水泥粉煤灰碎石桩的设计毕业设计.doc

引 言CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，它是由水泥、粉煤灰、碎石石屑或砂加适量的水拌合形成具有一点粘结强度和一定压缩性的半刚性桩体。CFG桩、桩间土和褥垫层一起组成CFG桩复合地基，CFG桩复合地基处理技术应用广泛，实用性强，涉及的工程类型有普通工业与民用建筑、高耸构筑物、多高层建筑等。就基础形式而言，CFG桩适用于条形基础、独立基础、筏基和箱型基础。就土性而言，CFG桩适用于处理粘性土、软土、粉土、砂土、淤泥质土等地基。由于CFG桩复合地基优于其他复合地基的特点，所以CFG桩复合地基广泛应用。1 工程概况 拟建工程位于邯郸市新兴大街与北仓库路交叉口东南角。拟建建筑基本概况如表1.1。表1.1建筑名称建筑形状高(层)轴线尺寸结构形式基础形式±0.000绝对标高(m)长(m)宽（m）2#一27F/2F33.217.2剪力墙结构筏板基础56.300表出自远洋·香格里拉丨新兴公馆岩土工程详细勘察报告2 场地工程地质条件根据远洋·香格里拉丨新兴公馆岩土工程详细勘察报告（中佳勘察设计有限公司），各土层工程地质特征分述如下：(1)杂填土（Q42ml）：杂色，稍湿，松散稍密，主要由碎砖块、混凝土块及粉土组成，场地局部含黑色污染土。本层分布整个场地，层厚0.705.90m，层低高程49.0654.11m。(2)粉土（Q42（al+pl）：黄褐色，湿很湿，稍密中密，局部密实，含云母，无光泽，干强度及韧性低，摇振反应中等，夹多层粉质粘土薄层。本层分布整个场地，层厚0.906.40m，层低高程46.8249.02m。(3)粉土（Q42（al+pl）：灰褐色，湿很湿，稍密-中密，局部密实，含少量青瓦片，无光泽，干强度及韧性低，摇振反应迅速，场地局部含量约20%卵石，夹薄层粉质粘土。本层场地东北部缺失，层厚0.904.00m，43.9947.90m。(4)粉土（Q42（al+pl）：褐黄色，湿很湿，稍密中密，局部密实，无光泽，干强度及韧性低，摇振反应迅速，夹粉质粘土薄层。本层场地中西部缺失，层厚0.604.70m，层低高程层低高程41.6646.44m。(5) 粉质粘土（Q42（al+pl）：灰褐色灰黑色，可塑硬塑，稍有光泽，干强度及韧性中等，局部粘性较强，夹粘土及粉土薄层。本层分布整个场地，层厚0.803.60m，层低高程38.0643.61m。(6)粉质粘土（Q41（al+pl）：灰黄色褐黄色及灰色条纹，可塑硬塑，夹粉土，稍有光泽，干强度及韧性中等，含约510%钙质结核，径2mm15mm。本层分布整个场地，厚度1.605.80m，层低高程32.2640.41m。(7)粉质粘土（Q41（al+pl）：黄褐色，可塑硬塑，含约5%20%钙质结核，径为3mm20mm，最大约30mm，局部含量高，粘性弱，夹多层粉土薄层，稍有光泽，干强度及韧性中等。本层分布整个场地，部分钻孔揭穿，揭露厚度2.509.20m，层低高程24.8635.76m。(8)粉质粘土（Q41（al+pl）：棕红色棕黄色，可塑硬塑，局部坚硬，含少量钙质结核，含卵石薄层，稍有光泽，干强度及韧性中等，局部粘性好夹粘土。(9)粉质粘土（Nfgl）：棕红色褐黄色夹灰绿色，可塑硬塑，局部坚硬，含少量小砾石及砂粒，稍有光泽，干强度及韧性较高。本层分布整个场地，在部分钻孔揭露，揭露厚度5.9010.90m，层低高程9.1413.06m(10)粉质粘土（Nfgl）：褐红色夹少量棕黄色，硬塑坚硬，稍有光泽，干强度及韧性高，局部含胶结岩块，较硬，土质均匀致密。本层分布整个场地，在部分钻孔揭露，揭露厚度4.707.90m，层低高程1.846.47m(11)粉质粘土（Nfgl）：褐红色、棕黄色夹灰绿色，硬塑坚硬，稍有光泽，干强度及韧性高。本层分布整个场地，在部分钻孔揭露，揭露厚度1.9010.60m，层低高程-5.480.08m(12)粉质粘土（Nfgl）：褐红色，硬塑坚硬，含胶结岩块，稍有光泽，干强度及韧性高。本层分布整个场地，未揭穿，揭露最大厚度6.10m。