软土地基水泥土搅拌桩地基处理设计.doc

地基处理课程设计任务书设计资料：一、 工程地质条件： 某公寓场地主要为高压缩淤泥质粉质粘土，厚度超过32m，地下水位约为地表之下1.00 m。各土层物理力学性质指标见表2-1。 土层物理力学性质指标表 表2-1 土层名称原厚（m）含水量W（%）重度r（kn/m3）孔隙比e塑性指数Ip液性指数IL内摩擦角(o)粘聚力Ckpa压缩模 量Es(kpa)承载力设计值（kpa）填土00.518.2淤泥质粉质粘土0.5324717.41.311.41.7817.54209060二、工程概况某公寓6层砖混结构体系，楼、地、屋面均采用预应力多孔板，240厚砖墙采用烧结普通砖实砌，钢筋混凝土条形基础、500水泥搅拌桩复合地基，其截面积Ap=0.196m2.上部结构线荷分布（算至室外地坪）。如下图2-1。图2-1上部结构线荷载平面根据室内实验水泥土中不同时的fcu.k如表2-2： 水泥土与fcu.k关系 表2-2（%）101214151820fcu.k(kpa)90011001300150018002100同时：E50=126fcu 地基处理课程设计计算书一、 确定基础平面尺寸及复合地基承载力 图1 基础剖面1. 复合地基承载力估算选定桩长L=11.5m置换率m15，选用水泥土中为20%，cuk为2100KPa.则单桩承载力特征值(不考虑桩端土承载力)为（以下两者中取小者）： Ra=0.3021000.196=123.5KN Ra=3.140.5711.5=126.4KN 复合地基承载力标准值(桩间土地基承载力折减系数=0.8)为： SPK=0.15123.5/0.1960.8(1-0.15)60=135.3KN按SPK=135KN计算条基宽度B 由图1，基础自重按20kPa计算。根据图2-1上部结构线荷载平面图，条基宽度计算如下 (1) 轴条基宽度轴的最大线荷载为100KN/m,若取B1 m，则基底压力为10020=120KPaSPK=122KPa. 由于搅拌桩的直径为500mm，根据构造要求，条基的最小宽度应为l m。所以，轴的条基宽度取为l.5 m。(2) 轴条基宽度取一个开间宽度作为计算单元，如图1-1所示。基总面积：1.53.64（根）2B4.5=9B21.6（m2）上部总荷载： 1906.021003.62753.62=3540KN基础自重： (9B21.6 )20(KN) 根据力的平衡条件，得：(9B21.6 )122=3540(9B21.6 )20 解方程得：B=1.46m 根据构造要求，取B=1.5m(3) 、轴条基宽度单个单元：条基总面积：1.51.849.6B/215.6B/2=12.6B10.8(m2) 单个单元：上部总荷载：14014.1(10075)21.8=2604KN 单个单元：基础自重：(12.6B10.8)20(KN)根据力的平衡条件，得：(12.6B10.8)122=2604(12.6B10.8)20 解方程得：B=1.17m 根据构造要求，取B=1.2m 2. 根据上述计算结果分析复合地基承载力SPK=122KPa基础平面如图1-2所示 基础总面积为： A=15.626.40.6242.254.542.14.510=262.44m2 二、计算不同置换率对应的总工程量(桩长总延米数) 基础总面积：A=262.444m2 复合地基承戴力标准值：SPK=122KP桩径500mm、桩周长U3.140.51.57m 桩截面面积：m2桩间土承载力标准值：s,k=60KPa桩间土承裁力折减系数：=0.8 桩端土承载力折减系数：=0桩水泥土强度折减系数：=0. 30桩顶施工凿桩高度：L0.5m 对应于不同置换率(m10、12.5、15、17.5、20)情况下的单桩竖向承载力、桩数n、桩身水泥土强度qu、桩长L及桩长总延米数M分别计算如下。计算结果列于表2= =【1220.8(1-m)60】0.2/m =14.8/m9.6(KN) N=mA/Ap=m262.44/0.2=1312m 根 桩身水泥土强度：u=/Ap=17（kPa） 土的承承力：Ra=s,kUL=1.577L=10.99L L= Ra/10.99 (m) （m）不同置换率情况下工程量计算 表2m（%）（kN）n（根）（kPa）L（m）M（m）10157.61322679.214.42056.212.5128164217611.72098.415108.31981841.19.92142.417.594.22301601.48.621842083.62641421.27.62219.4注：考虑到工程的对称性，桩数均取为偶数。