#《地基處理技術(shù)》課程設(shè)計(jì)

1、地基處理技術(shù)課程設(shè)計(jì)（復(fù)合地基設(shè)計(jì)）當(dāng)軟土地基不能滿足建筑物對(duì)地基強(qiáng)度和變形的要求時(shí)，可采用置換或擠密的方法，在軟弱地基中設(shè)置散體材料（砂、碎石等）或膠結(jié)材料（石灰土、水泥土等）構(gòu)成加固樁柱體，與樁間土一起共同承受建筑物荷載，這類由兩種不同強(qiáng)度介質(zhì)組成的人工地基，稱為復(fù)合地基。復(fù)合地基中樁柱體的作用與樁基礎(chǔ)中樁的作用是不同的，復(fù)合地基中的樁柱體是地基整體的一個(gè)組成部分，起加固地基的作用，且不與基礎(chǔ)作剛性連接；而樁基礎(chǔ)中的樁是一種基礎(chǔ)形式，起傳遞上部結(jié)構(gòu)荷載的作用，且與承臺(tái)或上部結(jié)構(gòu)作剛性連接。一、復(fù)合地基的作用和適用范圍復(fù)合地基是由樁和樁間土所組成的，其中樁的作用是主要的，因此，復(fù)合地基的類型

2、可按樁的類型進(jìn)行劃分。按成樁材料分類主要有以下兩類：（1）散體材料樁，如砂（砂石）樁、碎石樁等；（2）水泥土類樁，如水泥土攪拌樁、旋噴樁等。按成樁后樁體的強(qiáng)度分類主要有以下兩類：（1）柔性樁，如散體材料類樁；（2）剛性樁，如水泥土類樁。（一）復(fù)合地基的作用不論何種復(fù)合地基，都具有以下一種或多種作用。1.樁體作用由于復(fù)合地基中樁體的剛度較周圍土體為大，因此樁體上會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，大部分荷載由樁體承擔(dān)，樁間土上的應(yīng)力則相應(yīng)較少，這樣就使得復(fù)合地基承載力較原地基有所提高，沉降量有所減少。2.墊層作用樁和樁間土組成的復(fù)合地基，在加固深度范圍內(nèi)形成復(fù)合層，可起到類似換土墊層均勻地基應(yīng)力和增大應(yīng)力擴(kuò)散角

3、等作用。3.擠密作用對(duì)于砂樁、碎石樁、灰土樁等復(fù)合地基，由于施工過程中的振動(dòng)、擠密等原因，可使樁間土起到一定的擠密作用。4.加固固結(jié)作用砂樁、砂石樁、碎石樁等具有良好的透水性能，可起到縮短土體排水距離的作用，從而加速地基的固結(jié)。5.加筋作用復(fù)合地基中的樁體在地基中可提高土體的抗剪強(qiáng)度和土的抗滑能力，從而起到加筋的作用。（二）復(fù)合地基的適用范圍復(fù)合地基的適用范圍見表1二、設(shè)計(jì)計(jì)算復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算的主要內(nèi)容有：樁體的直徑、樁間距、樁長(zhǎng)和排列方式的選擇；樁體承載力的確定；復(fù)合地基承載力的計(jì)算；復(fù)合地基變形的計(jì)算。（一）樁長(zhǎng)的選擇對(duì)于復(fù)合地基中加固樁體長(zhǎng)度（加固深度）的選擇，應(yīng)該根據(jù)土層分布、工程要求

