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申请同济大学工程硕士学位论文

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二○○九年十月

Adissertationsubmittedto

TongjiUniversityinconformitywiththerequirementsfor

thedegreeofMasterofEngineering

Oct,2009

北京奥运物流仓库地基处理方案设计与实施

李心军

同济大学

二零零九

学位论文版权使用授权书

本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：

按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。

学位论文作者签名：

年月日

经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。

指导教师签名：

学位论文作者签名：

年月日

年月日

同济大学学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。

学位论文作者签名：

年月日

摘要

随着我国现代化建设事业快速发展，越来越多的土木工程需要对地基进行处理，以满足强度、变形和稳定性等方面要求。

各建构筑物对地基的要求不同，各地区地质情况有较大差别，即使在同一地区，天然地基土工程性质亦有差异，故地基处理问题具有复杂性。

地基处理是否恰当，不仅影响建构筑物的安全和使用，而且对建设速度、工程造价有较大影响，甚至可能成为工程建设中的关键问题。

总结国内外地基处理经验教训和相关最新研究成果；在系统辨析各类地基处理方法适用范围和优缺点的基础上，结合工程实例，综合考虑水文地质条件、建筑结构类型及基础型式、周围环境条件、材料供应情况、施工条件等因素，平衡各利益相关方对工程质量、工期和成本的要求，初选两种地基处理方法；运用地基基础理论进行方案设计，通过工程造价、加固机理、使用材料等技术经济指标比较，选择最佳地基处理方案。

遴选成桩工艺，确定施工工艺流程，并明确质量控制要点后，实施该方案；依据现行相关规范，结合实践经验，选用低应变反射波、单桩竖向抗压静载试验和现场观测等方法进行桩身完整性、单桩承载力及沉降效果检验。

关键词：

地基处理，方案设计，实施，关键点控制

ABSTRACT

AsthedevelopmentofChinesesocialisticmodernizationconstruction,therearemoreandmorefoundationsneedingextrareinforcementtomeettherequirementofstrength,stabilityanddeformation.Differentbuildinghasdifferentneedtofoundation,andthecharacterofnaturalfoundationisalsodifferentindifferentplace.Theproblemoffoundationisverycomplex.Ifthegroundtreatmentisappropriatewouldaffectthequalityofbuilding,thecostandthetimeofconstruction,evenwouldbecomethekeyfactorofthewholeconstructionproject.

Thispapersummarizestheexperience,lessonsandresearchresultsofgroundtreatmentinChinaandotherforeigncountries.Aftersystemicallyanglicizingtherangeofapplication,strongpointandweakpointofseveralmethodsofgroundtreatment,andconsideringboththeconditionofhydrogeology,structure,base,environment,materialandthelimitofconstructiontime,costandqualityofBeijingOlympicDistributionCenterproject,theauthorselectstwomethods,thenchoosesthebestmethodbymeansofcomparinginmanyways.Thefollowingstepisdesigningthegroundtreatmentscheme.Thispaperalsointroducesthedecisionprocessofconstructiontechnology,sequenceandkeypoint.Thelastpartischoosingsuitablemethodstotesttheeffectofgroundtreatment.

KeyWords:

Groundtreatment，Schemedesign，Practice

目录

第1章引言2

1.1研究背景2

1.2相关研究文献综述2

1.3本文主要工作2

1.3.1问题提出2

1.3.2研究内容、方法及技术路线2

第2章北京奥运物流仓库地基相关资料分析2

2.1北京奥运物流仓库天然地基工程性质分析2

2.2北京奥运物流仓库上部结构及基础设计资料分析2

2.3北京奥运物流仓库地基处理目标及要求分析2

第3章北京奥运物流仓库地基处理方案设计与选择2

3.1北京奥运物流仓库地基处理方案设计原则2

3.2北京奥运物流仓库地基处理方法选择2

3.3北京奥运物流仓库地基处理方案设计2

3.3.1CFG桩设计2

3.3.2混凝土预制桩设计2

3.3.3CFG桩和混凝土预制桩沉降量验算2

3.4北京奥运物流仓库地基处理方案选择2

3.4.1加固机理及适用范围比较2

3.4.2使用材料及制作工艺比较2

3.4.3施工机具及工程造价比较2

3.4.4方案选择2

第4章北京奥运物流仓库地基处理方案实施2

4.1北京奥运物流仓库地基处理成桩方法选择2

4.2北京奥运物流仓库地基处理施工顺序及质量控制要点分析2

4.2.1总体施工顺序及质量控制要点分析2

4.2.1单桩施工顺序及质量控制要点分析2

4.3北京奥运物流仓库地基处理方案实施常遇问题及对策分析2

第5章北京奥运物流仓库地基处理方案实施效果检验2

5.1北京奥运物流仓库地基处理方案实施效果检验方法确定2

5.2北京奥运物流仓库地基处理方案实施效果检验结果分析2

第6章结语2

致谢2

参考文献2

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果2

第1章引言

1.1研究背景

随着经济社会发展和城市化进程加快，我国土木工程建设规模日益扩大，新建工程越来越多地遇到不良地基，同时，建构筑物高度和体量增加使上部结构荷载增大，对地基承载力和变形的要求愈加严格。

采用恰当方法改良地基土工程性能的要求迫切、广泛，其可行与否常是影响项目决策的关键。

建筑物地基可分为天然和人工两类，天然地基指直接在未处理的天然土（岩）上修筑基础的地基，人工地基指经人工加固处理的地基。

不满足建构筑物要求（包括稳定、变形和渗流等方面）的地基称为软弱地基或不良地基，地基处理是为提高其承载能力或抗渗能力所采取的工程技术措施，常用方法包括换填垫层法（如碎石垫层、灰土垫层等）、振密挤密法（如砂桩、强夯）、排水固结法（如堆载预压、砂井）、置换法（如CFG桩、碎石桩）、加筋法（如加筋土、土层锚杆）、胶结法（如灌浆、水泥土搅拌）和冷热处理法等。

新的地基处理方法还在不断发展，各种方法都有其适用范围和优缺点，必要时可考虑两种或多种方法的组合使用[]。

天然地基是否需要进行处理取决于地基土工程性质和建构筑物的要求两方面。

我国地域辽阔，各地区地质情况差别较大，即使在同一地区，地基土工程性质也可能有较大差异。

同时，建构筑物体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和种类，基础类型、布置和埋深等都影响其对地基的要求。

故地基的不确定因素多、问题复杂、难度大，能否正确处理地基问题不仅影响建构筑物的安全和使用，还直接关系工程质量、工期和成本，在一些关键工程项目中甚至可能对国家安全、声誉和国计民生产生重大影响。

地基处理方法选择是地基处理方案设计的核心，应以技术先进、经济合理、安全适用、确保质量等为原则，综合考虑水文地质条件、建筑结构类型和基础型式、周围环境条件、材料供应情况、施工条件等因素[]，初选多种方法后，按技术经济指标比较分析，因地制宜地择优选定。

恰当的地基处理方案可达到改………

承压板载荷试验在CFG桩复合地基质量检测中的缺陷，给出适合于高速铁路柔性基础作用原理的复合地基载荷试验方法，模拟高速铁路柔性加载的特性，通过对高速铁路CFG桩复合地基现场试验，研究其沉降变形和桩土荷载分担特性。

综上所述，对于地基处理问题的研究主要集中于复合地基桩土应力比、应力分布及其影响因素、极限承载力和沉降量的计算方法、某种处理方法在具体工程中的应用和效果监测等方面。

对承载力和变形的研究多采用数值模拟方法加以改进或简化，停留于理论层面，实践性不足；对地基处理方法的研究侧重对其运用于特定工程的经验进行总结，较少探讨其适用性和优缺点；对地基处理方案设计过程进行系统分析的研究亦不多。

