束，因此不会因管束之间的差胀而产生温差热应力，另外浮头式换热器的优点还在于拆卸方便，易清洗，在化工工业中应用非常广泛。在工业生产中，换热设备的主要作用是使热量又温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到工艺过程规定的指标，以满足工艺过程上的需要。此外，换热设备也是回收余热和废热，特别是低位热能的有效装置。

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图1-1浮头式换热器实物图

1.2换热器设备的分类

1.2.1按作用原理分类（1）直接接触式换热器

直接接触式换热器又称混合式换热器，是利用冷，热流体直接接触，彼此混合进行换热的换热器。为增加两流体的接触面积，以达到充分换热，在设备中常放置填料和栅板，通常采用塔状结构。如冷却塔，冷却冷凝器等。（2）蓄热式换热器

蓄热式换热器又称回热式换热器，是借助于固体构成的蓄热体与热流体和冷流体交替接触，把热量从热流体传递给冷流体的换热器。在换热器内首先由热流体通过，把热量积蓄在蓄热体中，然后由流体通过，由蓄热体把热量释放给冷流体。由于两种流体交替与蓄热体接触，因此不可避免地会使两种流体少量混合。若两种流体不允许有混合，则不采用蓄热式换热器。（3）间壁式换热器

它又称表面式换热器，是利用间壁将进行热交换的冷热两种流体隔开，互不接触，热量由热流体通过间壁传递给冷流体的换热器。间壁式换热器是工业生产中应用最为广泛的换热器，其形式多样，如管壳式换热器和板式换热器都属于间壁式换热器。（4）中间载流体式换热器

它是把两个间壁式换热器由在其中循环的载流体连接起来的换热器。载流体在高温流体换热器和低温流体换热器之间循环，在高温流体换热器中吸收热量，在低温流

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体换热器中把热量释放给低温流体，如热管式换热器等。1.2.2按作用方式分类（1）管式换热器

管式换热器都是通过管子壁面传热的换热器。按传热管的结构形式不同大致可分为蛇管式换热器、套管式换热器、缠绕管式换热器和管壳式换热器等。蛇管式换热器一般由金属或非金属管子，按需要弯曲成所需的形状，如圆盘形、螺旋形和长的蛇行等。它是最早出现的一种换热设备，具有结构简单和操作方便等优点。按使用状态不同，蛇管式换热器又可分为沉浸式蛇管和喷淋式蛇管两种。套管式换热器是由两种不同大小直径的管子组装成同心管，两端用U形弯管将他们连接成排，并根据实际需要，排列组合成传热单元，换热时，一种流体走内管，另一种流体走内外管间的环隙，内管的壁面为传热面，一般按逆流方式进行换热。两种流体都可以在较高的温度、压力、流速下进行换热。套管式换热器的优点是结构简单，工作适应范围大，传热面积增减方便，两侧流体均可提高流速，使传热面的两侧都可有较高的传热系数；缺点是单位传热面的金属消耗量大，检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。管壳式换热器是目前应用最为广泛的换热设备。在圆筒形壳体中放置了许多管子组成的管束，管子的两端固定在管板上，管子的轴线与壳体的轴线平行。为了增加流体在管外空间的流速并支撑管子，改善传热性能，在筒体内间隔安装多块折流板，用拉杆和顶距管将其与管子组装在一起。换热器的壳体上和两侧的端盖上装有流体的进出口，有时还在其上装设检查孔，为了安置测试仪表用的接口管，排液孔和排气孔等。缠绕管式换热器是芯筒与外筒之间的空间内将传热管按螺旋闲形状交替缠绕而成，相邻两成螺旋状传热管的螺旋方向相反，采用一定形状的定距管使之保持一定的距离。缠绕状传热管可以采用单根绕制，也可采用两根或多跟组焊后一起绕制。管内可以通过一种介质，称通道型缠绕管式换热器；也可分别通过几种不同的介质，而每种介质所通过的传热管均汇集在各自的管板上，构成多通道型缠绕管式换热器。缠绕管式换热器适用于同时处理多种介质等场合。（2）板面式换热器

板面式换热器是通过板面进行传热的换热器。板面式换热器按传热板面的结构形式可分为以下五种：螺旋板式换热器、板式换热器、板翅式换热器、板壳是换热器和伞式换热器。板面式换热器的传热性能要比管式换热器优越，由于结构上的特点，使流体能在较低的速度下就达到湍流状态，从而强化了传热。板面是换热器采用板材制

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作，在大规模组织生产时，可降低设备成本，但其耐压性能比管式换热器差。

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第2章 浮头式换热器热力计算

浮头式换热器热力计算一般包括：定性温度和物性参数，初选结构，管程热力计算及流量计算，壳程换热计算，传热系数，管程压降，壳程压降压强校核。

2.1原始数据

油进口温度： t1=175℃ 油出口温度： t1=155℃ 油工作压力： P1=1.6MPa 水进口温度： t2'=144℃

“水出口温度： t2=163℃ '”水工作压力： P2=2MPa 壳体内径： DS=700mm 管箱内径： DN=750mm 换热管规格：Φ19×3 L=8m 2.2定性温度和物性参数计算

水的定性温度： t2t2144163t2153.5C 22水的密度： ρ2=913kg/m3 水的比热： Cp2=4.32kJ/kg℃ 水的导热系数：k2=0.686W/m℃ 水的粘度： μ2=168.8×10-6 水的柏朗特数：Pr2=1.08 油（柴油）的定性温度： t1t1175155t1165C 22油的密度： ρ1=715 kg/m3 油的比热： Cp1=2.48 kJ/kg℃ 油的导热系数：k1=0.133 W/m℃ 油的粘度： μ1=6.4×10-4

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油的普朗特数：

1000Cp1110002.486.4104Pr111.93k10.133

2.3 初选结构

管排列方式 ：分程隔板两侧正方形，其余三角形 管子外径： d0=0.019m 管子内径：

di=d0-（2×3/1000）=0.013m 管长： L=8m 管间距：

s=1.5d0=1.5×0.19=0.0285m 壳体内径： Ds=0.7m 管束中心排管数：由公式

s(Nc1)4d0Ds

得Nc=22 总管子数：由：

1.1NtNc得 Nt=400

选型：采用双壳程四管程。

2.4 管程换热计算及流量计算

试选传热系数： k0=240 W/m2℃ 传热面积：由

得A0=190.91m2 逆流平均温差：

A0Nt d0ltNt大t小201919.5C t大20lnln19t小

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无量纲量参数：

Pt216314419t20.612t217514433t1 t117515520t11.05t2t216314419 R温差校正系数：按2壳程4管程查得0.88 有效平均温差：

tmtN0.8819.517.16C

设计传热量：

Q0A0k0tm190.9124017.16786244W

换热效率：取η=0.98 油流量：

G1水流量：

G2Q0360078624458231kg/h

t1)2.48200.981000Cp1(t1Q0360078624434484kg/h Cp2(t2t2)4.32191000管程流通截面（4管程）： A2(Nt2400)di()0.01320.0133m2 4444管程流速：

w2G2344840.789m/s

2a236009130.01333600管程雷诺数：

Re2管程换热系数：

2w2di9130.7890.013554782168106

h23605(10.015t2)20.8/(100di)0.23605(10.015153.5)0.7890.8/(1000.013)0.2 2385.4W/mC

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2.5 壳程换热计算

折流板的设计：纵向折流板中间分程，横向安置弓形折流板。弓形折流板弓高：

H0.20Ds0.200.700.14m

折流板间距：

BDS0.70.233m 33壳程流通截面：

a1d110.019BDs(10)0.230.70(1)0.027m22s20.0285

壳程流速：

G1582313600w136000.0838m/s

1a17150.027壳程量流速

W11w17150.838599kg/m2s

壳程当量直径：

DsNtd00.7024000.0192de0.046m

Ntd04000.019壳程雷诺数：

RefW1de2215990.04643053

6.4104切去弓形面积所占比例：查得

afaT0.0145

壳程传热因子：查得js96

管外壁温度：tW1假定后再复核，设tW1=160℃

壁温下的粘度：

W11.6104Pas1

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粘度修正系数：

1(10.146.40.14)()0.92W11.61

2.6传热系数

水侧污垢热阻： r117.2105m2℃/W 油侧污垢热阻： r252.0105m2℃/W 管壁热阻：r忽略 总传热热阻：

rd11dr1r200h1dih2di10.01910.0190.0001720.00052583.50.0132385.40.013 0.00326m2C/W传热系数：

kj11306.7 r0.00326传热系数的比值：

kjk0306.71.28 240管外壁热流密度：

q1管外壁温度：

Q0786244=4118W/m2℃ Ntd0l4000.0198q1(tW1t1110.000172)=167.2℃ r1)1754118(583.5h1误差校核：

tWtW1tW1=167.2-160=7.2℃

误差不大，不必再重算。

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2.7管程压降

壁温：

tW2t1q1(11（0.00172）=161.3℃ r1)153.54188583.5h1壁温下水的粘度：w280.3105PaS 管程摩擦系数：查得i0.02 管子沿程压降：

LniiW22(0.789913)2840.02Pi()()()141313Pa 22di229130.0130.99回弯压降：

2（0.789913）W22444546.9Pa Pr()4nt222913进出口管处质量流速：

222WN2w进9131.21314.7kg/ms 出口进出管口处压降：

1314.72PN2()1.51.51419.9Pa

222913管程结垢校正系数：根据r2及Φ193得 d21.2 管程压降：

P2(PiPr)d2PN2(1413.34546.9)1.21419.923834PaWN2

2.8 壳程压降

当量直径：

Ds2Ntd020.7024000.0192de0.0427m DsNtd00.7024000.019雷诺数：

Re1

W1de15990.42739965

6.410411

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壳程摩擦系数：查得00.27 管束压降：

W12Ds(nB1)059920.70（331）0.27P0()[]（）[]()41043.3Pa 1de12715de0.92管嘴处质量流量：

2WN1w进出口7151.521608.8kg/m2s

进出口管压降：

1608.82PN1[]1.51.52714.9Pa

2127152WN2导流板阻力系数：取ip5 导流板压降：

1608.82Pip[]ip59049.8Pa

2127152WN2壳程结垢修正系数：查表取d01.38 壳程压降：

P1P0d0PipPN141043.31.389049.82714.968404Pa

2.9 压强校核

管程工作压力P22.0MPa，查表得[P2]2.5MPa 壳程工作压力P11.6MPa，查表得[P1]1.8MPa 压强校核：

P2[P2] 符合要求

P1[P1] 符合要求

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第3章 结构设计

结合热力计算确定换热流程、面积、排列方式、壳体、管箱、固定管板、分程隔板、以及其他零部件。

3.1换热流程设计

采用2壳程4管程的2-4型换热器。由于换热器尺寸不大，可以用一台，未考虑采用多台组合使用。管程分程隔板采用丁字型结构，其主要优点是布管紧密。壳体分程采用纵向隔板。

