地基處理技術(shù)鄭俊杰地基處理技術(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地基強(qiáng)度和變形的要求時，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

2、基的類型可按樁的類型進(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

3、換土墊層均勻地基應(yīng)力和增大應(yīng)力擴(kuò)散角等作用。 3. 擠密作用 對于砂樁、碎石樁、灰土樁等復(fù)合地基，由于施工過程中的振動、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）樁長的選擇 對于復(fù)合

4、地基中加固樁體長度（加固深度）的選擇，應(yīng)該根據(jù)土層分布、工程要求等因素確定， 當(dāng)相對硬層的埋藏深度不大時，應(yīng)按相對硬層的埋藏深度確定；當(dāng)相對硬層的埋藏深度較大時，應(yīng)按建筑物地基的變形確定；在可液化地基中，樁長應(yīng)按要求的抗震處理深度確定。樁長的具體選擇可參考表2進(jìn)行，樁長一般不宜短于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  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

5、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 樁長的選擇 土 層 條 件 樁 長 軟

6、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土層的強(qiáng)度確定，二者大值 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，對樁的置換作用是無影響的，但對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 對于擠密樁，以等邊三角形優(yōu)于正

7、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)軸線對稱，且在轉(zhuǎn)角處及構(gòu)造柱部位均宜布樁 （三）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，還對工程造價有很大影響，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

8、處理方法 樁孔直徑 樁的間距 置換率 振沖置換法 0.81.2m 1.52.5m    振沖擠密法 0.60.9m 1.82.5m 土或灰土擠密樁法 0.30.6m 等邊三角形布置    砂石樁法    0.30.8m 松散砂土地基：等邊三角形布置 正方形布置 粘性土地基：等邊三角形布置 正方形布置 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)算出所需的置換率，然后再換算出相應(yīng)的樁距 旋噴注漿法 見表5注 為地基擠密后，樁間土的平均壓實(shí)系數(shù)，可取0.93；為樁

9、間土的最大干密度；為地基擠密前土的平均干密度；為地基處理前砂土的孔隙比，可按原狀土樣試驗(yàn)確定，也可根據(jù)動力或靜力觸探試驗(yàn)確定；為地基擠密后要求達(dá)到的孔隙比，； 分別為砂土的最大和最小孔隙比，可按國家標(biāo)準(zhǔn)GBJ12388土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)確定；為地基擠密后要求砂土達(dá)到的相對密度，可取0.700.85；為等效影響圓直徑，等邊三角形布置，正方形布置，矩形布置，；分別為樁的縱向間距和橫向間距為樁的平均截面積；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<5

10、< P>0.50.80.81.21.21.8 246<N<10< P>0.40.70.71.11.01.611<N<20< P>0.30.50.61.00.71.2 砂 土 0<N<5< P>0.61.01.01.41.52.06<N<10< P>0.50.90.91.31.21.811<N<20< P>0.40.80.81.20.91.5（四）單樁承載力 復(fù)合地基中的單樁承載力宜通過現(xiàn)場載荷試驗(yàn)確定，也可通過計(jì)算確定。對于在復(fù)合地基中所 形成

11、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。 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 可按下式計(jì)算： （1） 式中：為樁體單位截面積承載力特征值（kPa）；為天然土不排水抗剪強(qiáng)度（kPa）；為樁柱體的內(nèi)摩擦角，一般可?。籏為安全系數(shù)，K2。 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應(yīng)分別 按樁體材料強(qiáng)度和土對樁的

12、支撐力計(jì)算，并去其中較小值，即 （2） 式中：為單樁豎向承載力特征值（kPa）；為與樁身加固體配比相同的室內(nèi)試塊（邊長70.7mm的立方體）的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度平均值（kPa），對于水泥土樁，去90d齡期的強(qiáng)度，對于旋噴樁，去28d齡期的強(qiáng)度；為樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，可取0.350.5；為樁的平均截面積（）；為樁的平均周長（m）；為樁周第i層土的厚度（m）；為樁周第i層摩擦力特征值（kPa），對于旋噴樁，可采用鉆孔灌注樁側(cè)壁摩擦力特征值，對于攪拌樁，淤泥可去58kPa，淤泥質(zhì)土可取812kPa，粘性土可取1215kPa；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

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

14、征值也可按下式計(jì)算： （4） 或 （5） 式中：為樁土應(yīng)力比，無實(shí)測資料時可取24，原土強(qiáng)度低時取大值，原土強(qiáng)度高時取小值；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，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及總樁數(shù)N，即 （6） （7） 式中：地基加固面積（）。 （六）軟弱下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算 當(dāng)復(fù)合地基下存在軟弱下臥層時，除復(fù)合地基的承載力應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求外，尚須對軟弱下臥層 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，即要求作用在軟弱下臥層頂面處的附加壓

