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1、毕业设计 项目 CFG桩复合地基处理方案 系别 水利工程系 专业 水利工程专业 学号 081101331 指导老师 邢芳 班级 081013 姓名 王宽 2010年12月12日目录 前言3一、 设计任务书4 1、毕业设计的目的4 2、主要设计内容介绍4二、 场地工程地质资料5 1、工程概况及地形地貌5 2、地震5 3、场地岩土层特征6 4、A、B、C、D四个角点下各层埋置深度7 5、试验资料8三、 设计计算9 1、天然地基方案分析9 2、CFG桩的设计步骤9 2.1、承载力计算10 2.2、沉降计算12 2.3、褥垫层设计19四、 CFG桩施工201、CFG 桩施工前的设备212、CFG 桩施
2、工流程及技术要求213、施工中常见的问题224、施工质量控制措施与质量检验245、施工验收25五、结论与建议26六、参考文献27前言 改革开放20年来，我国诸大城市高楼迭起，恰似雨后春笋，更且方兴未艾！作为高层建筑物的“基石”以深大基坑和各种类型的桩基为代表的基础工程，随着建设规模的不断扩大，也得到了迅速的发展。 在高层建筑设计中，经常碰到天然地基不能满足承载力及变形要求的情况，这就需要对地基进行处理，形成人工地基，以保证结构的安全与正常使用。以往采用的人工地基形式多为桩基。CFG桩是在碎石桩的基础上发展起来的，属于复合地基刚性桩，严格意义上该是一种半柔半刚性桩。（1）CFG桩复合地基能很好地
3、解决高层建筑地基变形问题。（2）可大幅度提高地基承载力。（3）由于设置了褥垫层，桩间土的承载力得到了充分发挥，桩数也相应减少。（4）CFG桩不需配筋，没有钢筋笼制作和安装工序，施工方便，节约时间。（5）桩体利用工业废料粉煤灰和石屑作为掺加料，节约了水泥用量。 CFG桩复合地基由CFG桩桩间土及褥垫层组成。CFG桩是由碎石石屑粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动沉管打桩机制成的具有可变粘结强度的桩型。通过调整水泥掺量及配比，可使装体强度在次C50-C20之间变化。桩体骨料为碎石，石屑为中等粒径骨料，级配良好，粉煤灰具有细骨料和低标号水泥的作用。 CFG桩由于自身具有一定的粘结性，故可以在全长范围内受
4、力，能充分发挥桩周摩擦阻力和端承力，桩土应力比一般高1040。复合地基地基承载力的提高幅度较大，并有沉降小稳定快的特点。一、 设计任务书1、毕业设计的目的 毕业设计是大学的回顾与总结，也是专业知识的应用与实践，其主要目的是：1.1、培养学生综合运用所学知识解决实际工程技术问题的能力。1.2、巩固深化专业基础知识，加深对专业更深刻与准确的认识。1.3、培养学生使用规范进行工程设计与过程计算，以及CAD作图的能力。1.4、培养学生进行科学研究，查阅技术文献和资料以及编写技术文献能力。1.5、培养学生协会合作能力及组织工作能力，使学生参与工程建设中，使其了解社工与方法，提高独立工作能力。2、主要设计
5、内容介绍 2.1、根据场地工程地质条件，进行地质基础方案分析评价。（1）、天然地基评价。（2）、桩基及复合地基分析评价。（3）、场地水文地质条件评价。（4）、边坡稳定性分析评价。（5）、基础施工与设计应注意事项。（6）、饱和砂土的液化问题。（7）、岩土工程评价。2.2、CFG桩复合地基处理方案的分析、设计。（1）、天然地基方案分析。（2）、复合地基方案的分析。（3）、CFG桩复合地基设计的指导思想。2.3、CFG桩设计计算。（1）、确定桩长及持力层。（2)、复合地基面积之换换率。（3）、复合地基承载力特征值。（4）、桩数及基地布桩。（5）、沉降计算。（6）、褥垫层设计。2.4、CFG桩施工。（
6、1）CFG桩施工前的准备。（2）、CFG桩施工流程及技术要求。（3）、施工中常见的问题。（4）、施工质量控制措施与质量检验。（5)、施工验收。二、场地工程地质资料 1、工程概况及地形地貌 “天下城都市阳光8号楼”场地位于郑州市健康路与劳卫路之间，北侧邻近优胜北路。拟建建筑物楼高32层，剪力墙结构，建筑物平面形状呈长条矩形。建筑物重要性等级为一级，场地等级为二级，地基等级为二级，岩石工程勘察等级为一级。 拟建场地所在单位为黄河冲积平原，除场地原有建筑物及推土外，地形平坦，高差不大。产地个孔孔口标高是以勘测期间场地北出口道路中线所对的优胜北路马路中心点位变高基准点实测的相对标高，假定基准点标高为0