管程的分程隔板采用丁字型结构如图3-1所示，其主要优点是布管紧密。

图3-1丁字形隔板

3.2管子和传热面积

换热管除要求具有足够的强度外，当采用胀管法固定时，还要求管子有良好的塑性，避免因胀接而产生裂缝。焊接固定时，要求管子可焊性好，一般采用优质碳钢，以保证管子质量，一般对于无腐蚀性或腐蚀性不大的流体可采用10号钢和20号钢管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用不锈钢、钢、铝等无缝管，在强腐蚀性流体的情况下，可采用石墨管、聚四氟乙烯管等。由于水、油腐蚀性不大，故可采用碳钢，现选择20号钢的无缝钢管。

根据设计要求采用193的无缝钢管。管子总数为400根。其传热面积为：

Ad0LNt0.0198400190.91m2

3.3管子排列方式

管子在管板上的排列方式，应力求均布、紧凑并考虑清扫和整体结构的要求。基本的排列方式有五种：

等边三角形：一边与流向垂直是常用的形式，与正方形排列相比传热系数高，可节省15%的管板面积。适用于不生污垢、可用化学清洗污垢和允许压降较高的工况；

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转角三角形。三角形的一边与流向平行，其特点介于等边三角行和正方形两种排列之间，不宜用于卧式冷凝器，因下方管子形成的厚度越来越厚的凝膜会使传热削弱；

正方形排列最不紧凑，但便于机械清扫，常用于壳程介质易生污的浮头式换热器； 同心圆排列，用于小壳径换热器时比正三角形排列还紧凑，靠近壳体的地方布管均匀。

对于多管程换热器常采用组合排列法，每程均属正三角形排列，而各层面间呈正方形排列，以便于安排分程隔板。

综合比较以上几种布管方式，可采用组合排列形式，中间正方形，其余三角形。布管位置如图3-2示。十字形的走廊是为了装设分程隔板，故有壳程流体的泄漏和旁流的问题，共有406个管孔，其中6个孔为安装拉杆用。

图3-2 管子排列

3.4壳体

壳体材料除要满足一定的强度外，由于制造过程中经过卷板、冲压和焊接，故要求材料有一定的塑性和可焊性，一般采用含碳量较低的3R钢、16nR钢等，现选用16nR钢。

壳体内径Ds=700mm 壳体壁厚：

pDSc t2[]p

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[]t为壳体工作温度下的许用应力，已知壳程设计温度为220℃，则tw<220℃。根据碳钢板许用应力，查得[]t=167MPa 为焊缝系数，取=0.85 p1.2p1，p1为工作压力，等于1.6MPa 壁厚修正：c2mm 则

1.21.670026.8mm21670.851.21.6 实取10mm，之后要用有限元分析软件ANSYS进行强度校核。

3.5 管箱

3.5.1 封头

根据压力容器设计规范采用材质为16MnR的标准椭圆封头，在满足强度要求的情况下，其壁厚可用以下公式计算：

pDSc t2[]0.5p已知管程设计温度为200℃，则tw<200℃。根据碳钢板许用应力，表查得[]t=170 p=1.2p1=1.2×1.6 则

1.21.675027mm

21700.850.51.21.6实取12mm，之后用ANSYS进行强度校核。曲面高度：

hDD75012190.5mm 444D-封头的平均直径 直边高度h025mm 3.5.2壁厚

pDS1.21.6750c27.02mm 2[]tp21700.851.21.6实取12mm，之后要用ANSYS进行强度校核。内径：D"750mm 长度：L0300mm

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3.6 固定管板

外径：D1797mm 板厚：b50mm

管板上开孔数与孔间距与管的排列一致。管板材料选用Q235钢。

管子与管板的连接必须牢固、不泄漏、不产生大的应力变形，最常见的连接方法为胀接，胀接只能用于工作压力低与4MPa和温度低于300℃的场合；对于高温、高压、易燃、易爆的运行条件多采用焊接，但采用焊接容易产生热应力且间隙中流体不流动很容易造成间隙腐蚀，采用胀焊并用的方法可以避免。

由于工作压力和温度都不是特别高，而且管子的间距比较大，管板和管子的连接采用胀接。换热管在管板内的胀接长度L=38mm。

3.7 分程隔板

3.7.1 管程分程隔板

管箱的分程在固定端管箱与浮头端管箱内都要安装分程隔板，隔板的布置见图3-1，由于两端管箱不是很长，卸下清洗时不用拆下来，因此可以将隔板直接焊接在箱体上。管程隔板要考虑密封问题，它们的密封是通过在固定管板和浮动管板插隔板的槽内安放密封填料。为了保证填料能起到密封作用，隔板的长度要按安装的尺寸进行计算。

3.7.2壳程分程隔板

安装壳体的分程隔板一方面要考虑到密封问题，另一方面要便于拆卸，因此采用图3-3所示的装置来安装隔板，当转动偏心杆手柄，偏心杆的凸轮推动与其相接的端头包有密封填料的板可使两端夹紧也可使其松开，便于拆卸。对于浮头式管束要能够拆卸必须要隔板可以拆卸。因此，此装置是必须要用的。

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隔板偏心杆密封填料

图3-3壳体分程隔板

3.8折流板

采用弓形折流板，材料钢板，由于壳内分程，每程均采用半弓形如图3-4所示，布置方式采用垂直切口流动方向。

图3-4折流板

按一个壳程计算（计算过程见热力学计算）得： 拱高：h140mm 板间距：B230mm 板数：nB33 板厚：B6mm

由于考虑到实际安装时由于第一块折流板的位置壳体接管位置的影响，在一个壳程内折流板的实际个数应为32个，总的折流板数为64。

3.9 拉杆

材质为钢。直径φ12，共6根。拉杆是用来安装折流板的。每个折流板最好由三个拉杆来定位。其布置位置见图3-4。

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3.10 进出口管

3.10.1 管程进口管

2按2wN.9 3000取wN21.2m/s 则2w29131.211862进出口流通截面积为：

aN2G2344840.00807m2

36002wN236001186.9进出口管内径为：

DN24aN240.008070.101m

取用1004mm的热扎钢管。3.10.2 管程进出口管

2按1wN2000取wN11.5m/s 1则1wN17151.51072.5 进出口流通截面积为：

aN1G1582310.01508m2

36001wN136001072.5进出口管内径为：

DN24aN140.015080.139m

取用1504.5mm的热轧钢管。

3.11 浮头箱

外头盖内直径：

D1DN100mm800mm

外头盖同样采用材质为16MnR的标准椭圆形封头： 厚度12mm 曲面高度：

h2DD180012203mm 444

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直边高度h25mm

3.12 浮头

如图3-5所示为浮头端的装配图，包括碟形盖，钩圈法兰和浮动管板，由于浮动管板要与管子胀接后从壳体一端伸到另一端，因此管板的外直径应小于壳体内径，其主要尺寸如下：

图3-5 浮头结构图

浮动管板外直径：D0690mm 浮动管板厚：b500mm 浮头法兰外径：

DfoDN80mm780mm

浮头法兰内直径：

Df1Df2(5013)654mm 碟形盖内半径：

L0.75Df10.75654409.5mm

厚度：0取15mm 3.13 补强圈

在实际设计和名义厚度大于12mm时，接管Dg>80mm就必须加开孔补强，当壳体名义厚度小于或等于12mm时，接管Dg>50mm就必须加开孔补强。因此对于Dg=100的管箱接管和Dg=150的壳体接管都必须进行开孔补强。

在补强圈标准中规定了补强圈的尺寸，按标准尺寸Dg =100的接管补强圈外直径D0=210mm，Dg =150的接管补强圈外直径D0=300mm。补强圈的厚度可通过等面积补强法进行计算。这里设定补强圈的厚度均为15mm。

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3.14 法兰

3.14.1法兰密封面的形式

压力容器和管道法兰联接中，常用的密封面型式有以下三种。

（1）平面型密封面

密封表面是一个突出的光滑平面（又称突平面）。这种密封面结构简单，加工方便，便于进行防腐衬里。但螺栓上紧后，垫圈材料容易往两侧伸展，不易压紧，用于所需压紧力不高且介质无毒的场合。

（2）凹凸型密封面

它是由一个凸面和一个凹面所组成，在凹面上放置垫圈，压紧时，由于凹面的外侧有挡台，垫圈不会挤出来。

（3）榫槽型密封面

密封面是由一个榫和一个槽所组成，在垫圈放在槽内。这种密封面规定不用非金属软垫圈，可采用缠绕式金属包垫圈，易获得良好的密封效果。它适用于密封易燃、易爆、有毒介质。密封面的凸面部分容易破坏，运输与装拆时都应注意。

在选取密封面时综合考虑介质因素和装拆的因素，壳体法兰均采用凹凸面型密封面，管箱接管法兰采用平面型密封面，壳体接管法兰采用凹凸型密封面。3.14.2 壳体法兰

壳体接管采用平颈对焊法兰，由于管箱、壳体、浮头箱直径都不一样，因此在选用法兰时，不能只按标准选取。如图3-6为壳体与浮头箱的对接法兰，DN=800mm的是按标准选取的，而DN=700的法兰是按DN800法兰螺栓孔的位置来设计其尺寸的，图3-6凹凸面密封法兰