15、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： （8） 式中：為軟弱下臥層頂面處的附加壓力（kPa）；為軟弱下臥層頂面處的復(fù)合地基自重壓力（kPa）；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) （9） 矩形基礎(chǔ) （10） 式中：為矩形基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)頂面的寬度（m）；為矩形基礎(chǔ)低面低面的長度（m）；為基低平均壓力設(shè)計(jì)值（kPa）；為基礎(chǔ)低面處土的自重壓力（kPa）；為基礎(chǔ)低面至軟弱下臥層頂面的距離（m）；為復(fù)合地基應(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，可按下式計(jì)算： （11） 式中：為復(fù)合地基平均重度（kN/）；為基

16、礎(chǔ)深度（m）。 當(dāng)按式（8）驗(yàn)算不滿足要求時，須重新設(shè)計(jì)復(fù)合地基，直至滿足為止。 表6 復(fù)合地基的應(yīng)力擴(kuò)散角（） 備注 3510< 0.25000為復(fù)合地基壓縮模量，為軟弱下臥層壓縮模量 0.25010200.5232530（七）復(fù)合地基的變形計(jì)算 復(fù)合地基的變形沉降包括復(fù)合土層的壓縮變形量和樁端以下未處理土層的壓縮變形量即 （12） 式中：為復(fù)合地基最終豎向變形量（cm）；為復(fù)合土層的壓縮變形量（cm），對于攪拌樁復(fù)合地基，可按經(jīng)驗(yàn)取2040cm；為樁端下未處理加固土層的壓縮變形量（cm）。 對于復(fù)合土層的壓縮變形量可按下式計(jì)算： （13） 式中：為基礎(chǔ)底面附加壓力（kPa），；為復(fù)合

17、平均壓力設(shè)計(jì)值（kPa）；為基礎(chǔ)底面處土的自重壓力（kPa）；為復(fù)合土層底面處的附加壓力（kPa）；為加固體的實(shí)際長度（cm）；為復(fù)合土層的壓縮模量（kPa）。 復(fù)合土層的壓縮模量可采用置換率加權(quán)的方法進(jìn)行計(jì)算，即 （14） 其中對于散體材料柔性樁復(fù)合地基，復(fù)合土層的壓縮模量也可按下式進(jìn)行計(jì)算： （15） 式中：為樁體的壓縮模量（kPa），對于攪拌樁，可取，對于旋噴樁，可采用測定混凝土割線彈性模量的方法進(jìn)行確定；樁間土的壓縮模量（kPa），可用天然地基的壓縮模量代替；為面積置換率；為樁土應(yīng)力比，在無實(shí)測資料時，對粘性土可取24，對粉土可取1.53，原土強(qiáng)度低取大值，原土強(qiáng)度高取小值。 對于樁端

18、下為加固土層的壓縮變形量可用分層總和法按下式計(jì)算： （16） 式中：為按分層總和法計(jì)算出的沉降量（mm）；為沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)喜事，應(yīng)根據(jù)沉降實(shí)測資料及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)確定，也可按表7取值；為地基沉降計(jì)算深度范圍內(nèi)所劃分的土層數(shù)；為加固樁群體底面處的附加壓力（kPa）；、為加固樁群體底面處分別至第i層土底面和第i-1層底面的距離（m）；、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)，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)（MPa） 2.54.07.015.020.01.11.00.70.40.2注 為下臥層土的壓縮模量。 三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)及設(shè)計(jì)施工說明 （

19、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、弱點(diǎn)和適用條件，并且其造價和工期也不相同，因此，在選擇復(fù)合地基處理方案時，應(yīng)根據(jù)工程要求、巖土特性和技術(shù)能力三個方面因素，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析對比確定，其一般性思路為：所選擇的復(fù)合地基能否適應(yīng)場地巖土特性；所選擇的復(fù)合地基能否達(dá)到要求加固目標(biāo)；施工條件是否具備；環(huán)境影響（振動、噪音、排污等）是否許可；經(jīng)濟(jì)適應(yīng)性（造價高低、工期長短、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?/p>

20、工條件；確定樁長、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)樁往往會明顯增加工程量和造價，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地或用旋噴樁加固已有建筑物地基等情況，一般都沒有（也

21、不可能）設(shè)置頂部墊層。 對復(fù)合地基質(zhì)量檢驗(yàn)的要求 對復(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)間隔一定時間方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。 表8 復(fù)合地基質(zhì)量檢測內(nèi)容 樁型 檢驗(yàn)內(nèi)容 基本方法 檢測點(diǎn)數(shù)量 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0.250.5且不應(yīng)少于三根 樁體密實(shí)度 動力觸探，必要時可配合取芯采用和開挖檢查 總樁數(shù)的24，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、動力觸探、土工試驗(yàn)等 參考中等復(fù)雜場地詳勘階段的勘察點(diǎn)距離布置 （二）設(shè)計(jì)

22、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地的巖土概況。 （3）復(fù)合地基的加固對象、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、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）對施工質(zhì)量檢測工作的要求。 （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 擬采用筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底面壓力120 kPa。 （3）工程地質(zhì)條件 該場地地形較為平坦，平均地面標(biāo)高在3.90m，地下水埋深在地面下0.52m，平均水位標(biāo)高