3 设计依据 远洋·香格里拉丨新兴公馆岩土工程详细勘察报告 （中佳勘察设计有限公司） 2#楼基础平面图 (上海联创建筑设计有限公司）建筑桩基技术规范 JGJ94-2008建筑地基处理技术规范 JGJ79-2012 建筑地基基础设计规范 GB50007-2011 长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基技术规程 DB13(J)/T123-20114 地基处理方案选择4.1处理目的设计要求处理后复合地基承载力特征值fak410kPa。根据结构设计及场地情况，基础底面位于自然地坪下约7.12m，2#楼的基底位于第层粉土和第层粉土,天然地基承载力取110kPa，无法满足设计要求，所以要对、层进行加固处理，将荷载传递至性能较好的层，以满足承载力要求，提高土体的整体性和稳定性，提高压缩模量减少沉降及不均匀沉降，改善结构受力条件，满足结构的安全要求和正常使用要求，为土层处理的目的。4.2方案对比 根据远洋·香格里拉新兴公馆2#楼勘察报告和地基处理设计要求，对地基处理方案进行对比：换填垫层法：适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗堂等浅层处理。常用于轻型建筑、地坪、堆料场地和道路工程等地基处理。其的处理深度通常宜控制在3米以内，但也不宜小于0.5m。碎石桩法：适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。施工前如果不预压，砂桩施工后的地基仍会有较大的沉降，因而对沉降要求严格的建筑物而言，就难以满足沉降要求。石灰桩法：适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基；用于地下水位以上的土层时，宜增加掺和料的含水量并减少石灰用量，或采用土层浸水等措施。灰土挤密法和土挤密法：适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度为515米。当以消除地基土的湿陷性为主要目的时，宜选用土挤密桩法。CFG桩：即水泥粉煤灰碎石桩，是近年来新开发的一种地基处理技术，这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点。在受力特性方面介于碎石桩和钢筋混凝土之间。4.3方案选择 综合场地地层条件及工程要求，考虑场地位置对施工条件的诸多限制，CFG桩复合地基是最为合理的方案。与其他方案相比CFG桩复合地基方案具有以下几方面优点：A、施工工艺简单，与振冲碎石桩相比刚度强且无场地污染，振动影响较小，其承载力高于振冲碎石桩；B、所用材料仅需少量水泥，便于就地取材，基础工程不会与上部结构争“三材”，比水泥搅拌桩优越；C、根据上部建筑物结构特点和地层条件，结合本地地基处理经验，保证建筑物的经济和安全运营，选取素砼桩方案。素砼桩桩体具有刚度及强度，能将基底压力传到较深的持力层中，故能很好的利用深层持力层，桩与桩间土组成复合地基，承担上部荷载。由于素砼桩桩身良好的受力性能，降低了基底天然地基土的附加应力，从而减少其压缩量，使地基整体刚度及强度均有较大提高，消除地基部分湿陷性，以满足设计要求。5 地基处理设计 5.1单桩设计5.1.1计算参数 2#楼各土层的计算参数如表5.1.1.1表5.1.1.1计算参数土层编号及岩性桩侧摩阻力特征值(kPa)桩端阻力特征值(kPa)承载力特征值(kPa)备注层粉土20110桩顶 (基底)层粉土25115桩顶 (基底)层黄粉土25120层粉质粘土20110层粉质粘土30150层粉质粘土35160层粉质粘土40500190桩端按设计要求复合地基承载力、基底标高、根据设计要求及地层情况拟选择的桩端持力层如表5.1.1.2：表5.1.1.2 基本情况序号设计要求复合地基承载力特征值（KPa）筏板底相对标高（m）防水层+垫层+褥垫层（mm）桩顶相对标高（m）桩端持力层1410-7.75070+100+200-8.120第8层粉质粘土建筑物±0.00相当于绝对标高为56.300m，有效桩顶标高相当于绝对标高48.18m。5.1.2 桩径的确定根据本工程的特点及机械设备的实际情况，CFG桩选择400mm桩径。