地基处理毕业设计8.docx
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地基处理毕业设计8
1.工程概况及水文地质特征
1.1工程概况
拟建工程是二十二冶安居工程23小区总建筑面积12500m2占地面积660m2左右，6层砖混结构，高约18m，拟采用条形基础，基础埋深约2m左右，对沉降敏感程度一般，承载力约140kpa。
地基设计等级为丙级
1.2工程地质及水文地质特征
1.2.1、地层条件
根据钻孔揭露，拟建场地地层主要为第四纪全新世中近期冲洪积成因产物。
在勘探深度范围内，自上而下可划分为6个工程地质层。
分述如下：
①层粘土:
黄褐色—棕褐色,以棕褐色为主,湿—饱和,可塑状态,局部夹粉质粘土,层厚1.2—5.2m左右。
②1粉土：
黄褐色，饱和，稍密状态，含锰质结核及铁质氧化物。
层厚0.7—3.0m左右。
②2粉土：
黄褐色---灰色，湿—饱和，稍密状态，含锰质结核及铁质氧化物，砂性较强，局部为粉砂。
层厚0.5—2.3m左右。
③含有机质土：
黑灰色，饱和，可塑---软塑状态。
层厚0.4—2.1m左右。
有机质含量小于5%。
④细砂：
黄色，稍湿---湿，稍密—中密状态。
长石石英质，级配良好。
重力密度指标为18kN/m3。
⑤砾砂：
黄色色，稍湿，稍密。
长石---石英质。
重力密度指标为18kN/m3。
⑥圆砾：
黄色，稍湿，稍密。
长石---石英质。
重力密度指标为18kN/m3。
1.2.2地基承载力特征值
依据表2、表3统计结果，综合确定各层地基土承载力特征值fak，其结果详见表4。
地层
按标准贯入
按动力触探
按土工试验
建议值
特征值fak（kPa）
①粘土
130
120
120
②1粉土
120
110
110
②2粉土
100
90
100
③含有机质土
80
70
75
④细砂
130
130
⑤砾砂
150
150
⑥圆砾
170
170
1.2.3地下水
在勘察深度内未见地下水，根据临近地段打井经验，地下水埋藏深度大于20m。
设计时可不考虑地下水对建筑材料和砼的腐蚀性。
1.3地震效应
1.3.1场地土类型及场地类别的划分
根据勘探资料，依据《建筑抗震设计规范》第４．１．１、第４．１．３条，第４．１．６条综合判定该场地土类型为软弱场地土、场地类别为Ⅱ类。
地处建筑抗震不利地段。
场地土层剪切波速①层粘土Vs=150②1层粉土Vs=150,②2粉土层Vs=140,③层含有机质土Vs=70,④层细砂Vs=200，⑤层砾砂Vs=250，⑥层圆砾Vs=400,⑦层卵石Vs=500。
平均场地剪切波速Vs=232m/s，场地土层等效剪切波速为215m/s，覆盖层厚度大于5米。
本地区抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度值为0．20g，属设计地震第一组，场地设计特征周期为0．35s。
1.4场地液化判别
根据勘探资料，依据〈〈建筑抗震设计规范〉〉第4．3．3条，本场地在勘探深度范围内，不存在可液化土层。
1.5基础方案论证和分析
1.5.1天然地基条件评价
通过勘察，拟建场地地形平坦，地貌单一，地层结构较复杂，在勘探深度范围内发现有软弱下卧层存在，属中等复杂场地。
地基主要持力层横、纵两个方向上最大层面坡度大于10%，属不均匀性地基。
1.5.2地基方案论证分析
根据勘察委托书及平面布置图，分析勘察测试成果及地质剖面图，基础砌置深度2.0m处为粘土或粉土，场地力学性质不均匀，建议对②1、②2、③层略加处理后可作为基础持力层。
处理办法采用水泥土搅拌桩。
1.5.3基坑开挖边坡稳定性分析
勘探资料表明：
场地第①层粘土厚度不大、第②层粉土呈松散—稍密状态，且含有较多粘粒，基坑开挖后边坡能够保持稳定。
