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1、本科生毕业设计（论文）本科生毕业设计（论文）题目题目河北园博园主展馆河北园博园主展馆CFG桩桩 地基处理设计地基处理设计 姓名姓名 学号学号 学学 院院工程学院工程学院 专业专业土木工程土木工程 指导教师指导教师 目目 录录1 工程概况工程概况2 工程地质条件工程地质条件2.1 地形地貌2.2 地层岩性3 设计依据设计依据4 地基处理要求地基处理要求4.1方案的对比与适用范围4.2 选择处理方案分析5 复合地基方案详细设计计算复合地基方案详细设计计算5.1 地基处理深度与复合地基桩端持力层的确定5.2 桩径、桩长、单桩承载力特征值与桩身材料的确定5.2.1 桩径的确定5.2.2 桩长的确定5.
2、2.3单桩承载力特征值5.2.4桩身材料的确定5.3置换率计算与复合地基承载力特征值的验算5.3.1 置换率计算5.3.2 复合地基承载力特征值计算5.3.3复合地基下卧层验算5.3.4复合地基压缩模量验算5.4沉降计算与变形控制沉降计算与变形控制 5.4.1 沉降计算5.4.2 复合地基的变形6 复合地基施工复合地基施工6.1 复合地基设计参数说明6.2 检测要求6.3 施工技术要求6.3.1 施工前必备资料和条件6.3.2 施工技术措施7 经费预算经费预算致谢致谢参考文献参考文献附表附表河北园博园主展馆河北园博园主展馆CFG桩地基处理设计桩地基处理设计 1 工程概况 河北省园林博览园主展馆
3、，位于石家庄市北滨河新区三里屯村，临近滹沱河，有京珠高速和京广铁路等从周边通过，交通条件便利。拟建建筑物为框架结构，地上3层，局部夹层，基础形式采用独立基础，建筑物0.000相当于绝对标高68.00m。基础埋置深度-3.00m，地基持力土层为粉土层。由于天然地基强度不能满足设计要求，需进行地基处理，根据勘察资料及设计要求结合本地区经验，采用长螺旋泵压素砼桩进行地基处理。要求地基处理后地基持力层承载力特征值达到360kPa，压缩模量达到17.4MPa。2 工程地质条件2.1 地形地貌地形地貌根据岩土工程勘察报告，拟建场地地层主要由第四系冲洪积成因的粉质黏土、粉土、砂类土等构成。2.2 地层岩性地
4、层岩性粉土层：稍密中密状，表层多为杂填土和耕植土薄层，工程性质一般，承载力特征值fak120kPa。粉质黏土层：呈可塑状。含少量砂颗粒，工程性质较稳定。承载力特征值fak140kPa。中砂-1层：稍密状，该层主要分布在东北部边缘地带，工程性质较稳定。承载力特征值fak160kPa。粉土层：中密状。场地内普遍分布，横向分布不连续，工程性质相对较好。承载力特征值fak150kPa。中砂-1层：稍密状。工程性质较稳定。承载力特征值fak160kPa。细砂层：稍密中密状，层位分布不连续，局部缺失，工程性质较稳定。承载力特征值fak170kPa。粉土-1层：中密状，工程性质较稳定。承载力特征值fak13
5、0kPa。中砂层：层位分布连续、稳定，中密状，工程性质比较稳定。承载力特征值fak220kPa。粉土层：中密状，成层较稳定。承载力特征值fak150kPa。中砂层：密实状，偶含小圆砾。承载力特征值fak250kPa。3 设计依据河北省园林博览园主展馆岩土工程勘察报告；基础平面图及结构设计总说明；国家标准建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）；行业标准建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）；河北省工程建设标准长螺旋钻孔泵压混凝土桩复合地基技术规程（DB13（J）31-2001）。4 地基处理方案4.1 方案的对比与适用范围方案的对比与适用范围（1）碎石桩法 碎石桩法是指用振动、冲
