SGY地基处理方案设计方案复合地基.docx
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SGY地基处理方案设计方案复合地基
封面
作者：
PanHongliang
仅供个人学习
地基处理课程设计
专业班级：
土木工程2007级
专业方向：
岩土工程
姓名：
宋国映
学号：
0708010534
老师：
朱云华老师
实习时间：
2010.12.20-2010.12.31
西南石油大学建筑工程学院
2010.09
目录
1题目1
2工程地质条件1
3课程设计的性质、目的和任务2
4课程设计的主要内容和要求2
5软土地基处理的方案选择2
5.1换填法3
5.2预压法3
5.3挤密法4
5.4固化法5
5.5桩基础5
6复合地基方案选择5
6.1复合地基桩身材料选择5
6.2复合地基成桩方案的选择6
7复合地基设计方案6
7.1复合地基设计依据6
7.2设计方案7
7.2.1地层主要参数7
7.2.2确定桩形7
7.2.3单桩承载力计算8
7.2.4求置换率8
7.2.5桩间距和桩数的确定9
7.2.6桩顶平均应力9
7.2.7桩顶平均荷载10
7.2.8桩体强度标准值10
7.3褥垫层设计10
7.3.1褥垫层设计的目的10
7.4复合地基变形验算11
7.4.1复合地基变形计算方法11
7.4.2沉降计算11
8复合地基施工组织设计方案13
8.1CFG桩施工工艺13
CFG桩的施工工艺流程图13
8.2CFG桩的施工准备13
8.3CFG桩施工技术方法14
8.3.1桩位布设及质量要求14
8.3.2成桩工序的质量要求14
8.3.3桩工艺要求14
8.3.4桩头处理15
8.3.5工程质量控制15
9液化地基处理措施15
10质量保证体系及措施15
10.1质量目标15
10.2质量管理组织机构16
10.3质量保证措施16
11安全目标及措施18
11.1安全管理目标18
11.2安全管理组织机构及主要职责18
11.3安全管理及保证措施18
11.3.1人身安全18
11.3.2用电安全18
11.3.3机械设备安全19
11.3.4交通安全19
11.3.5防火安全20
12环境保护及文明施工20
12.1环境保护20
12.2文明施工21
[摘要]论述了2007级岩土《地基处理》课程设计题目中的25层高层建筑的基处理设计过程中所遇到的粘土为主的基处理施工方案，对粘土地基处理方法进行综合评价，并提出了适合该区域软基处理的最佳方案，从而达到优化设计、保证建筑结构的安全可靠、减小工程投资的目的。
关键词：
粘土地基处理方案满足沉降量CFG桩
1题目
某拟建建筑物总高25层。
出地面高度76.5m，大厦主楼结构为钢筋混凝土筒中筒，采用箱型基础。
箱底25mX40m，箱底埋深7.5m。
本工程场地地形较为平坦，地下水位较浅，约-1.5m。
上部结构设计荷载约为260000kN，根据地区规范要求，本场地允许变形量不应大于100mm。
2工程地质条件
根据钻探揭露，场地土质从上至下分为9层（含亚层），土层的物理力学指标见表1。
表1层分布及其主要物理力学性质指标
序号
土名
层厚
（m）
ω
（%）
γ
（kN/m3）
e
ａ1-2
（MPa-1）
ES1-2
（MPa）
k（10-6cm/s）
qs
（kPa）
qp
（kPa）
三轴有效强度指标
十字板强度（kPa）
地基承载力（kPa）
竖向
水平
C’（kPa）
φ（0）
1
填土
1.0
2a
粉质粘土
1.5
31.0
18.7
0.857
0.38
7.7
0.78
1.7
30
0
35
41
60
2b
淤泥质粉质粘土
2.0
35.5
17.8
1.187
0.98
0.3
1.02
1.1
12
10
25
30
40
3a
砂质粉土
6.4
33.5
18.4
0.9
0.32
7.4
61.5
145
35
1300
0
36
43
100
3b
砂质
粉砂
8.5
29.4
18.8
0.871
0.13
8.9
80
160
40
1600
0
35
120
4
粘土
4.6
38.0
19.7
0.780
0.22
3.2
0.08
0.1
42
1800
12
19
47
180
5
粗砂含粘土
6.2
24.2
19.8
0.700
0.20
5.6
100
210
50