因地下水埋藏较深，可不考虑基坑降水问题。
1.6结论与建议
1.6.1结论
a、本场地地貌单一，地层结构较复杂，属于工程地质条件中等复杂场地，场地等级为二级；中等复杂地基，地基等级为二级。
b、本场地为：
23小区204、205、206、209栋住宅楼为中硬—中软场地土，Ⅱ类建筑场地，地处建筑抗震一般地段。
c、各土层承载力特征值可按下列数值采用：
第①层粘土特征值120kPa
第②1层粉土特征值110kPa
第②2层粉土特征值100kPa
第③层含有机质土特征值75kPa
第④层细砂特征值130kPa
第⑤层砾砂特征值150kPa
第⑥层圆砾特征值170kPa
d、根据〈〈建筑抗震设计规范〉〉（GB50011—2001）附录A，第A．0．2条第一组，勘察区地震烈度为8度。
场地不存在可液化层。
e、场地在勘探深度内未见地下水，设计时可不考虑地下水对建筑材料和砼的腐蚀作用。
f、本区最大冻土深度为0．80m。
1.6.2建议
a、建议采用水泥土搅拌桩进行地基处理，水泥掺入比15%，桩径500mm，桩长：
22小区沿街商业楼6m左右，面积置换率17%左右；23小区207、208栋3—4m左右，面积置换率为20%左右。
b、桩的承载力值参数表
土层名称
桩的极限侧摩阻力标准值
桩的极限端阻力标准值
①
40kPa
②
20kPa
②
16kPa
③
10kPa
④
25kPa
550kPa
⑤
80kPa
800kPa
c、基坑开挖后，应进行钎探工作，并做好防水工作，严禁各种水源浸泡地基，同时请通知我单位进行验槽。
2.方案论证
2.1从技术可行性和工程特性方面论证
2.1.1根据地质勘察报告可采用的方案有很多在这里选用的有钻孔灌注桩、预制桩、CFG桩和水泥土搅拌桩、碎石桩等深基础和地基处理方案
2.1.2钻孔灌注桩
是在设计桩位用人力或机械按要求成孔，而后在孔内下入钢筋笼骨架灌注混凝土而成桩，待混凝土凝固后便可借助桩的侧摩阻力和端阻力承受上部荷载，是一种就地灌注成桩的形式。
其特点是，灌注方法较多，可在不同的地层中成桩，桩径、桩长变化的范围较大，尤其是桩长可以灵活的掌握，不需要裁接，承载力大，抗震性好、钢筋用量少、成本低、多数成桩的方法噪音小，无挤土对周围的建筑无危害等。
2.1.3预制桩
是先在地面上制成的桩（钢筋混凝土预制桩、钢桩）利用相应的打桩设备对准桩位或预先钻好的孔将桩沉入地基的基桩施工。
由于预制桩的类型较多，所以其特点为沉桩的方法较多，例如，锤击法、振动法、静压法等。
预制桩施工方便，工艺简单所以其适用的范围较广，在技术方面更成熟，是一种较好的方法。
但其造价较高。
如利用锤击法有很大的噪音污染和振动，不适合在人口密集的住宅区内施工，利用静压法即可，但是其设备庞大移动不方便，所以该设计不采用此方法
2.1.4CFG桩
概述：
CFG桩是在碎石桩的基础之上加上一些石屑、粉煤灰和少量的水泥加水搅拌制成的一种具有一定粘结强度的桩。
也是近年来新开发的一种地基处理技术其特点：
承载力提高幅度大，可调性强，可以从几米到二十几米，并可使全桩发挥侧摩阻力，通过改变桩长、桩距、桩间距、褥垫层和桩体的配合比可使复合地基的提高幅度有很大的可调性。
a、适用的范围广：
对基础形式而言，CFG桩可适用于独立基础和条形基础也可用于箱基础和筏式基础。
就土性而言，CFG桩可用于填土和粘性土；既可用于挤密效果好的土也可用于挤密差的土，当CFG桩用于处理挤密效果好的土时，承载力的提高既有挤密分量又有置换分量；当CFG桩用于处理挤密效果差的土时，承载力的提高只与置换作用有关。
CFG桩和其他的桩型相比他的置换作用很突出的重要的特点。
b、桩体有排水的作用：
CFG桩在饱和粉土、砂土中施工时，由于成桩的振动作用会使土体产生超孔隙水压力，刚刚施工完的桩是一个良好的排水通道，孔隙水将会沿着桩体向上排，直到CFG桩体结硬的为止。
