地基处理设计说明CFG桩.docx
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地基处理设计说明CFG桩
TSD项目
地基处理施工图设计及施工组织设计
[CFG桩法复合地基（长臂螺旋成桩）]
合同编号：
B2015-0096
院长:
赵翔
总工程师:
康景文
审定:
周德贤
公司经理:
余元辉
审核人:
*****
工程负责人:
余元辉
汪方育
中国建筑西南勘察设计研究院有限公司
2015年03月09日
TSD项目
地基处理施工图设计及施工组织设计
[CFG桩法复合地基（长臂螺旋成桩）]
合同编号：
B2015-0096
审定:
审核人:
工程负责人:
中国建筑西南勘察设计研究院有限公司
2015年03月09日
一工程概况
1建筑物性质
2工程地质条件
二地基处理方案设计
1设计依据
2设计计算参数取值
3设计要求
4方案设计
4.1设计计算
4.2CFG桩长度
4.3施工工艺
4.4褥垫层
5.关键点控制
6.复合地基检测
7.复合地基检测
三地基处理施工组织设计
1施工流程
1.1施工流程
1.2CFG桩施工
2施工组织
2.1组织机构
2.2机械材料组织
2.3劳动力组织
3施工工期计划
4关键过程控制
4.1关键点
4.2关键点的控制措施
5质量与安全保证措施
5.1质量保证措施
5.2安全保障措施
6竣工成果资料
附图：
《TSD工号基础平面图》（001/06）
《TSD工号CFG桩平面布置图【挡土墙部分】》（002/06）
《TSD工号CFG桩平面布置图》（003/06）
《TSD工号CFG桩独立基础布桩详图》（004/06）
《CFG桩剖面示意图（A-A）》（005/06）
《CFG桩剖面示意图（F-F）》（006/06）
一工程概况
1建筑物性质
应中物院三所（甲方）的邀请，我公司对其拟建的TSD场地地基土进行复合地基处理方案设计。
拟建物为314-5号建筑、以及辅助构筑物挡土墙，拟建建筑为框架结构，拟采用独立基础，基础埋深为±0.00以下1.80m【局部埋深2.20～4.30m不等，具体参见基础平面图】（设计单位提供），挡土墙设计基础埋深不小于1.0m。
由于基础底部地基土层为粉质粘土、淤泥质粉质土层，其承载力低、压缩性高，不能满足设计要求（314-5号建筑：
fak≥240kPa，压缩模量Es≥15MPa；挡土墙部分：
fak≥180kPa，压缩模量Es≥10MPa），参见拟建物性质一览表（表1.1），因此须进行地基处理。
拟建物性质一览表表1
建筑物
名称
±0.00或设计地坪标高（m）
开挖后基底标高
层数
或
高度（m）
结
构
类
型
按承载力或按变形设计
拟采用基础
型
式
尺
寸
埋
深
（m）
复合地基承载力要求（kPa）
地下室或地下设备情况
314-5
501.30
499.50
1F
框架结构
承载力
独立柱基
见图
-1.80
240
无
挡土墙
501.30
--
3-6m
重力式、扶壁式
承载力
--
--
-1.00
180
无
备注：
局部埋深2.20～4.30m不等，现场施工时统一开挖标高为499.50m，局部位置预留空桩进行处理；挡土墙基础开挖标高为地面以下不小于1.0m，并请参见建筑设计图纸。
2工程地质条件
2.1地质构成
根据《TSD项目岩土工程勘察》（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司）（2012年12月），据钻探揭露，场区上覆土层主要由第四系人工填土（素填土）层（Q4ml）、第四系全新统坡洪积层（Q4pl+dl）的淤泥质粉质粘土、粉质粘土组成。
下伏基岩由侏罗系中统沙溪庙组（J2S）砂质泥岩组成，现将各地层分述如下：
①素填土（Q4ml）：
以粉质粘土为主，灰褐色，含有少量的建筑垃圾及碎石、卵石、砂岩岩块等。
场地内各孔均有分布，层厚0.50～4.00m。
②粉质粘土（Q4pl+dl）：
黄褐色～灰黄色，可塑，无摇振反应，稍有光泽，干强度较高，韧性中等。
含较多铁锰质氧化物。
除个别钻孔未见外，其余各孔均有分布，层厚1.50～7.00m。
③淤泥质粉质粘土（Q4pl+dl）：
灰褐色～灰黑色（局部为黄褐色），软塑粉质粘土为主，有光泽，嗅味，局部含有腐烂木渣。
该层分布范围相对较广，见于15#、18#、19#、20#、23#、24#、25#、27#、28#、29#、30#、32#、33#、34#、35#、36#、40#、41#、42#、43#、44#、45#钻孔，层厚1.50～9.50m。
