料场复合地基处理毕业设计.docx

料场复合地基处理毕业设计.docx

《料场复合地基处理毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《料场复合地基处理毕业设计.docx（36页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

料场复合地基处理毕业设计

前言

营口市位于辽宁省南部，是东北最大的港口城市，也是辽宁省经济较发达的地区。

营口地区处于辽河三角洲，地面高度变化较大，地貌单元为冲积平原。

随着我国国民经济的高速发展，我国基本建设的蓬勃兴起，建筑用地日益紧张，许多工程不得不建造在过去被认为不适合建筑需要的地域上。

同时，随着有特殊要求的建筑物的日益增多，也对地基提出了新的更高的要求。

因此，对于那些土质软弱、不能够满足建筑物强度或变形要求，或者由于动力荷载作用而可能产生液化、失稳和震陷等灾害。

或者由于吸水而会沉陷及由于吸水而会膨胀失水且下陷的场地必须进行人工加固处理。

本工程设计经碎石桩法、CFG桩法和深层搅拌法的可行性、经济性和可靠性的综合分析比较，设计使用“CFG桩法”对五矿营口中板有限责任公司二期料场地基进行处理。

CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩，是近年来新开发的一种地基处理技术。

CFG桩充分地利用了工业废料粉煤灰，同时取得了较好的经济效益与环保效果。

由于时间仓促和水平有限，设计中不足之处在所难免，望各位老师给予批评和指正，请不吝赐教。

摘要

拟建的五矿营口中板有限责任公司的二期料场位于辽宁省营口市老边区五矿营口中板有限责任公司院内，使五矿营口中板有限责任公司二期堆料场。

总施工面积为12万平方米左右，施工场地为规则的长方形。

根据地质条件和各方面要求，选择碎石桩法、CFG桩法和深层搅拌法进行方案比较论证。

通过方案的对比，从经济的合理性、施工的方便性和安全可靠性，最后选择CFG桩法对该二期料场进行地基处理。

该料场设计采用CFG复合地基进行地基处理。

CFG桩设计桩长为11米，桩径为Ф420，面积置换率为7.1%，复合地基承载标准值为250Kpa。

施工工期为50天，该工程造价约为3000万元。

由于自己水平有限，在设计中还存在着不少问题和缺点，敬请各位老师和教授指教，承蒙感谢。

关键词：

CFG桩；

Abstract

TwostagesinthefivemineYingkoufiniteresponsibilitycorporatioiesofmediumplatethatconstructsdriftanticipatetobesituatedinnerplacethefiniteresponsibilitycorporationcourtyardsofmediumplateoffivemineYingkouintheoldborderareaofLiaoningYingkou，FinitetwostagesintheresponsibilitycorporationoffivemineYingkoumediumplatescausingstackuptoanticipate。

Invariablythebuildingareais12thousandsquaremetresofleftsandrightsides，Buildingspaceistheregulationrectangle。

Onthebasisofthegeologyconditionalsumvarioussidesdemand，Choosethebrokenstonepilelaws、WiththedeepstraturmisagitateeedthatthelawcarriesontheschemecomparativelydemonstratingtoCFG'spilelaw。

Bymeansoftheschemecomparison，Throughrightfulqualityofeconomy、Convenientqualityofbuildingandsafeandreliablequality，ThemostmosthatechoiceCFG'spilelawisanticipateedtothattwostagetocarryonthegroundhandle。

ThatisanticipateedthatthedesignadoptsthecompositegroundofCFGtocarryonthegroundhandle。

CFG'spileisdesignedthepileelderlyactas11meters，ThepilepathisФ420，Theareareplacementrateis7.1%，Thecompositegroundbearstheweighttheratingintheinterestof250Kpa。

Thebuildingconstructionperiodactas50days，Thatprojectcostis3000thousandyuanaround。

Sincethefactthatselflevelisfinite，Beinglivinginthedesignstillisalotproblemanddefect，Invitingrespectfullyeverybodyteacherandprofessorinstruct，Beinggrantedafavourisgratefultoyou。