6、击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，在将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的碎石所构成的密室桩体。砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换处理。砂石桩法也可用于处理可液化地基。（2）夯实水泥土桩法利用机械成孔（挤土或非挤土）或人工挖孔，然后将水泥和土按设计的比例拌和均匀，在孔内夯实至设计要求的密实度而形成的加固体与桩间土组成复合地基的地基处理方法，称为夯实水泥土桩法。适用于处理深度5-15米、含水量14%-23%的湿陷性黄土、地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土及其他非饱和黏性土等地基。该方法的特点是施工周
7、期短、造价低、以土治土、深层加密，目前在我国华北和西北等黄土地区已广泛采用。（3）水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称，(C指Cement、F指Fly-ash、G指Gravel)，是由碎石、石屑、粉煤灰组成混合料，掺适量水进行拌和，采用各种成桩机械形成的桩体。适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应根据地区经验或现场试验确定其适用性。基础和桩顶之间需设置一定厚度的褥垫层，保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。该法适用于条基、独立基础、箱基、筏基，可用来提高地基承载力和减少变形。对可液化地基，可采用碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩多桩型复合地基，达到消
8、除地基土的液化和提高承载力的目的。该法所用材料仅需少量水泥，便于就地取材，基础工程不会与上部结构争“三材”。4.2 选择处理方案分析选择处理方案分析根据上部建筑物结构特点和地层条件，结合本地地基处理经验，保证建筑物的经济和安全运营，选取CFG桩方案，选择理由：夯实水泥土桩处理深度不如CFG桩处理深度深，且处理条件不如CFG桩处理的地层更复杂一些。碎石桩与CFG桩对比：单桩承载力方面：CFG桩承担总荷载的百分比为40%75%，而碎石桩则为15%30%；复合地基承载方面：CFG桩承载力提高幅度有较大的可调性，可提高4倍或更高，碎石桩加固黏土复合地基承载力的提高幅度较小；变形方面：CFG桩增加桩长可
9、有效减少变形和总的变形量，碎石桩减小地基变形幅度较小，总的变形量较大；适用范围方面：CFG桩适用于多层和高层建筑物地基，碎石桩适用于多层建筑物地基。CFG桩桩体具有刚度及强度，能将基底压力传到较深的持力层中，故能很好的利用深层持力层，桩与桩间土组成复合地基，承担上部荷载。由于CFG桩桩身良好的受力性能，降低了基底天然地基土的附加应力，从而减少其压缩量，使地基整体刚度及强度均有较大提高，消除地基部分湿陷性，以满足设计要求。地基处理要求地基处理要求要求主展馆地基处理后地基持力层承载力特征值达到360kPa，压缩模量达到17.4MPa，相邻柱基沉降差0.002L。5 复合地基方案详细设计计算5.1
10、地基处理深度与复合地基桩端持力层的确定地基处理深度与复合地基桩端持力层的确定根据勘察报告及设计图纸，按设计所提的复合地基承载力及变形要求，结合地基土层的性质及分布特点，考虑施工可行性，选择粉土层及中砂层为桩端持力层。5.2 桩径、桩长、单桩承载力特征值与桩身材料的确定桩径、桩长、单桩承载力特征值与桩身材料的确定在桩顶设置200mm厚0.5cm的石屑褥垫层，宽出基础边线200mm。5.2.1 桩径的确定桩径的确定根据石家庄地区的机械设备情况及规范推荐的桩径要求，综合确定桩径应该采用400mm。5.2.2 桩长的确定桩长的确定根据勘察报告的工程地质剖面，确定博览园基础处理的有效桩长14.0m，施工
11、桩长14.5m。5.2.3单桩承载力特征值单桩承载力特征值根据建筑地基处理技术规范有关规定，本工程单桩承载力按公式法计算单桩承载力（Ra）。式中：桩端阻力特征值（kPa）；桩体截面面积（m2）；桩身周长（m）；桩侧i层土侧摩阻力特征值（kPa）；按土层划分的各段桩长(m)。=500 kPa =0.1256m2 =1.256mppisinipaAqLqUR1pqpApUsiqiLpqpApU Ra=1.256(2.5*20+1.4*25+1.5*25+0.9*25+3.2*30+1.5*28+3*35)+500*0.1256 =491 其他计算结果如下 根据桩体强度确定单桩承载力特征值Ra(kN