（4-1）全风化泥岩（J2S）：
紫红色，其矿物成份为粘土质粘土矿物，风化裂隙发育，岩体已风化成土状，可用手捏碎岩块，遇水易软化，用镐可挖掘，干钻可钻进。
该层分布于整个场地，一般见于基岩顶面，层厚0.30～2.30m。
（4-2）强风化泥岩（J2S）：
紫红色，其矿物成份为粘土质矿物，局部为砂质泥岩，厚度较小，风化裂隙发育，岩体破碎，可用手捏碎岩块，用镐可挖掘，干钻可钻进。
场地内各孔均有分布，该层未揭穿，最大揭露厚度为3.30m。
2.2水文地质条件
2.2.1气象
广元市区属亚热带温润季风气候，具有冬寒夏热，四季分明，雨热同季的特点。
多年平均气温16.8℃，最高气温37℃，最低气温-5.9℃，相对湿度为79%，多年平均降水量为900.40mm，降水年内分配不均，其中六～九月降水量占全年的75%左右，区内平均风速1～2m/s，最大风速17m/s，主导风向为东北风。
2.2.2地下水
该场地地下水主要是素填土层及淤泥质粉质粘土层中的上层滞水以及赋存于基岩裂隙中的裂隙水。
勘察期间在个别钻孔发现上层滞水，水位1.20～2.90m。
2.3场地地形地貌
该拟建场地位于中物院化工材料研究所（三所）老点，剑阁县境内，拟建场地地形有一定起伏，孔口高程为509.41～498.95m，相对高差为10.46m；地貌上属于涪江Ⅱ级阶地。
2.4土的物理力学指标根据勘察报告提供建议值
土的工程特性指标建议值表2
地层
名称
重度γ（kN/m3）
压缩模量Es
（MPa）
粘聚力
C
（kPa）
内摩擦角φ
（°）
承载力
特征值fak（kPa）
天然抗压强度标准值frc（MPa）
基底摩擦系数（μ）
素填土
18.0
/
10
10
/
/
/
淤泥质粉质粘土
17.0
4.0
5
4
60
/
/
粉质粘土
19.50
6.5
20
12
140
/
0.30
全风化泥岩
20.0
/
20
15
170
/
0.30
强风化泥岩
21.0
/
30
20
260
1.20
0.40
二地基处理方案设计
1设计依据
2.1《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012、J220-2012）；
2.2《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）；
2.3《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；
2.4《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；
2.5《基础平面布置图》（建设单位提供）；
2.6《TSD项目岩土工程勘察报告》（中国建筑西南勘察设计研究院有限公司）。
2、设计计算参数取值
CFG桩设计所取各参数值表3
土层
名称
CFG桩
侧阻
力特征值
qsi（kPa）
端阻
力特征值qp（kPa）
粉质粘土
25
--
淤泥质粉质粘土
8
--
全风化泥岩
20
--
强风化泥岩
40
600
3、设计要求
本工程复合地基设计要求：
CFG桩复合地基承载力建筑物：
fspk≥240（kPa）；挡土墙：
fspk≥180（kPa），如下表4.1-1所示。
地基承载力要求表表4
序号
建筑物名称
复合地基
承载力要求P（kPa）
处理后桩间土
承载力特征值fsk（kPa）
复合地基
压缩模量Es（Mpa）
1
314-5
≥240
60
≥15
2
挡土墙
≥180
60
≥10
备注：
桩间土承载力特征值取素填土承载力特征值。
4、方案设计
4.1设计计算
依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012、J220-2012）中7.1.5-2式:
fspk=λm
+β（1-m）fsk（7.1.5-2）
式中:
fspk——复合地基承载力特征值（kPa），设计要求参见表4.1-1；
λ——单桩承载力发挥系数，可按地区经验取值（λ=0.8～0.9，本项目取λ=0.80）；
m——面积置换率；
Ap——桩的截面面积（m2），桩径Ф400，Ap=0.1256m2；
fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa）（参见表4.1-1）；
β——桩间土承载力折减系数,β=0.9～1.0，β取0.9；
Ra——单桩承载力标准值（kN），当无单桩静载试验资料时，按下式计算：