2200
0
36
220
6
粘土
28.0
34.2
19.4
0.746
0.21
4.0
0.12
1.6
45
1900
16
35
7
粉砂
未穿
22.4
20.0
0.664
0.27
6.7
-
3课程设计的性质、目的和任务
《地基处理》课程设计是完成地基处理课程教学后进行的综合应用该课程基本知识和技能的一个教学环节，通过课程设计培养学生解决生产实际问题的能力和所学基本知识的综合应用能力。
4课程设计的主要内容和要求
对一个具体工程的地基处理方案进行设计，并绘制施工图，编写课程设计报告。
5软土地基处理的方案选择
习惯上，把淤泥、淤泥质土以及天然强度低、压缩性高、透水性小的粘性土总称为软土。
软土地基处理的目的在于使低强度的土体达到稳定，并满足一定的沉降要求。
在地基处理中，由于建筑物的种类很多。
故需要进行地基处理的因素很多，而地基处理的方法也很多，主要包括换填、预压、挤密、固化及桩基础等处理方法。
地基处理方案的选择，不但要考虑到地基的土质及其变化情况，还要考虑建筑物的重要性、上部结构形式、荷载分布情况、基础类型、场地环境以及施工方法及周期等。
所有的地基处理方法从总体上分为2类，即浅基处理与深基处理。
由于使用天然地基是较为节省的方法，因此在决定对地基进行处理之前，应对上述诸多因素加以考虑，并优先考虑选用能充分利用天然地基的处理方案，以降低造价。
5.1换填法
换填法也称为垫层法，就是把地基上部一定范围内不符合要求的软弱土挖去，换填强度较大，压缩性较小的材料，如砂、碎石、矿渣或土等材料并加工夯实做成垫层，也有用灰土、素土等作为垫层的。
该方法的最大优点就是简便易行，但是挖除原地基软弱土的深度小于3m是可行的。
如果挖土深度过大则不经济。
在这种情况下考虑采用其他方法或是结合其他方法对软土地基进行处理是比较明智的。
回填材料多种多样，也可用回收的工业废渣。
近年来，有些工程采用轻质材料比如粉煤灰作为回填物，其特点在于“轻”。
用这种材料可同时解决承载力及沉降问题。
5.2预压法
预压法是在修造建筑物之前，用与设计相同或略大的荷载亦称为预压荷重如土、砂、石料等，也可利用大气压力作为预压荷载，使地基强迫压密沉陷，以提高地基的强度，减少建筑物的后期沉降量。
待强度变形达到设计要求后，将预压荷载搬走，而后在经预压过的地基上修建建筑物。
如地质条件适用，也可用布设砂井或降低地下水位的方法，使所得效果更佳。
预压法适用于软弱的正常固结或轻度超固结的粉土、粘土或有机土地基。
加载预压法为常用方法，值得提出的是真空井点预压法。
该法自五十年代提出后，由于密封、工艺设备问题没有解决好，很长时间未能在工程中得到成功应用，直到八十年代初才对该法的预压机理及工程实践进行了深入研究，使之在生产中得以推广应用，我国沿海地区的港口码头软基加固大多采用该法。
但是，该方法加固软基所需时间较长，按传统的加固方式施工周期为4～5个月，又由于砂井阻力的存在，使得加固效果随深度的增加而逐渐降低。
为研究如何改善真空预压效果而进行的室内模型实验表明：
负压源下移后，可有效改善预压效果，显著缩短加固周期，并证实了在砂井底抽真空可有效减轻砂井阻力的影响。
当然，这一结论的得出还仅限于室内模型实验上。
5.3挤密法
挤密顾名思义即为增加其密实度，用密实方法使基土的孔隙减小。
在工程中常见的有重锤夯实法、强夯法、挤密砂柱法和碎石桩法。
前两者系冲击功法，后两者为振动功法。
重锤夯实法是利用起重机械将锤提到一定高度，然后自然落下，多次反复夯击对地基进行加固。
传统的重锤夯实法只适应于软基的浅层压密，其加固效果远不如强夯法。
强夯法是一种快速加固软基的方法，亦名动力固结法。
是利用高冲击功使基土产生液化或触变后变密。
由于强夯法在工程中要考虑噪音及震动影响，使得这种方法在应用时受到很多限制，当人们不得不选用挤密法时，往往将方案偏向于挤密砂桩或碎石桩。
但是，长期的工程实践表明，在沿海软土地区采用碎石桩不仅不经济，也没有多大效果。
秦皇岛的涉外办公楼采用碎石桩进行地基处理，竣工数月后的检测结果很不理想。
桩身具有一定强度，而桩间土的强度仍停留在原来水平上，挤密效果无从谈起。
如下面这个例子：
在对天津小王庄变电所附近区域地基处理的调研中得知：
沧州某炼油厂设备装置采用碎石桩基，桩距1m，桩径600mm,桩长10m，按梅花形布置。