4、等因素確定，當(dāng)相對(duì)硬層的埋藏深度不大時(shí)，應(yīng)按相對(duì)硬層的埋藏深度確定；當(dāng)相對(duì)硬層的埋藏深度較大時(shí)，應(yīng)按建筑物地基的變形確定；在可液化地基中，樁長(zhǎng)應(yīng)按要求的抗震處理深度確定。樁長(zhǎng)的具體選擇可參考表2進(jìn)行，樁長(zhǎng)一般不宜短于4m。表1復(fù)合地基的適用范圍復(fù)合地基分類處理方法加固體材料適用范圍散體材料或柔性樁振沖置換法砂石、卵石、角礫、圓礫等材料適用于處理不排水抗剪強(qiáng)度不小于20kPa的粘性土、粉土、飽和黃土和人工填土等地基振沖擠密法適用于處理砂土和粉土等地基土擠密樁法質(zhì)量較好的粘性土適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土等地基，以消除地基濕陷為主要目的灰土擠密樁法熟石灰與土的無水拌和適用于處理地下水位以上的

5、濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，以提高地基承載力為主要目的砂石樁法礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、卵石碎石等適用于擠密松散砂土、素填土和雜填土等地基半剛性樁深層攪拌法水泥和地基土的攪拌固結(jié)體適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土和含水量較高且地基承載力特征值不大于120kPa的粘性土等地基旋噴注漿法水泥和地基土的混合固結(jié)體適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土、粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土和碎石等地基表2樁長(zhǎng)的選擇土層條件樁長(zhǎng)軟弱土層不很厚，下臥土層承載力較高且埋藏不深，或軟弱土層雖很厚，但有可承托樁低的好土層按樁端進(jìn)入下臥好土層12倍樁徑的原則確定軟弱土層很厚，且無夾層按建筑物地基的變形允許的變形和樁低下臥

6、土層的強(qiáng)度確定，大值二者可液化砂層或粉土層應(yīng)穿越液化土層（二）布樁方式的選擇布樁方式主要取決于基礎(chǔ)的形式和地面尺寸。樁在基礎(chǔ)平面內(nèi)可以布置成方形、等邊三角形等形式，不同的布樁方式，對(duì)樁的置換作用是無影響的，但對(duì)樁間土的擠密作用有差異。不同基礎(chǔ)形式的布樁方式，可參考表3選用。表3不同基礎(chǔ)下的布樁方式基礎(chǔ)形式常用的布樁方式注意事項(xiàng)整片基礎(chǔ)等邊三角形、正方形對(duì)于擠密樁，以等邊三角形優(yōu)于正方形布樁單獨(dú)基礎(chǔ)等邊三角形、正方形或等腰三角形樁位布置應(yīng)對(duì)稱于基礎(chǔ)中心和縱橫軸線條形基礎(chǔ)單排、三角形雙排、正方形雙排、等邊三角形或正方形三排樁位應(yīng)重合于基礎(chǔ)軸線，或與基礎(chǔ)軸線對(duì)稱，且在轉(zhuǎn)角處及構(gòu)造柱部位均宜布樁（三）

7、置換率及樁距和樁徑的選擇復(fù)合地基的面積置換率不僅影響地基處理的加固效果，還對(duì)工程造價(jià)有很大影響，置換率主要與樁距和樁徑有關(guān)，因此，計(jì)算時(shí)可先確定樁的間距和直徑，然后再計(jì)算置換率；亦可先根據(jù)天然土的指標(biāo)和加固后要求達(dá)到的復(fù)合地基承載力，計(jì)算出所需的置換率，然后再換算出相應(yīng)的樁距和樁徑。面積置換率及樁距和樁徑可按表4進(jìn)行選擇。表4置換率及樁徑和樁距的選擇復(fù)合地基處理方法樁孔直徑dp樁的間距振沖置換法0.81.2m1.52.5m置換率注入為地基擠密后，樁間土的平均壓實(shí)系數(shù)，可取°.93；內(nèi)max為樁間土的最大干密度；£為地基擠密前土的平均干密度；e為地基處理振沖擠密法0.60.9