本文旨在结合笔者的知识积累和实践经验，以北京奥运物流仓库为例，讨论地基处理方法选择、方案设计的思路，以及方案实施的原则、思路和关键点。

1.3本文主要工作

1.3.1问题提出

天然地基不满足建构筑物对强度、变形或稳定性的要求是工程建设中常遇到的问题，地基处理工程涉及多个利益相关方，需满足多种目标，具有复杂性。

现有地基处理方法较多，新的方法还在不断涌现，系统比较分析各种方法的特点，探索科学高效的地基处理思路，设计具有较高经济、社会和环境效益的地基处理方案，已成为设计、施工、科研和管理等部门亟待解决的问题。

地基处理方法选择不合理、方案设计不科学、施工管理不到位等问题，将影响建构筑物质量、工程建设工期及成本，也有可能破坏环境和危害公众生命安全。

迫切需要深入辨析国内外地基处理经验和相关研究成果，探索科学的地基处理方案设计思路，以提高我国施工企业的地基处理技术和管理水平。

1.3.2研究内容、方法及技术路线

本课题以北京奥运物流仓库工程为背景，运用地基基础理论，依据地基设计相关规范，计算分析其上部结构及基础对地基极限承载力和变形的要求，获取天然地基资料，研究确定采取天然地基或人工地基；提炼地基处理技术目标和各主要利益相关方要求，经专家咨询和文献查阅，初选两种地基处理方法；范的前提下，初选材料、桩径，进行方案设计；通过加固机理、使用材料、工程造价和施工进度等技术经济指标比较分析，选定最优方案。

在施工管理和地基处理等理论指导下，考虑该工程施工条件和要求，经过对长螺旋钻孔灌注、泥浆护壁钻孔灌注、振动沉管灌注和长螺旋钻孔泵压混合料等工艺的比较分析，选定成桩方法；在保证质量的前提下，以连续性、均衡性、紧凑性为导向，合理设计施工顺序，并明确质量控制要点；分析施工中的常遇问题，提出预防措施；通过小应变检测、静载试验和沉降观测等方法检验地基处理效果。

研究技术路线见图1.1。

图1.1研究技术路线

第2章北京奥运物流仓库地基相关资料分析

2.1北京奥运物流仓库天然地基工程性质分析

北京奥运物流仓库位于北京空港物流基地内，东临顺畅大道，西临顺驰路，业主是北京普洛斯物流发展有限公司，建成后作为奥运会物资周转中心供奥组委使用，总用地面积146608

，一期建筑总面积26177

。

其中，1#仓库为2层钢筋混凝土框架结构，建筑面积约25000

，长121

，宽102

，高17.36

，首层柱网间距为12

×10

，二层柱网间距为12

×20

。

仓库防火等级为Ⅱ级，储存物品的防火等级为丙类。

北京奥运物流仓库所在场地属温榆河与潮白河的冲积平原地貌，地形平坦。

其地层情况从上至下依次为第①层素填土、第②层粘土、第③层粘质粉土、第④层砂质粉土、第④1层粉质粘土、第⑤层粉质粘土、第⑤1层粘质粉土、第⑤2层粘土、第⑥层粉细砂、第⑥1层砂质粉土、第⑦层粘质粉土、第⑦1层粘土。