5.1.3 桩长的确定根据地质勘察报告，桩在各地质层桩长情况分析见表5.1.3.1：表5.1.3.1 桩在各层地质情况分析孔号K12K13K18K19桩长范围内各土层厚度(m)00.310.4600.02.42.684.674.421.71.81.81.132.52.43.32.26.36.36.37.45.735.795.444.02桩长(m)21212121（1）按地层情况有效桩长取21.00m，保护桩长0.50m。（2）基底土层位于第层粉土层,桩长范围内土层为粉土、粉质粘土，桩端为第粉质粘土层。5.1.4 单桩承载力的确定 根据中华人们共和国国家标准建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)规定，按下式计算Ra： (5.1.4.1)式中：qp桩端地基土未经修正的承载力特征值(kPa)； qsi第i层土桩侧摩阻力特征值(kPa)； n桩长范围内所划分的土层数； Up桩体周长(m)；Up400×10-31.257 m Ap桩截面面积(m2)；Ap(400÷2)2×10-60.126 m2 li桩长范围内第i层土的厚度(m)12#： Ra 190×0.1261.257×(0×200×254.67×251.8×20+2.5×306.3×355.73×40)907.53 kN13#： Ra190×0.1261.257×(0.31×200×254.4×251.8×20+2.4×306.3×355.79×40)904.05 kN18#： Ra 190×0.1261.257×(0.46×202.4×252×251.1×20+3.3×306.3×355.44×40)906.56kN19#： Ra190×0.1261.257×(0×202.68×251.7×253×20+2.2×307.4×354.02×40)885.65 kN 取Ra885.65 kN5.1.5桩身强度确定根据中华人民共和国行业标准建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002) 第9.2.6条规定，按下式计算fcu： fcu3·Ra/ Ap (5.1.5.1)式中：fcu桩体试块抗压强度平均值(kPa)。 fcu3×885 /0.12621071.43kPa轴心抗压强度取fcu25000kPa，桩体砼强度等级为C25。5.2复合地基承载力设计计算5.2.1 面积置换率的确定面积置换率即桩身截面积与其影响面积的比值。 根据式 （5.2.1.1）复合地基承载力特征值（kPa） 单桩竖向承载力特征值 (kN) 桩体截面面积 (0.126m2) 桩间土强度发挥系数，可取=0.750.90 单桩承载力发挥系数，可取 =0.71.0 天然地基土承载力特征值（kPa），取fsk110 kPa计算复合地基面积置换率，式中取0.9，取0.8. 2#楼天然地基承载力为110kPa面积置换率() 得m = m = m = 0.052布桩面积置换率m5.2%。5.2.2确定布桩形式根据式，得= ，桩距宜为35倍桩径。筏板基础的长和宽分别为33.8m、16.2m1L1为1.500m，L2为1.500m。此时，故符合要求。根据以上的计算及分析，该场地加固面积的布桩总数275根，桩间距1.5m×1.5m，局部有调整，采用矩形布桩。5.2.3 复合地基承载力的验算根据 （5.2.3.1）=0.9×885/0.1256×5.4%+0.8×（1-5.4%）×110 425kPa410kPa,符合设计要求。5.3 软弱下卧层验算2#楼桩底第层粉质粘土为软弱层，参照建筑地基基础设计规范GB50007-2011第5.2.7条验算其承载力：拟建的2#楼相应于荷载效应标准组合时，筏板底面处的平均压力为410kPa。