Keyword：

CFG'spile

1、工程概况

该工程是辽宁省营口市老边区五矿营口中板有限责任公司二期料场。

本工程场地总体呈长方形，地基处理面积约为12万平方米，处理后的复合地基承载力标准值为250Kpa。

场地及地基等级均为二级。

1.1、场地位置、地形及地貌

拟建场地位于营口市老边区营口中板厂，勘察场地位辽河三角洲，地面高度变化较大，地面标高4.3～9.0m。

地貌单元为冲积平原。

1.2、工程地质与水文地质条件

1.2.1、工程地质条件

由该场地勘察报告可知场地地层情况如下：

勘察场地内地层分布均匀，根据外业勘察和室内土工试验结果，场地地层构成自上而下依次为：

杂填土、粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、细砂、粉质粘土。

上述各层的构成、性质、状态描述如下：

1杂填土：

灰褐色，松散，湿。

主要有粘性土或碎石组成，含植物残体和砖快等。

分布于整个场地，厚度1.0-4.3m，层底标高4.6-7.9m。

极限侧阻力标准值qs=20Kpa。

2粉质粘土：

黄褐色，可塑—软塑状态，饱和，含少量氧化铁结核和贝壳，局部夹粉土。

干强度中等，韧性中等，稍有光泽，无摇振反应。

为中-高压缩性，厚度2.4-4.8m，层底标高1.4-4.3m。

极限侧阻力标准值qs=36Kpa,承载力特征值为fk=110Kpa。

3淤泥质粉质粘土：

灰褐色，软塑—流塑状态，饱和。

含贝壳，局部夹细砂、粉土薄层。

干强度中等，韧性中等，稍有光泽，无摇振反应，厚度2.0-4.2m，层底标高-2.9-1.3m。

极限侧阻力标准值qs=21Kpa，承载力特征值为fk=80Kpa。

4粉质粘土：

灰色～灰黑色，可塑—软塑状态，饱和。

局部夹粉土薄层。

干强度中等，韧性中等，稍有光泽，无摇振反应，厚度1.0-5.3m，层底标高-5.0～-2.2m。

极限侧阻力标准值qs=38Kpa，承载力特征值为fk=120Kpa。

5细砂：

灰色，饱和，中密～密实，局部夹粘性土薄层。

重要成分为石英，长石，颗粒均匀。

揭露最大厚度10.7m。

极限侧阻力标准值qs=45Kpa，极限端阻力标准值qp=2200Kpa,承载力特征值为fk=200Kpa。

6粉质粘土：

灰褐色～黄褐色，可塑状态，饱和。

含氧化铁结核,灰色团块。

干强度中等，韧性中等，稍有光泽，无摇振反应，揭露最大厚度4.0m。

极限侧阻力标准值qs=40Kpa,承载力特征值为fk=160Kpa。

1.2.2、水文地质条件

勘察场地存在两层地下水，包括⑤细砂以上各层中含上层滞水和⑤细砂层中含承压水。

补给来源主要为大气降水，勘察期间稳定水位埋深0.4-4.5m，根据邻近场地水质分析结果，地下水对混凝土和钢筋无腐蚀性。

本料场工程地坪面积极大，达12万平方米之多，场地地质情况较复杂，各软土层均为中厚层，低强度，高饱和，要求承载力高达250Kpa，地基处理设计及施工均有很大的难度，若处理后的场地承载力值基本满足生产要求而对地基后沉降不太敏感，则可大幅度降低处理成本。

1.3、工程分析

1.3.1、场地稳定性分析

根据勘察结果拟建场地土类型为软弱土、场地类别为Ⅲ类，属抗震不利地段。

经液化判别，场地无液化地层。

1.3.2、地质条件分析

1、杂填土呈欠固结状态，未经处理，不可作天然地基。

2、②粉质粘土和④粉质粘土层属于中压缩性土。

③淤泥质粉质粘土属于高压缩性土，上述各层土承载力较低。

⑤细砂、⑥粉质粘土承载力较高。

1.4、勘察场地评价

勘察场地设计荷载250Kpa，地基土承载力不能满足设计要求，必须进行处理。

勘察场地地下水埋深1.0米左右，在场地四周应设置排水沟和集水井，排水沟深度不宜小于2.5米，集水井应及时进行排水。

1.5、结论

1、拟建场地土类型为软弱土，建筑场地类型为Ⅲ类。

2、各土层的承载力特征值、压缩模量和抗剪强度可按下面数值使用：

②粉质粘土fk=110KpaEs1-2=4.0MpaC=15KpaФ=19°

③淤泥质粉质粘土fk=80KpaEs2-3=2.5MpaC=14KpaФ=12°

④粉质粘土fk=120KpaEs3-4=4.5MpaC=13KpaФ=21°

⑤细砂fk=200Kpa

⑥粉质粘土fk=160KpaEs5-6=6.0MpaC=25KpaФ=16°

3、场地地下水对混凝土无腐蚀性，对钢筋无腐蚀性。

4、抗震设防烈度为Ⅶ度，设计地震基本加速度值0.15g，特征周期为0.45s。

5、标准冻结深度为1.10m。

2、方案论证与选择

根据场地的地质条件和各方面因素的影响。

从施工技术的可行性、经济的合理性和工程的可靠性，初步选用以下三种施工方案，进行比较论证。

1、碎石桩法

2、CFG桩法

3、深层搅拌法—水泥土搅拌桩

2.1、碎石桩法

碎石桩又称为粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入土孔中，形成大直径的有碎石或砂所构成的密实桩体。