这样的排水通道可延续几个小时。
c、时间效应：
利用振动沉桩工艺施工，将会对桩体产生振动，特别是对高灵敏度结构强度丧失、强度降低的土。
施工结束后，随着时间恢复的增长，结构强度的恢复，桩间土承载力有所增加。
d、与桩基相比，掺加了工业废料，同时桩体无配筋，又利用桩间土承载力，造价降低，是桩基的1/3-1/2
2.1.5碎石桩
概述:
碎石桩和砂桩在国外粗骨料土桩,它是指用振动冲击或水冲的施工方式,在软弱的地基土中成孔,在将碎石和砂等挤入土中,无论是采用湿法成孔（振冲法）,干法成孔（干振法）或振动沉管成孔,填料后形成大直径的碎石或砂等够成的密实体,其工程特性为:
a、振动力直接作用在地基深层软弱土部位,对软弱土施加的振动力侧挤压力大因而使土密实的效果与其他的地基处理的方法相比较好.
b、对不均匀天然地基土,在平面和深度范围内,由于地基的振动程度可随地基软弱程度的不同用不同的填料进行调整,可取得相同的密实电流,使加固后形成较均匀的地基,以满足工程对地基变形的要求
c、施工机具简单,操作方便,事故进度较快,加固质量容易控制,目前施工的技术可以打到30m.
d、不需要钢材和水泥，仅用碎石、卵石、角砾、砾砂、粗沙、和中砂等当地硬质材料,因而造价较低,与钢筋混凝土桩基础相比一般可节约投资的三分之一
e、在天然软弱地基经振冲置换填以碎石等粗骨料,成桩后改变了地基的排水条件,可加速地震时引起的超孔隙水压力的消山散,有利于地基的抗震和防止液化.
2.1.6水泥土搅拌桩
概述：
深搅拌桩是用于加固饱和黏土地基的一种新方法,它是利用水泥材料作为固化剂,通过特制的搅拌机械,在地基深处就地将固化剂强制搅拌,由固化剂和软土间所产生的一系列的物理和化学反应,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，从而提高地基强度和增大变形量深搅桩加固技术，其独特的优点如下：
（1）深层搅拌桩由于将固化剂和原地基图就地搅拌混合，因而最大限度的利用的原土。
（2）搅拌时较少的使地基土侧向挤出，所以对周围建筑物的影响较小；
（3）按照地基土的性质及工程设计要求合理选择固化积剂及配比，设计比较灵活
（4）施工时无噪音、无污染、吴振动，可在市区内和密集建筑群中施工；
（5）土体加固后重睹基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；
（6）根据上部结构的需要，可灵活的采用朱庄、壁状、和块状等加固形式；
（8）深层搅拌加固法加固土质范围有新近垂天的软土、泥炭土和淤泥质土等饱和软土，加固场所从陆地到海底软土，加固深度达30m；
（9）深层搅拌法加固法可用于增加软土地基承载力，减少沉降提高边坡稳定性；
2.1.7根据地质勘查报告，以上的方法都适用于该工程CFG桩比碎石桩、水泥土搅拌桩的发展较晚，但从技术方面、从国内外工程实例来看，以上方法都已经达到一定的水平，从技术方面各有所长进行综合考虑，暂取CFG桩、碎石桩和水泥土搅拌桩进行下一步的论证。
2.2从经济合理性方面论证
2.2.1CFG桩的初步设计
根据地质勘查报告设计，选CFG桩的持力层为第四层，桩常为6m,桩径d=400mm。
单桩承载力Rk=（UP∑qsihi+qpAp）/k
Rk=103.3kpa
复合地基承载力fspk=mrK/Ap+β（1-m）fsk
m=fspk-0.8fsk/（Rk/Ap-βfsk）
m=5%
桩间距s=（Ap/m）1/2
s=1.58m（取1.6m）
符合3-5倍桩径的要求
桩数n=A/S2
204、205栋A=712.152m22n=2A/S22n=556
206栋A=742.392m2n=A/S2n=294
209栋A=421.4m2n=A/S2n=165