（7.1.5-3）
式中:
up——桩的周长（m），桩径Ф400，up=1.256m；
n——桩长范围内所划分的土层数；
——桩侧第i层土的侧阻力、桩端端阻力特征值（kPa）；
——桩长范围内第i层土的厚度（m）；
αp——桩端端阻力发挥系数，应按地区经验确定（本项目αp=1.0）；
根据我公司详细勘察报告的工程地质剖面图，并综合剖面图地层情况，根据地层情况，通过核
算选取进行计算【选取计算孔号为29、26号钻孔】：
单桩承载力标准值计算表【29#钻孔】表5
序号
土层名称
土层厚度
桩的侧阻力特征值
桩的端阻力特征值
1
淤泥质粉质粘土
8
8
2
全风化泥岩
1
20
3
强风化泥岩
1.5
40
600
计算结果：
Ra=1.256*（8*8+1*20+1.5*40）+1.0*800*0.1256
=256.22kN取Ra=250kN
单桩承载力标准值计算表【26#钻孔】表6
序号
土层名称
土层厚度
桩的侧阻力特征值
桩的端阻力特征值
1
粉质粘土
3.5
25
2
全风化泥岩
1.5
20
3
强风化泥岩
1.5
40
600
计算结果：
Ra=1.256*（3.5*25+1.5*20+1*40）+1.0*600*0.1256
=273.18kN取Ra=250kN
备注：
其余钻孔通过核算，桩端进入强风化泥岩深度1.50m，均能满足设计单桩承载力要求。
经过计算，314-5号建筑：
置换率m=0.122满足设计要求；挡土墙：
置换率m=0.082满足设计要求。
桩间距计算：
根据m=d2/de2【d为桩身平均直径（m）；de为一根桩分担的处理地基面积等效圆直径（m）】；
314-5号建筑：
可知de=1.145m，正方形布桩：
由de=1.13s可知，桩间距s=1.00m。
三角形布桩：
由de=1.05s可知，桩间距s=1.10m。
挡土墙：
可知de=1.396m，正方形布桩：
由de=1.13s可知，桩间距s=1.20m。
三角形布桩：
由de=1.05s可知，桩间距s=1.33m。
复合地基压缩模量计算：
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012、J220-2012）第7.1.7条，复合地基压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍，ζ值可按照下式确定：
ζ=ƒspk/ƒak
ƒspk——复合地基承载力特征值（kPa）；
ƒak——基础底面下天然地基承载力特征值（kPa）；
对于本工程ζ=240/60=4.0；
Es=【∑Esi*li】/【∑li】
=（4*8+6.5*1）/（8+1）=4.28MPa；
Esp=ζEs=4.0*4.28=17.12MPa≥设计要求15MPa，满足设计要求。
经过计算各基础所需桩数，以及换填后置换率m见表4.1-3。
桩数及实际置换率表表7
基础编号
a
b
面积
CFG桩截面积
设计置换率
计算桩数
实际桩数
实际置换率
1
2.00
2.00
4.00
0.1256
0.122
3.885
4
0.1256
2
2.30
2.30
5.29
0.1256
0.122
5.138
7
0.1662
3
3.80
3.80
14.44
0.1256
0.122
14.026
16
0.1392
4
4.40
4.40
19.36
0.1256
0.122
18.805
20
0.1298
5
4.50
5.30
23.85
0.1256
0.122
23.166
25
0.1317
6
3.30
3.30
10.89
0.1256
0.122
10.578
12
0.1384
7
7.00
7.00
49.00
0.1256
0.122
47.596
49
0.1256
8
6.20
6.20
38.44
0.1256
0.122
37.338
39
0.1274
9
5.00
5.00
25.00
0.1256
0.122
24.283
25
0.1256
10
6.40
6.40
40.96
0.1256
0.122
39.786
41
0.1257
桩的布置：
本工程采用对称正方形布桩形式（桩间距1.00m），详见CFG桩复合地基平面布置图（其中DJBJ4号基础，由于为异形，实际置换率满足要求）。
由于部分场地地层变化较大，施工时，在满足地基承载力的要求下，可对桩的位置以及数量做一定的调整，保证布桩的均匀性与对称性。