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大致尺寸如下: DN=800mm的法兰，D=960mm，D1=915mm，D2=876mm，D3=866mm，H=115mm，h=35mm，δ=48mm，δ1=16倒圆角R=12mm，螺柱孔径r=26，配M24的双头螺柱。

DN=700mm的法兰，D=960mm，D1=915mm，D4=863mm，H=115mm，h=35mm，δ=46mm，δ1=16，倒圆角R=12mm，螺柱孔径r=26，配M24的双头螺柱。

其它的法兰装配尺寸见三维实体图。3.14.3 接管法兰

管箱接管采用平颈对焊法兰，如图示：

图3-7接管法兰

设计尺寸按化工机械标准设计，其尺寸大致如下： 管箱接管：DN=100 PN=2.5MPa时：

N=132mm，K=190mm，D=235mm，H=66mm，H1=12mm，S=6mm，法兰厚度C=24mm螺栓孔直径L=22mm，配M20的螺栓8个

壳体接管：DN=150 PN=1.6MPa时：

N=132mm，K=190mm，D=285mm，H=61mm，H1=12mm，S=6.5mm，法兰厚度C=22mm，螺栓孔直径L=22mm，配M20的螺栓8个

另外，对焊时法兰要在颈部开坡口。

3.15 支座

卧式设备一般采用两个鞍座。这是因为基础水平高度有可能不一致，如果使用多个支座，将会造成支座反力分布不均匀，从而引起设备的局部应力增大，因此采用两个支座。

采用双支座时，一个鞍座为固定支座，地脚螺栓为圆孔；另一个鞍座为活动支座，地脚螺栓为长圆孔，配合两个螺母，第一个螺母拧紧后，倒退一圈，然后再用第二个

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螺母锁紧。这样，可以使设备在温度变化是自由伸缩。如图示：

δ4Ⅰ型Ⅱ型

图3-8 鞍式支座

其主要尺寸为：h=200mm；l1=640mm；b1=150mm；1 =10mm；2 =8mm；l3=350mm；b3=120mm； 3=8mm；弧长830mm；b4=200mm； 4=6mm；e=36mm；l2=460mm。

支座的安放位置也有一定的标准，一般支座与壳体端面的距离A<0.2L，L为壳体的长度。

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第4章 安装与拆卸

设计中要考虑到安装问题，各零部件的结构不能影响整个装配体的安装，对于浮头式换热器，设计的初衷是可以拆下管束进行清洗。因此也要考虑到拆卸的问题，其安装步骤可概述如下：

（1）焊接部件：将所有的焊接部件进行焊接，包括管箱，壳体，浮头箱，碟形盖，支座等；

（2）安放折流板：将拉杆的一个螺纹端拧入固定管板的螺纹孔，6根拉杆都装好，然后每套入一组定距杆再装一组折流板，依次把折流板装在拉杆上，直到最后两块折流板装上后用螺母套在拉杆的另一个螺纹端拧紧固定；

（3）安装管子：将管子沿折流板的孔一根根穿入，并在固定管板上进行胀接。另一端装上浮动管板并进行胀接；

（4）安装壳程隔板：先将壳程隔板两侧的偏心杆机构装好，将壳程隔板从管束侧面装入并将一头插入固定管板上安装隔板的槽中；

图4-1安装示意图

（5）安装壳体：将焊接好的壳体从浮动管板的那一端套入，使之前装好的组件（如图4-1示）完全装入壳体内，在壳程隔板的伸出端扭动偏心杆的摇柄使隔板两侧的密封填料挤紧，从而达到壳程的分程密封；

（6）安装管箱：在固定管板端接已焊接好的管箱，将管箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接。在浮头端装上钩圈法兰和碟形盖，（钩圈法兰由两个半圆形构成，使其安装方便）用双头螺柱连接；

（7）安装浮头箱：将浮头箱法兰与壳体法兰对接用双头螺柱连接；（8）安装支座：将支座焊接到壳体上。

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总结

通过三个月的努力，我的毕业设计终于圆满完成。虽然做的过程很辛苦，但是看到自己的成果，我感到很欣慰。作为大学三年的最后一道大作业—毕业设计，使我在各个方面都有了很大的提高，收获很大。具体表现在以下几个方面：通过在设计中经常查资料提高了我们检索和查阅资料的能力；进一步扎实了所学的理论知识，对所学基础知识和专业知识进行了一次综合应用和系统复习；思维方式和设计思想更加全面化和系统化。养成了勤学好问的习惯，敢于面对困难，能够独立的查找和解决问题，也提高了自己的创新能力。将理论知识和生产实际相结合，为以后的工作和学习打下了很好的基础，但是，设计过程中仍然存在不足之处，有的问题还需要进一步展开研究。具体如下：

（1）管子的胀接没有进行分析计算；

（2）由于管程与壳程的分程使管子的排列不均匀，故存在旁流与侧流的问题，此问题尚未进行分析；

（3）通常在进液管口有挡板控制流速和引流，此结构尚未设计。

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致谢

首先，向尊敬的导师李老师致以衷心的谢意，在大三毕业设计期间，李老师以其渊博的知识、开阔的思维使我在知识和能力上获得了极大的提高；更重要的是，李老师在工作方面严谨的作风、积极进取的态度对我产生了巨大的积极影响。这次毕业论文设计李老师给予我许多帮助，在设计的选题以及设计的方法上，提供了许多宝贵的建议。李师在毕业设计期间，对我们要求严格，使我们能够基本独立完成设计任务，培养我们独立解决问题的能力，还从自己的宝贵时间中抽时间为我们审阅设计内容，并给予纠错，帮助改正。这些帮助和教导将使我在今后的学习和工作中奋发向上、积极进取，在学业和事业上取得更好的成绩。

而后更重要的，我要感谢我的母校--河南机电高等专科学校给了我三年深造的机会，让我学到了为人的优良品质和工作所需的知识技能，让我在学识和内涵上得到提高。感谢河南机电高等专科学校的老师和同学们这几年来的对我的关心和鼓励。老师们课堂上激情洋溢，课堂下细心辅导；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年大学生活收获不少，也充满了感动。感谢我的家人，他们的支持与鼓励是得我能顺利的完成学业。

最后，衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对我论文进行评阅的专家、学者及亲爱的老师们！

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参考文献

[1]朱聘冠.换热器原理及计算[M].北京 ：清华大学出版社，1987 [2]史美中，王中铮.热交换器原理与设计[M].北京：东南大学出版社，1996 [3]钱颂文.换热器设计手册[M].北京：化学工业出版社，2003 [4]庄俊，徐通明，石寿椿.热管与热管换热器[M].上海：上海交通大学出版社，1987 [5]董大勤.化工设备机械基础[M].北京：化学工业出版社，1990 [6]化工设备机械基础编写组.化工设备机械基础[M].北京：石油化学工业出版社，1978 [7]赵克勤，王秀珍，王正.石油化工容器及设备[M].武汉：华中理工大学出版社，1990 [8][美]贾瓦特M.H.化工设备结构分析与设计[M].北京：中国石化出版社，2003 [9]顾芳珍，陈国桓.化工设备设计基础[M].天津：天津大学出版社，1997 [10]黄振仁，魏新利.过程装备成套技术[M].北京：化学工业出版社，2003

第二篇：换热器论文

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管壳式换热器论文

摘要;本文主要介绍管壳式换热器。并分析其特点。关键词：管壳式换热器、传热管束、管板、折流板

正文：管壳式换热器由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；正方形排列则管外清洗方便，适用于易结垢的流体。管壳式换热器

流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。

类型：由于管内外流体的温度不同，因此换热器的壳体与管束的温度也不同。如果两温度相差很大，换热器内将产生很大热应力，导致管子弯曲、断裂，或从管板上拉脱。因此，当管束与壳体温度差超过50 ℃时，需采取适当补偿措施，以消除或减少热应力。根据所

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采用的补偿措施，管壳式换热器可分为以下几种主要类型：

① 固定管板式换热器 管束两端的管板与壳体联成一体，结构简单,但只适用于冷热流体温度差不大,且壳程不需机械清洗时的换热操作。当温度差稍大而壳程压力又不太高时，可在壳体上安装有弹性的补偿圈，以减小热应力。

② 浮头式换热器 管束一端的管板可自由浮动，完全消除了热应力;且整个管束可从壳体中抽出,便于机械清洗和检修。浮头式换热器的应用较广，但结构比较复杂，造价较高。

③ U型管换热器 每根换热管皆弯成U形，两端分别固定在同一管板上下两区，借助于管箱内的隔板分成进出口两室。此种换热器完全消除了热应力，结构比浮头式简单，但管程不易清洗。

非金属材料换热器 化工生产中强腐蚀性流体的换热，需采用

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陶瓷、玻璃、聚四氟乙烯、石墨等非金属材料制作管壳式换热器。这类换热器的换热性能较差，只用于压力低、振动小、温度较低的场合。

流道的选择

进行换热的冷热两流体，按以下原则选择流道：①不洁净和易结垢流体宜走管程，因管内清洗较方便；②腐蚀性流体宜走管程，以免管束与壳体同时受腐蚀；③压力高的流体宜走管程，以免壳体承受压力；④饱和蒸汽宜走壳程，因蒸汽冷凝传热分系数与流速无关,且冷凝液容易排出；⑤若两流体温度差较大,选用固定管板式换热器时，宜使传热分系数大的流体走壳程，以减小热应力。

操作强化

当管壁两侧传热分系数相差很大时（如粘度小的液体与气体间的换热），应设法减小传热分系数低的一侧的热阻。如果管外传热分系数小，可采用外螺纹管（低翅片管），以增大管外一侧的传热面积和流体湍动，减小热阻。如果管内传热分系数小，可在管内设置麻花铁，螺旋圈等添加物，以增强管内扰动，强化换热，当然这时流体的流动阻力也将增大。

管壳式换热器-shell and tube heat exchanger 由一个壳体和包含许多管子的管束所构成，冷、热流体之间通过管壁进行换热的换热器。管壳式换热器作为一种传统的标准换热设备，在化工、炼油、石油化工、动力、核能和其他工业装置中得到普遍采用，特别是在高温高压和大型换热器中的应用占据绝对优势。通常的工作压力可达4兆帕，工作温度在200℃以下，在个别情况下还可达到更高的压力和温度。一般壳体直径在1800毫米以下，管子长度在9米以下，在个别情况下也有更大或更长的。