根据经验，复合地基扩散角按60考虑，软弱下卧层顶处附加压力为(筏板长33.8m，宽16.2m)： （5.3.1） =285kPa第层粉质粘土桩端处土的自重压力为： 第层粉质粘土桩端处经深度修正后的承载力特征值为： （5.3.2） = 满足要求6 复合地基变形计算根据勘察报告中的地层资料及已有资料，地基沉降按下式计算：S (6.1)式中：S地基最终沉降量(m)；按分层总和法计算出的地基沉降量(m)；沉降计算经验系数； n地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；对应于荷载标准值时的基础底面处的附加压力(kPa)； 基础底面下第层土的压缩模量，加固区按复合模量计算(KPa)，其中加固层复合模量为EsiEs·fspk /fskEs· (6.2) 基础底面至第层土、第层土底面的距离(m)； 基础底面计算点至第层土、第层土底面范围内平均附加应力系数；由设计要求知：基底压力P540 kPa基底附加应力P0P´d (6.3) 5409.5×21 340 kPa 式中：P基底压力 ´有效重度 （6.4）式中：-复合地基压缩模量平均值，MPa； Es-天然地基压缩模量平均值，MPa；模量提高系数。基础底面下第i层土的压缩模量表6.1复合压缩模量土层号桩长范围内各层土平均厚度(m)Es1,2(MPa)提高系数复合压缩模量Esp1,2 (MPa)05.583.7220.7606.524.184.677.0924.371.86.4523.992.57.0326.156.37.5828.205.739.0633.70查建筑地基基础设计规范(GB50007-2011)表5.3.5 取：0.20 S=si （6.5）12#孔 S =0.2×57.92=11.58 mm 计算数据见如表6.2表6.2 12#孔沉降计算层号（m） (m)（m） Esi(MPa) (mm)S´i S´i (mm) 200.000.25000020.76000.211.58300.000.25000024.180044.670.290.24861.161.1624.3716.1816.1856.470.400.24841.610.4523.996.3822.5668.970.550.24612.210.6026.157.8030.36715.270.940.23593.601.3928.2016.7647.12821.001.300.2234.671.0733.7010.8057.92L/b=33.8/16.2=2.1 =540-9.5×21=340KPa同理求得13#沉降量为11.24mm,18#沉降量为11.20mm,19#沉降量11.67mm经计算沉降差均能满足设计要求，沉降变形值如表6.3。表 6.3建筑物名称2#楼基础编号12#孔18#孔13#孔19#孔沉降量S(mm)11.5811.2011.2411.67沉降差S(mm)0.380.0025L0.430.0025L7 工程费用预算工程预算如表7.1表7.1 预算表费用名称人工费+材料费+机械费单价/m110桩总长度（m）21.5×276=5934合计（元）110×5934=652740总计：675269元费用名称截桩头人工费单价/m31300/m3总体积（m3）0.1256×0.5×276=17.33合计（元）1300×17.33=225298地基处理平面图2#楼地基处理平面图如图8.1（桩数为275根）图8.1 布桩平面图参考文献1 GB50007-2011，建筑地基基础设计规范. 2 JGJ79-2012，建筑地基处理技术规范. 3 GB50202-2002，建筑地基基础工程施工质量验收规范. 4 李连生等著，土力学，南京； 西南交通大学出版社，20075 叶关宝著，地基处理，北京；中国建筑工业出版社，19976 杨小平著，基础工程，北京；中国建筑工业出版社，2008 致谢通过这两多个月的实地实习认识，我对地基处理技术有了更全面的了解，把在课本上所学的理论知识同实际情况联系到了一起，加深了我对所学课程的理解，对地基处理技术有了一次比较全面的感性认识。在这次实习中，通过去现场我了解了水泥粉煤灰碎石桩、水泥土桩地基处理技术的施工工艺、施工要点，学到了两种技术的设计方案，并独立进行了水泥粉煤灰碎石桩的设计。这次毕业设计是对三年所学知识的综合应用、扩充和深化，也是我们把理论应用于实际的一次锻炼。通过毕业设计，我不仅温习了以前在课堂上所学的专业知识，同时我也学习和体会到了设计的基本技能和思想。最后，谢谢宋老师、崔老师对次设计的悉心修改以及在这次实习期间给予的支持和帮助。