按上述原则布桩，并考虑对称性的要求，布桩详图见《CFG桩平面布置图》（003～004/06），314-5建筑共布置了405根桩，挡土墙共布置了433根桩。
桩体强度的计算
该CFG桩加固方案必须满足如下要求:
a.布桩方式:
按基础对称正方形布置,桩间距见结构图（003～004/06）（局部有所调整）。
b.桩身混凝土强度等级为C20（根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012，J220-2012）第7.1.6-1条：
fcu≥4
的标准进行计算）。
C20素混凝土fcu=9.6Mpa≥4
=4*0.8*250kN/0.1256m2=6.34MPa，满足设计要求。
c.桩长根据地层变化情况进行调整，桩端须以强风化泥岩层作为持力层，进入长度根据各剖面计算表格中强风化泥岩深度确定，不得小于设计深度。
4.2CFG桩长度
该工程CFG桩复合地基平均实心桩长根据实际情况进行现场调整，平均桩长参见表8，其进入强风化岩层1.50m。
建筑桩长表表8
序号
建筑物名称
桩数（根）
设计桩长（m）
备注
1
314-5
405
7.00m-12.50m
桩长根据地层情况现场调整
2
挡土墙
433
7.00m-12.50m
桩长根据地层情况现场调整
4.3施工工艺
本工程各栋建筑均为高层，为保证工程质量，确保经CFG桩处理后复合地基承载力及压缩模量满足设计要求，本工程CFG桩须采用长螺旋钻成孔，现场浇筑成桩施工工艺，灌注混凝土采用C20人工搅拌混凝土。
施工工艺流程为:
①场地平整（该项由业主委托第三方完成）→②测放桩位→③成孔至设计深度→④单次填料并夯实→⑤循环单次填料、夯实直至设计长度→⑥裁桩（裁至基底标高下30cm）→⑦铺设并压实砂卵石褥垫层→⑧复合地基检测（该项由具有检测资质的单位完成）。
4.4褥垫层
褥垫层所用材料为级配砂石，限制最大粒径一般不超过3.0cm。
本工程褥垫层厚度30cm。
桩头处理后，桩间土和桩头处在同一平面，褥垫层虚铺厚度按下式控制：
H/=
式中：
H/褥垫层虚铺厚度；
H设计褥垫层厚度；
λ夯填度，一般取0.9；
虚铺后多采用静力压实，当桩间土含水量不大时亦可动力夯实。
褥垫层的宽度（B/）应比基础宽（B）大，其宽出的部分不宜小于褥垫层的厚度（H）。
CFG桩褥垫层具体技术要求必须满足：
a.厚度：
h=30cm;宽度：
B/=B+2h。
b.材料：
级配砂卵石（最大粒径≤3cm，砂:
卵（碎）石重量比=3:
7）。
c.褥垫层须压实，其夯填度须大于0.9。
5.关键点控制
在工程施工中应严格控制如下关键点：
（1）桩身砼强度等级为C20,桩体材料以卵石（粒径3～8cm）为主,掺入适量的砂、水泥，以配合比报告为准。
（2）严格根据地勘报告并结合成孔的实际情况，确保桩端置于强风化泥岩层上，且进入强风化泥岩层深度1.50m；
（3）桩位偏差小于0.4D（D为成桩直径）；垂直度偏差小于1.5%。
（4）每天每台搅拌机至少需作一组混凝土试块，以确保并验证桩身混凝土强度。
（5）作好详细的施工记录。
（6）如在施工中遇地质条件变化较大时,应及时通知相关单位，采取补勘等措施并及时修正加固方案，确保处理后地基达到设计要求。
6、质量控制措施
1桩体必须放置在设计的持力层上；
2每米投料不少于0.15m3；
3分段投料高度为50～80cm；
4应通过现场试验确定每次投料后的夯击次数；
5原材料均应抽样送检；
6水泥必须有材质证明书；
7施工前应取样送实验室确定CFG桩体的配合比；
8做好施工记录；
施工全过程应有专业技术人员负责质量检查；
7.复合地基检测
施工结束后桩体强度满足试验荷载条件时（一般在15天后）进行复合地基检测。
由建设单位委托具有法定资格的地基检测单位进行复合地基检测。
检测方式应采用单桩复合地基载荷试验。
复合地基静载荷试验和单桩静载荷试验的数量不应少于总桩数的1%，每个单体不少于3点，对本工程而言共计10个载荷试验。
此外根据规范要求应抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。
根据规范要求，应对采取复合地基的拟建物进行沉降观测，且应坚持到土建工程完工后一段时间，以便验证复合地基的可靠性并积累经验。
沉降观测点宜布置在建筑物的拐角周边及基础连接处等具代表性的地方。
三地基处理施工组织设计
项目
天数
备注
CFG桩施工
20天
凿桩头
5天
桩间清土
5天
桩检测
10天
（一）、方案编制依据
