桩基优化方案

1、第一章XXX电石工程配套电石炉地基处理施工优化、备选方案设计说明书及计算书一、工程概况31、工程概况：32、地质条件：33、新总图调整后的电石炉位置示意图：5二、优化设计思路：61、主要岩土工程问题：62、可选择的地基处理方案：8三、优化方案技术分析与计算：8（一）、改良强搅型高压旋喷桩方案：81、基本原理和方法82、复合地基承载力计算93、场地试桩方案：124、检测要求：125、施工图纸：136、施工参数：13（二）、内夯沉管灌注桩方案131、基本原理和方法132、复合地基承载力验算：193、场地试桩方案：214、检测要求：215、施工图纸：21（三）、旋挖CFG®复合地基方案22

2、1、基本原理和方法222、复合地基承载力验算：223、场地试桩方案244、检测要求255、施工图纸：25四、方案优缺点比较和推荐方案261、技术指标比较262、经济技术比较：273、推荐方案28电石炉地基处理方案优化设计说明及计算书一、工程概况1、工程概况：冶炼车间电石炉基础室外设计标高±0.00相当于1985国家高程2514.5m。基础底标高-2.00相当于1985国家高程2512.5m。处理面积59.4米X66.7米，设计提出的地基处理设计要求：地基后符合地基承载力特征值fak=300kPa,压缩模量Es=22Mpa桩顶设计标高2.0m。优化目标：在满足处理后复合地基承载力特征值

3、达到fak=300kPa;复合地基压缩模量达到Es=22Mp/勺情况下，对旋喷桩直径、长度、排列方式、桩间距进行优化。2、地质条件：场地平场后地坪标高下地层为：层卵石：杂色，粒径大于20mm的颗粒质量占总质量的52.0-58.2%,一般粒径20-40mm最大可见粒径110mm母岩成份以石英变质岩为主，颗粒骨架间由各砂类土和粉土充填，偶含漂石，分选性差，颗粒级配良好，磨圆度较好，大多呈亚圆形，稍湿，稍密，最大控制层厚15.60m。全场地分布,该层内分布有多层1粉土、2粉土（饱和）。1层粉土：土黄色，以粉粒为主，次为黏粒，含砂量较大，土质较均匀，中压缩性，摇震反应中等，无光泽反应，干强度低，低韧性

4、，中密，稍湿-湿，层厚0.20-6.60m,平均厚度1.95m。全场地分布，多以透镜体或夹层形式分布于层卵石中，层顶高程2506.92-2516.84m,层底高程2503.47-2515.64m,层顶深度0.40-8.00m,层底深度1.20-13.40m,分布无规律性。2层粉土(饱和)：土黄色，以粉粒为主，次为黏粒，含砂量较大，土质较均匀，中压缩性，摇震反应中等，无光泽反应，干强度低，低韧性，中密，饱和，层厚0.20-9.00m,平均厚度2.10m。全场地分布，以透镜体或夹层型式存在，分布于层卵石中，层顶高程2501.04-2513.57m,层底高程2497.81-2512.37m,层顶深度

5、3.20-18.00m,层底深度5.80-19.00m,分布无规律性。层圆砾：杂色，粒径大于2mm勺颗粒质量占总质量的50必上，母岩成份以石英变质岩为主，颗粒骨架间由各砂类和粉土充填，分选性差，颗粒级配良好，磨圆度较好，大多呈亚圆形，稍湿，稍密，层厚0.48-5.40m,平均厚度3.15m。仅在20、27、35、41、101、125、126、127、128号勘探点内分布。地下水属第四系孔隙潜水，地下水稳定水位埋深为10.00-15.40m,稳定水位标高为2499.31-2506.54m,水位埋藏较深。丰水期内的地下水的涨幅约为0.50-1.00m左右，勘察期间属枯水期。主要物理力学性质指标值的

6、确定岩土层编号土层名称含水量w(%)湿度容重YkN/m3干容重TdkN/m3土粒比重孔隙比e密实度饱和度Sr(%)液限W(%)塑限WP(%)塑性指数Ip(%)液性指数IL(%)压缩系数a1-2MPa1压缩性压缩模量Es(MPa)1粉土20.8湿17.014.12.700.921稍密60.923.915.08.90.650.194中10.78强风化泥岩16.7稍湿17.915.32.710.770中密59.027.416.311.10.030.161中11.11地基土承载力特征值按下值采用:层卵石：f1层粉土：f2层粉土（饱和）：层圆砾：fak=300KPaE0=20MPaak=130KPaEs