三、桩位布置 桩位的平面布置应按适当的面积置换率m和较小的总延长米数M为原则。面积置换率m不能太小，否则，单桩承载力要求过高，水泥土强度或施工机械不能满足设计要求；面积置换率m也不能太大，否则桩数太多、桩距太密、影响单桩承载力的发挥，不经济本例选择两种面积置换率(m10%，12.5%)进行试排桩，如图1-3所示。当m10%时，实际总桩数，n152，总延长米数M152(14.4+0.5)=2264.8m，当m12.5%时，实际总桩数n=184，总延长米数M184(11.7+05)=2244.8m。两者相比，m15%时的工程量较省，因而本工程实际采用面积置换率m=12.5%排桩。桩位布置如图1-3 图1-3桩位平面布置 图1-4假想实体基础平面四、下卧层强度验算将加固后的桩群视为一个格子状的假想实体基础(平均重度取18.5kN/m3)，如上图所示。轴由于桩距较近，视为假想实体基础的一部分。则：假想实体基础的底面积： F1=25.915.13.15.514=152.4m2假想实体基础的侧表面积： m2轴间无基础之空地面积：S=0.624=14.4m2实际基础底面积：A=262.44m2上部线荷载总重：P1=(75+100)25.22+14014.12+190612=26448kN，实际基础自重：P2=20262.44=5248.8kN 轴间空地自重：P3 =(17.411.7) 14.4=2931.55kN假想实体基础自重：G(17.410) 152.411.7=13194.79kN假想实体基础侧摩阻力： =3776.767=26437.32KN桩间土反力总和: 桩端下卧层平均应力： 桩端下卧层承载力标准值： 60kPa， D11.7+1.012.7m，nd1.0 = 60+ 1.08.22（12.7 - 0.5）=160.3kPa满足要求五、地基变形验算地基沉降由桩群体压缩变形和下卧天然软土层变形两部分组成。 为搅拌桩群体的压缩变形，为桩端下未加固土层的压缩变形。的计算方法：采用复合模量法，将复合地基加固区增强体连同地基土看作一整体，采用置换率加权模量作为复合膜量，复合膜量也可根据实验而定，并以此作为参数求。的计算方法：采用应力扩散法，此法实际上是地基规范中验算下卧层承载力的借用，即将复合地基视为双层地基，通过一应力扩散角简单地求解未加固区顶面应力的数值，再按弹性理论法求解整个下卧层的应力分布从而求。的计算：搅拌桩复合土层的压缩模量：搅拌桩的压缩模量可取桩间土的压缩模量：面积置换率：m=0.125搅拌桩复合土层的压缩变形：的计算： 附加应力：，, , 沉降计算深度： 沉降计算：表4 用规范法计算基础最终沉降点号l/bz/(b/2)001.7010150.64 0.9764880 4880 0.00165 8.05 2101.2 0.9049040 4160 0.00165 6.86 3151.92 0.77611640 2600 0.00165 4.29 4202.56 0.68813760 2120 0.00165 3.50 521.92.80 0.66214498 738 0.00165 1.22 23.9 0.025 查表得：所以最终沉降量：地基最终沉降六、水泥掺合比确定由表2可知，本工程采用的水泥搅拌桩要求水泥土强度qu2176kPa。应根据现场土质，通过室内试验，确定恰当伪水泥掺合比，以满足水泥土强度的设计要求。当有经验时，也可不做试验，根据经验确定恰当的水泥掺合比。施工要点水泥搅拌桩复合地基的性质很大程度上取决于水泥搅拌桩的桩身质量、即桩身水泥土的强度和搅拌的均匀程度一、施工机具 国内目前所用的水泥搅拌桩机具主要有中心管喷浆的双头搅拌机和叶片喷浆的单头搅拌机，单头搅拌还有一种粉体喷搅机，前者用水泥浆作工作液体，而后者则用水泥粉体以雾状喷入加固土体，凭借钻头的叶片旋转使水泥粉体与土体充分搅拌混合。一般说来，用水泥浆作工作液的所谓“湿法搅拌”与水泥粉以雾状喷入的“干法搅拌”棍比，前者应用比较广泛，因此该处介绍的施工要点主要是湿法搅拌。水泥搅拌桩的施工机具由主机和配套设备组成。主机包括动力、搅拌和输浆三部分。主机的关键部分是搅拌轴和搅拌头。对于双头搅拌机，搅拌头为带硬质合金钢的两个叶片，直径0.7一0.8m。