地基基礎課程設計指導書2007628

1、地基處理課程設計指導書基本知識：一、水泥攪拌樁復合地基的工程勘察 對于準備采用水泥攪拌樁工程的場地，除了常規(guī)的工程地質(zhì)勘察外，尚應查明：1. 填土層的結(jié)構(gòu)，特別要查明大塊障礙物(石塊、樹根等)的尺寸和含量；2水泥攪拌樁加固深度范圍內(nèi)土的天然含水量；3. 有機質(zhì)土層及有機質(zhì)性質(zhì)和含量；4. 地下水的侵蝕性。因為許多種普通水泥不適應硫酸鹽的結(jié)晶性侵蝕，甚至會喪失強度。二、設計參數(shù)的選擇(一) 水泥1. 水泥強度等級。水泥土強度隨水泥強度等級的提高而提高，一般選用42.5號普通礦渣水泥。 2. 水泥摻合量。表示水泥摻合量的摻合比在1020之間，一般用W=15%。（二）水泥攪拌樁置換率（m） 置換率的

2、大小直接影響復合地基承載力的大小，也影響建筑物沉降量的大小。從最佳的技術(shù)經(jīng)濟指標衡量，一般選用m20較為恰當。三、復合地基承載力水泥攪拌樁復合地基承載力原則上應通過現(xiàn)場復合地基載荷試驗確定，也可按下式計算： （1-1） 式中 復合地基承載力特征值(Kpa)m 面積置換率； Ap 水泥攪拌樁單樁截面積(m2) 樁間土承載力標準值(Kpa) 樁間土承載力折減系數(shù)，當樁端土軟土時；=0.10.4；當不考慮樁間軟土作用時；=0； 單樁豎向承載力特征值，原則上應通過單樁載荷試驗確定，也可用下列兩式計算，取其中較小者 （1-2） （1-3） 式中 與水泥攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)水泥土試塊(70.7m

3、m ×70.7mm×70.7mm立方體或50mm×50mm×50mm立方體)在標準養(yǎng)護條件下90d齡期的立方體抗壓強度平均值(kPa)； 樁身強度折減系數(shù)，干法0.200.30，濕法0.250.33； 樁周第i層土側(cè)摩阻力特征值，對于淤泥=47Kpa；淤泥質(zhì)土=612kPa；軟塑粘性土1015kPa；可塑粘性土1218kPa； 水泥攪拌樁周長(m)； i 樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度 (m)； 樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值（kPa），可按規(guī)范取值； 樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，=0.4-0.6。四、下臥層強度驗算 水泥攪拌樁復合地基往往以承臺下群樁的

4、形式出現(xiàn)，群樁中的樁與單個樁的工作狀態(tài)不盡相同。當樁距不大時，亦即攪拌樁的置換率較大 (譬如m=20)且非單行排列，而樁端以下仍然存在較軟弱的土層時；應驗算下臥層的地基強度。設想攪拌樁與樁間土為一假想實體基礎，則下臥層強度可按下式驗算 式中 水泥攪拌樁復合地基承載力特征值(kPa)； F 基礎(承臺)總面積(m2)，詳見圖1；G 假想實體基礎自重(kN)； 假想實體基礎側(cè)壁上的平均摩阻力特征值(kPa)； | U 假想實體基礎側(cè)面積（m2） 假想實體基礎邊緣軟土的承載力特征值（kPa）；F1 假想實體基礎的底面積(m2)， fs 假想實體基礎底面修正后的地基承載力特征值(kPa)； 設 計 實

5、 例一、工程概況某5層辦公樓，磚混結(jié)構(gòu)體系。樓、地、屋面均采用預應力多孔板。240mm厚磚墻采用燒結(jié)普通磚實砌。鋼筋混凝土條形基礎；500mm水泥攪拌樁復合地基?；A剖面構(gòu)造如圖1-2所示。上部結(jié)構(gòu)線荷載(算至室外地坪)如圖1-3所示。 圖1-2 基礎剖面 本工程地處軟弱場地地基自然地坪(同室外地坪)下50cm范圍為耕植土，其下粉質(zhì)粘土層厚1m，再往下則為“深不見底”的流塑狀淤泥質(zhì)粘士層。各土層的主要物理力學性質(zhì)指標詳見表1-1。常年平均地下水位在地表下1m深處。地下水無侵蝕性。 各土層物理力學性質(zhì)指標 表1-1土層名稱厚度（m）含水量（%）重度r（kN/m3）比重ds（g/cm3）塑性指數(shù)I