8、m1.82.5m土或灰土擠密樁法0.30.6m等邊三角形布置s_095dJ丸c化max砂石樁法0.30.8m松散砂土地基：等邊三角形布置s=0.95dP+e）q-e正方形布置s=0.90dp粘性土地基：等邊三角形布置S=1.08dpJ兀正方形布置s=dp深層攪拌法0.50.8m根據(jù)天然土的指標(biāo)和加固后要求達(dá)到的復(fù)合地基承載力，計(jì)算出所需的置A旋噴注漿法見表5換率，然后再換算出相應(yīng)的樁距mAp111A前砂土的孔隙比，可按原狀土樣試驗(yàn)確定，也可根據(jù)動(dòng)力或靜力觸探試驗(yàn)確定；S1為地基擠密后要求達(dá)到的孔隙比，e_eID（eo）；缶、ei分別為砂土的最大和最小孔隙比，可按國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ123-88土工試

9、驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)確定；D為。一Dmax-Dr（emaLDm）inmaxminr地基擠密后要求砂土達(dá)到的相對(duì)密度，可取0.700.85;d為等效影響圓直徑，等邊三角形布置，dT05s，正方形布置=1.13s，矩形布置，de7.13濟(jì)；S、s分別為樁的縱向間距和橫向間距Ap為樁的平均截面積；A為一根樁承擔(dān)的處理面積。表5旋噴加固體直徑設(shè)計(jì)參考值土質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)旋噴加固體直徑（m）單管法二重管法三重管法多重管法粘性土0<N<50.5-0.80.8-1.21.21.8246<N<100.4-0.70.7-1.11.01.611<N<200.3-0.50.6-1.00.71

10、.2砂土0<N<50.6-1.01.0-1.41.52.06<N<100.5-0.90.9-1.31.21.811<N<200.4-0.80.8-1.20.91.5（四）單樁承載力復(fù)合地基中的單樁承載力宜通過現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)確定，也可通過計(jì)算確定。對(duì)于在復(fù)合地基中所形成的加固樁柱體，目前大多所采用的是散體材料（砂、碎石等）構(gòu)成的柔性樁或膠結(jié)材料（石灰土、水泥土等）構(gòu)成的半剛性樁兩種形式，有緣兩種形式樁體的破壞模式不同，因此，其單樁承載力的計(jì)算方法也不同。1. 散體材料柔性樁的單樁承載力計(jì)算散體材料柔性樁的破壞是以膨脹破壞為主要形式，其樁體單位截面積承載力特征值f

11、p,k可按下式計(jì)算：1Wfp,k匚4馳2（45°寸）（1）式中：fp,k為樁體單位截面積承載力特征值（kPa）;Cu為天然土不排水抗剪強(qiáng)度（kPa）;半p為樁柱體的內(nèi)摩擦角，一般可取35：45;K為安全系數(shù)，K=2。2. 水泥土攪拌樁、旋噴樁等半剛性樁的承載力計(jì)算半剛性樁的破壞是以碎裂破壞和刺入破壞為主要破壞形式，因而其單樁承載力特征值戌應(yīng)分別按樁體材料強(qiáng)度和土對(duì)樁的支撐力計(jì)算，并去其中較小值，即£=fcu,kApd（2）R二Up'qi：g式中：戌為單樁豎向承載力特征值（kPa）;fUc,為與樁身加固體配比相同的室內(nèi)試塊（邊長(zhǎng)70.7mm的立方體）的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平

12、均值（kPa）,對(duì)于水泥土樁，去90d齡期的強(qiáng)度，對(duì)于旋噴樁，去28d齡期的強(qiáng)度；口為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.350.5;Ap為樁的平均截面積（m2）;Up為樁的平均周長(zhǎng)（m）；li為樁周第i層土的厚度（m）；qsi為樁周第i層摩擦力特征值（kPa）,對(duì)于旋噴樁，可采用鉆孔灌注樁側(cè)壁摩擦力特征值，對(duì)于攪拌樁，淤泥可去58kPa,淤泥質(zhì)土可取812kPa,粘性土可取1215kPa；qp為樁端天然地基土的承載力特征值（kPa）,可按GBJ789建筑地基設(shè)計(jì)規(guī)范第三章第二節(jié)中的有關(guān)規(guī)定確定；:為樁端天然地基土承載力的折減系數(shù)，對(duì)于攪拌樁，可取0.40.6，其他情況可取1。（五）復(fù)合地基承載力計(jì)算復(fù)

