華中科技大學(xué)《地基處理技術(shù)》課程設(shè)計

1、華中科技大學(xué) 地基處理技術(shù)課程設(shè)計CFG樁復(fù)合地基處理方案 班 級： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 目錄一、 設(shè)計資料11.1 工程概況11.2 工程地質(zhì)條件11.3 基礎(chǔ)形式與荷載條件2二、復(fù)合地基的設(shè)計22.1 復(fù)合處理地基方案的選擇22.2 CFG樁參數(shù)設(shè)計22.3 布樁形式3三、CFG樁復(fù)合地基承載力計算33.1 單樁豎向承載力特征值計算33.2 面積置換率的計算43.3 CFG樁復(fù)合地基承載力計算5四、變形計算54.1 基礎(chǔ)底面附加壓力54.2 確定分層厚度64.3 沉降計算深度64.4 復(fù)合土層的壓縮模量64.5 分層沉降量的計算64.6 下臥層承載力驗算8五、施工技術(shù)要求及質(zhì)量

2、檢測85.1  施工工藝85.2  材料要求85.3  褥墊層95.4  CFG樁成樁要求95.5  施工質(zhì)量檢驗9六、總結(jié)10七、參考文獻10地基處理技術(shù)課程設(shè)計（復(fù)合地基設(shè)計）當(dāng)軟土地基不能滿足建筑物對地基強度和變形的要求時，可采用置換或擠密的方法，在軟弱地基中設(shè)置散體材料（砂、碎石等）或膠結(jié)材料（石灰土、水泥土等）構(gòu)成加固樁柱體，與樁間土一起共同承受建筑物荷載，這類由兩種不同強度介質(zhì)組成的人工地基，稱為復(fù)合地基。復(fù)合地基中樁柱體的作用與樁基礎(chǔ)中樁的作用是不同的，復(fù)合地基中的樁柱體是地基整體的一個組成部分，起加固地基的作用，且不與基礎(chǔ)作剛性

3、連接；而樁基礎(chǔ)中的樁是一種基礎(chǔ)形式，起傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載的作用，且與承臺或上部結(jié)構(gòu)作剛性連接。一、復(fù)合地基的作用和適用范圍復(fù)合地基是由樁和樁間土所組成的，其中樁的作用是主要的，因此，復(fù)合地基的類型可按樁的類型進行劃分。按成樁材料分類主要有以下兩類：（1）散體材料樁，如砂（砂石）樁、碎石樁等；（2）水泥土類樁，如水泥土攪拌樁、旋噴樁等。按成樁后樁體的強度分類主要有以下兩類：（1）柔性樁；（2）剛性樁。（一）復(fù)合地基的作用不論何種復(fù)合地基，都具有以下一種或多種作用。1. 樁體作用由于復(fù)合地基中樁體的剛度較周圍土體為大，因此樁體上會產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，大部分荷載由樁體承擔(dān)，樁間土上的應(yīng)力則相應(yīng)較少，這樣

4、就使得復(fù)合地基承載力較原地基有所提高，沉降量有所減少。2. 墊層作用樁和樁間土組成的復(fù)合地基，在加固深度范圍內(nèi)形成復(fù)合層，可起到類似換土墊層均勻地基應(yīng)力和增大應(yīng)力擴散角等作用。3. 擠密作用對于砂樁、碎石樁、灰土樁等復(fù)合地基，由于施工過程中的振動、擠密等原因，可使樁間土起到一定的擠密作用。4. 加固固結(jié)作用砂樁、砂石樁、碎石樁等具有良好的透水性能，可起到縮短土體排水距離的作用，從而加速地基的固結(jié)。5. 加筋作用復(fù)合地基中的樁體在地基中可提高土體的抗剪強度和土的抗滑能力，從而起到加筋的作用。（二）復(fù)合地基的適用范圍復(fù)合地基的適用范圍見表1二、設(shè)計計算復(fù)合地基設(shè)計計算的主要內(nèi)容有：樁體的直徑、樁間