n总=1015根
fspk—复合地承载力标准值（kpa）
m—面积置换率
Ap—桩的断面面积
fsk—处理后桩间土承载力特征值（kpa）
Rk—单桩承载力标准值
UP—桩周长
qsi—第i层土的极限侧摩阻力标准值（kpa）
hi—第i层土的厚度
k—安全系数k取2.0
fcu≥3Rk/Apfcu≥2.46735
CFG桩采用C25混凝土，采用振动沉管，塌落度3cm，密度2.2g/cm3,水泥的标号P.O42.5、单方混凝土用水量189kg
fcu=0.366Rbk（C/W-0.071）（fcu取2.47Mpa）
C=43.3kg
W/C=0.187+0.791F/C
F=228.7kg
G=1738kg
单桩所需混凝土量，平均桩长6m，桩径400mm
总的混凝土用量1015×0.7356=746.643m3
查定额计算单方混凝土造价
W=（746.643×189）/1000×1.38=194（元）
C=746.643×43.3×0.34=10992（元）
F=（746.643×228.7）/800×120=25614（元）
G=（746.643×1738）/2000×85.64=55568（元）
合计：
194+10992+25614+55568=92368（元）
2.2.2碎石桩的初步设计计算
根据勘查报告，桩径=1m,桩长=6m
L=1.13Ae1/2Ae=Ap/m=10.32mL=3.6m
面积置换率m=d2/de2=25.5%
桩数n=mA/Ap
204、205栋2n=2mA/Ap2n=415
206栋n=mA/Apn=241
209栋n=mA/Apn=137
n总=793
单桩填料量q=khApq=1.30×6×0.785=6.123m3
总的填料量q总=6.123×793=4856m3
L—桩间距
Ae——碎石桩承担的处理面积
Ap—砂石桩截面积
D—桩直径
de——等效影响圆直径
查定额计算造价
4856×85.64=415819（元）
2.2.3水泥土搅拌桩的初步设计计算
拟定搅拌桩的直径D=500mm，平均桩长5m
计算单桩承载力Rdk=qsiUPl+αApqP
Rdk=102kpa
当室内选定aw=15%fcuk=2.0Mpa
Rdk=ηfcukApRdk=157kpa
两者比较取小值
fspk=mRdk/Ap+β（1-m）fsk
m=（fspk-βfsk）/（Rdk/Ap-βfsk）
m=20%
n=mA/Ap
Rdk—单桩竖向承载力标准值（kpa）
Ap—桩的截面积
qsi—桩间的平均摩檫立（kpa）对淤泥取5-8kpa,对淤泥质土取8-12kpa,对粘性土取12-14kpa
UP—桩周长
L—桩长
fcuk—试块90d龄期无侧限抗压强度
qP—桩端天然地基土承载力标准值（kpa）
α—桩端天然地基土承载力折减系数可取0.4—0.6
η—强度折减系数，可取0.35—0.5
204、205栋2n=2mA/Ap2n=726
206栋n=mA/Apn=757
209栋n=mA/Apn=430
n总=2639根
单桩水泥用量aw=QC/QSQC=awQS=15×Ap×ρ=89kg
总的水泥用量QC总=1.05×89×2639=246614.55kg（0.5为损耗系数）折合水泥246.15t
套定额
0.34×246614.55=83848.947（元）
2.3从工程可靠性方面论证
2.3.1三种地基处理方案的复合地基承载力提高程度比较
CFG桩复合地基承载力验算
fspk=mrK/Ap+β（1-m）fsk
204、205栋m=Ap/A=（285×0.1256）/729.108=4.91%
fspk=40.382+98.89=139.2756kpa约等于140kpa
206栋m=Ap/A=（393×0.1256）/1005.84=4.91