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为提高换热器的传热效能，也可采用螺纹管、翅片管等。管子的布置有等边三角形、正方形、正方形斜转45°和同心圆形等多种形式，前3 种最为常见。按三角形布置时，在相同直径的壳体内可排列较多的管子，以增加传热面积，但管间难以用机械方法清洗，流体阻力也较大。管板和管子的总体称为管束。管子端部与管板的连接有焊接和胀接两种。在管束中横向设置一些折流板，引导壳程流体多次改变流动方向，有效地冲刷管子，以提高传热效能，同时对管子起支承作用。折流板的形状有弓形、圆形和矩形等。为减小壳程和管程流体的流通截面、加快流速，以提高传热效能，可在管箱和壳体内纵向设置分程隔板，将壳程分为2程和将管程分为2程、4程、6程和8程等。管壳式换热器的传热系数，在水-水换热时为1400～2850瓦每平方米每摄氏度〔W/(m2〃℃)〕;用水冷却气体时，为10～280W/(m2〃℃)；用水冷凝水蒸汽时，为570～4000W/(m2〃℃)。

分类

管壳式换热器按结构特点分为固定管板式换热器、浮头式换热器、Ｕ型管式换热器、双重管式换热器、填函式换热器和双管板换热器等。前 3种应用比较普遍。

固定管板式换热器

它是管壳式换热器的基本结构形式。管子的两端分别固定在与壳体焊接的两块管板上。在操作状态下由于管子与壳体的壁温不同，二者的热变形量也不同，从而在管子、壳体和管板中产生温差应力。这一点在分析管板强度和管子与管板连接的可靠性时必须予以考虑。为减小温差应力，可在壳体上设置膨胀节。固定管板式换热器一般只在适当的温差应力范围、壳程压力不高的场合下

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采用。固定管板式换热器的结构简单、制造成本低，但参与换热的两流体的温差受一定限制；管间用机械方法清洗有困难，须采用化学方法清洗，因此要求壳程流体不易结垢。

浮头式换热器

浮头式换热器的结构为管子一端固定在一块固定管板上，管板夹持在壳体法兰与管箱法兰之间，用螺栓连接；管子另一端固定在浮头管板上，浮头管板与浮头盖用螺栓连接，形成可在壳体内自由移动的浮头。由于壳体和管束间没有相互约束，即使两流体温差再大，也不会在管子、壳体和管板中产生温差应力。浮头式换热器适用于温度波动和温差大的场合；管束可从壳体内抽出用机械方法清洗管间或更换管束。但与固定管板式换热器相比，它的结构复杂、造价高。

U型管式换热器 一束管子被弯制成不同曲率半径的U型管，其两端固定在同一块管板上，组成管束。管板夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱即可直接将管束抽出，便于清洗管间。管束的U形端不加固定，可自由伸缩，故它适用于两流体温差较大的场合；又因其构造较浮头式换热器简单，只有一块管板，单位传热面积的金属消耗量少，造价较低，也适用于高压流体的换热。但管子有U形部分，管内清洗较直管困难，因此要求管程流体清洁，不易结垢。管束中心的管子被外层管子遮盖，损坏时难以更换。相同直径的壳体内，U形管的排列数目较直管少，相应的传热面积也较小。

双重管式换热器

将一组管子插入另一组相应的管子中而构成的换热器。管程流体从管箱进口管流入，通过内插管到达外套管的底

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部，然后返向，通过内插管和外套管之间的环形空间，最后从管箱出口管流出。其特点是内插管与外套管之间没有约束，可自由伸缩。因此，它适用于温差很大的两流体换热。但管程流体的阻力较大，设备造价较高。

填函式换热器

填函式换热器的结构，管束一端与壳体之间用填料密封。管束的另一端管板与浮头式换热器同样夹持在管箱法兰与壳体法兰之间，用螺栓连接。拆下管箱、填料压盖等有关零件后，可将管束抽出壳体外，便于清洗管间。管束可自由伸缩，具有与浮头式换热器相同的优点。由于减少了壳体大盖，它的结构较浮头式换热器简单，造价也较低；但填料处容易渗漏，工作压力和温度受一定限制，直径也不宜过大。

双管板换热器管子两端分别连接在两块管板上，两块管板之间留有一定的空间，并装设开孔接管。当管子与一侧管板的连接处发生泄漏时，漏入的流体在此空间内收集起来，通过接管引出，因此可保证壳程流体和管程流体不致相互串漏和污染。双管板换热器主要用于严格要求参与换热的两流体不互相串漏的场合，但造价比固定管板式换热器高。

特点

这种换热器结构较简单，操作可靠，可用各种结构材料（主要是金属材料）制造，能在高温、高压下使用，是目前应用最广的类型。由壳体、传热管束、管板、折流板（挡板）和管箱等部件组成。壳体多为圆筒形，内部装有管束，管束两端固定在管板上。进行换热的冷热两种流体，一种在管内流动，称为管程流体；另一种在管外流

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动，称为壳程流体。为提高管外流体的传热分系数，通常在壳体内安装若干挡板。挡板可提高壳程流体速度，迫使流体按规定路程多次横向通过管束，增强流体湍流程度。换热管在管板上可按等边三角形或正方形排列。等边三角形排列较紧凑，管外流体湍动程度高，传热分系数大；流体每通过管束一次称为一个管程；每通过壳体一次称为一个壳程。图示为最简单的单壳程单管程换热器,简称为1-1型换热器。为提高管内流体速度,可在两端管箱内设置隔板，将全部管子均分成若干组。这样流体每次只通过部分管子，因而在管束中往返多次，这称为多管程。同样，为提高管外流速，也可在壳体内安装纵向挡板，迫使流体多次通过壳体空间，称为多壳程。多管程与多壳程可配合应用。

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参考文献：1.http://www.xiexiebang.com/100k/read.php?tid=3280 3.江南 易宏 甑亮 岑汉钊.管壳式换热器壳程强化传热 研究进展.化肥工业 1998 25 6 : 27 321

4.罗运禄 谭志明 崔乃英 张绣云.氮肥厂换热设备的强 化改造.化肥工业 2 : 21 251

第三篇：毕业设计(论文)

四川交通学院毕业设计（论文）目录1 VI设计综合概述....................11.1 VI的定义.......................1

1.2 VI基础要素系统设计表....................1

1.3 VI应用要素系统设计表.....................1

1.4 VI设计的基本原则.........................设计软件介绍.........................32.1设计软件介绍.....................43 设计基本的思路......................53.1 牛牛啤酒有限公司VI设计基本思路....................5

3.2 牛牛啤酒有限公司VI设计的详细介绍................5啤酒行业的现状....................17中国啤酒市场的现状..........................20

5.1 总述.............................20

5.2 分述...............................20外国啤酒对于我国啤酒市场的影响.....................23

参考文献...........................26

致谢............................27

四川交通学院毕业设计（论文）VI设计综合概述

1.1 VI的定义

VI即（Visual Identity），通译为视觉识别，是CIS系统中最具传播力和感染力的层面。人们所感知的外部信息，有83%是通过视觉通道到达人们心智的。也就是说，视觉是人们接受外部信息的最重要和最主要的通道。企业形象的视觉识别，即是将CI的非可视内容转化为静态的视觉识别符号，以无比丰富的多样的应用形式，在最为广泛的层面上，进行最直接的传播。设计科学、实施有利的视觉识别，是传播企业经营理念、建立企业知名度、塑造企业形象的快速便捷之途。

1.2 VI基础要素系统设计表

1.企业标识

2.产品商标

3.企业标志释义

4.标志制图法

5.标志的使用规范

6.标志的色彩规范

8.中文标准字

9.英文标准字

10.中文指定印刷字体

11.英文指定印刷字体

12.企业辅助色

13企业象征图案

1.3 VI应用要素系统设计表

1.待客用项目类：洽谈会、会客厅、会议厅家具、烟灰缸、坐垫、招待餐饮具、客户用文具。商品及包装类商品包装设计、包装纸、包装箱、包装盒、各种包装用的徽章、封套、封缄、粘贴商标、胶带、标签等。

2.符号类

公司名称招牌、建筑物外观、招牌、室外照明、霓虹灯、出入口指示、橱窗展示、活 动式招牌、路标、纪念性建筑、各种标示牌、经销商用各类业务招牌、标示。

3.帐票类

订单、货单、帐单、委托单、各类帐单、申请表、通知书、确认信、契约书、支票、收据等。

4.文具类

专用信笺、便条、信封、文件纸、文件袋、介绍信等。

5.服装类

男女职工工作服、制服、工作帽、领带、领结、手帕、领带别针、伞、手提袋

等。

6.印刷类

股票、报告书、公司一览表、调查报告、自办报刊、公司简历、概况、奖状等。

7.大众传播类

报纸广告、杂志广告、电视广告、广播广告、邮寄广告等。

8.SP类

产品说明书、广告传播单、展示会布置、公关杂志、促销宣传物、视听资料、季节问候卡、明信片、各种POP类。

9.交通类

业务用车、宣传广告用车、货车、员工通勤车等外观识别。

10.证件类

徽章、臂章、名片、识别证、公司旗帜。

1.4 VI设计的基本原则

VI的设计不是机械的符号操作，而是以MI为内涵的生动表述。所以，VI设计应多角度、全方位地反映企业的经营理念。VI设计不是设计人员的异想天开而是要求具有较强的可实施性。如果在实施性上过于麻烦，或因成本昂贵而影响实施，再优秀的VI

也会由于难以落实而成为空中楼阁、纸上谈兵。

1.风格的统一性原则

2.强化视觉冲击的原则

3.强调人性化的原则

4.增强民族个性与尊重民族风俗的原则

5.可实施性原则

6.符合审美规律的原则

7.严格管理的原则

VI系统千头万绪，因此，在积年累月的实施过程中，要充分注意各实施部门或人员的随意性，严格按照VI手册的规定执行，保证不走样。企业视觉识别系统中的基本要素与应用要素的内容、形式，需要根据企业经营的内容与服务的性质来决定。其内容、项目的多少，一

