地基处理课程设计计算书.·李景雪docx

武汉理工大学

地基处理课程设计计算书武汉滨江住宅区2#住宅楼地基处理工程设计（编号B3D3F3）

土木工程0907班

李景雪

2012/9/25

目录

一、设计说明

1、设计目的

2、设计依据

3、设计要求

4、设计原则

二、工程概况

1、工程概述

2、工程地质条件

三、地基处理方案论证

1、常用地基处理方案

2、地基处理方法选择

四、复合地基设计

1、桩长及桩径的选择

2、布置方式的设计

3、承载力计算

4、沉降计算

5、施工设计

五、设计总结

1、施工图

2、质量控制与检验

一、设计说明

1、设计目的

（1）提高地基承载力

结构的荷载最总都将传到地基上，结构建筑物的强度很大，而基础能够承受的强度却很小，压缩性很大。通过适当的措施，改善和提高土的承载能力。

（2）改善剪切特性

地基的剪切破坏以及在土压力作用下的稳定性，取决于地基土的抗剪强度。因此，为了防止剪切破坏以及减轻土压力，需要采取一定措施以增加地基土的抗剪强度。

（3）改善压缩特性

主要是采用一定措施以提高地基土的压缩模量，藉以减少地基土的沉降。另外，防止侧向流动（塑性流动）产生的剪切变形，也是改善剪切特性的目的之一。

（4）改善透水特性

由于地下水的运动会引起地基出现一些问题，为此，需要采取一定措施使地基土变成不透水层或减轻其水压力。

（5）改善动力特性

地震时饱和松散粉细砂（包括一部分轻亚粘土）将会产生液化。因此，需要采取一定措施防止地基土液化，并改善其振动特性以提高地基的抗震特性

（6）改善特殊土的不良地基特性

主要是指消除或减少黄土的湿陷性和膨胀性等特殊土的不良地基特性

2、设计依据

《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）

《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）

《地基处理手册（第三版）》——“中国建筑工业出版社龚晓楠2008

《工程使用地基处理手册》——中国建筑工业出版社 2005.7

《建筑地基基础设计规范》（GBJ7-89）

《地基处理技术》——华中科技大学出版社郑俊杰2004

《地基处理》——中国建筑工业出版社叶书麟 2003

《基础工程》——北京高等教育出版社赵明华2003

3、设计要求

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）和《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002），对比分析可选择的地基处理方案，结合工程的要求和天然地基存在的主要问题，结合上部结构的类型、荷载的性质，并认为主要考虑复合地基处理方法与均质人工地基处理方法同时要求：

（1）对所选用的地基处理的方案进行比选后的可行性论证，同时要考虑经济、施工周期等各项条件进行的必要分析；

（2）绘制平面布置图、剖面图；

（3）编写设计计算说明书一份，内容包含完整的计算说明书，内容参照设计要求，详细叙述每一步设计的细节；书写清楚，字体端正，列入主要过程的计算步骤，计算公式；（4）图件：布图合理，图面整洁，线条及字体规范，图中书写字体一律采用仿宋体

4、设计原则

考虑建筑地基处理工程存在工程量大、工期紧张、施工条件差等客观因素，因而设计原则上确保工期的情况下、在确保工程质量不受影响的情况下，力争做到好、快同步，又快又好。

二、工程概况

1、工程概述：

武汉滨江住宅区2#住宅楼为一幢7层砖混结构住宅楼，该住宅楼已经考虑抗震构造要求，设计了构造柱和圈梁，总建筑面积3200平方米。基础型式采用钢筋混凝土条形基础，基础宽度B和基础埋深D及设计要求基础下地基承载力fspk见表1要求。

表1：

基础宽度B/m 基础深度D/m 地基承载力

f spk/Kpa

1.8

2.1 160

2、工程地质条件

武汉滨江住宅区2#住宅楼为一幢7层砖混结构住宅楼，该住宅楼已经考虑抗震构造要求，设计了构造柱和圈梁，总建筑面积3200平方米。该场地地势平坦，地貌特征为长江冲击一级阶地。据勘察，土层自上而下分别为杂填土、黏土、粉质黏土、淤泥质黏土、粉砂，各土层物理力学指标如表2所示。

表2：各土层物理力学指标：

序号土

层

名

称

层

厚

m

含水

量

％

重

度

kN/

m3

孔隙

比

饱和

度

Sr/(

%)

比

重

塑

性

指

数

液

性

指

数

固结快剪

压缩

模量

容许

承载

力/

kPa

C/kPa φ度E s/MPa

1 杂

填

土

1.