6、p壓縮模量Es（MPa）地基承載力特征值qp（kPa）樁側(cè)摩擦力特征值qs（kPa）耕植土0.518.0粉質(zhì)粘土135.318.52.7315.93.378012.0淤質(zhì)粘土28.551.118.02.7419.71.68557.0圖1-3 上部結(jié)構(gòu)線荷載平面二、確定基礎平面尺寸及復合地基承載力1 復合地基承載力估算，假定樁長L=10m置換率m15，則單樁承載力特征值(不考慮樁端土承載力)為：以下兩者中取小者： 復合地基承載力標準值(樁間土地基承載力折減系數(shù)=0.8)為： 2按計算條基寬度B 由圖2，基礎自重按20kPa計算。根據(jù)圖3上部結(jié)構(gòu)線荷載平面圖，條基寬度計算如下； (1) 軸條基寬度

7、軸的最大線荷載為82kNm，若取B1 m，則基底壓力為82+20 102kPa<。由于攪拌樁的直徑為500mm，根據(jù)構(gòu)造要求，條基的最小寬度應為l m。所以，軸的條基寬度取為l m。 (2) 軸條基寬度 取一個開間寬度作為計算單元，如圖1-4所示。 條基總面積：（m2） 上部總荷載：KN 基礎自重：（KN） 根據(jù)力的平衡條件，得： 解方程得：B1.03m 取B1.1m (3) 、軸條基寬度 單個單元：條基總面積：（m2） 單個單元：上部總荷載：kN單個單元：基礎自重：（kN）根據(jù)力的平衡條件，得： 解方程得： B0.86m根據(jù)構(gòu)造要求，取B=l3. 根據(jù)上述計算結(jié)果分析，復合地基承載力取

8、值偏高。若改取Kpa，重復上述計算，得：軸條基寬度為1.0m 軸條基寬度為1.29m，取1.3m、軸條基寬度為0.99m，取1.0m 圖1-4橫墻寬度計算單元基礎平面如圖1-5所示。要求復合地基承載力?；A總面積為： m2圖1-5 基礎平面三、計算不同置換率對應的總工程量(樁長總延米數(shù))基礎總面積：A184.8m2復合地基承戴力標準值：樁徑500mm、樁周長U3.14×0.51.57m樁截面面積：m2樁間土承載力標準值：樁間土承裁力折減系數(shù)：=0.8樁水泥土強度折減系數(shù)：=0. 333樁端土承載力折減系數(shù)：=0樁頂施工鑿樁高度：L0.5m 對應于不同置換率(m10、12.5、15、1

9、7.5、20)情況下的單樁豎向承載力、樁數(shù)n、樁身水泥土強度qu、樁長L及樁長總延米數(shù)M分別計算如下。計算結(jié)果列于表1-2。= = =（kN）*m根樁身水泥土強度：（kPa）土的承承力：（kN）（m）（m）不同置換率情況下工程量計算 表1-2m（%）（kN）n（根）（kPa）L（m）M（m）10144.894217212.31203.212.5118.411617769.91206.415100.814015128.31232.017.588.216213237.21247.42078.818611826.31264.8注：考慮到工程的對稱性，樁數(shù)均取為偶數(shù)。四、樁位布置 樁位的平面布置應按適

10、當?shù)拿娣e置換率m和較小的總延長米數(shù)M為原則。面積置換率m不能太小，否則，單樁承載力要求過高，水泥土強度或施工機械不能滿足設計要求；面積置換率m也不能太大，否則樁數(shù)太多、樁距太密、影響單樁承載力的發(fā)揮，不經(jīng)濟。本例選擇兩種面積置換率(m12.5%，15%)進行試排樁，如圖1-6所示。當m12.5%時，實際總樁數(shù)，n132，總延長米數(shù)M132×(9.9+0.5)=1372.8m，當m15%時，實際總樁數(shù)n=148，總延長米數(shù)M148×(8.3+05)=1302.4m。兩者相比，m15%時的工程量較省，因而本工程實際采用面積置換率m=15%排樁。圖1-6 樁位平面布置 圖1-7

11、假想實體基礎平面五、下臥層強度驗算將加固后的樁群視為一個格子狀的假想實體基礎(平均重度取18.5kN/m3)，如圖1-7所示。軸由于樁距較近，視為假想實體基礎的一部分。則：假想實體基礎的底面積：m2假想實體基礎的側(cè)表面積： m2軸間無基礎之空地面積：S=0.8×24.2=19.36m2實際基礎底面積：A=184.8m2上部線荷載總重：P1=(66+82)×25.2×2+122×11.8×2+165×5×6×2=20238.4kN，實際基礎自重：P2=20×184.8=3696kN： 軸間空地自重：P3 =