7、.000米。1、拟建建筑场地属于黄河冲积平原地貌单元，地形基本平坦，高差不大。2、 根据本次勘探结果显示，钻探深度范围内的底层分布基本规律。共有5套地层，6.0米左右以上除第表有少量填土以外主要为Q4-3新近沉积的粉土、粉质粘土土层;场地西南角7.0米至7.8米左右为Q4-2静水相或缓流水相沉积的粉土层；其余地段6.0米左右至32.0米和场地西南部7.8米至32.0米为Q4-1沉积的粉质粘土、粉砂、粉细砂和粉土层；其下到50.0米左右为Q3的粉质粘土层；在下位Q2的粉质粘土层。3、 本场地地下水稳定水位在地表下2.0米左右，补给条件为大气降水，场地地下水年变化幅度为1.2米左右。场地地下水对混
8、凝土及混凝土中的钢筋无腐蚀性，队刚性结构有弱腐蚀性。4、 拟建建筑物场地土为中软场地土，建筑场地土类别为类，七度地震条件下该场地饱和粉土、砂不会产生液化。本工程抗震设防标准及地震安全性评价结果参照紧邻的“天下城都市辉煌苑一期”的场地地震安全性评价报告。5、 32层建筑建议采用支盘灌注桩基础。6、 基坑开挖和基础设计时应注意查明蓝瓦片等不良地质现象的存在，做好验槽工作。7、 建议场地降水影响范围内的粉土，粉质粘土的综合渗透系数为0.5m/d。采用轻型井点降水即可满足要求。8、 若拟建建筑基坑需要采用支护措施，可采用粘土钉墙进行支护。其具体方案应专门设计应结合降水方案协调设计。9、 8号楼的占地面
9、积为100.5*18m，根据建筑地基基础设计规范为了满足上部建筑物的承载力的要求，基础底面尺寸在其宽度上每侧加宽0.5m，则基地面积为100.5*19m。2、地震： 根据“建筑物抗震设计规范”（GBJ-89)规定，拟建建筑为丙类建筑。有关郑州市的抗震设防烈度为7度。3、 场地岩土层特征 第1层：填土，主要包含炉渣，混凝土面层，砖块及经过人工碾压的粪土场地西部人工堆土。层厚0.32.0米。重度20KN/m。 第2层：粉土，Q4-3褐黄色，稍湿湿，稍密，含铁质氧化物，云母，植物根等。层厚3.05.0米。重度18KN/m。 第3层：粉质粘土夹粉土。Q43，褐黄黄褐色，湿饱和 可塑，含铁质氧化物，云母
10、，植物根等，偶见蓝色砖屑，局部为粉土。层厚1.23.7米，层低深度5.07.2米。重度18KN/m。 第4层：粉土Q42,灰色，湿中密，含有机质，粘粒含量10%。云母可在场地西南角出露。层厚0.8米，重度20KN/m。 第5层：粉砂，饱和、密实，主要成分为长石、石英、云母，含铁质氧化物、少量蜗牛屑。层厚1.65KN/m。 第6层：粉砂，Q41，褐黄色，饱和，密实，主要成分长石，石英、云母，蜗牛、碎屑，小姜石，局部地段该层为粉土。该层局部地段缺失。层厚0.83.0米，层低厚度7.59.5米。 第7层：粉土，Q41，黄褐色 湿，中密-密实。含铁质氧化物，云母，少量蜗牛等。层厚1.53.0米，层低深
11、度10.011.5米。 第8层：粉砂，Q4-1，褐黄色，饱和，密实，主要成分为长石 石英 云母，含铁质氧化物；少量蜗牛，尽在场地西北角露。最大厚度2.0米层低深度10.9-12.7米。 第9层：粉土，Q4-1，黄褐-褐黄色，湿中密-密实，含铁质氧化物，云母等，局部夹粉砂。该层局部地段缺失。层厚1.0-3.3米，层厚深度12.0-14.0米。 第10层：粉土夹砂Q4-1，褐黄-黄褐色，湿中密-密实，含铁质氧化物，云母等，局部夹粉砂。该层局部地段缺失。层厚1.1-3.1米，层厚深度14.1-15.0米。 第11层：粉土，Q4-1，黄褐色 湿，中密-密实，含铁质氧化物 云母等。该层局部地段缺失。层厚
12、0.8-3.5米，层底深度15.1-17.8米。 第12层：粉细砂，Q4-1，褐黄色，饱和，密实，主要成分为长石、云母、含铁质氧化物、小姜石等，局部地段夹薄层粉土。层厚3.2-6.2米，层低深度20.5-22.5米。 第13层：粉土，Q4-1，黄-褐色，湿，密实，含铁质氧化物。云母、小姜石局部地段夹薄层粉质粘土。层厚2.7-4.5米，层底深度23.6-25.0米。 第14层：粉细砂，Q4-1，褐黄色 饱和，密实，主要成分为长石、石英、云母。 第15层：粉质粘土，Q3褐黄色，饱和，硬塑，含铁、锰质、粗颗粒，多姜石。层厚5-6.3米，层底深度37.5-38.0米。 第16层：粉质粘土，Q3褐黄色，