7、=10MPafak=120KPaEs=8MPaak=210KPaEo=15MPa3、新总图调整后的电石炉位置示意图:如1包LMJ当船口弓宁30二lQb5M乌.1410±2S1E.PIQ国汕03/0畤26Ta.0BIW12.70Ti-wu上二工出叱比17ADB17.5&1於9r以>.436二、优化设计思路：1、主要岩土工程问题：本场地主要地质问题：主要岩土工程问题有两个。其一，是层卵石沿竖向和水平向分布不均匀，局部或全场夹有粉土透镜体或夹层存在，造成场地土不均匀性；其二，是基坑开挖后出露于基底标高处的粉土夹层或透镜体存在地基承载力不足的问题。因此，地基处理设计思路应按照解

8、决砂卵石层不均匀性和提高粉土夹层或透镜体承载力两方面考虑方案，同时兼顾到复合地基压缩模量满足设计要求的问题。总图平面调整后，电石炉位置范围现有钻孔3个，即121#、120#、119#钻孔资料。从现有的3个钻孔资料看，在粉土夹层分布下界于基础下深度为5.0米，分布宽度约占总宽度的一半；但邻近钻孔揭示的情况看，粉土层分布深度下界约为基础下9.0m左右；其下界平均深度约为7.0m。插图：电石炉位置22-22#剖面图。南/（Ei）H程愤盘瓢面因程壮需22-2次/解(m)2百粗£24s.罕H&W（ID）KM3kDC1miu力面工卬*空盟gEgc3LX1.同Iar、#innm*oh>

9、;*m粉土分布深度下界暂时按照下界平均深度设计地基处理桩基长度，亦即取粉土层厚度取7.0m。就桩基施工工艺来讲，卵石层的存在是桩基成孔施工中的最大的岩土工程问题，选择什么桩基工艺也关系到施工成本造价。2、可选择的地基处理方案：本工程在选择地基处理方案时，主要应该考虑到卵石层施工时的难以程度问题。以下几种方案都是针对本场地卵石层特点而选择的，具有工艺相对简单，质量有保证，施工进度较快，造价相对较低的特点。1 ）改良强搅型高压旋喷桩方案；2 ）内夯沉管灌注桩方案3 ）旋挖CFGtt复合地基方案以上三种方案其处理后的复合地基承载力也各不相同，优缺点不一样，造价也不等，下面将就本场地调换平面位置后的地

10、质剖面分别进行验算、比较，并推荐选择较为合理的处理方式。三、优化方案技术分析与计算：（一）、改良强搅型高压旋喷桩方案：1、基本原理和方法传统的旋喷钻机成孔存在很大难度，都需要预先引孔后才可以保证旋喷钻头正常下钻作业，因此，传统旋喷桩即费事也费力，施工进度慢、造价也高昂。因此，我公司特意针对西宁河谷地貌、甘河滩特有的地层特征，改装生产了集引孔、旋喷一体化的改良强搅型高压旋喷桩钻机设备，先后完成了甘河滩地貌上的黄河铝业项目、西宁五一文化宫项目的高压旋喷桩施工。设备的电功率容量为150kw,整机是设备重量为17T左右。在本场地上由于卵石层为稍密状，粒径一半为20mm*右，偶有100mm较大颗粒的狗头

11、石，强搅型旋喷钻机最大钻深能力可以达到15m左右，成孔速度可以达到1孔/20分钟的速度。1）成桩直径：在卵石层的旋喷桩直径可以达到？700mmfc右，在粉土层桩直径可以达到？800mmfc右，实际桩体直径将随着砂卵石与粉土互层的变化而呈现出时大时小的糖葫芦状桩体。计算时可以按照?700mrmf算地基承载力。2）旋喷桩长度：粉土层厚度暂时按照7.0m计算，旋喷桩有效长度暂时确定8.5米，施工长度为9.0m，待复合地基承载力验算后再确定。3） 水泥用量：旋喷桩体强度与水泥用量有关，设计要求达到3.2MPa，根据我们的经验，基本的水泥用量需要达到200kg/m，在加上复喷的水泥用量，理论用量应达到2