13、合地基承載力特征值fsp,k宜通過現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，也可按下式計(jì)算：fsp,k=mfp,k：（1m）fs,k（3）式中：fsp,k為復(fù)合地基承載力特征值（kPa）；fp,k為樁體單位截面積承載力特征值（kPa）,fp,k=Rd/Ap；fs,k為樁間土天然地基承載力特征值（kPa）；m為置換率；P為樁間土承載力折減系數(shù)，對(duì)于散體材料柔性樁，取2-1,對(duì)于水泥土攪拌樁，當(dāng)樁端土為軟土?xí)r，可取-,當(dāng)樁端土為硬土?xí)r，可取1=0.1-0.4，當(dāng)不考慮樁間軟土的作用時(shí)，取1=0，對(duì)于旋噴樁，可取2-，當(dāng)不考慮樁間軟土作用時(shí)，取2=0。對(duì)于散體材料柔性樁，當(dāng)為小型工程的粘性土地基時(shí)，其復(fù)合地基承載力

14、特征值fsp,k也可按下式計(jì)算：式中：n為樁土應(yīng)力比，無實(shí)測(cè)資料時(shí)可取24,原土強(qiáng)度低時(shí)取大值，原土強(qiáng)度高時(shí)取小值；Sv為樁間土的十字板抗剪強(qiáng)度（kPa），也可用處理前地基土的十字板抗剪強(qiáng)度代替。在設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)要求達(dá)到的復(fù)合地基承載力，按式（6）計(jì)算復(fù)合地基的面積置換率m及總樁數(shù)N，即sp,ks,ks,kmA(6)(7)式中：A地基加固面積（m2）。（六）軟弱下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算(8)當(dāng)復(fù)合地基下存在軟弱下臥層時(shí)，除復(fù)合地基的承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求外，尚須對(duì)軟弱下臥層強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。其驗(yàn)算方法是將復(fù)合地基與軟弱下臥層視為雙層地基，且樁與樁間土能有效地結(jié)為一體，以應(yīng)力擴(kuò)散角方法進(jìn)行驗(yàn)算，即要求作用在軟弱

15、下臥層頂面處的附加壓力與復(fù)合地基自重壓力之和不大于軟弱下臥層的地基承載力，應(yīng)滿足下式要求：PzPcz-fz式中：Pz為軟弱下臥層頂面處的附加壓力（kPa）；Pcz為軟弱下臥層頂面處的復(fù)合地基自重壓力（kPa）;fz為軟弱下臥層頂面處經(jīng)深度修正后的地基承載力設(shè)計(jì)值（kPa）。條形基礎(chǔ)Pzb(P-Pc)b2ztgn矩形基礎(chǔ)Pzbl(p-Pc)(b2ztg"(l2ztgr)(9)(10)式中：b為矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)頂面的寬度（m）;l為矩形基礎(chǔ)低面低面的長(zhǎng)度（m）;p為基低平均壓力設(shè)計(jì)值（kPa）；pc為基礎(chǔ)低面處土的自重壓力（kPa）；z為基礎(chǔ)低面至軟弱下臥層頂面的距離（m）;二為復(fù)合地

16、基應(yīng)力擴(kuò)散角，可按表6取值。軟弱下臥層頂面處的復(fù)合地基自重壓力pcz，可按下式計(jì)算：(11)Pcz二p(dz)式中：fp為復(fù)合地基平均重度（kN/m）；d為基礎(chǔ)深度（m）。當(dāng)按式（8）驗(yàn)算不滿足要求時(shí)，須重新設(shè)計(jì)復(fù)合地基，直至滿足為止。z/bEsp/Es備注3510<0.25000E為復(fù)合地基壓縮模量，巳為軟弱下臥層壓縮模量1sps0.25010200.5232530（七）復(fù)合地基的變形計(jì)算復(fù)合地基的變形沉降s包括復(fù)合土層的壓縮變形量s和樁端以下未處理土層的壓縮變形量S?即S=sS2（12）式中：s為復(fù)合地基最終豎向變形量（cm）；S為復(fù)合土層的壓縮變形量（cm），對(duì)于攪拌樁復(fù)合地基，可