处理前原地基承载力为100～140kPa，平均值125kPa，处理后复合地基承载力为115～185kPa，平均值150kPa，承载力增长了20%，效果并不明显。
挤密桩处理一般的5～7层比较适宜，但由于土质与场地环境等因素的制约，使得这些方法不能充分发挥其作用。
有鉴于此，一种新技术“重锤冲击建筑垃圾加固软土地基技术”诞生了。
这种技术采用重锤，将其提到一定高度使之自由落下，锤击原地基，数击后冲成一深达2m左右的短孔，用铲车向孔中抛填适量稍加粉碎的建筑垃圾，提锤并锤击填料，将之击入土中，击数以能托住重锤为度。
然后，再次填料、锤击，直至添满短孔形成一泡状锤击体为止。
锤击体在场区内可按矩形、三角形、梅花形布置。
按一定顺序完成各锤击体后，地基便得到加固，可使上部荷载均匀传至处理后的地基上，使锤击体与土共同作用，形成复合地基。
由于施工过程中可以充分利用了建筑垃圾，既解决了城市污染问题，又解决了建筑物推荐承载力不足的问题，具有很好的经济效益和社会效益。
5.4固化法
利用化学溶液或胶结剂，采用灌入或拌合加固技术可达到土固化之目的。
其主要加固原理是土粒间增加粘结力，胶结材料（如水泥、水玻璃、丙烯酸氨或纸浆液等）充填于孔隙体中。
用这些方法加固的地基具有高强度和低透水性。
其主要方法有压力灌浆法、旋喷法及深层搅拌法。
在沧州地区的软基处理中粉体喷射搅拌桩（简称粉喷桩）法被广泛应用。
该法是以生石灰粉或者水泥粉等粉体材料作加固料，用空压机作风源，使加固料呈雾状喷入地基内部，用特制的搅拌钻头使之与原位的地基土进行强制性搅拌，使软土与加固料发生物理—化学反应，硬结后形成一种具有整体性、水稳性和一定强度的柱状加固体。
但是，采用该项技术必须保证将原位地基土搅拌均匀，否则将严重影响软基加固效果。
另外，若地基中有不明障碍物，如较大直径的石块、未清除干净的建筑基脚及地下设有地道等，则不适宜采用该法，采用该技术进行软基加固，成功的实例很多，但失败的教训也不少。
最近，由中国建筑科学研究院所倡导的石灰—粉煤灰桩及水泥—粉煤灰—碎石桩施工技术也已得到应用，并积累了大量成功经验。
5.5桩基础
桩基础是由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。
对于8层以上的屋内变电站来说，无疑采用桩基础是行之有效的方法。
它由埋设在地基中多根细长具有一定刚性的结构物（统称桩群）和把桩群联合起来共同工作的承台2个部分组成，通过它们与地基土的相互作用，把桩基础所承担的荷载传给基土。
在建筑物荷载巨大，地基软弱土层深厚的情况下使用桩基础，常常是一种既经济合理又安全可靠的方法。
另外桩与地基土共同承担承载力，形成了一种更加有效的复合地基，也得到广泛的运用。
通过上面的比较，本例采用CFG桩复合地基。
6复合地基方案选择
6.1复合地基桩身材料选择
一般复合地基桩身材料有散体桩，包括碎石桩、砂桩、渣土桩等；柔性桩，包括灰土桩、水泥土桩、二灰桩等；刚性桩，包括CFG桩、素混凝土桩等。
由于本工程基底压力较大，单桩承载力高，需要较大的桩身强度，对于散体桩和柔性桩，其桩身强度一般不超过3Mpa,显然桩身强度不能满足要求，并且散体桩本身没有粘结强度，主要是靠周围土的约束来传递基础传来的垂直荷载，围压对桩体强度和桩体模量有影响，而对CFG桩的影响不大，为此须采用CFG桩或素混凝土桩。
CFG桩与素混凝土桩的区别是：
在素混凝土中加入粉煤灰等细骨料，又有低标号水泥的作用，能增加混凝土的和易性，而且能使桩体具有明显的后期强度，另外CFG桩复合地基的模量大、建筑物的沉降量小，从而本工程采CFG做为桩身材料。
6.2复合地基成桩方案的选择
复合地基成桩方法一般有挤土法、取土法和部分挤土部分取土法。
挤土法通常适用于松散无水的土层，通过挤土的作用使桩间土挤密加固，本工程原有地基土为中低压缩性土，不宜采用挤土法成桩，宜采用取土法成桩。
取土法成桩又有众多的成孔工艺，如长螺旋钻进法、冲击钻进法、泥浆护壁回转钻进法等，冲击钻进法成孔效率低、噪音污染严重；泥浆护壁回转钻进法成孔的废泥浆对环境的污染较大，而长螺旋钻进法设备简单、施工方便、振动小、噪音低、无环境污染、工期短，考虑地层土质条件、基坑内作业及周围环境影响，本工程宜采用长螺旋泵压混凝土法施工。
7复合地基设计方案
7.1复合地基设计依据
1．《建筑地基处理技术规范》 （JGJ79－91）