单头搅拌机在搅拌头上分别安装搅拌叶片和喷浆叶片，搅拌叶片和喷浆叶片一上一下，两者相距约0.5m。叶片直径约0.50.7m，其中以直径等于0.5m者较为常用。配套设备包括灰浆拌和机、集料斗、灰浆泵以及电气控制柜等几部分。二、水泥浆制备(一)根据水泥掺合比确定水泥掺合量()，当水泥掺合比（）确定后，水泥掺合量可按下式计算式中： 水泥掺合比，通常取=15%； r 天然土体的湿重度（kN/m3）；w 平均加固（搅拌）1m3土所需要的水泥掺合量，通常2.5kNm3；（二）水泥浆水灰比水泥浆水灰比根据施工条件而异，即根据加固土的含水量及输浆情况决定合适的水灰比。水灰比取值范围一般为0.81.0（水：灰）（三）外掺剂石膏和木质素磺酸钙(简称木钙)是两种最常用的水泥搅拌桩外掺剂。石膏与水泥水化物反应生成的钙钒石结晶能大量吸附软粘土中的自由水分，因此有增强作用，是一种良好的早强荆。此外，在水泥硬化过程中还具有一定的缓凝作用，有利于搅拌施工。石膏掺合量约为水泥用量的2倍。木钙主要起减水作用，以增加水泥浆的稠度，便于泵送，但对水泥土的强度影响不大。木钙的掺合量为水泥用量的0.2%。三、成桩工艺（一）水泥搅拌桩机就位；（二）叶片喷浆搅拌并下沉，下沉速度不大于lmmin，下沉时旋转速度不大于60转min。（三）喷浆搅拌并上提。叶片下沉到底后，原地喷浆一定时间；以同样速度上提至孔口，于是水泥搅拌桩成桩完毕。必要时在孔口以下13桩长段进行复搅拌。（四）关闭水泥搅拌机，移机至下一个桩位。四、水泥搅拌桩复合地基基础开挖水泥搅拌桩成桩施工完毕后，基础开挖时应将上部500cm左右成型较差的桩段挖去，然后再浇筑混凝土基础。五、质量检验根据建筑地基处理技术规范（JGJ792002）规定，水泥搅拌桩应在成桩后7d内用轻便触探器钻取桩身加固土样，观察搅拌均匀程度，同时根据轻便触探击数用对比法判断桩身强度。被检验的桩的数量应不少于完成桩数的2。在下列情况下尚应进行取样、单桩载荷试验或开挖检验：1. 经触探检验，对桩身强度有怀疑的桩应钻取桩身芯样，制成试块并测定桩身强度，2. 场地复杂或施工有问题的桩应进行单桩载荷试验，检验其承载力；3. 对相邻桩搭接要求严格的工程，应在桩养护到一定龄期时选取数根桩体进行开挖检验。 基槽开后，应检验桩位、桩数与桩顶质量，如不符合规定要求，则应采取有效补救措施。 据现有轻便触探击数（N10）与水泥强度（qu）对比资料，似有如下关系：表1 轻便触探击数（N10）与水泥土强度（qu）关系 N10（击数）152025303540qu（kPa）200300400500六、水泥搅拌桩复合地基载荷试验要点：(一)复合地基载荷试验的压板可用方形或矩形。单桩复合地基载荷试验压板的面积为一根桩承担的处理面积；多桩复合地基载荷试验压板的尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。(二)压板底高程应与基础底面设计高程相同，压板下宜设中粗砂找平层。(三)加荷等级可分为812级，总加载量不宜少于设计要求值的两倍。(四)每级加载后，按间隔10、10、10、15、15min，以后每隔半小时读一次沉降。当加载量尚未超过设计要求值时，一小时内沉降量小于0.1mm才可加下一级荷裁；当加载量大于设计要求值后，一小时内沉降量小于0.2mm即可加下一级荷载。(五)当出现下列现象之一时，可终止试验： 1. 沉降s急剧增大，土被挤出或压板周围出现明显的裂缝；2. 总加载量已为设计要求值的两倍以上； 3. 累计的沉降量已太于压板宽度的l0。满足第1种情况时，其对应的前一级荷载定为极限荷载。以上载荷试验要点引自软土地基深层搅拌加固法技术规程。参 考 文 献1. 地基处理手册编写委员会. 地基处理手册。北京：中国建筑工业出版社，20022中华人民共和国行业标准建筑地基处理技术规范(JGJ792002)北京：中国建筑工业出版社，20023. 中华人民共和国行业标准软土地基深层搅拌加固法技术规程(YBJ22591). 北京：中国建筑工业出版社，199l 4. 陈善雄.长、短桩相结合的水泥粉喷桩复合地基设计计算方法探讨J.土木工程学报.2002；79815. 陈昌富.肖淑君.牛顺生.长短桩组合型复合地基优化设计方法研究J.工程地质学报.2006:2292316.孙艳林.长短桩复合地基设计计算的探讨J.岩土工程技术.2004：252254