12、60kg/m。4） 人工地基检测要求：检测单桩承载力、复合地基承载力，以及从桩头切取试块体进行试压求立方体强度指标，也可以利用返浆制作试块求立方体强度指标。5）优缺点：可以有效地处理夹层问题，施工速度快，承载力较高。2、复合地基承载力计算1）设计参数设计地基处理后桩顶标高为2512.5mi拟采用高压旋喷桩复合地基可以改良场地土均匀性，同时也可以提高场地土中粉土夹层的地基承载力达到设计要求的300Mpa根据本地层指标参数在本场地上，遇粉土时高压旋喷桩实际喷出桩体直径可以达到?800mm，遇园砾土时高压旋喷桩实际喷出桩体直径略小于达到?700mm；设计计算时取桩直径为?700计算，桩间距1200m

13、m，三角形布置，桩底进入层圆砾中不少于0.5m,桩长度按照入园砾层深度控制，但最短桩长定为7.5m。桩体弓虽度为3.2MPa2）复合地基承载力计算a、单桩承载力计算按照强度计算：Ra=?fcuAp?桩身强度折减系数fcu28d标准养护强度Ap桩截面积Ra=0.33x0.3847x2600000=330KN按照地层计算：Ra=upE2qsili+qpApup桩周长qsi第i层桩周土侧摩阻力特征值；li第i层土厚度qp桩端地基土未经修正的承载力特征值当粉土地层平均7.0m时、桩长度取7.5m计算：桩体在园砾层中的长度为0.5m，在粉土中的长度为7.0m：其承载力特征值为：Ra=3.14x0.7x(

14、20x7+40x1.5)+0.3847x300=550KNb、单桩承载力特征值取值：最终取单桩承载力特征值为Ra=330KN。c、复合地基承载力：fspk=mRa/Ap+B(1-m)fskm-面积置换率B桩间土承载力折减系数fsk桩间土承载力特征值按照桩间距1200mm$边三角形计算：m=33.6%按照规范取B=0.6(实际上本场地土属于中等压缩性，该系数可以取到0.75)复合地基承载力特征值：fspk=33.6%x330/0.3847+0.6x0.70x130=320MPa> 设计值fak=300kPa满足设计要求。d、压缩形模量：本场地土中，粉土层的模量最低，处理后粉土层的模量也低于

15、园砾层的压缩模量，因此仅需要验算粉土层的压缩模量是否达到了设计要求。粉土层在处理后的复合地基压缩模量：工=fspk/fakfak-天然地基承载力特征值模量增大系数为：工=325/130=2.50处理后的复合地基压缩模量为：Es=10.1x2.50=25.5MPa> 设计值Es=22MPa满足设计要求。3、场地试桩方案：试桩目的主要是三个方面：一是验证桩基承载力设计计算与实际承载力的差异，取得场地上高压旋喷桩真实的承载力特征值指标和变形指标；二是检验施工参数的取值是否具有合理性，以及如何调整施工参数；三是检验验证地质报告与实际地层的符合程度。试桩设计：在场地布置试桩3组，每组试桩7根，共计

16、21根；试桩间距1150mm三角形布桩；计算桩直径？700mm桩长度取8.5m。实际地层可能与地质报告稍有差异，可以在施工中根据钻机钻进速度差异确认钻头进入园砾层的深度，来调整实际桩长度试桩分布安排：本场地尺寸约68x59m，南北向稍长，东西向稍短；根据地质报告资料，试桩按照对角线布置。4、检测要求：试桩的静载荷试验方案另行确定。检测内容主要是检测复合地基承载力极限值，以及小应变检测桩身完整性。但是由于本场地属于园砾与粉土互层，在园砾与粉土中的桩体直径大小是有区别的，园砾中桩体直径小于粉土中的桩体直径，在两层土的分界面上桩体直径是有阶状变径现象的，检测时应注意到桩体在这种园砾与粉土界面的阶步变