5、距、樁長和排列方式的選擇；樁體承載力的確定；復(fù)合地基承載力的計算；復(fù)合地基變形的計算。（一） 樁長的選擇對于復(fù)合地基中加固樁體長度（加固深度）的選擇，應(yīng)該根據(jù)土層分布、工程要求等因素確定，當(dāng)相對硬層的埋藏深度不大時，應(yīng)按相對硬層的埋藏深度確定；當(dāng)相對硬層的埋藏深度較大時，應(yīng)按建筑物地基的變形確定；在可液化地基中，樁長應(yīng)按要求的抗震處理深度確定。樁長的具體選擇可參考表2進行，樁長一般不宜短于4m。表1 復(fù)合地基的適用范圍復(fù)合地基分類處理方法加固體材料適用范圍散體材料或柔性樁振沖置換法砂石、卵石、角礫、圓礫等材料適用于處理不排水抗剪強度不小于20kPa的粘性土、粉土、飽和黃土和人工填土等地基振沖擠

6、密法適用于處理砂土和粉土等地基土擠密樁法質(zhì)量較好的粘性土適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土等地基，以消除地基濕陷為主要目的灰土擠密樁法熟石灰與土的無水拌和適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，以提高地基承載力為主要目的砂石樁法礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、卵石碎石等適用于擠密松散砂土、素填土和雜填土等地基半剛性樁深層攪拌法水泥和地基土的攪拌固結(jié)體適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力特征值不大于120kPa的粘性土等地基旋噴注漿法水泥和地基土的混合固結(jié)體適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石等地基表2 樁長的選擇土 層 條 件樁

7、長軟弱土層不很厚，下臥土層承載力較高且埋藏不深，或軟弱土層雖很厚，但有可承托樁低的好土層按樁端進入下臥好土層12倍樁徑的原則確定軟弱土層很厚，且無夾層按建筑物地基的變形允許的變形和樁低下臥土層的強度確定，二者大值可液化砂層或粉土層應(yīng)穿越液化土層（二） 布樁方式的選擇布樁方式主要取決于基礎(chǔ)的形式和地面尺寸。樁在基礎(chǔ)平面內(nèi)可以布置成方形、等邊三角形等形式，不同的布樁方式，對樁的置換作用是無影響的，但對樁間土的擠密作用有差異。不同基礎(chǔ)形式的布樁方式，可參考表3選用。表3 不同基礎(chǔ)下的布樁方式基礎(chǔ)形式常用的布樁方式注意事項整片基礎(chǔ)等邊三角形、正方形對于擠密樁，以等邊三角形優(yōu)于正方形布樁單獨基礎(chǔ)等邊三角

8、形、正方形或等腰三角形樁位布置應(yīng)對稱于基礎(chǔ)中心和縱橫軸線條形基礎(chǔ)單排、三角形雙排、正方形雙排、等邊三角形或正方形三排樁位應(yīng)重合于基礎(chǔ)軸線，或與基礎(chǔ)軸線對稱，且在轉(zhuǎn)角處及構(gòu)造柱部位均宜布樁（三） 置換率及樁距和樁徑的選擇復(fù)合地基的面積置換率不僅影響地基處理的加固效果，還對工程造價有很大影響，置換率主要與樁距和樁徑有關(guān)，因此，計算時可先確定樁的間距和直徑，然后再計算置換率；亦可先根據(jù)天然土的指標(biāo)和加固后要求達到的復(fù)合地基承載力，計算出所需的置換率，然后再換算出相應(yīng)的樁距和樁徑。面積置換率及樁距和樁徑可按表4進行選擇。表4 置換率及樁徑和樁距的選擇復(fù)合地基處理方法樁孔直徑樁的間距置換率振沖置換法0.

9、81.2m1.52.5m振沖擠密法0.60.9m1.82.5m土或灰土擠密樁法0.30.6m等邊三角形布置砂石樁法0.30.8m松散砂土地基：等邊三角形布置 正方形布置粘性土地基：等邊三角形布置 正方形布置深層攪拌法0.50.8m根據(jù)天然土的指標(biāo)和加固后要求達到的復(fù)合地基承載力，計算出所需的置換率，然后再換算出相應(yīng)的樁距旋噴注漿法見表5注 為地基擠密后，樁間土的平均壓實系數(shù)，可取0.93；為樁間土的最大干密度；為地基擠密前土的平均干密度；為地基處理前砂土的孔隙比，可按原狀土樣試驗確定，也可根據(jù)動力或靜力觸探試驗確定；為地基擠密后要求達到的孔隙比，； 分別為砂土的最大和最小孔隙比，可按國家標(biāo)準(zhǔn)G