fspk=40.27+98.89=139.16kpa约等于140kpa
209栋m=（158×0.1256）/405=4.89%
fspk=40.10+98.89=139.014kpa约等于140kpa
用CFG桩复合地基处理承载力基本上满足要求
碎石桩承载力验算
fspk=[1+m（n-1）]fsk
fspk=[1+0.255×（3-2）]=196.3kpa>140kpa
fspk—复合地基承载力的标准值（kpa）
m—面积置换率
fsk—地基土承载力标准值（kpa）
n—桩土应力比，一般取2-4
满足设计要求
水泥土搅拌桩承载力验算
m=d2/de2取桩间距1m
m=0.25/1.05=23.8%
fspk=mRdk/Ap+β（1-m）fsk
fspk=190.4+29.718=220.118kpa>140kpa
满足设计要求
2.3.2从三种方案的地基变形量论证
CFG桩根据地质勘查报告可知该工程采用条形基础，先进行基础尺寸的设计计算，对于墙下条形基础取墙长方向1m为计算单元，则A=1×b故墙宽为b
b≥F/（f-20d）
f=fk+ηdr0（d-0.5）f=257kpa
则b=1.18m取1.2m
b≤3m可不对承载力进行验算
b—基础宽度
F—上部结构传至基础底面的竖向力设计值（KN）
f—地基承载力设计值（kpa）
d—基础埋深
fk—地基承载力设计值（kpa）
rp—土的加权平均重度（KN/m3）
L/b=1/1.2=0.83按1.0计算
计算最终沉降量
n
S=ΦS∑p0/ESi（Ziai-Zi-1ai-1）
i=1
基底平均压力P0=P-r0d=113.6kpa
列计算表格进行沉降计算
Zi
Zi/b
ai
Ziai
Ziai-Zi-1ai-1
ESi
Δ’si
∑Δ’si
0
0
1.0
0
2
1.6
0.1939
0.3878
0.3878
5500
46
46
4
3.4
0.1256
0.5024
0.1146
4000
33.24
79.24
6
5
0.0935
0.561
0.0586
6000
25.5
104.74
8
6.6
0.5936
0.5936
0.0326
6000
16.98
121.72
6
5
0.561
0.561
0.0586
6000
1.849
假定Z在6m以上，取ΔZ＝0.3Δsn=1.8491/121.72=0.0151
0.0151≤0.025符合规范
Zn=b（2.5-0.4Lnb）=2.8248m
在计算沉降范围内，土层模量当量值
ESi＝∑Ziai／∑（Ziai／ESi）＝1.59kpa
P0≤0.75fsk由查表得Φs=1.1
最终沉降量S=ΦsS’=115.24mm
S≤200mm满足规范要求
S－地基最终沉降量
Φs－沉降计算经验系数
n－地基沉降计算范围内所划分土层数
P0-对应于荷载标准值时地基低面附加压力（kpa）
ESi-基础底面下层土第i层土的压缩模量（Mpa）
ESi-沉降深度范围内第i层土的压缩模量当量值（Mpa）
其它方案同理
2.3.3确定方案
经过以上的论证，碎石桩和CFG从承载力和安全等方面的都能达到设计要求，但是从经济上考虑和水泥土搅拌桩相比都没有水泥土搅拌桩经济，经过以上的对比论证，最终选定采用水泥土搅拌桩来处理该地基。
3.水泥土搅拌桩设计计算
桩径500mm，采用P.O32.5水泥，水泥掺入比为15%，水灰比0.8，桩身周长UP＝1.571m，桩截面积AP＝0.196m2，桩身无侧限抗压强度不小于1.3Mpa，桩顶与基底间需铺设300mm厚的级配砂石褥垫层，设计桩长4.5m。
设计计算过程如下：
1．根据土层物理指标计算单桩承载力
RKd=UP∑（qsi×li）+αqpAp
＝102kN
2．根据桩身材料强度计算单桩承载力
RKd=η·fcu·Ap=0.33×2000×0.196=157kN