2

——

18.

5

————

—

—

—

—

—

—

——————30

2 黏

土

2.

1

39.8

18.

8

1.12 96

2.7

8

20.

4

0.7

2

16.7 13.8 4.5 90

3 粉

质

黏

土

3.

2

33.5

18.

6

0.87 48

2.7

3

14.

4

0.8

8

17.0 13.2 3.3 85

4 淤

泥

质

黏

土

4.

5

38.7

18.

2

1.48 95

2.8

2

18.

8

1.1

9

11.2 11.1 2.8 80

5 粉

砂

5.

5

24.6

19.

1

0.82 94

2.7

1

—

—

—

—

9.1 8.8 4.2 120

三、地基处理方案论证

1、常用的地基处理方法

表3：常用地基处理方法

分类处理方法适用地基土范围

换土垫层浅层挖除软弱土层，换、填中粗砂、砂砾、碎

石、石灰土、二灰土等

浅层处理无冲刷的软弱土地基

挤密压实法①表层压实夯实及振动密实法

②重锤夯实法

浅层处理砂土类土、非饱和粘性土、

湿陷性黄土人工填土

强夯法深层处理以上土质、对饱和粘性土应

慎重

砂桩挤密法深层处理各类土质，对饱和软粘土应

慎重

振冲法深层处理各类砂土类及部分粘性土

排水固结法砂井预压法深层处理饱和软粘土堆载预压法渗透性稍好的软粘土真空预压法同砂井预压法

降低水位法砂质地基土

电渗法粘土质地基土

搅拌桩法①粉体喷射搅拌法

②水泥浆搅拌法

深层处理接近饱和的软粘土及各种

软弱土层

高压喷射注浆法深层处理各种饱和度的软粘土及各

种软弱土层

灌浆胶结法硅化法松散砂类土、饱和软粘土、湿陷性黄

土

水泥灌注法松散砂类土、碎石类土

2、地基处理方法选择：

由于建筑地基大部分在暗区，因此必须进行处理。并对设计工程的地基基础设计等级分类如下：

地基基础设计应根据地基复杂程度、建筑物规模和功能特征以及由于地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度分为三个设计等级，设计时应根据具体清况：

表4：

设计等级建筑和地基类型

甲级重要的工业与民用建筑物

30层以上的高层建筑

体型复杂，层数相差超过10层的高低层连成一体建筑物

大面积的多层地下建筑物(如地下车库、商场、运动场等)

对地基变形有特殊要求的建筑物

复杂地质条件下的坡上建筑物(包括高边坡)

对原有工程影响较大的新建建筑物

场地和地基条件复杂的一般建筑物

位于复杂地质条件及软土地区的二层及二层以上地下室的基坑工程

开挖深度大于15m 的基坑工程 周边环境条件复杂、环境保护要求高的基坑工程

乙级 除甲级、丙级以外的工业与民用建筑物 除甲级、丙级以外的基坑工程

丙级

场地和地基条件简单、荷载分布均匀的七层及七层以下民用建筑及 一般工业建筑;次要的轻型建筑物

非软土地区且场地地质条件简单、基坑周边环境条件简单、环境保护要求不高且开挖深度小于5.0m 的基坑工程

根据上表可以认为本工程属于以及建筑地基类型。若采用排水法，因工程消耗的时间过长，短期内固结效果不理想，因而不采用。若采用用换土垫层法，则对此类基础刚度较大，对不均匀沉降较为敏感、软土层较深的建筑处理效果不理想。若采用钢筋混凝土桩基础，则费用较昂贵性价比低。采用CFG 桩复合地基处理可以有效提高地基土的承载力作用，同时桩身与地基土构成复合地基可以提高压缩模量减小沉降，桩身与褥垫层是地下水良好的排水通道，可以改善地基土的水力特性。因此，选择CFG 桩复合地基处理方法。