般说来，是与企业识别系统开发设计工程的大小和实施程度而成正比；其风格与特色也与企业产品、经营特色及企业识别系统在应用中的展开程度而不同。另外，企业在实行视觉识别系统时，还应考虑到企业费用和时间的问题，逐步改善企业的设计并使之统一化。因此，视觉识别系统的实施、设计，还应该根据企业识别系统逐步实行，只有这样，才能真正发挥视觉识别的功效。为了达成企业形象对外传播的一致性与一贯性，应该运用统一设计和统一大众传播，用完美的视觉一体化设计，将信息与认识个性化、明晰化、有序化，把各种形式传播媒体上的形象统一，创造能储存与传播的统一的企业理念与视觉形象，这样能集中与强化企业形象，使信息传播更为迅速有效，给社会大众留下强烈的印象与影响力对企业识别的各种要素，从企业理念到视觉要素予以标准化，采同一的设计，对外传播均采同一的模式，并坚持长期一贯的运用，不轻易进行变动。要设计的简化：对设计内容进行提炼，使组织系统在满足推广需要前提下尽可能条理清晰，层次简明，优化系统结构。如VI系统中，构成元素的组合结构必须化繁为简，有利于标准的施行。设计软件介绍

2.1设计软件介绍

本组设计主要用了两种平面设计软件，是PhotoshopCS ILLUSTRATOR CS 这是款很经典的平面设计软件，在介绍我们的具体设计之前，首先向大家大致介绍一下它：

PhotoshopCS ILLUSTRATOR CS是Adobe公司开发的，它是一款集图形设计、文字编辑和高品质输出于一体的矢量图形软件，可以保证所绘制的图形任意地放大或是缩小而不影响其质量。它被广泛地应用于海报、包装和排版等平面广告设计、网页图形制作和艺术效果的处理等诸多领域。该软件具有图形绘制、图形优化以及艺术处理等多方面的超强功能，能充分满足设计者的实际工作需要。设计基本的思路

3.1 牛牛啤酒有限公司

VI设计基本思路我们这次是为一家啤酒有限公司做VI设计。首先，我们调查了各类啤酒公司的各种广告、宣传等涉及到VI方面的案例，然后又在网上搜索了大量关于啤酒行业VI设计中所牵涉到的知识、需求；在调查中积累了一定的经验后，我们开始对这家公司的性质进行分析：这是一家以突出青春和活力为主的啤酒公司，而且根据现在的市场需要，又往往都会提到“价格”这个概念，那么，我们就决定围绕着“青春”、“活力”“环保”、“价格中等”这四个中心来思考设计方案；经过讨论，然后考虑到我们的消费对象主要是中下水平家庭，基本这种情况，所以我们基本确定了标志的设计方向：青春、活力、环保、价格中等。我分别设计了各种标志，然后放在一块进行比较、讨论，最后，经过反复讨论、修改，最后确定了“beer jjan”企业标志确定下来以后，我们就开始了整个VIS的基础系统和应用系统部分的定义和设计，以下就是我们最后设计出来的样稿。

第四篇：毕业设计论文

一、综述..........................................................................................................................2

一、信息检索技术.....................................................................................................2

1、信息检索技术的发展.....................................................................................2

2、信息检索技术的简介.....................................................................................3

3、信息检索技术的模型.....................................................................................5

一、综述

一、信息检索技术

由于以因特网为主体的信息高速公路的不断普及和发展，信息技术已经渗透到我们社会生活的各个角落，正以前所未有的速度和能力改变着我们的生活的工作方式，我们真正处于一个“信息爆炸”的时代。一方面，因特网上面蕴含的海量信息远远超过人们的想象；另一方面，面对信息的汪洋大海，人们往往感到束手无策，无所适从，出现所谓的“信息过载”和“信息迷向”的现象。于是一个极富挑战性的课题：如何帮助人们有效地选择和利用所感兴趣的信息，尽量剔除不相关的信息。同时保证人们在信息选择方面的个人隐私权利？成为学术界和企业界所十分关注的焦点。

随着在线文本的日益增多，其中包括新闻、电子杂志、电子邮件、技术报告、文档以及网上图书馆。如此众多的信息，仅仅依靠大脑来收集和整理所需要的信息显然是不够的。所以，自动收集和整理所需要的各类信息成为信息产业面临新的挑战和新的发展契机。根据不同的应用背景和不同的使用目的，信息处理技术已经演化信息检索、信息过滤、信息分类、问题回答等方向。

由于目前网上信息的表现形式大多数为文本，而且文本也是广大用户所习惯接收的形式。因此我们在下面主要讨论中文文本检索和相关的评价方案。

1、信息检索技术的发展

信息检索（Information Retrieval）是指信息按一定的方式组织起来，并根据信息用户的需要找出有关的信息的过程和技术。狭义的信息检索就是信息检索过程的后半部分，即从信息集合中找出所需要的信息的过程。

信息检索起源于图书馆的参考咨询和文摘索引工作，从19世纪下半叶首先开始发展，至20世纪40年代，索引和检索成已为图书馆独立的工具和用户服务项目。1945年，Vannevar Bush的论文《就像我们可能会想的„„》第一次提出了设计自动的，在大规模的存储数据中进行查找的机器的构想。这被认为是现在信息检索技术的开山之作。进入50年代后，研究者们开始为逐步的实现这些设想而努力。在50年代中期，在利用电脑对文本数据进行检索的研究上，研究者取得了一些成果。其中最有代表性的是Luhn在IBM公司的工作，他提出了利用词对文档构建索引并利用检索与文档中词的匹配程度进行检索 的方法，这种方法就是目前常用的倒排文档技术的雏形。

在著名的国际文本检索会议(Text Retrieval Conference,TREC)上，有两个最重 要的研究方向：Routing Task和Ad Hoc Task。其热点问题包括从早期的文本检索、文本过滤到当前的问题回答。

文本信息检索就是根据用户提出的具体查询，在大量相对稳定的文本源中，检索出符合用户查询条件的文本，并按其满足查询的程度排序列出。文本检索技术的发展已经有四十多年的历史，取得了很大的成就，产生了大批实用的检索系统，积累了很多成熟的技术。

1992年，NIST(美国国家标准和技术研究所)与DARPA联合赞助了每年一次的TREC，对于文本检索和文本过滤和问题回答等专题倾注了极大的热忱。

目前随着因特网的迅速发展，需求的不断增加，文本检索以及相关技术方面取得了长足的进展，成为信息产业新的增长点。

2、信息检索技术的简介

信息检索系统流程大致如下图所示：

总体上，系统可分为四个部分：数据预处理，索引生成，查询处理，检索。下面我们分别对各个部分采用的技术加以介绍。

1.数据预处理

目前检索系统的主要数据来源是Web，格式包括网页、WORD 文档、PDF 文档等，这些格式的数据除了正文内容之外，还有大量的标记信息，因此从多种格式的数据中提取正文和其他所需的信息就成为数据预处理的主要任务。此外，众所周知，中文字符存在多种编码，比如GB2312、BIG5、Unicode（CJK 区），而原始数据集往往包含多种编码，因此要正确地检索到结果必须进行统一编码转换。研究者们对预处理部分要提取哪些信息并没有共识，这与后续处理所需的信息密切相关，一般来说，正文、锚文本和链接地址都是要提取出来的。

2.索引生成 对原始数据建索引是为了快速定位查询词所在的位置，为了达到这个目的，索引的结构非常关键。目前主流的方法是以词为单位构造倒排文档表，其结构大致如下图所示：

每个文档都由一串词组成，而用户输入的查询条件通常是若干关键词，因此如果预先记录这些词出现的位置，那么只要在索引文件中找到这些词，也就找到了包含它们的文档。为了进一步提高查询的速度，在组织索引时还可以采用一些更复杂的方法，比如B树、TRIE 树、哈希表等。这个阶段还需要对预处理之后的文档进行词法分析，这是因为很多语言的文本都不宜直接把正文中的字符串用于建立索引。例如，中文里的词与词之间不存在分隔符，因此必须先进行分词，而英文中的词存在很多变形，比如“compute”就存在“computes”、“computing”、“computed”等多种变形，应先进行词根还原。此外，有些词虽然出现频率很高，但对于查询没有任何帮助，比如“的”、“了”等，就无需放入索引，为此需要预备一个停用词表（stop word list）对这类词进行过滤。

3.查询处理

用户输入的查询条件可以有多种形式，包括关键词、布尔表达式、自然语言形式的描述语句甚至是文本，但如果把这些输入仅当作关键词去检索，显然不能准确把握用户的真实信息需求。很多系统采用查询扩展来克服这一问题。各种语言中都会存在很多同义词，比如查“计算机”的时候，包含“电脑”的结果也应一并返回，这种情况通常会采用查词典的方法解决。但完全基于词典所能提供的信息有限，而且很多时候并不适宜简单地以同义词替换方法进行扩展，因此很多研究者还采用相关反馈、关联矩阵等方法对查询条件进行深入挖掘。

4.检索

最简单的检索系统只需要按照查询词之间的逻辑关系返回相应的文档就可以了，但这种做法显然不能表达结果与查询之间的深层关系。为了把最符合用户需求的结果显示在前面，还需要利用各种信息对结果进行重排序。目前有两大主流技术用于分析结果和查询的相关性：链接分析和基于内容的计算。许多研究者 发现，WWW 上超链结构是个非常丰富和重要的资源，如果能够充分利用的话，可以极大地提高检索结果的质量。基于这种链接分析的思想，Sergey Brin 和Larry Page 在1998 年提出了PageRank 算法，同年J.Kleinberg 提出了HITS 算法，其它一些学者也相继提出了另外的链接分析算法，如SALSA，PHITS，Bayesian等算法。这些算法有的已经在实际的系统中实现和使用，并且取得了良好的效果。而基于内容的计算则沿用传统的文本分类方法，多采用向量空间模型、概率模型等方法来逐一计算用户查询和结果的相似度（相关性）。两者各有优缺点，而且恰好互补。链接分析充分利用了Web 上丰富的链接结构信息，但它很少考虑网页本身的内容，而直观上看，基于内容的计算则较为深入地揭示了查询和结果之间的语义关系，但忽略了不同网页之间的指向关系，因此现在很多系统尝试把两者结合起来，以达到更好的性能。