10、BJ12388土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)確定；為地基擠密后要求砂土達到的相對密度，可取0.700.85；為等效影響圓直徑，等邊三角形布置，正方形布置，矩形布置，；分別為樁的縱向間距和橫向間距為樁的平均截面積；為一根樁承擔(dān)的處理面積。表5 旋噴加固體直徑設(shè)計參考值土 質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)旋 噴 加 固 體 直 徑（m）單管法二重管法三重管法多重管法粘 性 土0<N<50.50.80.81.21.21.8246<N<100.40.70.71.11.01.611<N<200.30.50.61.00.71.2砂 土0<N<50.61.01.01.41.52.06<

11、N<100.50.90.91.31.21.811<N<200.40.80.81.20.91.5（四） 單樁承載力復(fù)合地基中的單樁承載力宜通過現(xiàn)場載荷試驗確定，也可通過計算確定。對于在復(fù)合地基中所形成的加固樁柱體，目前大多所采用的是散體材料（砂、碎石等）構(gòu)成的柔性樁或膠結(jié)材料（石灰土、水泥土等）構(gòu)成的半剛性樁兩種形式，有緣兩種形式樁體的破壞模式不同，因此，其單樁承載力的計算方法也不同。1. 散體材料柔性樁的單樁承載力計算散體材料柔性樁的破壞是以膨脹破壞為主要形式，其樁體單位截面積承載力特征值可按下式計算： （1）式中：為樁體單位截面積承載力特征值（kPa）；為天然土不排水抗剪強

12、度（kPa）；為樁柱體的內(nèi)摩擦角，一般可?。籏為安全系數(shù)，K2。2. 水泥土攪拌樁、旋噴樁等半剛性樁的承載力計算半剛性樁的破壞是以碎裂破壞和刺入破壞為主要破壞形式，因而其單樁承載力特征值應(yīng)分別按樁體材料強度和土對樁的支撐力計算，并去其中較小值，即 （2）式中：為單樁豎向承載力特征值（kPa）；為與樁身加固體配比相同的室內(nèi)試塊（邊長70.7mm的立方體）的無側(cè)限抗壓強度平均值（kPa），對于水泥土樁，去90d齡期的強度，對于旋噴樁，去28d齡期的強度；為樁身強度折減系數(shù)，可取0.350.5；為樁的平均截面積（）；為樁的平均周長（m）；為樁周第i層土的厚度（m）；為樁周第i層摩擦力特征值（kPa）

13、，對于旋噴樁，可采用鉆孔灌注樁側(cè)壁摩擦力特征值，對于攪拌樁，淤泥可去58kPa，淤泥質(zhì)土可取812kPa，粘性土可取1215kPa；為樁端天然地基土的承載力特征值（kPa），可按GBJ789建筑地基設(shè)計規(guī)范第三章第二節(jié)中的有關(guān)規(guī)定確定；為樁端天然地基土承載力的折減系數(shù)，對于攪拌樁，可取0.40.6，其他情況可取1。（五） 復(fù)合地基承載力計算復(fù)合地基承載力特征值宜通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定，也可按下式計算： （3）式中：為復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；為樁體單位截面積承載力特征值（kPa），；為樁間土天然地基承載力特征值（kPa）；為置換率；為樁間土承載力折減系數(shù)，對于散體材料柔性樁，取，對

14、于水泥土攪拌樁，當(dāng)樁端土為軟土?xí)r，可取，當(dāng)樁端土為硬土?xí)r，可取，當(dāng)不考慮樁間軟土的作用時，取，對于旋噴樁，可取，當(dāng)不考慮樁間軟土作用時，取。對于散體材料柔性樁，當(dāng)為小型工程的粘性土地基時，其復(fù)合地基承載力特征值也可按下式計算： （4）或 （5）式中：為樁土應(yīng)力比，無實測資料時可取24，原土強度低時取大值，原土強度高時取小值；為樁間土的十字板抗剪強度（kPa），也可用處理前地基土的十字板抗剪強度代替。在設(shè)計時，可根據(jù)要求達到的復(fù)合地基承載力，按式（6）計算復(fù)合地基的面積置換率及總樁數(shù)N，即 （6） （7）式中：地基加固面積（）。（六） 軟弱下臥層強度驗算當(dāng)復(fù)合地基下存在軟弱下臥層時，除復(fù)合地基的