四、复合地基设计 1、桩长及桩径设计

对于复合地基中加固桩体长度的选择，应该根据土层分布、工程要求等因素确定，当相对应层的埋藏深度不大时，应按相对应层的埋藏深度确定；当相对应层的埋藏深度较大时，应按建筑物地基的变形确定；在可液化的地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定。根据《工程使用地基处理手册》——中国建筑工业出版社 2005.7中附表确定桩长

表:5

由上表确定：

2、布置方式设计

表6：常见的布置方式： 基础形式 常用的布桩方式

注意事项

对于挤密桩，以等边三角形优于正方形布桩 桩位布置应对于基础中心和纵横轴线 桩位应重合于基础轴线，或与基础轴线对称，

且在转角处及构造柱部位均宜布桩 整片基础 等边三角形、正方形

单独基础 等边、等腰三角形、正方形

条形基础 单排、三角形双排、正方形双排、当边三角形或正方形三排

桩径：500mm

桩长4.5m

根据本工程基础情况为条形基础，且基础宽为1.8m；深为2.1m；所以认为可以使用正方形双排布置，间距取2d=1.0m。施工方法为长螺旋管内泵压施工工艺

平面布置方式图如图1、剖面图如图2

3、承载力计算

（1）确定桩土面积置换率

表7：桩基本参数

桩长（m）桩径（mm）桩间距（m）平面布置方式

4.5 500 1.0 正方形双排布置

桩置换率计算：

22

22

1.13 1.13 1.0 1.1300.50.196

1.130e p

e d l m d m d ==?====

（2）单桩承载力计算

水泥土搅拌桩、旋喷桩等半钢性桩的承载力计算半刚性桩的破坏是以碎裂破坏和刺入破坏为主要破坏形式，因而其单桩承载力特征值应分别按桩体材料强度和土对桩的支撑力计算，并取其中的较小值，即：

按桩体材料强度计算：

a cu p R f A η=

其中η的取值如表8

表8：桩身强度这件系数η值

资料来源：《工程使用地基处理手册》——中国建筑工业出版社 2005.7 附表B5-4 根据上表，η=0.33 ，同时10cu f Mpa =

由桩径d=500，我们可以通过查表得出其他经验数据，如表9 表9：桩体几何参数汇总表

资料来源：《工程使用地基处理手册》——中国建筑工业出版社 2005.7 附表E5-1

由d=500得， 1.57,0.20, 1.00, 1.00,p p A d u A αα====

30.33100.210660/a cu p R f A KN η==???=根

按土对桩的承载力计算：

1

n

a p si i p p i R u q l q A ==+∑，或 a p s p p R u q l q A =+

因为本工程CFG 桩选用长螺旋钻孔灌注成桩，所以可以依据下表查出对应不同土层的侧摩阻力与端阻力

表10：桩侧摩阻力参考值：

资料来源：《工程使用地基处理手册》——中国建筑工业出版社 2005.7 附表F5-1

表11：长螺旋钻孔灌注CFG 桩

资料来源：《工程使用地基处理手册》——中国建筑工业出版社 2005.7 附表F5-3

因为q p =120（KPa ）

根据地基土层的情况选择土层的侧摩阻力与端阻力情况如表12 表12土层参数选择：

黏土侧阻力 粉质粘土侧阻力 淤泥质黏土侧阻力 淤泥质粘土端阻力 21（KPa ）

18（KPa ）

12（KPa ）

220（KPa ）

由此可以计算桩的承载力特征值为：

1

20 3.227 2.1

26.824.5

n

si i

i s q l

q l

=?+?=

=

=∑

1.5726.82 4.51200.2213.5a p s p p R u q l q A KN =+=??+?=

因而213.5a R KN = （3）复合地基承载力计算 根据公式有：

(1)a

spk sk p

R f m

m f A β=+- 当使用的是CFG 桩复合地基时，公式中的β取值一般可以根据当地经验取值，如无经验时，可以取0.75~0.95之间，天然地基承载力较大时，取大值。本工程认为可以取β=0.85，因此复合地基承载力为：