地面钻孔孔口标高介于36.43

-37.03

之间。

北京奥运物流仓库天然地基各土层地质特征见表2.1。

表2.1北京奥运物流仓库天然地基各土层地质特征

地质年代及成因

序号

土层名称

层厚（

）

顶板标高（

）

岩性特征描述

人工堆积

①

素填土

0.4-1.2

36.43-37.03

以褐黄色粘性土为主，湿、松散状态。

场地内均有分布。

新近沉积

②

粘土

1.3-3.3

35.43-36.51

褐黄色，饱和，可塑状态，含云母、氧化铁，可塑状态，夹粉质粘土薄层，属中压缩性土。

场地内均有分布。

③

粘质粉土

0.6-3.0

32.58-34.66

褐黄色，饱和，可塑状态，含云母、氧化铁，中密，夹粘性土团，属中高压缩性土，场地内均有分布。

续表2.1北京奥运物流仓库天然地基各土层地质特征

地质年代及成因

序号

土层名称

层厚（

）

顶板标高（

）

岩性特征描述

一般第四系沉积

④

砂质粉土

3.5-6.8

30.92-33.36

灰色，饱和，中密-密实，含云母，夹粘性土薄层，属中低压缩性土，场地内均有分布。

④1

粉质粘土

灰色，饱和，可塑状态，含云母，夹粘质粉土、粉质粘土薄层，属中压缩性土，该层局部缺失。

一般第四系沉积

⑤

粉质粘土

5.5-9.2

26.03-29.14

灰色，饱和，可塑状态，夹粉土薄层，属中压缩性土，场地内均有分布。

⑤1

粘质粉土

灰色，饱和，中密，属中低压缩性土，场地内局部地段缺失。

⑤2

粘土

灰色，饱和，可塑状态，夹粉土薄层，属中压缩性土，场地内仅局部地段有分布。

⑥

粉细砂

3.6-5.5

17.93-20.77

灰色，饱和，密实，属低压缩性土，场地内均有分布。

⑥1

砂质粉土

灰色，饱和，密实，属中压中低压缩性土，场地局部地段缺失。

⑦

粘质粉土

最大揭露1.9-3.8

13.58-15.69

灰色，饱和，密实，属中缩性土，场地内均有分布。

⑦1

粘土

灰色，饱和，可塑状态，夹粉土薄层，属中压缩性土，场地内均有分布。

该场地对基础有影响的地下水主要是上层滞水，经勘察，其初见水位埋深为3.20

-9.00

，水位标高为27.99

-33.67

；静止水位埋深为1.90

-3.00

，水位标高为33.67

-34.87

。

上层滞水主要以大气降水方式补给，以大气蒸发方式排泄。

场地内地下水位随季节变化而波动，丰水期水位抬升，枯水期水位………

第3章北京奥运物流仓库地基处理方案设计与选择

3.1北京奥运物流仓库地基处理方案设计原则

地基处理方案设计主要包括方法选择和参数确定两个步骤，方法选择是参数确定的前提，其优劣直接影响处理效果。

现有地基处理方法较多，各有其适用范围和优劣势，应综合考虑地质条件、上部结构、机械施工设备和机械条件、工期、工程成本等技术经济指标、环境等因素，因地制宜选定，以做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。

地质条件包括地形、地质、成层状态、地下水条件和各种土的物理、化学及力学指标等。

结构物形式、规模、安全度和重要性是影响地基处理方法选择的重要因素；劳动力、施工机具及其占地面积、材料、工期、成本等也都可能影响方案可行性；此外，方案设计还需兼顾地下埋设管线位置、机械作业及材料堆放条件、电力与供水条件等。

在环境条件方面，工程所在区域气象条件将影响方案可行性和实施效果；随着社会公众环境保护意识加强，还应考虑施工过程中的噪声和振动情况，尽量避免对周围居民生活产生干扰；并须采用适当对策避免施工过程影响邻近建筑物、桥台、桥墩，地下结构物等的安全。

在地基处理中，一定要综合比较各地基处理方案，再择优选定，常采用的方法是技术经济指标比较分析。

另外，不同地基处理问题各有其特殊性，选择和设计地基处理方案不能简单依靠经验或复杂的理论计算，还应结合工程实际，通过现场试验、检测等方法，经分析不断修正设计参数。

对于重要或缺乏经验的工程，应在施工前利用室内外试验参数按恰当方法进行计算设计，然后利用施工第一阶段的观测结果检验修正基本参数，再进行第二阶段的设计，如此反复，以使设计取值较符合现场情况。

北京奥运物流仓库地基处理方案设计须满足和符合的规范、资料包括《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）、《北京市建筑地基基础勘察设计规范》（DBJ01-501-92）、《岩土工程勘察规范》（GB50021-94）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）、《建筑桩基技术规范》（JGJ94－94）、《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）、《岩土工程勘察报告》（详勘）、基础平面…….