15、承載力應(yīng)滿足設(shè)計要求外，尚須對軟弱下臥層強度進行驗算。其驗算方法是將復(fù)合地基與軟弱下臥層視為雙層地基，且樁與樁間土能有效地結(jié)為一體，以應(yīng)力擴散角方法進行驗算，即要求作用在軟弱下臥層頂面處的附加壓力與復(fù)合地基自重壓力之和不大于軟弱下臥層的地基承載力，應(yīng)滿足下式要求： （8）式中：為軟弱下臥層頂面處的附加壓力（kPa）；為軟弱下臥層頂面處的復(fù)合地基自重壓力（kPa）；為軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力設(shè)計值（kPa）。條形基礎(chǔ) （9）矩形基礎(chǔ) （10）式中：為矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)頂面的寬度（m）；為矩形基礎(chǔ)低面低面的長度（m）；為基低平均壓力設(shè)計值（kPa）；為基礎(chǔ)低面處土的自重壓力（kPa

16、）；為基礎(chǔ)低面至軟弱下臥層頂面的距離（m）；為復(fù)合地基應(yīng)力擴散角， 可按表6取值。軟弱下臥層頂面處的復(fù)合地基自重壓力，可按下式計算： （11）式中：為復(fù)合地基平均重度（kN/）；為基礎(chǔ)深度（m）。當(dāng)按式（8）驗算不滿足要求時，須重新設(shè)計復(fù)合地基，直至滿足為止。表6 復(fù)合地基的應(yīng)力擴散角（） 備注3510< 0.25000為復(fù)合地基壓縮模量，為軟弱下臥層壓縮模量0.25010200.5232530（七） 復(fù)合地基的變形計算復(fù)合地基的變形沉降包括復(fù)合土層的壓縮變形量和樁端以下未處理土層的壓縮變形量即 （12）式中：為復(fù)合地基最終豎向變形量（cm）；為復(fù)合土層的壓縮變形量（cm），對于攪拌樁復(fù)

17、合地基，可按經(jīng)驗取2040cm；為樁端下未處理加固土層的壓縮變形量（cm）。對于復(fù)合土層的壓縮變形量可按下式計算： （13）式中：為基礎(chǔ)底面附加壓力（kPa），；為復(fù)合平均壓力設(shè)計值（kPa）；為基礎(chǔ)底面處土的自重壓力（kPa）；為復(fù)合土層底面處的附加壓力（kPa）；為加固體的實際長度（cm）；為復(fù)合土層的壓縮模量（kPa）。復(fù)合土層的壓縮模量可采用置換率加權(quán)的方法進行計算，即 （14）其中對于散體材料柔性樁復(fù)合地基，復(fù)合土層的壓縮模量也可按下式進行計算： （15）式中：為樁體的壓縮模量（kPa），對于攪拌樁，可取，對于旋噴樁，可采用測定混凝土割線彈性模量的方法進行確定；樁間土的壓縮模量（kP

18、a），可用天然地基的壓縮模量代替；為面積置換率；為樁土應(yīng)力比，在無實測資料時，對粘性土可取24，對粉土可取1.53，原土強度低取大值，原土強度高取小值。對于樁端下為加固土層的壓縮變形量可用分層總和法按下式計算： （16）式中：為按分層總和法計算出的沉降量（mm）；為沉降計算經(jīng)驗喜事，應(yīng)根據(jù)沉降實測資料及地區(qū)經(jīng)驗確定，也可按表7取值；為地基沉降計算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；為加固樁群體底面處的附加壓力（kPa）；、為加固樁群體底面處分別至第i層土底面和第i-1層底面的距離（m）；、為加固樁群體底面處分別至第i層和第i-1層土底面的平均附加應(yīng)力系數(shù)，為加固樁群體底面下第i層土的壓縮模量（MPa）。

19、表7 沉降計算經(jīng)驗系數(shù)（MPa）2.54.07.015.020.01.11.00.70.40.2注 為下臥層土的壓縮模量。三、設(shè)計要點及設(shè)計施工說明（一）設(shè)計要點1. 復(fù)合地基設(shè)計方法的選擇不同的復(fù)合地基，具有不同的優(yōu)勢、弱點和適用條件，并且其造價和工期也不相同，因此，在選擇復(fù)合地基處理方案時，應(yīng)根據(jù)工程要求、巖土特性和技術(shù)能力三個方面因素，通過技術(shù)經(jīng)濟分析對比確定，其一般性思路為：所選擇的復(fù)合地基能否適應(yīng)場地巖土特性；所選擇的復(fù)合地基能否達到要求加固目標(biāo)；施工條件是否具備；環(huán)境影響（振動、噪音、排污等）是否許可；經(jīng)濟適應(yīng)性（造價高低、工期長短、材料與能源）情況；最后進行決策。2. 復(fù)合地基設(shè)