213.5(1)0.1960.85(10.196)90270.740.2

a spk sk p R f m

m f KPa A β=+-=?+?-?= 结果明显的看出，270.74160spk f KPa KPa =＞

满足设计要求 （4）复合地基软弱下卧层验算

从工程地质条件可以得到基础下面的土层粘土的压缩模量为：1E 4.5s MPa = 因此可以得到符合地基的压缩模量为：

1270.74

4.513.53790

spk sp s ak

f E E MPa f =

=

?= 在复合地基的应力扩散角根据下表可查得： 表13：复合地基应力扩散角θ Z/b Esp/Es 备注

3 5 10 Esp 为复合地基压缩模量，Es 为软弱下卧层压缩模量

＜0.25 0 0 0 0.25 6 10 20 ≥0.5

23

25

30

资料来源：《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002） 表5.2.7

根据本工程

13.537 4.835E 2.8sp s

E =

=,且 4.4

2.41.8

z b ==，所以选择θ=25° () 1.8160

48.78802 1.82 4.425c z b p p p KPa KPa b ztg tg θ-?=

==++???

＜

明显满足土层容许承载力的要求 4、沉降计算

股和地基的变形沉降s 包括符合土层压缩模量S1和桩端一下未处理土层的压缩变形量S2，即：S=S1+S2

对于复合地基处理的土层，其压缩模量为Esp=12.465MPa ，下土层的压缩模量分别为：Es3=2.8MPa ，Es4=4.2MPa 。复合地基最终沉降量可按下公式求解。

()()

12

100

111111n n i i i i i i i i i i n si si p p s z a z a z a z a E E ψ----==+??=--+--????

∑∑

其中ζ的取值可以根据下表确定：

表14：沉降计算经验系数Ψs Es （MPa ） 2.5 4.0 7.0 15.0 20.0

Ψs

1.1 1.0 0.7 0.4

0.2

资料来源：《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002） 表5.3.5

使用分层总和法进行计算：

分层厚度：0.40.4 1.80.72i h b m ≤=?=

表15：地基沉降计算 编号 深度（m ） 厚度（m ） 深宽比（m ） 应力系数

附加应力

（KPa ） 分层沉降

（mm ） 自重应力（KPa ） 1 2.7 0.6 0.333 0.246 30.610 4.08 35.4 2 3.3 0.6 0.333 0.246 29.313 3.99 40.68 3 3.9 0.6 0.333 0.246 28.045 5.21 45.84 4 4.5 0.6 0.333 0.246 26.778 4.98 51 5 5.1 0.7 0.389 0.244 25.366 5.53 56.16 6 5.8 0.7 0.389 0.244 23.895 5.22 62.18 7 6.5 0.7 0.389 0.244 22.425 4.91 68.2 CFG 桩复合地基处理过土层沉降量

33.94 mm 8 7.2 0.7 0.389 0.244 21.023 5.43 73.94 9

7.9

0.7 0.389 0.244 19.620 5.08 79.68 10 8.6 0.6 0.333 0.246 18.322 4.07 85.42 11 9.2 0.6 0.333 0.246 17.113 3.80 90.34 12 9.8 0.6 0.333 0.246 15.904 3.54 95.26 13 10.4 0.6

0.333 0.246 14.696 3.28 100.18 14 11 0.6

0.333

0.246

13.487 3.02 105.1

未处理的下层淤泥质粘土沉降量

28.21 mm

总沉降量

62.15mm

备注：1~7层是经过处理的土层沉降量；8~14层是未经处理的土层沉降量；

总沉降结合经验公式进行修正，其中Ψs可以取1.0，s=sΨs=62.15mm

根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）规定体型简单的建筑基础的平均沉降量不得大于200mm。本工程沉降验算满足要求。