3、信息检索技术的模型

信息检索模型可形式化地表示成为一个四元组< D, Q, F, R(qi,dj)>，D是一个文档集合，Q是一个查询集合，F是一个对文档和查询建模的框架，R(qi,dj)是一个排序函数，它给查询qi和文档 dj 之间的相关度赋予一个排序值。3.1、布尔模型

所谓布尔检索, 就是采用布尔代数的方法, 用布尔表达式表示用户提问, 通过对文本标识与用户给出的检索式进行逻辑比较来检索文本。设文本集D 中某一文本i, 该文本可表示为:Di =(t1 , t2, ⋯, tm),其中, t1 , t 2, ⋯, t m 为标引词, 用以反映i 的内容。另设用户某一检索式如下:Qj =(t1 ∧ t 2)∨(t3 ∧(t4)).对于该检索式, 系统响应并输出的一组文本应为: 它们都含有标引词t1 和t2 , 或者含有标引词t 3, 但不含有标引词t 4。

布尔检索具有简单、易理解、易实现等优点, 故得到广泛的应用。1967年后, 布尔检索模型正式被大型文献检索系统采用, 并渐成为各种商业性联机检索系统的标准检索模式, 服务信息情报界30多年, 直到现在, 大多数商用检索系统仍采用布尔检索。尽管布尔检索有着种种的优点, 但是它的缺点仍然是明显的, 它存在的主要缺陷有以下几点。

(1)布尔逻辑式的构造不易全面反映用户的需求。用标引词的简单组配不能完全反映用户的实际需要, 用户需要那一方面内容的文本, 需要到多大程度, 这是检索式无法表达清楚的, 如对上述检索式, t1 和t2 , 究竟用户希望能得到更多地反映t1 内容的文本还是反映t2 内容的文本, 传统的布尔检索无法 5 解决此问题。

(2)匹配标准存在某些不合理的地方。例如, 在响应某个用“∧”连接的检索时, 系统把只含有其中一个或数个但非全部检索词的文本看作与那些根本不含有其中一个检索词的文本一样差, 同样加以排除;另一方面, 用响应某个用“∨”连接的检索式时, 系统都不能把含有所有这些检索词的文本看作比那些只含有其中一个检索词的文本更好一些。

(3)检索结果不能按照用户定义的重要性排序输出。系统检索输出的文本中, 排在第一位的文本不一定是文本集中最适合用户需要的文本, 用户只能从头到尾浏览才能知道输出文本中那些更适合自己的需要。

针对于标准的布尔模型中文献表达形式过于简单、检索条件过于严格而出现的问题，人们对其采取了扩充和修改，提出了扩展的布尔模型。如Salton 于1983年提出的一种所谓的扩展布尔检索模型, 它是将向量检索模型与布尔检索模型融为一体, 并克服了传统希尔模型的一些缺陷, 下面我们用矢量的方法来讨论布尔检索。设文本集中每篇文本仅由两个标引词t1 和t2 标引, 并且t1、t2允许赋以权值, 其权值范围为[ 0, 1] , 权值越接近1, 说明该词越能反映文本的内容, 反之, 越不能反映文本的内容, 在Salton 模型中, 上述情形用平面坐标系上某点代表某一文本和用户给出的检索式, 如图：

图中的横、纵坐标用t1、t2 表示, 其中A(0, 1)表示词t1 权值为0, 词t 2 权值为1 的文本, B(1, 0)表示词t 1权值为1, 词t 2 权值为0 的文本, C(1, 1)表示词t

1、t 2 的权值均为1 的文本, 文本集D 中凡是可以用t

1、t 2 标引的文本可以用四边形OACB 中某一点表示, 同样, 用户给出检索式后, 也可用四边形OACB 中某一点表示。

下面我们来看看Salton 模型中是如何构造相似度计算式的。对于由t1 和t2 构成的检索式q = t1 ∨ t2 , 在图1中只有A、B、C 3点所代表的各文本才是最理想的文本, 对于某一文本D 来说, 当D 点离A、B、C 3点越接近时说明相似度越大，或者说，当D点离O点越远时，相似度越大。因而D与O的距离

DO =(d10)(d20)22 =

d1d222 可以作为我们衡量一文本与查询q 的相关程度的一个尺度, 显然0 ≤ 2 , 为了使相似度控制在0 与1 之间, 将相似度定义为:

d1d222DO ≤

sim(D, Q(t1 ∨ t2))= 与C 的距离

DO(1)对于由t1 和t 2 构成的查询q = t1 ∧ t 2, 只有C 点才是最理想的文本, 用D =(1d1)(1d2)22

作为我们衡量一文本与查询q 的相关程度的一个尺度, 于是, 把相似度定义为:

(1d1)(1d2)22sim(D, Q(t1 ∧ t2))= 1-(2)(1)、(2)式还可推广到对检索标引词进行加权的情形, 设检索标引词t1、t2 的权值分别为a, b,0 ≤ a, b ≤ 1, 则(1)式、(2)式可进一步推广为:

a(1d1)b(1d2)2222sim(d, Q(t1 , a)∨(t2, b))= 1

在文本信息检索中, 布尔检索不仅具有简单、易理解等特点, 而且易于在计算机中加以实现, 是一种最为常用的检索方法。扩展的布尔模索模型——Salton 模型克服了传统布尔模型的一些缺陷, 更符合了用户的需要。

3.2、向量空间模型 向量空间模型是由Salton及其学生们在六十年代末到七十年代初提出并发展起来的。这一模型将给定的文本(文章、查询或文章中的一段等)转换成一个维数很高，由一系列关键词组成的向量。模型并没有规定关键词如何定义，但是一般来说，关键词可以是字，词或者短语。假设我们用“词”作为Term，那么在词典中的每一个词，都定义向量空间中的一维。如果一篇文档包含这个词，那么表示这个文档的向量在这个词所定义的维度上应该拥有一个非0值。这个模型最大特点是可以方便地计算出任意两个向量的近似程度，即向量所对应的文本间的相似性。用信息检索的术语来说，如果两个向量是相近的，则其对应的文本是语义相关的。将所有文献和查询以向量形式表示，则针对特定的查询向量，比较它与所有文献向量的相似度，并依相似度将文献降序排列，这便是现代信息检索系统中常用的方法。Salton及其学生们还根据向量空间模型实现了Smart系统。该系统在过去的30多年中，对信息检索的研究有非常重要的影响。信息检索的许多理论和技术(如自动索引、加权技术、相关反馈、文献聚类等)都是在Smart上首先实现或测试的。

假设表示文档向量，而

表示查询向量，文档与查询的相关性可以用余弦距离表示如下：

如果我们用进行归一化，即令和表示和中的第i维的值，并且对每个文档矢量，那么上式有可以表示为

在此，究竟如何取值是一个重要的问题，其取值一般被称为关键词i在文档D中的权重。

目前，对关键词权重的确定方法一般都需要获取一些关于关键词的统计量，而后根据这些统计量，应用某种认为规定的计算公式来得到权重。最常用的统计量包括：

  

tf，Term Frequency的缩写，表示某个关键词在某个文档中出现的频率。

qtf，Query Term Frequency的缩写。表示查询中某关键词的出现频率。

N，集合中的文档总数  df，Document Frequency的缩写，表示文档集合中，出现某个关键词的文档个数。

   idf，Inversed Document Frequency的缩写。dl，文档长度 adl，平均文档长度

权重的计算：

在向量空间模型下，构造关键词权重计算公式有三个基本原则：

1.如果一个关键词在某个文档中出现次数越多，那么这个词应该被认为越重要。

2.如果一个关键词在越多的文档中出现，那么这个词区分文档的作用就越低，于是其重要性也应当相应降低。

3.一篇文档越长，那么其出现某个关键词的次数可能越高，而每个关键词对这个文档的区分作用也越低，相应的应该对这些关键词予以一定的折扣。早期的权重往往直接采用tf，但是显然这种权重并没有考虑上述第二条原则，因此在大规模系统中是不适用的。目前，常用的关键词权重计算公式大多基于tf和df进行构建，同时，一些较为复杂的计算公式也考虑了文档长度。现简要列举如下：

TF-IDF得分。严格地说，TF/IDF得分并不特指某个计算公式，而是一个计算公式集合。其中TF与IDF都可以进行各种变换，究竟何种变换较能符合实际需求，需要由实验和应用来验证。常见的变换方法有：

其中，最后一个公式，即:

被大量系统证明是最有效的。

此外，较为常用的关键词权重算法还包括Okapi权重和Pivoted Normalization 权重(PNW)。这些公式综合考虑了查询和文档中的词频，以及文档的长度。Okapi权重需要预设三个参数：

   k1，在1.0-2.0之间 b,通常为0.75 k3,在0-1000之间 而PNW则需要预设一个参数s，大部分情况下取0.20。

在经典模型中，假设索引项是独立的，或者说是正交的。这个假设极大地简化了索引项权值的计算过程，尽管这一假设有时不符合自然语言的实际情况，但是在这个假设下，计算权值的过程简单快捷，因而在目前很多实用的信息检索模型中仍被广泛采用。向量空间模型中索引项权重的算法提高了检索的性能，改进了检索效果，同时采用了部分匹配的策略和一定的相似度计算方法，使得模型可以根据结果文档与检索项的相似度进行排序，检索出与用户查询要求接近的文档，从而有效地控制返回文档的数量和质量，检索的结果文档集更接近用户的检索需求。但是事实上，在自然语言中，有些索引项是相互关联的，比如当在一个文档中看到“计算机”时，就非常有可能同时看到“科学”；而当在一个文档中看到“土豆”时，看到“计算机”的可能性就很小。再比如：“王励勤”“乒乓球”的出现不是独立的。同时，该模型丢失了句法信息（如短语结构、词的顺序等），而权重的计算需要利用整个文档集合的信息。