2.1.1、碎石桩对地基的加固机理

（1）振密作用。

在成桩过程中，激振器产生的振动通过导管传递给土层，使其附近的饱和土地基产生振动孔隙水压力，导致部分土体液化，土颗粒重新排列，趋向密实，从而起振密作用。

（2）挤密作用。

下沉桩管时桩管周围砂层产生很大的横向压力，将土体中等于桩管体积的土挤向周围土体，使之挤密，关注碎石后振动，反插也使周围土体受到挤落，从而提高了地基的抗剪强度和抗液化性能。

（3）预震作用。

砂土液化的特性除了与土的相对密度有关外，还与其振动应变历史有关。

碎石桩施工时的振动作用在使土层振密，挤密的同时还获得了预震，这对增强地基的抗液化的能力是极为有利的。

（4）置换作用。

密实的碎石桩在软弱粘性土中取代了同体积的软弱粘性土,形成“复合地基”,使承载力有所提高,地基沉降也变小。

碎石桩复合地基承受外荷载时，发生压力向碎石桩集中的现象使桩周围土层承受的压力减小，沉降也减小。

（5）排水作用。

在软弱粘性土地基中，如果选用碎石桩材料时考虑级配，则所制成的碎石桩是粘性地基中一个良好的排水通道，它能起到排水砂井的效能，且大大缩短了孔隙水的水平渗透途径，加速软土的排水固结，使沉降稳定加快。

总之，碎石桩作为复合地基的加固作用，除了提高地基承载力，减少地基的沉降量外，还可以用来提高土的抗滑稳定性。

不论对疏松砂性土或软弱粘性土，碎石桩的加固作用有：

挤密、置换和排水等作用。

2.1.2、碎石桩承载力估算

根据地质条件和各方面要求，场地处理面积为120279.3平方米，复合地基承载

力设计值为250Kpa。

假设碎石桩的桩径为0.7m，桩距为1.5m，桩长10m，桩土应力比为4，采用正三角形布桩，估算桩数为24926根。

碎石桩面积置换率估算：

式中：

m-碎石桩面积置换率；

Ap-碎石桩的截面积，m2;

A-场地处理面积，m2。

n-总桩数；

碎石桩承载力估算：

不满足要求

式中：

fspk-复合地基承载力标准值，Kpa；

fsk-地基土承载力标准值，Kpa。

2.1.3、结论

1、对于饱和、较软弱的粉土及粉质粘土，采用振动沉管挤密碎石桩法处理，是一种较有效的方法，他可较大程度地提高地基土的承载力，在液化地基，还可满足抗液化的要求。

2、振动沉管挤密碎石桩形成复合地基，计算复合地基强度时，必须考虑桩周土挤密而引起的强度增加。

3、挤密碎石桩处理粉质粘土地基具有施工方便，桩径小，避免振冲法施工对污水排放和降低施工成本等优点。

4、由于该工程对场地的变形要求严格。

挤密碎石桩成桩时，由于挤密作用使地面产生大面积隆起。

5、该场地的淤泥层较厚，并埋藏较深，碎石桩不能满足其沉降要求。

碎石桩施工总造价估算：

约2800万元。

2.2、CFG桩法

水泥粉煤灰碎石桩（CementFly-ashGravelPile）简称CFG桩，是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水伴和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。

2.2.1、CFG桩加固机理

CFG桩加固软弱地基主要有两种作用：

桩体作用和挤密作用。

（1）CFG桩不同于碎石桩，是具有一定粘结强度的混合料。

在荷载作用下，CFG桩的压缩性明显比其周围软土小，因此基础传给复合地基的附加应力随地基的变形逐渐集中到桩体上，出现应力集中现象，复合地基中的CFG桩起到了桩体作用。