12、(18×7.8+18.5×0.5) ×19.36=353.3kN假想實體基礎自重：G(18.510) ×120.81×8.3=8523.1kN假想實體基礎側(cè)摩阻力：kN樁間土反力總和80×(184.8+19.36120.81)6668kN樁端下臥層平均應力： kPa 樁端下臥層承載力標準值： 55kPa， D8.3+1.09.3m，nd1.0 kN/m3 = 55 + 1.0×9.13×（9.3 - 0.5）=126.2kPa滿足要求六、地基變形驗算地基沉降由樁群體壓縮變形和下臥天然軟土層變形兩部分組成。計算從略。

13、七、水泥摻合比確定由表2可知，本工程采用的水泥攪拌樁要求水泥土強度qu1512kPa。應根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)，通過室內(nèi)試驗，確定恰當偽水泥摻合比，以滿足水泥土強度的設計要求。當有經(jīng)驗時，也可不做試驗，根據(jù)經(jīng)驗確定恰當?shù)乃鄵胶媳?。施工要點水泥攪拌樁復合地基的性質(zhì)很大程度上取決于水泥攪拌樁的樁身質(zhì)量、即樁身水泥土的強度和攪拌的均勻程度一、施工機具 國內(nèi)目前所用的水泥攪拌樁機具主要有中心管噴漿的雙頭攪拌機和葉片噴漿的單頭攪拌機，單頭攪拌還有一種粉體噴攪機，前者用水泥漿作工作液體，而后者則用水泥粉體以霧狀噴入加固土體，憑借鉆頭的葉片旋轉(zhuǎn)使水泥粉體與土體充分攪拌混合。一般說來，用水泥漿作工作液的所謂“濕法攪拌

14、”與水泥粉以霧狀噴入的“干法攪拌”棍比，前者應用比較廣泛，因此該處介紹的施工要點主要是濕法攪拌。水泥攪拌樁的施工機具由主機和配套設備組成。主機包括動力、攪拌和輸漿三部分。主機的關(guān)鍵部分是攪拌軸和攪拌頭。對于雙頭攪拌機，攪拌頭為帶硬質(zhì)合金鋼的兩個葉片，直徑0.7一0.8m。單頭攪拌機在攪拌頭上分別安裝攪拌葉片和噴漿葉片，攪拌葉片和噴漿葉片一上一下，兩者相距約0.5m。葉片直徑約0.50.7m，其中以直徑等于0.5m者較為常用。配套設備包括灰漿拌和機、集料斗、灰漿泵以及電氣控制柜等幾部分。二、水泥漿制備(一)根據(jù)水泥摻合比確定水泥摻合量()，當水泥摻合比（）確定后，水泥摻合量可按下式計算式中： 水

15、泥摻合比，通常取=15%； r 天然土體的濕重度（kN/m3）；w 平均加固（攪拌）1m3土所需要的水泥摻合量，通常2.5kNm3；（二）水泥漿水灰比水泥漿水灰比根據(jù)施工條件而異，即根據(jù)加固土的含水量及輸漿情況決定合適的水灰比。水灰比取值范圍一般為0.81.0（水：灰）（三）外摻劑石膏和木質(zhì)素磺酸鈣(簡稱木鈣)是兩種最常用的水泥攪拌樁外摻劑。石膏與水泥水化物反應生成的鈣釩石結(jié)晶能大量吸附軟粘土中的自由水分，因此有增強作用，是一種良好的早強荊。此外，在水泥硬化過程中還具有一定的緩凝作用，有利于攪拌施工。石膏摻合量約為水泥用量的2倍。木鈣主要起減水作用，以增加水泥漿的稠度，便于泵送，但對水泥土的強

16、度影響不大。木鈣的摻合量為水泥用量的0.2%。三、成樁工藝（一）水泥攪拌樁機就位；（二）葉片噴漿攪拌并下沉，下沉速度不大于lmmin，下沉時旋轉(zhuǎn)速度不大于60轉(zhuǎn)min。（三）噴漿攪拌并上提。葉片下沉到底后，原地噴漿一定時間；以同樣速度上提至孔口，于是水泥攪拌樁成樁完畢。必要時在孔口以下13樁長段進行復攪拌。（四）關(guān)閉水泥攪拌機，移機至下一個樁位。四、水泥攪拌樁復合地基基礎開挖。水泥攪拌樁成樁施工完畢后，基礎開挖時應將上部500cm左右成型較差的樁段挖去，然后再澆筑混凝土基礎。五、質(zhì)量檢驗根據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ792002）規(guī)定，水泥攪拌樁應在成樁后7d內(nèi)用輕便觸探器鉆取樁身加固土樣，