3.3、概率模型

由于信息检索中文本信息的相关判断的不确定性和查询信息表示的模糊性，导致了人们用概率的方法解决这方面的问题。Maron和Kuhns在1960年提出了第一概率检索模型；1976年Robertson和Sparck Jones等在此基础上进行改进提出了第二概率检索模型；之后，Turtle、Fuhr和Roberston又提出了统一化模型，即第三概率检索模型，提高了文档的排序精度。

信息检索的概率模型基于概率排序原则：对于给定的用户查询Q,对所有文本计算概率，并从大到小进行排序，概率公式为：P(R|D，Q)。其中，R表示文本D与用户查询Q相关。另外，用R’表示文本D与用户查询Q不相关，有：

P(R|D，Q)+ P(R’|D，Q)= 1，也就是用二值形式判断相关性。把文本用特征向量表示：x =(x1,x2,,xn)。其中，N为特征项的个数，xi为0或者1，分别表示特征相i在文本中出现或不出现。

在信息检索中，估计参数是困难的，一般地并不直接地计算P，而是把计算P(R|di,qk)换为计算P(R|x,qk)，这样处理略去了公式中与文本无关的特征项，计算的结果可能与实际不符。为了容易计算，现在假设包括相同特征项的文本，经过计算后，它们的可能性是相同的。将所有文本按相关概率P进行排序，等价于所有文本按特征向量排序。一个文本D的概率相关性的计算为：

第五篇：毕业设计论文

毕业设计（论文）

软弱土地基处理对策研究

刘建军(建筑工程技术 专业 0730610256 湖北 黄石 435003)摘要：为充分利用土地资源，有必要对软弱土地基进行处理。本文探讨了软弱土地基的特性，结合具体的工程实例比较分析了常用处理方法的特点及在工程中的应用。

关键词：软弱土地基；不均匀沉降；处理方法；应用

我国幅员辽阔，海岸线长，河流湖泊遍布，软弱土地基分布广泛。加之我国建筑业迅猛发展，原先的优良地基由于建筑层数的增高，荷载的增大，也变为软弱地基。因此，对软弱地基处理的研究非常必要。本文将在前人的基础之上进一步探讨软弱地基的特点，并结合工程实例总结地基处理的方法以及在工程中的应用。软弱地基的特点

软弱地基主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩性土构成。其主要缺陷是承载力不足、地基变形过大。基础底面以下，当土层的地基承载力低于持力层的1/3时，则该土层为软弱下卧层。软弱下卧层地基指受力层范围内存在软弱地基土层的地基。

原则上应避免在软弱地区进行工程建设，因为含水量较高，具有高压缩性、流变性、渗透性差和抗剪强度低等特性。

软弱地基处理有提高地基的抗剪切强度、降低地基的压缩性、改善地基的透水特性、改善地基的动力特性和改善特殊土的不透水性等作用。软弱土作为持力层的相关要求

如果必须要利用软弱土作为持力层时，必须满足《地基规范》第7.2.1条规定：（1）淤泥和淤泥质土宜利用其上覆较好土层作为持力层，当上覆土层较薄，应采取避免施工时对淤泥和淤泥质土扰动的措施。

（2）冲填土、建筑垃圾和性能稳定的工业废料，当均匀性和密实度较好时，均可利用作为持力层。

（3）对于有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料杂填土，未经处理不宜作为持力层。（《地基规范》第7.2.7条。）

软弱土地区建筑物裂缝和损坏的主要原因是由于地基的不均匀沉降超过的上部结构所能承受的不均匀变形能力。因此，设计时根据地基的不均匀沉降的分布规律，从建筑布置及结构

毕业设计（论文）

处理两方面采取必要的措施。在建筑布置方面，宜采用单元组合的设计原则，就是对体型复杂或超长的建筑物，设置沉降缝将其分割为若干独立的单元，增强各单元建筑的刚度和强度，使每个单元具有一定的调整不均匀变形的能力。在结构措施方面，应减小结构的单元长度，增加结构的整体刚度，适当增加基础的刚度和强度等方面着手采取恰当的措施，保证软弱地区建筑安全并确保建筑使用功能的实现。软弱土地基处理方法分析

目前常用的地基处理方法包括换填法、排水固结法、强夯法、砂石桩法、水泥土搅拌法、灌浆法和高压喷射法等，每一种方法都有自身特点和适用条件，现分述如下：

3.1 换填法

当软弱地基的承载力和变形满足不了建筑物的要求，而软弱土层的厚度又不很大时可将基础底面以下土层的部分或全部挖去，然后分层换填强度较大的砂（碎石、素土灰土、高炉干渣、粉煤灰）或其他性能稳定，无侵蚀性的材料，并压（夯、振）实至要求的密实度为止，这种方法称为换填法。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）中规定：换填法适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。

当地表软弱土层为饱和淤泥或淤泥质土时，一般要求挖除后换填砂（砾）土、碎石、石渣、矿渣、黏土等透水性良好的材料，分层填筑并压实，压实要求同表层压实法，挖除方法主要有挖土机械掘法，人工挖除法等。当软土过于软弱而挖土机推土机无法作业时，可采用水力挖塘机组挖除，即用高压水流对软黏土进行切割并冲成泥浆，然后用泥浆泵送到指定地点沉淀后再处理。

通常基坑开挖后，利用分层回填压实，虽也可处理较深的软弱土层，但经常由于地下水位高而需采取降水措施，且坑壁放坡占地面积大或需要基坑支护，以及施工土方量大，弃土多，常使处理工程费用增高，工期延长，对环境影响增大等，因此换填法的深度通常控制在3m以内，但也不宜小于0.5m，因为垫层太薄则换土垫层的作用并不明显。

某综合楼占地面积为288.00㎡，拟建场地属于河流侵蚀堆积地貌，地势平坦，原为耕作地。场地区域内的抗震设防烈度为6度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度为0.05g。等效剪切波速v为180m／s，覆盖层厚度约为20m左右，拟建场地的土类型划分为中软场地土，场地类别Ⅱ类。场区地下水类型主要为潜水，赋存于中粗砂层，透水性强，水量较大，静止水位埋深，地面起算3.20m～3.80m。据勘察结果显示：场地地基土主要以第四纪沼泽沉积的淤泥质

毕业设计（论文）

土为主，部覆盖有少量素填土。第一素填土层，第二素填土层呈松散、流塑、软塑状，地基土均具有压缩性，承载力低，属于地基软弱土，不宜作建筑、构筑物的持力层；而第三层中粗砂层，第四层粉质粘土层及以下的土层呈硬塑状，具低压缩性、承载力高的特点，是勘察场地内建筑、构筑物的良好持力层，换填部分软弱土可以提高地基的承载力从而达到设计要求，故设计采用砂石换填处理的方法进行地基处理。

该工程采用振动碾压法施工工艺，分段摊铺分层碾压，要求每层虚铺厚度不大于300mm。控制砂石混合料含水量在8％～12％之间，否则应洒水或晾干。地基换填完后，为确定碾压换填达到设计要求，建筑质量检测中心对工程实施静载荷试验，任意选取试验点。通过试验，质量检测中心得出结论，地基换填承载力大于150kPa。在基础顶板和两侧边梁上各均布4个沉降观测，砌筑生产上场前观测1次，上场后每过15天观测1次，设备安装完观测1次，投产观测1次，并做好观测记录。经核实所有观测点沉降数据均在规范允许范围之内。

大量工程实践证明，各种换填材料经过压实换填后都可以提高地基承载力、减少沉降量、加速软弱土层的排水固结、防止冻胀、消除膨胀土的胀缩等作用。在换填材料丰富、土层勘察明确的地区，使用各种材料换填软弱地基土的方法具有施工简便、成本低、工期短等特点，是当前地基处理技术中比较经济、可行和常用的方法之一。

3.2排水固结法

排水固结法是对天然地基，或先在地基中设置砂井（袋装砂井或塑料排水带）等到竖向排水体，然后利用建筑物本身的重量分级逐渐加载；或在建筑建造前在场地先进行加载预压，使土体中的孔隙水排出，逐渐固结，地基发生沉降，同时强度逐步提高的方法。该法常用于解决软黏土地基的降和稳定问题，使地基的沉降在加载预压期间基本完成或大部分完成，使建筑物在使用期间不致产生过大的沉降和沉降差。同时可增加地基土的抗剪强度，从而提高地基的承载力和稳定性。

广东顺德快速干线线路位于珠江三角洲相冲积平原，地下水位高，河网交叉频繁、耕地和鱼塘范围大。表层软土(淤泥、淤泥质土)发育，呈流塑、软塑状，扰动易失水离析，具高压缩性、高含水量、欠固结、高灵敏度、低强度和低承载力的特点。地基土层为：+2.0～-0.5为素填土，杂色，主要含碎石、砖块等建筑垃圾和少量植物根系，道路区主要为杂填土，鱼塘区主要为塘梗；-0.5～l3.2为淤泥、淤泥质土，灰黑色，主要由粘粒组成，粘性较强，干强度高，切口较平滑，底部含较多植物腐殖质，流塑状态：-13.2～-15.9为粉细砂，深灰、灰白色、毕业设计（论文）

松散，饱和，含贝壳，云母，局部夹中砂。该区软土的透水性较 高，适合使用排水固结法加固软基。以下是砂井布置与施工方法。

路基宽度为58.5m，设计采用的袋砂井直径为7cm，呈正三角形布置，砂井长度由软基深度确定，一般全部穿透软土层，并打入持力层50cm。

1）设置砂垫层

（1）首先清除地面上的草皮及杂物，再用土质相同的土填筑成路拱式横坡，坡度不小于3％，要求碾压密实，形成排水坡，设计密实度为0.90以上。

（2）再在路拱上均匀地铺设透水性好的粗砂层，砂层厚度在30cm以上，表面应平顺，形成与路拱相同的坡度，以利于袋装砂井排出的水能迅速从该砂层中流出。

2）机具定位

（1）袋装砂井布置呈正三角形，各边间距按设计要求。

（2）根据袋装砂井布置范围及间距，采用小木桩或竹板桩准确定出每个砂井的位置，在套管入土时再将其拔掉。

3）打入套管

（1）当套管吊起定位后，即可轻缓打击。入土困难时，再进行大幅振动打击，直至设计深度为止。

（2）套管打入前，在套管上放置注水用的水管，用以向套管内注水。当向套管内放入砂袋时，同时注水，防止回袋。

4）起吊下砂袋

（1）砂袋运输要用专门运送工具，严禁在地上拖拉。

（2）下放砂袋时，应在套管上口设滑槽，将砂袋缓慢顺直地放入套管。5）拨套管

砂袋到位后即可起拨套管，起拔时要连续缓慢进行，中途不得放松吊绳，防止因套管下落而损坏砂袋。

6）袋头处理

套管拨出后，砂袋应露出井口30cm，由于振动下砂袋过程中砂袋更加密实，上口通常会形成空袋，必须二次补砂密实，用力抖动袋口后，重新扎牢袋口，防止在孔口附近形成缩井或断井，影响排水效果。