两者取小值，所以RKd=102kN
3．确定置换率
m=（fsp,k－βfsk）÷（RKd/Ap－βfsk）
=20%
β取0.3
4．确定桩数
n=A·m/Ap
204、205栋2n=A/Ap2n=1452
206栋n=mA/Apn=757
209栋n=mA/Apn=430
5.布桩
根据基础型式进行布桩，采用正方形布置，桩间距1000mm，共需桩2639根。
布桩土间附图
6. 复合地基承载力验算
m=d2/de2取桩间距1m
m=0.25/1.05=23.8%
fspk=mRdk/Ap+β（1-m）fsk
fspk=190.4+29.718=220.118kpa>140kpa
满足设计要求
4.施工方法及工艺
4.1施工应具备的条件
（1）地质条件详见地质勘察报告。
（2）应具备的施工条件
a、场地如有地下障碍物应及时挖除；
b、道路要畅通，坚实；
c、供水应满足4台桩基作业之需要，水压要足；
d、供电要正常，工作电压要达到380伏，如有停水停电情况应提前30分钟通知，以防停机埋钻带来机械事故和质量事故。
4.2施工工艺参数
a桩径500mm，采用P。
O32.5水泥，水泥掺量为15%，水灰比0.8，水泥浆比重约为1.60—1.70之间。
b桩身侧限抗压强度1.3Mpa（28天龄期），单桩承载力特征值为97kN，处理后复合地基承载力特征值为140kPa。
c早强剂掺量为水泥重量的1.5%。
d保护桩头厚度为500mm。
桩端进入持力层不小于500mm。
e施工桩顶标高为基础垫层下皮上返350mm；从自然地面开始含送桩即空搅部分。
4.3施工工艺
a、定位
起重机（或塔架）悬吊搅拌机到达指定桩位，对中。
当地面起伏时，应使起吊设备保持水平。
b、预搅下沉
待搅拌头的冷却水循环正常后，启动搅拌电动机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉的速度可由电动机的电流监测表控制。
工作电流不应大于70A。
c、制备泥浆
待搅拌头下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合壁拌制泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料口中。
d、提升喷浆搅拌
搅拌头下沉到设计深度后，开启灰浆泵将水泥江压入地基中，边搅拌边旋转，同时严格按照设计要求确定的提升速度提升搅拌头。
e、重复上、下搅拌
搅拌头提升至设计加固深度的顶面标高时集料斗中的水泥应正好排空。
为使软土河水泥浆搅拌均匀，可再次将搅拌头边旋转边沉入土中至设计加固深度后，再搅拌头提升至地面。
f、清洗
向集料斗中诸如适量的清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头上的软土清除干净。
]
g、移位
重复上部1—6步骤，在进行下一根桩的施工。
由于搅拌桩的顶部与上部结构的基础或承台的接触面积较大，因此通常还可以对桩顶1.0—1.5m的范围内增加一次注浆，以提高其强度。
4.3.1工艺流程
4.4施工方案
a、钻机对位搅拌机在指定桩点就位让搅拌轴对中，用水平尺调平机座，导向架对机座的垂直度偏差不超过1％，桩位偏差不大于50mm。
b、喷浆搅拌下沉启动搅拌机及泥浆泵，钻头边旋转边钻进边喷浆，被加固土体在原位受到扰动并和水泥浆搅拌均匀，搅拌头的直径应定期复核检查，其摩损量不得大于10mm。
当遇到硬土层下沉太慢时，方可适量冲水，但应考虑冲水对桩身强度的影响。
c、一般下沉速度不大于1m/min，旋转速度不大于60r/min。
d、提升和
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