17、按經(jīng)驗(yàn)取2040cm；S2為樁端下未處理加固土層的壓縮變形量（cm）。對(duì)于復(fù)合土層的壓縮變形量S可按下式計(jì)算:(13)(P0Pz)l2Esp式中：p0為基礎(chǔ)底面附加壓力（kPa）,p0=ppc；p為復(fù)合平均壓力設(shè)計(jì)值（kPa）；pc為基礎(chǔ)底面處土的自重壓力（kPa）;pz為復(fù)合土層底面處的附加壓力（kPa）;l為加固體的實(shí)際長(zhǎng)度（cm）；Esp為復(fù)合土層的壓縮模量（kPa）。復(fù)合土層的壓縮模量Esp可采用置換率加權(quán)的方法進(jìn)行計(jì)算，即Esp二mEp（1m）Es（14）其中對(duì)于散體材料柔性樁復(fù)合地基，復(fù)合土層的壓縮模量Esp也可按下式進(jìn)行計(jì)算：Esp二1m（n-1）（15）式中：Ep為樁體的壓縮模

18、量（kPa）,對(duì)于攪拌樁，可取Ep=（100120）fcu,k，對(duì)于旋噴樁，可采用測(cè)定混凝土割線彈性模量的方法進(jìn)行確定；Es樁間土的壓縮模量（kPa）,可用天然地基的壓縮模量代替；m為面積置換率；n為樁土應(yīng)力比，在無實(shí)測(cè)資料時(shí)，對(duì)粘性土可取24,對(duì)粉土可取1.5原土強(qiáng)度低取大值，原土強(qiáng)度高取小值。S2s（Zjii）（16）VEsi式中：s為按分層總和法計(jì)算出的沉降量（mm）;屮為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)喜事，應(yīng)根據(jù)沉降實(shí)測(cè)資料及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定，也可按表7取值；n為地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；pz為加固樁群體底面處的附加壓力（kPa）；z、Za為加固樁群體底面處分別至第i層土底面和第i-1層底面的距

19、離（m）；:i、.丄為加固樁群體底面處分別至第i層和第i-1層土底面的平均附加應(yīng)力系數(shù)，Esi為加固樁群體底面下第i層土的壓縮模量（MPa）。表7沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)屮注E為下臥層土的壓縮模量。Es(MPa)2.54.07.015.020.0屮1.11.00.70.40.2s三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及設(shè)計(jì)施工說明（一）設(shè)計(jì)要點(diǎn)1. 復(fù)合地基設(shè)計(jì)方法的選擇不同的復(fù)合地基，具有不同的優(yōu)勢(shì)、弱點(diǎn)和適用條件，并且其造價(jià)和工期也不相同，因此，在選擇復(fù)合地基處理方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程要求、巖土特性和技術(shù)能力三個(gè)方面因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對(duì)比確定，其一般性思路為：所選擇的復(fù)合地基能否適應(yīng)場(chǎng)地巖土特性；所選擇的復(fù)合地基能否達(dá)到要