13、饱和，可塑-硬塑，含铁、猛质、姜砂较多，层厚4.5-5.0米，层低深度41.0-42.0米。 第17层：粉质粘土，Q3褐黄色，饱和，可塑-硬塑，含铁锰质结核、姜石较多，层厚4.5-5.0米，层低深度46.0-47.0米。 第18层：粉质粘土，Q3，褐黄色，饱和，可塑-硬塑，含铁锰质结核，姜石较多，底部含砂质胶结快，层厚3.04.5米，层底深度49.0-51.0米。 第19层：粉质粘土，Q2，褐红色，饱和，可塑-硬塑，含铁锰质结核，小姜石，层厚012米，层底深度60.0-61.0米。第20层：粉质粘土，Q2，褐红色，饱和，硬塑，含铁锰质结核，小姜石，接近粘土，该层在钻探深度内未完全揭露。4、A、
14、B、C、D、四个角点下各层埋置深度ABCD土层号自基地往下深度（m）土层号自基地往下深度（m）土层号自基地往下深度（m）土层号自基地往下深度（m）40.840.740.540.751.6551.6551.6551.6568.568.367.067.5710.75710.5579.0710.0811.8811.5811.8811.8913.0913.0913.0913.51014.551014.31014.21014.01116.451116.41116.31116.251221.251221.01221.01221.31324.31324.21324.51324.01432.351432.25
15、1432.51431.81537.751537.81537.61538.41641.51642.01642.11641.01746.51747.01746.01745.118501849.81847.01847.41960.51960.119581958.45、试验资料 1、场地各层土的天然地基承载力标准值及变形指标 根据室内土人工实验结果，原位测试成果并结合周边地区已有工程地质资料综合确定场地各层的天然地基承载力标准值及其在100200Kpa压力段的压缩模量Es12值见下表1。 表1天然地基承载力标准值及压缩模量表层号2345678910111309510026013025024022028
16、02508.23.75.124.05.117.023.015.520.017.0层号12131415161718192032023035031029031031534036032.016.035.012.512.012.512.813.514.3由上表8可以看出，第三层为高压缩性土层，第57891011121314层为地压缩性土层，其余为中等压缩性土层。 2 、根据场地地层结构并结合拟建建筑物特征，拟建建筑物也可采用CFG桩加固后形成的复合地基，CFG桩的设计参数可以采用表2的数值。 表2钻孔灌注桩桩基设计参数一览表层号456789101112131415Qsk(Kpa)40484560655
17、5706070587075Qpk(Kpa)50080050080060090065010001000 三、设计计算1、天然地基方案分析 1.1、荷载估算 拟建8号楼32层，无地下室，剪力墙结构，每层荷载标准值按17KN/m估算，地板按30KN/m。则估计地板平均压力标准值为。1.2、持力层的选择 压缩模量与压缩系数成反比，压缩模量越大压缩系数越小，土的压缩性越小，越适宜做地基。反之压缩模量越小，土的压缩系数越大，越不适宜做地基。由试验资料可知第3层为高压缩性土层，第5、7、8、9、10、11、12、13、14层为低压缩性土层，其余为中等压缩性土层。由于第一层土层一般都被挖掉，所以不考虑。而第二
18、层土层有地下水，第三层土层为高压缩性土层，故不考虑。第四层土层为中等压缩性土层，而且天然地基承载力标准值也很大，所以选择第四层土层作为持力层。1.3、地基强度验算 根据表1的分析结论可得：第四层基础深埋为7.2米，荷载相对较小，粉土的承载力特征值为100KPa,按建筑地基基础设计规范要求，经宽深修正后承载力特征值： 1000.5 (209.8)(6-3)21202(189.8)3 (189.8)7.2(7.20.5)=247KPa 574KPa 式中：修改后的承载力特征值，KPa 地基承载力特征值。KPa 地基宽度，埋深的地基承载力修正系数，按基底下土类查表确定； b基础埋深宽度，当宽度小于3