础两种备选方案，拟按技术经济指标进行多方面比较，最后选定施工简便、方法可靠、造价低廉、适合当地环境条件的地基处理方案。

3.3北京奥运物流仓库地基处理方案设计

3.3.1CFG桩设计

CFG桩设计参数主要包括桩径和桩身混凝土强度等级。

参考同类项目实践经验和专家咨询结果，初选桩径为420

。

目前，建筑工程实践多采用低级别混凝土代替CFG桩填料，且可掺入粉煤灰。

若采用C20强度等级的混合料，当添加减水剂和适量粉煤灰，且配比约为（1:

1）时，桩体28

强度可达设计要求的90%以上，60

强度则高达140%。

为避免对环境和文明施工造成影响，本工程拟以低等级的C20商品混凝土代替现场搅拌CFG桩填料。

另外，桩端需进入第⑥层粉细砂不小于2倍的桩径。

确定CFG桩设计参数后应按地质报告中最不利数值取值估算单桩极限承载力特征值，估算公式见（3.1）[]。

（3.1）

式中，

——桩周长；

——桩周第

层土的侧阻力特征值；

——第

层土的厚度；

——桩端阻力特征值；

——桩截面面积。

代入具体数值可得（3.2）。

（3.2）

……

第6章结语

北京奥运物流仓库工程的天然地基不满足上部结构及基础的要求，研究选定CFG桩复合地基进行地基处理。

CFG桩复合地基设计理论较为完善，需结合工程特点和地质情况，适当修正理论计算结果。

此外，施工过程中的成孔速度、泵送速度、施工顺序等都对处理效果有较大影响，尤其是施工人员素质、施工管理水平等因素。

方案施工过程顺利，效果良好；地基承载力提高幅度较大，变形小，稳定快；成本较低；对环境的影响较小；满足质量、工期、成本、环境等多方面要求，为建筑工程的顺利实施垫定了基础，对其他类似项目的地基处理亦具有一定借鉴意义。

虽然针对地基处理方法选择、方案设计与比选、施工管理和效果检验等进行了系统分析与探讨，但受能力、时间和篇幅限制，仍有许多值得进一步深入研究的工作。

（1）加强对CFG桩复合地基沉降观测技术和设备的研究，以获取工程后期沉降量数据。

（2）探索CFG桩与其它桩型组成的多元组合型复合地基的设计计算理论，指导和推动其应用，缓解多元组合型复合地基的工程实践超前其理论发展的问题。

致谢

在职硕士研究生的求学过程即将结束，这段经历将是我毕生财富。

本课题于2006年9月开始酝酿、构想，在导师韩传峰教授指导下逐渐明晰主题和框架；初稿形成后，导师又数次提出修改意见；直至定稿。

整个研究过程凝聚着韩老师的心血，其认真负责的态度令我受益匪浅。

在此，特别感谢韩老师百忙之中的拨冗指导与关怀，使我对学术、工作和生活都有了更高的认识。

在整个学习期间，得到校外导师蔡惠良教授级高工的悉心指导，以及所在公司领导和同事的支持和帮助，在此致以诚挚谢意。

因理论知识和实践经验有限，论文中仍存不足，恳请指教！

李心军

2009年10月

参考文献

[1]熊从博,于定勇.不同软基处理方法适用性比较.海岸工程,2003,22

（1）:

20-26.

…….

[13]HooperJ.A..Observationonthebehaviorofapile-raftfoundationonLondonclay.ProceedingoftheinstitutionofCivilEngineers,1973

（2）:

855-877.

………..

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果

个人简历：

李心军，男，1974年5月生。

1995年7月毕业于长春工程学院岩土与基础工程专业。

2001年7月毕业于天津大学建筑工程专业获学士学位。

1995年7月至2008年3月任职于上海宝冶建设有限公司。

2008年4月至今任职于杰仕依建筑工程（上海）有限公司。

2005年3月至今就读于同济大学攻读项目管理专业工程硕士学位。

已发表论文：

[1]李心军.施工企业客户关系管理——论基于项目全过程客户满意度的培养.现代管理科学，2009（5）:

119-120.