2．《建筑地基基础设计规范》 （GBJ7－89）
3．《建筑桩基技术规范》 （JGJ94－94）
4．《北京地区建筑地基基础勘察设计规范》 （DBJ－501－92）
5．《水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）复合地基技术规定》（Q/TY06－1997）
6．机械工业部勘察研究院提供的
《北京方庄居住区芳群园高层住宅岩土工程勘察报告》（详勘）
7．中国建筑北京设计研究院提供的
《北京方庄居住区芳群园一区住宅楼基础平面图》
8．《土力学与地基基础》 （陈晓平主编）
9．《地基处理技术》 （阎明礼主编）
10．《桩基设计指南》 （林天键等主编）
7.2设计方案
7.2.1地层主要参数
表2设计地层的主要参数
序号
土名
层厚
（m）
ω
（%）
γ
（kN/m3）
e
ａ1-2
（MPa-1）
ES1-2
（MPa）
k（10-6cm/s）
qs
（kPa）
qp
（kPa）
三轴有效强度指标
十字板强度（kPa）
地基承载力（kPa）
竖向
水平
C’（kPa）
φ（0）
3a
砂质粉土
6.4
33.5
18.4
0.9
0.32
7.4
61.5
145
35
1300
0
36
43
100
3b
砂质
粉砂
8.5
29.4
18.8
0.871
0.13
8.9
80
160
40
1600
0
35
120
4
粘土
4.6
38.0
19.7
0.780
0.22
3.2
0.08
0.1
42
1800
12
19
47
180
5
粗砂含粘土
6.2
24.2
19.8
0.700
0.20
5.6
100
210
50
2200
0
36
220
6
粘土
28.0
34.2
19.4
0.746
0.21
4.0
0.12
1.6
45
1900
16
35
7
粉砂
未穿
22.4
20.0
0.664
0.27
6.7
-
7.2.2确定桩形
1、选择桩径为Φ500mm。
2、选择桩端持力层，选粗砂含粘土5层为桩端持力层，桩长以桩尖进入5层，有效桩长为17.0m,保护桩长为0.70m。
7.2.3单桩承载力计算
Rk=min（πd∑qsiLi+ɑApqp，ƞFcuAp）
式中：
Rk—单桩承载力（KN）;
d—桩径d＝400mm;
qsi—桩周摩阻力（KPa）（在计算这个的时候，对于3a土层只涉及3.4m）
表3设计主要参考参数
地层名称
桩周摩阻力（qs）KPa
桩端承载力（qp）KPa
地层厚度（m）
砂质粉土
35
1300
3.4
砂质粉砂
40
1600
8.5
粘土
42
1800
4.6
粗砂含粘土
50
2200
6.2
Ap—桩端面积 Ap=πr2；
Li—地层厚度（m）
Rk=3.14*0.5*（3.4*35+8.5*40+4.6*42+0.5*50）+3.14*0.2*0.2*220
=1339.524KN
则取Rk=1300KN
7.2.4求置换率
地基基底承载力
f=260000000/25/40=260KPa
复合地基承载力标准值按300KPa考虑，则根据公式：
fsp=m·Rk/Ap+β·（1－m）·fk
式中：
fsp——复合地基承载力KPa
m——置换率
Rk——单桩承载力Rk=1100KN
fk——桩间土承载力fk=220KPa
β——强度发挥率β=0.9
经计算:
m=0.1303
7.2.5桩间距和桩数的确定
1、布桩按正方形布置，则由
m=πd2/4D2
计算出桩距为:
D=1.506m,取s=1.50m
2、桩数
N=（40/1.5）*（25/1.5）
=417
脚点加密，加4*4。
共布桩417+16=433棵,排列如下：
图1桩的排列平面图
7.2.6桩顶平均应力
σp=[fsp.k-β·（1-m）·fk]/m
=[300-0.9（1-0.1303）*220]/0.1303
=2296.372KPa
7.2.7桩顶平均荷载
θ=σp×Ap
=2296.372X0.5X0.5
=574.09KPa
7.2.8桩体强度标准值
R28≥3σp,σp取2296.37KPa
式中R28：
混合料（或混凝土）试块（边长150mm立方体）标准养护28d，无侧限抗压强度值，考虑施工影响因素，因此选CFG料强度C20。
7.3褥垫层设计
为了让复合地基更能满足要求，故设计褥垫层.