17、觀察攪拌均勻程度，同時根據(jù)輕便觸探擊數(shù)用對比法判斷樁身強度。被檢驗的樁的數(shù)量應不少于完成樁數(shù)的2。在下列情況下尚應進行取樣、單樁載荷試驗或開挖檢驗：1. 經(jīng)觸探檢驗，對樁身強度有懷疑的樁應鉆取樁身芯樣，制成試塊并測定樁身強度，2. 場地復雜或施工有問題的樁應進行單樁載荷試驗，檢驗其承載力；3. 對相鄰樁搭接要求嚴格的工程，應在樁養(yǎng)護到一定齡期時選取數(shù)根樁體進行開挖檢驗。 基槽開后，應檢驗樁位、樁數(shù)與樁頂質(zhì)量，如不符合規(guī)定要求，則應采取有效補救措施。 據(jù)現(xiàn)有輕便觸探擊數(shù)（N10）與水泥強度（qu）對比資料，似有如下關(guān)系：輕便觸探擊數(shù)（N10）與水泥土強度（qu）關(guān)系 表1-3N10（擊數(shù)）152

18、0253035>40qu（kPa）200300400>500六、水泥攪拌樁復合地基載荷試驗要點：(一)復合地基載荷試驗的壓板可用方形或矩形。單樁復合地基載荷試驗壓板的面積為一根樁承擔的處理面積；多樁復合地基載荷試驗壓板的尺寸按實際樁數(shù)所承擔的處理面積確定。(二)壓板底高程應與基礎底面設計高程相同，壓板下宜設中粗砂找平層。(三)加荷等級可分為812級，總加載量不宜少于設計要求值的兩倍。(四)每級加載后，按間隔10、10、10、15、15min，以后每隔半小時讀一次沉降。當加載量尚未超過設計要求值時，一小時內(nèi)沉降量小于0.1mm才可加下一級荷裁；當加載量大于設計要求值后，一小時內(nèi)沉降量

19、小于0.2mm即可加下一級荷載。(五)當出現(xiàn)下列現(xiàn)象之一時，可終止試驗： 1. 沉降s急劇增大，土被擠出或壓板周圍出現(xiàn)明顯的裂縫；2. 總加載量已為設計要求值的兩倍以上； 3. 累計的沉降量已太于壓板寬度的l0。滿足第1種情況時，其對應的前一級荷載定為極限荷載。以上載荷試驗要點引自軟土地基深層攪拌加固法技術(shù)規(guī)程。參 考 文 獻1. 地基處理手冊編寫委員會. 地基處理手冊。北京：中國建筑工業(yè)出版社，19882. 黃自彬，陳嘉壽，尹雄云.深層攪拌單樁多點位移測試資料分析城市改造中的巖土工程問題學術(shù)討論論文集，19903. 中華人民共和國行業(yè)標準建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ792002)北京：中國建

20、筑工業(yè)出版社，20024. 天津港灣工程研究所(譯). 水泥系深層拌和法(CDM)工法設計和施工手冊摘錄. 深層攪拌祛設計與施工經(jīng)驗交流會論文集北京：中國鐵道出版社；19935. 顧堯章，周煥橋水泥攪拌樁承載力與臨界樁長市三屆全國地基處理學術(shù)討論會論文集杭州；浙江大學出版社，19926. 顧堯章，繆凌峰，周煥橋上部復攪的水泥攪拌樁承載力深層攪拌法設計、施工經(jīng)驗交流會論文集. 北京：中國鐵道出版杜，19937. 顧堯章，徐萍復合地基的變形模量及其非線性表達式. 浙江省市五屆土力學及基礎工程學術(shù)討論會論文集杭州；浙江大學出版社，19928. 邱良佐水泥加固復合地基中王腐殖質(zhì)的影響. 浙江省巖土力學學術(shù)會議論文集北京：中國鐵道出版社；1993 9. 中華人民共和國行業(yè)標準軟土地基深層攪拌加固法技術(shù)規(guī)程(YBJ22591). 北京：中國建筑工業(yè)出版社，199l 地基處理課程設計任務書一、計算書 1 .復合地基承載力計算 2