（2）CFG桩采用振动沉管法施工，由于振动和挤压作用使桩间土得到挤密。

2.2.2、CFG桩承载力估算

根据地质条件和各方面要求，场地处理面积为120279.3平方米，复合地基承载力设计值为250Kpa。

假设CFG桩的桩径为0.42m，桩距为1.5m,有效桩长11m,采用正三角形布桩，估算桩数为33460根。

CFG桩的面积置换率估算：

式中：

m-面积置换率；

d-桩径，m;

s-桩距，m。

CFG桩单桩竖向承载力特征值估算：

式中：

Ra-单桩竖向承载力特征值，KN;

Up-桩的周长，m;

qsi-桩周第I层的侧阻力特征值，Kpa;

Li-第I层土的厚度，m;

qp-桩端端阻力特征值，Kpa;

Ap-桩的截面积，m2。

故：

CFG桩复合地基承载力特征值估算：

式中：

fspk-复合地基承载力特征值，Kpa;

β-桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75～0.95，天然地基承载力较高时取大值。

fsk-处理后桩间土承载力特征值，Kpa。

故：

满足要求。

2.2.3、结论

1、CFG桩具有挤密、刚性桩体的作用，其复合地基是天然地基承载力的2倍以上，提高了地基强度，减少了沉降。

2、CFG桩复合地基能够消除粪土，砂土的液化，或降低液化土的液化势。

3、CFG桩经济效果好、造价低，比振冲碎石桩节约资金在20%以上。

4、CFG桩无水土污染，噪音低，环境效益好。

5、CFG桩利用了工业废料-粉煤灰，变废为宝。

CFG桩施工总造价估算：

约￥3000万元。

2.3、深层搅拌桩

深层搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种新方法，它利用水泥或石灰等材料作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应，是软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。

深层搅拌法施工工期短、无公害、施工过程无振动、无噪音、不排污、对相邻建筑物无不利影响。

2.3.1、深层搅拌法加固机理

软土与水泥采用机械搅拌加固的基本原理，是基于水泥加固的物理化学反应。

在水泥加固土中，由于水泥的掺量很少，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质的土围绕下进行的，所以硬化速度缓慢且作用复杂，因此水泥加固土强度增长的过程也比混凝土慢。

2.3.2、深层搅拌法承载力估算

根据地质条件和各方面要求，场地处理面积为120279.3平方米，复合地基承载力设计值为250Kpa。

假设深层搅拌桩的桩径为0.5m，桩长10m,采用正三角形布桩。

水泥土搅拌桩单桩竖向承载力：

式中：

Ra-单桩竖向承载力标准值，KN;

Ap-桩的截面积，㎡；

qs-桩间土的平均摩阻力

UP-桩周长,m;

L-桩长，m;

qp-桩端天然地间地基土的承载力标准值，Kpa；

α-桩端天然地基土的承载力折减系数，取0.4～0.6。

故：

水泥土搅拌桩的面积置换率：

式中：

m-面积置换率

fspk-复合地基承载力特征值，Kpa;