19、米时按3米考虑，大于6米时按6米考虑； d基础买只深度，自室外地面算起 基础底面以下土的重度，地下水一下取浮重度； 基础底面以上土的甲醛平均重度，地下水以下取浮重度。 经计算，天然地基强度不能满足要求。故采用符合地基。1.4、符合地基方案分析 采用CFG桩，优点是：CFG桩复合地基粘结强度桩是复合地基的代表，目前多用于高层和超高层建筑中。CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称(即cement fIying-ash gravel pile)。它是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间士、褥垫层一起形成复合地基。CFG桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬
20、土层，均可保证桩间土始终参与工作。由于桩体的强度和模量比桩间土大，在荷载作用下，桩顶应力比桩间士表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递并相应减少了桩间土承担的荷载。这样，由于桩的作用使复合地基承载力提高，变形减小，再加上CFG桩不配筋，桩体利用工业废料粉煤灰作为掺和料，大大降低了工程造价。2、CFG桩的设计步骤 2.1、承载力计算： 2.1.1、确定持力层，有表1可得：选择第14层作为持力层。 桩径d:水泥粉煤灰碎石桩桩径的确定取决于所采用的成桩设备，一般设计桩径为350600mm。此处取d=400mm。 桩的周长（m); 桩周第I层土的侧阻力，桩端阻力特征值（KPa）,可按现行建筑地
21、基设计规范JB5007有关规定选取； 第i层土的厚度（m）； 2.1.2、桩体强度设计 2.1.3、面积置换率查资料可得公式如下： （ 按等边三角形布距）（按正方形布距） （按矩形布距） 注：s=35倍桩径 此处取等边三角形布距 2.1.4、符合地基承载力水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力可用下面的公式进行估算： 式中：复合地基承载力特征值（KPa）； 处理后装见图承载力特征值(KPa); m面积置换率； 单桩截面面积（）； 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，天然地基承载力高时去较大值；当s=3d，有上式可得m=0.1007，算的=1515.46（KP
22、a） 当s=4d，有上式可得m=0.057，算的=887.38（KPa） 当s=5d，有上式可得m=0.036，算的=590.14（KPa） 由于CFG桩复合地基置换率一般不大于10%（参考地基处理技术）。所以当 s=3d时不满足要求。2.1.5、对承载力修正； 当s=3d，计算=1514.476（KPa)当s=4d，计算=886.396（KPa)当s=5d，计算=589.156（KPa) 由于CFG桩复合地基置换率一般不大于10%（参考地基处理技术）。所以当s=3d时不满足要求。综上所述：当s=4d时满足要求；2.1.6、确定桩数； 注： 由于受建筑物尺寸的影响，实际布桩时可能要比计算的多。
23、 2.2、沉降计算目前国内许多地方发生的建筑物倾斜等事故，由地基变形不均匀所占了较大的比例。特别对于地基土岩性变化的，若只按承载力控制进行设计，将会出现变形过大或严重不均匀，影响建筑物正常使用。建筑地基处理技术规范GB50007变形控制的设计思想是相一致的。水泥粉煤灰碎石桩复合地基的变形计算应按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007，以下几点需要说明：2.2.1、复合地基的分层与天然地基分层相同，大量工程实践表明当荷载接近或达到复合地基承载力时，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍，的值可按下式确定：= 公式中： 基础底面下天然地基承载力特征值（KPa）。2.2.2、变形经
24、验系数，对不同地区可根据沉降观测资料及经验确定，也可按照规范中相关表格查表确定。2.2.3、复合地基变形计算过程中，在复合土层中，压缩模量很高时，可能满足下式：Sn0.025Si 要求，若计算到此为止，就漏掉了以下土层的变形量，因此，计算时计算深度必须大于复合土层的厚度。2.2.4、进行模量选取时，复合地基加固土层用复合模量计算变形，下卧层用天然地基压缩模量计算变形，无论是加固土层还是下卧层都要用到勘察报告提供的不同土层天然地基模量。在工程中，应用较多且计算结果与实际符合较好的变形计算方法是复合模量法。计算时复合土层分层与天然地基相同。复合土层的模量等于该天然地基模量的倍加固区和下卧区土体内应