1．《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；
2．《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；
3．《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012、J220-2012）
4．《长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基技术规程》（DB13（J）31-2001）
5．《混凝土强度检验评定标准》GBJ107-2002
6．《混凝土质量控制标准》GBJ5064-2002
7．现场施工调查情况；
8．现场的机械配备现状、施工技术力量；
9．以往类似工程的施工经验；
（二）.工程概况
本项目CFG桩桩径d=400mm，设计桩长6.0--12.0m，处理范围TSD项目314-5工号，共计405根，预计合计5000m，桩身混凝土强度不小于20MPa。
（三）.施工设计要求
碎石粒径不大于30mm，复合地基承载力不小于240kPa，单桩承载力240kN，成桩过程中，每台机每天抽样一组（三块）做混合料试块（150mm长的立方体），测定其28天无侧限抗压强度不小于20MPa；且每个单位工程的试验数量不应小于3点；另抽取不小于总数的10%的桩进行低应变动力测试，检测桩身完整性，桩身强度相当于C20混凝土的强度。
CFG桩上铺30cm厚碎石垫层，碎石粒径8～30mm。
（四）、施工工期
本工程分区施工，总完成控制在20天（成桩作业天数+试验+垫层铺设合计天数）。
每天施工50～60根桩，以此计算工期，计划开工日期2015年3月20日，计划完工日期2015年04月10日。
施工进度安排表
工程施工进度横道图
天
部位
10
10
5
5
10
5
CFG桩施工
凿桩头
桩间清土
桩检测
其它
（五）.施工人员、机械配置
1．本项工程施工由中国建筑西南勘察设计研究院有限公司负责施工，并建立相应的施工小组组成项目组织体系，接受项目部统一管理。
计划安排施工总人数20人，其中CFG桩组：
14人；管理及技术人员：
6人。
CFG桩主要施工人员组织机构框图
2.具体人员职责：
⑴施工项目负责人：
负责施工现场平面管理、施工调度及内外协调；负责机械设备管理和安全管理工作。
⑵技术员：
负责专项施工方案实施和技术交底书的编制；负责施工测量、放线；负责砼现场施工技术问题的处理；负责做好隐蔽工程的验收记录和各项工程技术资料的收集整理工作。
⑶质检员：
负责工程质量的检查、监督，进行分部、分项工程的自检评定。
⑷安全员：
负责做好经常性的安全生产宣传工作，贯彻“安全第一，预防为主”的方针，组织日常的安全生产检查、监督工作，帮助班组消除事故隐患，促进安全生产。
⑸材料员：
负责编制材料供应计划，根据施工进度分批组织材料供应；负责材料的发放和物资保管，进行原材料的检验、化验、抽检，提供有关材料的技术文件。
⑹试验员：
负责现场试验管理，做好试验相关工作，对施工过程严格把关。
3．机械组织配置
主要施工设备一览表
施工设备
数量
备注
长螺旋钻机
1台
成孔、成桩
混凝土搅拌机
1台
搅拌混凝土
配电箱
2套
平地机
1台
场地平整
（六）.质量目标
1．严格按设计图纸和施工规范进行施工。
2．工程质量一次验收合格率100%，优良率达96%以上，工程竣工验收质量等级为优良，并且满足全标段创优规划要求。
3．安全施工，杜绝质量和安全事故发生。
（七）．施工工艺方法
综合以上工程地质、水文地质条件，并考虑设计要求，选择采用长螺旋钻机成孔，人工浇筑混凝土的施工工艺，即钻孔至设计深度后，提钻头，人工循环浇筑混凝土，边浇筑边振动灌注CFG混合料，自下而上成桩。
工艺流程图如下：
1、成孔
⑴场地清理、压实
施工机械进场前必须对施工区域进行场地清理、找平，并进行必要的压实，以确保到场机械能够平稳就位、移动，不产生偏斜。
⑵钻机就位时，调整好钻机的水平，要平稳，牢固，钻杆要垂直，需专人检查桩位的偏差及垂直度偏差，符合要求后方可进入下道工序施工；
⑶钻机就位后，下放钻杆，看钻杆中心是否对准孔中心，如正好，找平、稳定钻机，确保钻机在钻孔过程中不出现偏斜现象；
⑷开钻之前，应根据孔口标高、设计桩长和设计桩顶标高，提前计算钻进孔内的钻杆长度，并在钻杆上做明显的标记。
⑸钻进中要求带导向套进行作业，防止钻
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