7.3.1褥垫层设计的目的
1.保证桩、土共同承担荷载；
2.调整桩、土荷载分担比；
3.减少基础底面的应力集中；
4.调整桩、土水平荷载的分担。
5.褥垫层参数如下
6.褥垫层厚度：
15cm;
7.褥垫层顶面标高：
－7.35m;
8.褥垫材料：
人工级配的砂石；
9.褥垫施工：
采用平板振捣器，往复振捣三～五遍；
10.夯填密度：
Dh＝0.87（虚铺17.3cm，压实15cm），压实系数0.96,须满足有关垫层做法的规范；
11.桩、褥垫层和基础关系图：
图2桩、褥垫层和基础关系图
7.4复合地基变形验算
7.4.1复合地基变形计算方法
复合地基沉降计算中，通常有复合模量法，应力修正法，桩身压缩量法及桩基规范法。
7.4.2沉降计算
本工程采用桩基规范法进行计算，荷载按竖直均布荷载考虑，基础埋深按照－7.35m考虑，基础宽度19.5m；基础长度68.95m。
沉降计算浓度取附加应力与自重应力的比值为40%作为沉降计算的下限。
沉降计算深度（Z）:
（Rk-γ·z）÷γ·z=40%
其中:
Rk=1300KPa
γ=20KN/m3
计算得:
z=27m,故沉降计算深度为地表下34.5m
桩土应力比:
n=Rk÷（Ap·fp）
=1300/0.25/220
=23
模量提高系数量:
ξ=α·[1+m·（n-1）]
其中:
α——桩间土强度提高系数，α=1；
m——面积置换率，m=0.1303;
n——桩土应力比，n=23
计算得ξ=3.87
利用公式：
Si=∑（ΔδOI·hi）÷（ξ·Esi）
S=S1+S2+S2+S3+S4+S5+S6=φ[∑（ΔδOI·hi）÷（ξ·Esi）+∑（ΔpOj·hj）÷Esj+.....]
如下表所示：
表4沉降计算
Z
（m）
L/B
Z/B
α
Ziαi
（mm）
Ziαi-
Zi-1αi-1
（mm）
P0/Esi
△si
（mm）
∑△si
（mm）
△sn/
∑△si
≤0.025
0
2
0
1
0
-7.5
2
7.05
0.361
2538.0
2538.0
0.0154
39.03
-10.9
2
10.95
0.254
2671.8
433.6
0.0333
8.452
-19.4
2
14.95
0.187
2813.6
238.6
0.0175
7.422
-24.0
2
15.25
0.184
2821.2
120.6
0.0175
2.184
-30.2
2
15.35
0.182
2802.3
90.7
0.0175
1.189
-34.5
2
16.05
0.190
2796.3
10.3
0.0173
1.186
59.265
0.003
S=59.265<100
加固土层厚度加权平均压缩模量:
Esp=（3.4*18.4+8.5*18.8+4.6*19.7+0.5*19.8）/17
=18.99MPa
加固土体复合压缩模量:
Esp=[m·（n-1）+1]·Es
经计算
Esp=73.43MPa
经验沉降系数φ=0.4
经计算:
S=59.265mm＜100mm
满足设计要求。
8复合地基施工组织设计方案
8.1CFG桩施工工艺
采用2台长螺旋钻机成孔，管内泵压混合料成桩，其优点是施工设备简单、施工方便、振动小、噪音低、无环境污染、施工工期短、效率高，缺点是用电量大，须保证近130KW电力供应。
CFG桩的施工工艺流程图如下：
现场三通一平施工设备进场
测量放线定桩位
质检
钻机定位
钻至设计深度
商品混凝土
泵压混凝土至设计标高
质检养护
测量至设计标高
凿桩头
成桩
CFG桩的施工工艺流程图
8.2CFG桩的施工准备
1.场地平整，施工用水、电接至基槽边。
2.根据施工的要求接好电源及水源，要求甲方提供施工用电每套设备不少于155KW，提供不少于10t/h的水源。
3.提供施工车辆进出厂道路畅通。
4.考虑钻机施工作业面，基槽底线应外放1.5m（以甲方要求和监理验线为准）。
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