17、径反射变化讯号属于互层地层的正常现象，属于合格桩体。5、施工图纸：本场地尺寸约58x66m按照1200mm置桩位，设计桩直径700mmn共计布置桩数量为3164根。旋喷桩总设计桩长度延米数为23730nl实际施工桩长度（结算）延米数为25312m见附图：复合地基方案一。6、施工参数：a、设计要求施工参数：设计要求采用引孔与喷浆一体化的强搅高压旋喷桩施工工艺，设计要求水泥浆液比为1：1.0，水泥等级宜采用P.o42.5，当有条件时最好选用R型水泥。水泥用量为260公斤/m,喷浆压力一般不宜低于3630MPa提升速度1520cm/s。清水钻孔，提钻时成桩；桩顶4m范围复喷一遍。（二）、内夯沉管灌注

18、桩方案1、基本原理和方法建筑桩基技术规范（GBJ94-2008）中第章推荐的内夯沉管灌注桩方法，普遍适用于砂层、中密状卵石层、黄土粉土地层等。适当改良施工工艺后也可以适用于地下水位以下深度。桩体状态如下图。1）桩土传力机理：由于在桩头存在一个夯击形成的扩大头墩体，墩体直径一般为？700mm左右，属于扩底桩类型，具有扩底桩受力特点。桩直径一般采用?450mm2）内夯沉管灌注桩的主要施工设备：主桩机体、内外管、柴油锤、料斗等。整机设备如下图。3）施工原理：用柴油锤夯击内管、并带动外管下沉，可以穿越卵石层、砂层、以及土层等。当沉管至设计标高时用吊车吊出内管，倒入干硬性混凝土，插入内管锤击夯扩，在桩底

19、形成扩大头；拔出内管,当设计图纸有钢筋笼时下钢筋笼至设计标高，将定量的混凝土灌入至外管中，压内管提拔外管直至孔口完成灌桩工作,土度夏史+4H在峡斗一gid-t此叫手统代胜4）优缺点：端部形成扩大头，加大与持力层的接触面积；夯扩时挤密桩端土，提高桩端土承载力；拔管时用内夯管压住外管内混凝土，桩身质量更有保证；单桩承载力提高，桩数少，挤土效应弱；经济效益显著，同比可节约30%具有承载力高、施工速度快、无外排渣土、工地干净整洁。缺点是，属于打入桩，产生噪声与振动，有一定的噪音存在5）典型实例：a中砂层地基，载荷试验曲线成果图;-H程桩要向静载荷试验纬果：Q-1200kNtS=S，7mm（黑色）-试瞿

20、费郭向静载荷试防结果：Q-2200kN*S-93Smm（红色）桩的05曲线b卵石层地基，载荷试验曲线成果图;T.程桩嬖向静或荷试验结果：Q-1驰05：1黑色）桩的Q-S曲城6）初定设计参数：按口粉土层平均厚度7.0m计算，设计桩长度初步定为8.5m,桩直径采用450mm扩底直径为？700mm桩间距初步定为1.8m,混凝土强度等级采用C3Q以此参数复核地基承载力7）检测验收方法：a现场静载荷试验：同一条件下的试桩数量不宜小于总桩数的1，且不应小于3根；工程总桩数在50根以内时不应少于2根。b低应变动测：对于单柱单桩者，应全部进行检测；对于群桩者，应选取其中30进行检测。2、复合地基承载力验算：1

21、）设计参数：根据本地层指标参数和建筑物荷载情况，内夯沉管灌注桩体直径宜取?450mm，夯扩后的扩底桩墩设计计算时取?700，桩间距2.0m，矩形布置，桩底进入层圆砾中不少于1.5m,桩长度按照入园砾层深度控制，桩长定为8.5m。桩体强度为C30混凝土。2）复合地基承载力计算a、单桩承载力计算按照强度计算：Ra=?fcuAp?桩身强度折减系数fcu28d标准养护强度Ap桩截面积Ra=0.6x158962x14.7=1400KN按照地层计算：Ra=upE2qsili+qpApup桩周长qsi第i层桩周土侧摩阻力特征值；li第i层土厚度；粉土取30kPa;卵石层取60kPa.qp桩端阻力承载力特征值

22、，取1500kPa当粉土地层平均7.0m时、桩长度取8.5m计算：桩体在园砾层中的长度为1.5m，在粉土中的长度为7.0m：其承载力特征值为：Ra=940KNb、单桩承载力特征值取值：最终取单桩承载力特征值为Ra=940KN。c、复合地基承载力：fspk=mRa/Ap+B(1-m)fskm-面积置换率B桩间土承载力折减系数fsk桩间土承载力特征值按照桩间距1.9m计算：m=4.4%按照规范取B=0.75(实际上本场地土属于中等压缩性，该系数可以取到0.75)复合地基承载力特征值：fspk=4.4%x914/0.159+0.6x0.70x130=350MPa>设计值fak=300kPa满足