20、計的基本程序當(dāng)經(jīng)濟技術(shù)經(jīng)濟分析比較決定采用某種復(fù)合地基方法后，其設(shè)計工作可按以下幾本程序進行：確定復(fù)合地基加固目標(biāo)；分析勘察資料；了解當(dāng)?shù)厥┕l件；確定樁長、布樁方式、樁徑、樁距和置換率；進行復(fù)合地基承載力和變形驗算；施工圖設(shè)計；反饋施工信息修正設(shè)計。3. 護樁的考慮護樁（又稱為保護樁）是指位于基礎(chǔ)底面范圍之外的樁，對于復(fù)合地基的加固效果起保證和提高作用。但由于設(shè)置護樁往往會明顯增加工程量和造價，影響到復(fù)合地基的經(jīng)濟效益，因此應(yīng)根據(jù)樁型、土質(zhì)、基礎(chǔ)形式以及建筑物重要性等具體條件總和考慮確定。4. 頂部墊層的考慮在復(fù)合地基頂面可鋪設(shè)一層厚約0.30.5m的沙礫料柔性墊層，以使基礎(chǔ)壓力經(jīng)墊層擴散后

21、能較均勻地作用于復(fù)合地基，但在整片基礎(chǔ)和存在“硬殼層”及地下水位埋藏較淺的場地或用旋噴樁加固已有建筑物地基等情況，一般都沒有（也不可能）設(shè)置頂部墊層。5. 對復(fù)合地基質(zhì)量檢驗的要求對復(fù)合地基質(zhì)量進行抽樣試驗檢查，其質(zhì)量檢驗的內(nèi)容、方法和數(shù)量可參考表8進行。對復(fù)合地基進行質(zhì)量檢驗，應(yīng)考慮到復(fù)合地基的強度實效，因此，在復(fù)合地基施工結(jié)束后，應(yīng)間隔一定時間方可進行質(zhì)量檢驗。表8 復(fù)合地基質(zhì)量檢測內(nèi)容樁型檢驗內(nèi)容基本方法檢測點數(shù)量各種樁復(fù)合地基承載力多樁或單樁復(fù)合地基靜載荷試驗總樁數(shù)的0.250.5且不應(yīng)少于三根樁體密實度動力觸探，必要時可配合取芯采用和開挖檢查總樁數(shù)的24，且不少于3根擠密樁樁間土擠密

22、效果標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探、動力觸探、土工試驗等參考中等復(fù)雜場地詳勘階段的勘察點距離布置（二）設(shè)計施工說明復(fù)合地基的施工圖設(shè)計一般由樁位設(shè)計圖（含剖面設(shè)計）和設(shè)計施工說明兩部分組成，其設(shè)計施工說明的內(nèi)容主要有以下幾個方面：（1）編制復(fù)合地基設(shè)計所依據(jù)的基本資料和規(guī)范。（2）工程的建筑特性和場地的巖土概況。（3）復(fù)合地基的加固對象、加固承載力目標(biāo)值及樁體質(zhì)量和樁間土擠密質(zhì)量的要求指標(biāo)。（4）復(fù)合地基所采用的樁型、樁材（品種、規(guī)格和配合比）、樁長、樁徑、樁距和置換率。（5）制樁工藝的主要要求、工藝參數(shù)、施工質(zhì)量指標(biāo)和施工順序。（6）特殊技術(shù)措施的說明。（7）保證施工質(zhì)量的技術(shù)措施及按信息法施工的具體要求。（8）對施工質(zhì)量檢測工作的要求。（9）其他有必要進行說明的問題。四、復(fù)合地基設(shè)計（一）基本設(shè)計資料（1）工程概況某六層住宅樓，建筑占地約400800 m2，建筑面積約25005000m2。（2）基礎(chǔ)形式與荷載條件 擬采用筏板基礎(chǔ)（基