25、力分布采用各向同性均匀的直线变形体理论。CFG桩复合地基沉降包括加固区土层沉降和下卧层土层沉降，S= （36）式中：-加固区范围内土层分层数；-沉降计算深度范围内土层总的分层数； -对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力（Kpa）；E-基础底面下第i 层土的压缩模量； -基础底面至第i 层土，第 i-1 层土地面的距离(m);基础底面计算点至第 层土，第 i 层土底面范围内平均附加应力系数， 可查表计算； -沉降计算修正系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，也可采用规范中相应表格的建议值。 下面计算A点的沉降量 A点的沉降量计算表土层号自基底往下深度Z/B 加固区40.85.30.0
26、40.25000.20005.18.945.451.650.090.24990.2123243.481.668.50.40.24781.69405.16.834.7710.750.60.24600.5382173.559.5811.80.60.24510.2477233.785.1913.00.70.24370.275915.54.0621014.550.80.24170.3486203.2641116.450.90.23900.4148173.559.51221.251.10.23141.0320322.889.61324.31.30.22610.5307163.962.41432.351.
27、70.21161.3510352.587.5下卧区1537.755.32.00.20180.772712.52.936.31641.52.20.19580.5078123.137.21746.52.40.19370.881412.52.936.318502.60.18240.113012.82.835.81960.53.20.16801.044013.52.635.1沉降计算为变形深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算： = 式中：-第层土的附加应力系数沿土层厚度的积分值； -基础底面下第层的压缩模量（MPa），桩长范围内的复合土层按复合土层的压缩模量取值。=0.2/5.1+0.2123/2
28、4+1.6940/5.1+0.5382/17+0.2477/23+0.2759/15.5+0.3486/20+0.4148/17+1.0320/32+0.5307/16+1.3510/35+0.7727/12.5+0.5078/12+0.8814/12.5+0.1130/12.8+1.0440/13.5=12所以有规范和经验得：为0.5125附加应力 =574-9.84*7.2=503.15kpaS=0.5125=102mm 点沉降量计算表土层号自基底往下深度L/BZ/B加固区40.75.30.040.25000.17505.18.945.451.750.10.24990.2623243.48
29、1.668.30.40.24791.62025.16.834.7710.550.60.24610.5388173.559.5811.80.60.24510.2958233.785.1913.00.70.24370.275915.54.0621014.30.80.24210.2939203.2641116.40.90.23930.4625173.559.51221.01.10.23170.9412322.889.61324.21.30.22640.6132163.962.4下卧区1432.255.31.70.21161.3452352.587.51537.82.00.20180.803912.5
30、2.936.31642.02.20.19490.5578123.137.21747.02.50.18700.603212.52.936.31849.82.60.18270.309512.82.835.81961.03.20.16731.106813.52.635.1S=0.5125=104.97mm C点沉降量计算表土层号自基底往下深度L/BZ/B加固区40.55.30.02630.25000.12505.18.945.451.550.08160.24990.2623243.481.667.00.36840.24871.35365.16.834.779.00.47370.24750.48661