20、求加固目標(biāo)；施工條件是否具備；環(huán)境影響（振動(dòng)、噪音、排污等）是否許可；經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性（造價(jià)高低、工期長(zhǎng)短、材料與能源）情況；最后進(jìn)行決策。2. 復(fù)合地基設(shè)計(jì)的基本程序當(dāng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析比較決定采用某種復(fù)合地基方法后，其設(shè)計(jì)工作可按以下幾本程序進(jìn)行：確定復(fù)合地基加固目標(biāo)；分析勘察資料；了解當(dāng)?shù)厥┕l件；確定樁長(zhǎng)、布樁方式、樁徑、樁距和置換率；進(jìn)行復(fù)合地基承載力和變形驗(yàn)算；施工圖設(shè)計(jì)；反饋施工信息修正設(shè)計(jì)。3. 護(hù)樁的考慮護(hù)樁（又稱為保護(hù)樁）是指位于基礎(chǔ)底面范圍之外的樁，對(duì)于復(fù)合地基的加固效果起保證和提高作用。但由于設(shè)置護(hù)樁往往會(huì)明顯增加工程量和造價(jià)，影響到復(fù)合地基的經(jīng)濟(jì)效益，因此應(yīng)根據(jù)樁型、土質(zhì)、基

21、礎(chǔ)形式以及建筑物重要性等具體條件總和考慮確定。4. 頂部墊層的考慮在復(fù)合地基頂面可鋪設(shè)一層厚約0.30.5m的沙礫料柔性墊層，以使基礎(chǔ)壓力經(jīng)墊層擴(kuò)散后能較均勻地作用于復(fù)合地基，但在整片基礎(chǔ)和存在“硬殼層”及地下水位埋藏較淺的場(chǎng)地或用旋噴樁加固已有建筑物地基等情況，一般都沒有（也不可能）設(shè)置頂部墊層。5. 對(duì)復(fù)合地基質(zhì)量檢驗(yàn)的要求對(duì)復(fù)合地基質(zhì)量進(jìn)行抽樣試驗(yàn)檢查，其質(zhì)量檢驗(yàn)的內(nèi)容、方法和數(shù)量可參考表8進(jìn)行。對(duì)復(fù)合地基進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，應(yīng)考慮到復(fù)合地基的強(qiáng)度實(shí)效，因此，在復(fù)合地基施工結(jié)束后，應(yīng)間隔一定時(shí)間方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。表8復(fù)合地基質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容各種樁復(fù)合地基承載力多樁或單樁復(fù)合地基靜載荷試驗(yàn)總樁數(shù)的0

22、.25%0.5%且不應(yīng)少于三根樁體密實(shí)度動(dòng)力觸探，必要時(shí)可配合取芯采用和開挖檢查總樁數(shù)的2%4%,且不少于3根擠密樁樁間土擠密效果標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探、動(dòng)力觸探、土工試驗(yàn)等參考中等復(fù)雜場(chǎng)地詳勘階段的勘察點(diǎn)距離布置（二）設(shè)計(jì)施工說明復(fù)合地基的施工圖設(shè)計(jì)一般由樁位設(shè)計(jì)圖（含剖面設(shè)計(jì)）和設(shè)計(jì)施工說明兩部分組成，其設(shè)計(jì)施工說明的內(nèi)容主要有以下幾個(gè)方面：（1）編制復(fù)合地基設(shè)計(jì)所依據(jù)的基本資料和規(guī)范。（2）工程的建筑特性和場(chǎng)地的巖土概況。（3）復(fù)合地基的加固對(duì)象、加固承載力目標(biāo)值及樁體質(zhì)量和樁間土擠密質(zhì)量的要求指標(biāo)。（4）復(fù)合地基所采用的樁型、樁材（品種、規(guī)格和配合比）、樁長(zhǎng)、樁徑、樁距和置換率。（5）制樁工藝的主要要求、工藝參數(shù)、施工質(zhì)量指標(biāo)和施工順序。（6）特殊技術(shù)措施的說明。（7）保證施工質(zhì)量的技術(shù)措施及按信息法施工的具體要求。（8）對(duì)施工質(zhì)量檢測(cè)工作的要求。（9）其他有必要進(jìn)行說明的問題。四、復(fù)合地基設(shè)計(jì)（一）基本設(shè)計(jì)資料1）工程概況某六層住宅樓，建筑占地約800m2，建筑面積約5000m2。（2）基礎(chǔ)形式與荷載條件擬