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在经过3个月的超载预压后，该区的沉降速率已经降低到很小，基本达到了卸载要求，由此可见，本区在路基填筑期间已经完成了大部分主固结。此外，路基横向的差异沉降相对较小，说明软土层在本区的横向分布比较均匀。袋装砂井排水固结法进行软基处理，关键在于施工工艺和质量控制．施工过程中要严格控制砂的质量和砂袋的灌砂量，防止砂袋的颈缩和回带；对于软土厚度较大、土含水量较高的土层，为达到预期的加固效果，要选择一个合适的砂垫层标高和厚度，使土体压缩过程中砂垫层处于排水边沟水位之上。广东顺德快速干线公路项目施工期间及沉降观测显示，地基处理效果良好，各项指标满足了设计要求。

排水固结法适用处理各类淤泥、淤泥质土及冲填土等饱和黏性土地基。砂井法特别适用于存在连续薄砂层的地基。但砂井只能加速主固结而不能减少次固结，对有机质土和泥炭等次固结土，不宜只采用砂井法。克服次固结法可利用超载的方法。真空预压法适用于能在加固区形成（包括采取措施后形成）稳定负压边界条件的软土地基。降低地下水位法、真空预压法和电渗法由于不增加剪应力，地基不会产生剪切破坏，可适用于很软弱的黏土地基。

3.3 强夯法

强夯法国际上称为动力固结法（dynamic consolidation Method）或称动力压实法(dynamic compaction Method)。这种方法是反复将很重的锤提到一定高度使其自由落下，给地基以冲击和振动能量，从而提高地基的强度并降低其压缩性，改善地基性能。

目前，使用的夯锤一般为10～40t，提升高度在10～40m。

宜昌兴山县公安局看守所监室、位于兴山县新县城古夫镇北侧古洞口小区，南与电业公司住宅楼毗邻。建筑面积2800平方米，基础全部坐落在高填土上，填土厚度3m-6m。填筑材料为碎石，砂，卵石和少量崩坡积含碎石粉质粘土等。由于该工程位于6度地震区的高填土上，并且下卧可液化土层，必须对地基进行加固处理。

该工程先后决定用沉管灌注桩基础、挖孔桩和强夯法。经比较最终决定采用强夯法，以15t履带式起重机作为提升机具。夯锤重120kn，以20mm厚的钢板为底，底面积1.8×1.8㎡，外包高0.96m。厚10mm钢板，内设多层锚固钢筋并满浇C28混凝土，锤底到锤面埋有5根ф100mm的通气管，以降低夯击的气垫作用，锤顶采用刚性吊环，使用吊钩得以迅速而方便的挂上。自动脱钩装置由船用脱钩装置改变而来，开钩拉绳一端系在脱钩装置的把柄上，另一端穿过焊在吊车大钩侧板上的转向滑轮，然后固定在吊车起重臂底部的轴上，当夯锤起吊到预定高度时，开钩拉绳即张紧而拉开脱钩装置的锁卡，使夯锤脱钩下落。

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据观测，强夯后地基平均下沉0.55m，夯击点周围没有隆起现象，在夯击截面2 m范围内，标高都有下降。通过现场测试，地基承载力提高1-2倍，有效影响深度达7 m左右，改善了地基的抗液化性能。经比较，采用强夯法比桩基节省投资15余万元，比人工挖孔桩节约投资18余万元，基础施工速度明显加快。质量效果甚佳，深受建设单位好评。

强夯法由于在实践中具有效果显著，适用土类广，设备简单、施工方便面、节省劳力、施工期短、节约材料，施工文明和施工费用低等优点，在世界各地应用很广泛。

强夯法适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土和黏性土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，均能取得较好的效果。对于饱和度较高的黏性土，一般来说，强夯法效果不明显，尤其对于淤泥和淤泥质土地基，处理效果更差，应用时要慎重。

3.4 砂石桩

碎石桩、砂桩砂石桩总称为砂石桩是指应用采用振动、冲击或水冲等到方法在软弱地基中成孔后，再将砂或碎石挤压入已成的孔，形成大直径的砂石所构成的密实桩体。砂砂石桩法早期主要用于挤密砂石地基，随着研究和实践的深化，其应用范围不断扩大。

砂石桩与桩间土形成复合地基，提高地基的承载力，可防止砂土的振动液化，也可增强软弱黏性土、素填土及杂填土地基。在饱和黏土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩进处理；但对于沉降要求较为严格的建筑结构，最好是通过现场试验后再确定是否采用。

砂石桩具有施工简单加固效果好，节省材料、工程造价低、无污染等特点，广泛应用于公路路堤（含构筑物）、码头、仓库、油罐、厂房和住宅等工业与民用建（构）筑物的地加固工程中。

砂石桩（含碎石桩、砂桩）复合地基与刚性地基的区别在于砂石桩属散体材料桩，无胶结强度，其刚度介于土和柔性桩之间，能承受和传递压力，不能承受拉力，并且在围限条件下方能成桩；砂石桩是地基整体的一个组成部分，仅起加固地基的作用；而刚性桩则需与建筑物的基础作刚性连接，并且某些桩可以预制。

3.5水泥土搅拌法

水泥土搅拌法是适用于加固饱和黏性土和粉土等地基的一种方法，它是利用水泥（或石灰等材料）作为固化剂（浆体或分体）强制搅拌，使软土硬结成具有整体性，水稳性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基的强度和增大变形模量。

水泥土搅拌法一般适用于处理正常固结的淤泥，淤泥质土、黏性土、粉土、素填土（包括

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冲填土）、饱和黄土、塑性指数大于25的黏土、地下水具有腐蚀性时以及无工程经验地区，必须通过现场试验确定其适用性。

水泥土搅拌法加固软土地基具有其独特的优点：（1）最大限度地利用了原土；

（2）搅拌时无振动无噪音和无污染，可在密集的建筑群中施工，对周围原有建筑物和地下沟管影响很小；

（3）可根据上部结构的需要，灵活地采用柱状、壁状、格栅状等加固形式；（4）与钢筋混凝土桩相比，可节约材料并降低造价。

基于上述优点，水泥土搅拌法在铁路、公路、市政工程、工业和民用建筑等软土地基加固方面应用非常广泛。

3.6 灌浆法

灌浆法是指利用液压、气压或电化学原理，通过注浆管把浆液均匀地注入地层中，浆液以填充、渗透、和挤密等方式，赶走土颗粒间或岩石裂隙中的水分和空气后占据新的位置，经人工控制一定时间后，浆液将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，形成一个结构新、强度大、防水性能好和化学性质稳定性良好的“结石体”。

灌浆法可以从下列几个方面对地基进行处理：

（1）降低了地基土的透水性，防止流砂、钢板桩渗水，坝基漏水和隧道开挖时涌水，并改善了地下工程开挖条件；

（2）可整治塌方滑坡；

（3）提高了地基承载力，减少地基的沉降和不均匀沉降；（4）可进行托换技术加固古建筑地基。

3.7高压喷射注浆法

高压喷射注浆法（high pressure jet grouting）简称为高喷法或旋喷法。具有加固体强度高。加固质量均匀、加固体形状可控的特点，已成为国内工程界普遍接受的、多用途、高效的地基处理方法。

高压喷射注浆，先利用钻机把带有喷嘴的注浆管，钻入土层的预定位置，然后将浆或水以高压流的形式从喷嘴里射出，冲击破坏土体，高压流切割、搅碎的土层，呈颗粒状分散，一部分被浆液和水带出钻孔，另一部分则与水搅拌混合，随着浆液的凝固，组成具有一定强度和抗

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渗能力的固结体。

高压喷射注浆法适用于处理淤泥、淤泥质土、黏土、黏性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土等地基，当土中含有较多的大颗粒块石、坚硬黏性土、大量植物根茎或有过多的有机质应根据现场试验结果确定其适用程度。

高压喷射法注浆法可用于既有建筑物和新建筑的地基处理，也可用于截水土保持、防渗、抗液化和土锚固定等。高压喷射法的加固体可用作挡土结构、基坑底部加固，护坡结构、隧道棚拱，抗渗帷幕、桩基础、地下水库结构、竖井斜井等地下围护和基础。

除以上各种方法外，近年来还有土工合成材料、和复合地基等方法处理软弱地基。软土地基处理方法的综合运用

以上各种方法各有优缺点，应根据各自适用条件合理选择，解决相应的问题。需要注意的是，由于各地软土地基条件千变万化，有时单独任一种处理方法都不能解决或不能完全解决问题，这时可同时运用两种甚至几种方法，综合各种方法长短合理运用。如饱和软黏土为软弱土层，其作地基的主要障碍是含水量大(呈饱和状态)，因此沉降量大、承载力低、强度和稳定性差。要使其固结并具有足够的承载力，一般情况下难以办到，若单一采用堆载预压来提高承载力，则短期内难见成效；若采用复合的方法，综合发挥几种方法的各自优势，问题就不难解决。

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致 谢

在论文写作期间，得到了缑勇老师的悉心指导。缑老师治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野开阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，使我不仅巩固了所学知识，而且接受了全新的思想观念，领会了基本的思考方式，掌握了通用的学习方法。为我即将到来的工作奠定了专业基础技能。缑老师以其平易近人、朴实无华和认真负责的作风感染着我。再次向缑老师表达崇高的敬意和衷心的感谢！

此致

敬礼！

刘建军

2010年4月25日

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参考文献

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