fsk-桩间天然地基承载力标准值，Kpa；

β-桩间土承载力折减系数。

故：

总桩数：

根

2.3.3、结论

1、水泥土搅拌法由于将固化剂和原地基土就地搅拌混合，因而最大限度地利用了原土。

2、搅拌时不会是地基侧出挤出，所以对周围原有建筑物的影响很小。

3、按照不同地基土的性质及工程设计要求，合理选择固化剂及其配方，设计比较灵活。

4、施工时无振动，无噪音，无污染。

5、土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降。

6、与钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材，并降低了造价。

水泥土搅拌桩是近年来对软弱地基加固处理的一种新方法，施工噪音低，无污染，水泥土复合地基可满足设计要求，但经济上不尽合理。

水泥搅拌桩施工总造价估算：

约￥4000万元。

2.4、该工程地基处理施工方案比较

施工方案对比表

对比指标施工方案

碎石桩

CFG桩

深层搅拌桩

加固面积（㎡）

120279.3

120279.3

120279.3

桩径（m）

0.7

0.42

0.5

总桩数（根）

24926

33460

112865

理论可行性

研究阶段有成功案例

成熟可行

成熟可行

施工可行性

施工宜行

施工可行

杂填土施工困难

单桩承载力

桩长大于有效桩长，承载力提高不大。

桩越长承载力越高

与桩长和水泥掺入量有关

复合地基承载力

复合地基承载力提高幅度较大，为0.5～1倍。

承载力提高幅度较大，为4倍以上。

承载力提高幅度较大。

变形

减少地基变形的幅度较小，总的变形量较大。

增加桩长可有效地减少变形，总的变形量小。

变形中等。

优点

提高承载力，抗液化，减少沉降，施工方便，无污染。

挤密、刚性桩体作用，提高承载力，减少沉降，消除液化，经济效益好，造价低，无水土污染，噪音低，环境效益好。

无振动，无噪音，无污染，对周围建筑影响小。

缺点

地面变形大，不能满足沉降要求，分级设计承载力困难，造价较高。

造价较高，填土层施工困难。

造价较高，填土层施工困难。

综合分析：

采用CFG桩施工方案，不仅能大大缩短工期，减少投资，而且大量利用了工业废料-粉煤灰，具有更为良好的社会和经济效益。

3、CFG桩设计计算

3.1、CFG桩的设计

设计桩径：

D=420mm

设计有效桩长：

L=11m

面积置换率：

m=7.1%

CFG桩材料强度：

C20

复合地基承载力：

fspk=250Kpa

桩端进入第⑤层细砂层≥0.5m

3.1.1、CFG桩单桩承载力的计算：

式中：

Ra-单桩竖向承载力特征值，KN;

Up-桩的周长，m;

qsi-桩周第I层的侧阻力特征值，Kpa;

Li-第I层土的厚度，m;

qp-桩端端阻力特征值，Kpa;

Ap-桩的截面积，m2。

故：

3.1.2、CFG桩复合地基承载力特征值的计算：

式中：

fspk-复合地基承载力特征值，Kpa;

β-桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75～0.95，天然地基承载力较高时取大值。

fsk-处理后桩间土承载力特征值，Kpa。

故：

3.2、褥垫层的铺设

为了调整基底下应力的分布状况,更大程度的发挥桩间土的承载作用,褥垫层设计厚度为20㎝,以5～10㎜的级配碎石铺设。

3.3、最终沉降量计算

根据现场试验，可以得出施工前、后的孔隙比。

对地下土层进行分层，计算最终沉降量Δs，分层厚度均取1m。

加固前、后孔隙比对照表：

土层

加固前孔隙比e1

加固后孔隙比e2

②粉质粘土

0.833

0.813

③淤泥质粉质粘土

0.819

0.784

④粉质粘土

0.790

0.750

⑤细砂

0.784

0.752

由公式

式中：

-最终沉降量，mm；

-薄压缩土层的厚度，mm；

加固前的孔隙比；

加固后的孔隙比；

故：

=

满足要求。

4、施工组织设计与预算

4.1、CFG桩的施工方案

本工程拟采用振动沉管灌注桩法进行施工。

本工程施工具有工程量大及施工工期短的特点,并且现场施工设备高度集中，为了合理安排施工机械整齐有序、互不干扰的进行作业，将施工场地进行划分，分区进行施工，场地划分如下图所示：

每台桩机应配备相应的混凝土搅拌机、施工机具和施工人员，施工时成为独立的集体，以减少相互间的干扰。

4.1.1、施工准备工作

4.1.1.1、组织施工设备及施工人员进场；

4.1.1.2、复核建设单位提供的测量控制点；

4.1.1.3、检查施工场地的“三通一平”情况，场地平整工作须开工前甲方完成；组织施工技术人员审阅施工图纸并进行技术交底；

4.1.1.4、审查图纸，提材料计划，组织材料进场。

4.1.1.5、做好材料采购、检验进场工作。

合理规划场地，修筑临时设施及施工用道路，采购材料必须具备有效正规合格证书，并经质量检验部门检验合格方可使用。

4.1.1.6、组织施工机械、劳动力进场。

加强施工安全教育，树立安全标志牌。

做好场地平面布置，合理安排钻机运行路线。

钻机施工平面排布见施工设备平面布置图。

4.1.2、CFG桩的施工工序及技术控制要求

施工工序见附录工序流程图。

4.1.2.1、桩位定点

根据桩位图和控制点，测放桩位，埋设固定标记，开孔前桩位复测，偏位≤50mm。

4.1.2.2、桩机安装

用水平尺量测钻机平台，确保钻机水平、牢固地安装在桩位上；机台木须厚实、坚韧，以确保钻探过程中钻机不发生位移和倾斜。

4.1.2.3、施工顺序

为了避免造成大面积土体隆起，并考虑到打桩对已打桩的影响，施打顺序采用从中心向外推进的方案

4.1.2.4、振动成孔

桩机安放要平稳，采用预制钢筋混凝土桩尖，桩尖对正桩位，桩头中心与桩位偏差不大于2cm，调整好桩位后，使桩管垂直度符合规范要求，桩管压住桩头振动