31、73.559.5811.50.60530.24530.5935233.785.1913.00.68420.24370.347215.54.0621014.20.74740.24210.2697203.2641116.30.85790.23930.4628173.559.51221.01.10530.23170.9651322.889.61324.51.28950.22570.6640163.962.4下卧区1432.55.31.71050.21131.3376352.587.51537.61.97890.20220.735512.52.936.31642.12.21580.19460.5899
32、123.137.21746.02.42110.18840.473712.52.936.31847.02.47370.18700.122612.82.835.819583.05260.17131.146413.52.635.1S=0.5125=97.4mm D点沉降量计算表土层号自基底往下深度L/BZ/B加固区40.75.30.03680.25000.17505.114.645.452.00.10530.25000.3250245.681.667.50.39470.24861.36455.111.234.7710.00.52360.24660.6015175.859.5811.80.62110.
33、24510.4262236.185.1913.50.71050.24300.388315.56.6621014.00.73680.24240.1131205.2641116.250.85530.23930.4950175.859.51221.31.12110.23141.0402324.689.61324.01.26320.22680.5144166.462.4下卧区1431.85.31.67370.21261.3175354.287.51538.42.02110.20090.953912.54.736.31641.02.15790.19650.3419125.037.21747.42.373
34、70.18990.508012.54.736.31845.12.49470.18640.270912.84.635.81958.43.07370.17081.139413.54.335.1S=0.5125=99.83mmA、B、C、D四点沉降量表点号沉降量(mm)点号沉降量(mm)A102B104.97C97.4D99.83由此可见AB，CD两点间的沉降差很小，倾斜值在规范范围内，总上所述，复合地基的变形完全满足规范要求，复合地基的设计及计算满足该工程的设计要求。2.3、褥垫层设计褥垫层技术是复合地基的一个核心技术，复合地基的许多特性都与褥垫层的主要作用：、2.3.1、 保证土共同承担荷载若基
35、础下面不设置褥垫层，基础直接与桩间土接触，在垂直荷载作用下承载特性和桩基础差不多。在给定荷载作用下，桩承受较多的荷载，随着时间的增加，桩发生一定的下沉，荷载逐渐向土体转移。在基础下设置一定厚度的褥垫层，情况就不同了，即使桩端落在好的土层上，也能保证一部分荷载通过褥垫作用在桩间土上，借助褥垫的调整作用，使给顶荷载作用下桩、土受力时程曲线均为常值。2.3.2、调整桩、土荷载分担比 当荷载一定时，褥垫层越厚土承担的荷载越多；褥垫层厚度一定时，荷载越大，桩所承担的荷载比例增大。2.3.3、减小基础底面的应力集中当褥垫层厚度很小时，桩对基础底面产生应力集中，但当褥垫层厚度大于10cm时，应力集中明显 降
36、低，当褥垫层厚度为30cm时，桩土应力比降为1.23。2.3.4、调整桩、土水平荷载的分担 试验表明，褥垫厚度越大，桩顶的水平位移越小，即桩顶承受的水平荷载越小。大量工程实践和室内试验表明，褥垫厚度不小于10cm，桩体不会发生水平折断，桩在复合地基中不会失去工作能力。 褥垫层的合理厚度选择很重要。褥垫层厚度过小，桩间土承载力不能充发挥，要达到设计要求的承载力，必然要增加桩的数量或长度，造成经济上的浪费。好处是建筑物的沉降量小。褥垫层厚度大，桩对基础产生的应力集中很小，可不考虑桩对基础的冲切作用，基础受水平荷载的作用，不会发生桩的折断。这时能够充分发挥桩间土的承载能力。若褥垫过大时，会导致桩、土应力比等于或接近于1。此时桩承担的荷载太小