5、施工设计

（1）施工工艺的选择：水泥粉煤灰碎石桩的施工，应根据设计要求和现场地基土的性质、地下水埋深、场地周边是否有居民、有无对振动反应敏感的设备等多种因素选用长螺旋钻孔灌注桩。

①长螺旋钻孔灌注成桩，适用于地下水位以上的:黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土;

②长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩，适用于黏性土、粉土、砂土，以及对噪声或泥浆污染要求严格的场地;

③长螺旋钻孔灌注成桩适用于地下水位以上的黏性土、粉土、素填土、中等密实以上的砂土属非挤土成桩工艺，该工艺具有穿透能力强，无振动、低噪音、无泥浆污染等特点，但要求桩长范围内无地下水，以保证成孔时不塌孔。

④长螺旋钻孔、管内泵压混合料成桩工艺.是国内近几年来使用比较广泛的一种新工艺，属非挤土成桩工艺，具有穿透能力强、低噪音、无振动、无泥浆污染、施工效率高及质量容易控制等特点。

⑤长螺旋钻孔灌注成桩和长螺旋钻成孔、管内泵压混合料成桩工艺，在城市居民区施工，对周围居民和环境的不良影响较小。

（2）施工前的准备工作

①施工前应具备下列资料和条件:

1）建筑物场地工程地质勘察报告。

2）CFG桩布桩图。图应注明桩位编号以及设计说明和施工说明。

3)建筑场地邻近的高压电缆、电话线、地下管线、地下构筑物及障碍物等调查资料。

4)建筑物场地的水准控制点和建筑物位置控制坐标等资料。

5）具备“二通一平”条件。

（3）长螺旋钻孔管内泵压施工工艺

①施工设备

长螺螺旋管内泵压CFG桩施工工艺是山长螺旋钻机、混凝土泵和强制式混凝土搅拌机组成的完整的施工体系其中长螺旋钻机是该工艺设备的核心部分。

②施工步骤：

1）钻机就位

CFG桩施工时，钻机就位后，应用钻机塔身的前后和左右的垂直标杆检查塔身导杆，校正位置，使钻杆垂直对准桩位中心，确保CFG桩垂直度容许偏差不大于l%

2)混合料搅拌

混合料搅拌要求按配合比进行配料，计量要求准确，上料顺序为:先装碎石或卵石，再加水泥、粉煤灰和外加剂，最后加砂，使水泥、粉煤灰和外加剂夹在砂、石之间，不易飞扬和粘附在筒壁上，也易于搅拌均匀。每盘料搅拌时间不应小于60s},混合料坍落度宜控制在160~200mm。在泵送前混凝土泵料斗、搅拌机搅拌筒应备好熟料。

3)钻进成孔

钻孔开始时，关闭钻头阀门，向下移动钻杆至钻头触及地面时，启动马达钻进。一般应先慢后快，这样既能减少钻杆摇晃，又容易检查钻孔的偏差，以便及时纠正。在成孔过程中，

如发现钻杆摇晃或难钻时.应放慢进尺，否则较易导致桩孔偏斜、位移，甚至使钻杆、钻具损坏。钻进的深度取决于设计桩长，当钻头到达设计桩长预定标高时，于动力头底面停留位置相应的钻机塔身处作醒目标记，作为施工时控制桩长的依据。正式施工时，当动力头底面到达标记处桩长即满足设计要求。施工时还需考虑施土土作面的标高差异，作相应增减。

在钻进过程中，当遇到砾石层或卵石层时，会发现进尺明显变慢、机架出现轻微晃动。可根据这些特征来判定钻杆进入砾石层或卵石层的深度

五、结论

1、施工图：见附件1

2、质量控制与检查

(一)施工前：水泥、粉煤灰、砂及碎石等原材料应符合设计要求。

(二)施工中：

施工中应检查桩身混合料的配合比、坍落度和提拔钻杆速度(或提拔套管速度)、成孔深度、混合料灌入量等。

(三)施工后

1.施工结束后，应对桩顶标高、桩位、桩体质量、地基承载力以及褥垫层的质量做检查。

2.应抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。