12、)fcu3Ra/Ap 砼立方体抗压强度平均值fcu(kPa):20000 混凝土等级C20 Ra837.3KN 取其中小值得 最终单桩承载力特征值计算采用值Ra=480KN 5.2.4桩身材料的确定桩身材料的确定 本工程桩身材料采用商品混凝土，混凝土强度等级为C20。根据建筑地基处理技术规范有关规定，桩身材料强度按下列公式法计算。桩体试块标养28d立方体抗压强度平均值（kPa）。计算结果如下：砼立方体抗压强度平均值（）取20000kPa 则Ra200000.12566/3837.8kPa 5.3置换率计算与复合地基承载力特征值的验算置换率计算与复合地基承载力特征值的验算 5.3.1 置换率计算
13、置换率计算 素砼桩面积置换率采用以下公式进行计算：（国家标准推荐公式）fspk复合地基承载力特征值，为360kPa；桩间土强度调整系数，本工程取0.90；fsk桩间土天然地基承载力特征值，取120kPa；Ra单桩承载力特征值，计算采用480kN。经计算得：m6.8。5.3.2 复合地基承载力特征值计算复合地基承载力特征值计算 实际布桩置换率大于理论置换率6.8。计算各基础复合地基承载力特征值fspk360kPa，满足设计要求。5.3.3复合地基下卧层验算复合地基下卧层验算 桩端以下主要受力土层第层粉土和第层中砂，除桩端处土层相对软弱外，其下无软弱土层，故只对桩端处土层进行验算。复合地基下卧层采
14、用如下公式进行计算：按第层粉土算 Pz+Pczfaz Pz软卧下卧层顶面处的附加压力值；Pcz软卧下卧层顶面处的自重压力值；faz软卧下卧层顶面处经深度修正后地基承载力特征值。Pz=lb(p-pc)/(b+2ztg)（l+2ztg)=7.8*4.9(360-3*19.5)/(4.9+2*14tg230)(7.8+2*14tg230)=34.7kPa Pcz=(Lp+d)=322.5 kPa faz=fak+dm(d-0.5)=360+2*19.56*(4.9-0.5)=796kPa pz+pcz=34.7+322.5=357.2 faz,地基处理深度满足设计要求，计算结果图见附表5.3.4复合
15、地基压缩模量验算复合地基压缩模量验算根据规范规定，复合土层的压缩模量按下式计算：式中：Esp复合土层压缩模量（MPa）Es桩间土的压缩模量（MPa）fspk复合地基承载力特征值（kPa）fsk桩间土承载力特征值（kPa）复合土层压缩模量计算结果如下：5.4沉降计算与变形控制5.4.1 沉降计算沉降计算复合地基沉降计算条件如下：设计提供的基底压力平均值为360kPa。采用独立基础，基底附加压力按360kPa考虑。依据建筑地基处理技术规范，各复合土层的压缩模量按Esp=Es，其中=fspk/fak，fspk为复合地基承载力特征值，fak为天然地基承载力特征值。沉降计算：一般情况CFG桩复合地基沉降
16、有三部分组成。其一为加固深度范围内土的压缩变形s1,其二为下卧层变形s2，其三为褥垫层变形s3。由于s3数量很小可以忽略不计，则有s=s1+s2(4)计算分层沉降量加固区的沉降变形可采用分层总和法计算，复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍，由下式确定：=fspk/fak=360/120=3然后根据 =()求各分层沉降量，计算结果见下表SEPsi011iiiazazJ55.4.2 复合地基的变形复合地基的变形6 复合地基施工6.1 复合地基设计参数说明复合地基设计参数说明桩径400mm，桩体材料C25商品砼。桩长：施工桩长14.5m，有效桩长(自褥垫层底计算)14.0m。单桩承载力：单桩承载力特征值取480kN。布桩：采用基础下矩形局部三角形布桩。设计面积置换率6.8，共布桩1896根。桩顶铺设200mm厚褥垫层，铺设材料选用0.5cm的碎石屑，夯填度不大于0.90，宽出基础外缘不小于200mm。6.2 检测要求检测要求素混凝土桩桩体质量检测采用低应变法，抽检数量不应少于桩体总数的10%；本工程静载试验数量不应少于189根；单桩复合地基检测采用静