23、设计要求。d、压缩形模量：本场地土中，粉土层的模量最低，处理后粉土层的模量也低于园砾层的压缩模量，因此仅需要验算粉土层的压缩模量是否达到了设计要求。粉土层在处理后的复合地基压缩模量：工=fspk/fakfak-天然地基承载力特征值模量增大系数为：工=370/130=2.8处理后的复合地基压缩模量为：Es=10.1x2.8=28MPa>设计值Es=22MPa满足设计要求。3、场地试桩方案：试桩目的主要是三个方面：一是验证复合地基承载力；二是检验施工参数的取值是否具有合理性，以及如何调整施工参数；三是检验验证地质报告与实际地层的符合程度。试桩设计：在场地布置试桩3组，每组试桩9根，共计27根

24、；试桩间距1900mm三矩形布桩；计算桩直径？450mm桩长度取8.5m。4、检测要求：试桩的静载荷试验方案另行确定。检测内容主要是检测复合地基承载力极限值，以及小应变检测桩身完整性。5、施工图纸：按照1800mm布置桩位，设计桩直径450mm扩底直径700mm共计布置桩数量为1326根。设计桩长度延米数为11271m实际施工桩长度（结算）延米数为11934m。见附图：复合地基方案二。（三）、旋挖CFG®复合地基方案1、基本原理和方法本方案是基于复合地基设计的概念设计的，鉴于本场地卵石层地层无法采用常螺旋钻机成孔，故而采用旋挖成孔，遇水时采用水下灌注混凝土施工工艺施工。因此，本方案中

25、的成孔工艺、灌注工艺均同自钢筋混凝土灌注桩，不同的是，不配钢筋用复合地基概念计算和处理，以便于适用于电石炉基础为大筏板基础情形。用旋挖钻机成孔、导管灌注的工艺代替长螺旋成孔与泵送灌注的工艺；用CFCM合地基的概念设计计算地基承载力。基本设计参数：拟采用？600mmi直径，桩长度拟采用12m桩间距1.8m。优缺点：优点是工艺成熟，可靠度高。2、复合地基承载力验算：1）设计参数：旋挖施工的最小桩直径应该不小于600mm在砂卵石层中由于存在易塌孔问题，尤其是水位附近极易塌孔，以此当桩长度进入水位线以下时需要采取泥浆护壁措施。本工程从调整后的总图平面上已有的钻孔资料看，基底标高2512.5m以下粉土夹

26、层厚度7.0m左右，桩底应进入卵石层中不小于7.0m,桩长度宜为14m以计算确定，桩间距2.0m,矩形布置，桩体强度为C20混凝土2)复合地基承载力计算a、单桩承载力计算按照强度计算：Ra=?fcuAp?桩身强度折减系数fcu28d标准养护强度Ap桩截面积Ra=0.6x282600x9.4=1500KN按照地层计算：Ra=upE2qsili+qpApup桩周长qsi第i层桩周土侧摩阻力特征值；li第i层土厚度；粉土取25kPa;卵石层取50kPa;qp桩端阻力特征值，取500kPa当粉土地层平均7.0m时、桩长度取14m计算：桩体在园砾层中的长度为7m，在粉土中的长度为7.0m：其承载力特征值

27、为：Ra=940KNb、单桩承载力特征值取值：最终取单桩承载力特征值为Ra=940KN。c、复合地基承载力：fspk=mRa/Ap+B(1-m)fskm-面积置换率B桩间土承载力折减系数fsk桩间土承载力特征值按照桩间距1.8m计算：m=7.0%按照规范取B=0.75（实际上本场地土属于中等压缩性，该系数可以取到0.75）复合地基承载力特征值：fspk=7.0%x940/0.2826+0.6x0.70x130=330MPa> 设计值fak=300kPa满足设计要求。d、压缩形模量：本场地土中，粉土层的模量最低，处理后粉土层的模量也低于园砾层的压缩模量，因此仅需要验算粉土层的压缩模量是否达到了设计要求。粉土层在处理后的复合地基压缩模量：工=fs