地基处理技术郑俊杰地基处理技术课程设计

1、地基处理技术课程设计 （复合地基设计） 当软土地基不能满足建筑物对地基强度和变形的要求时，可采用置换或挤密的方法，在软弱地基中设置散体材料（砂、碎石等）或胶结材料（石灰土、水泥土等）构成加固桩柱体，与桩间土一起共同承受建筑物荷载，这类由两种不同强度介质组成的人工地基，称为复合地基。复合地基中桩柱体的作用与桩基础中桩的作用是不同的，复合地基中的桩柱体是地基整体的一个组成部分，起加固地基的作用，且不与基础作刚性连接；而桩基础中的桩是一种基础形式，起传递上部结构荷载的作用，且与承台或上部结构作刚性连接。 一、复合地基的作用和适用范围 复合地基是由桩和桩间土所组成的，其中桩的作用是主要的，因此，复合地

2、基的类型可按桩的类型进行划分。 按成桩材料分类主要有以下两类： （1）散体材料桩，如砂（砂石）桩、碎石桩等； （2）水泥土类桩，如水泥土搅拌桩、旋喷桩等。 按成桩后桩体的强度分类主要有以下两类： （1）柔性桩，如散体材料类桩； （2）刚性桩，如水泥土类桩。 （一）复合地基的作用 不论何种复合地基，都具有以下一种或多种作用。 1. 桩体作用 由于复合地基中桩体的刚度较周围土体为大，因此桩体上会产生应力集中现象，大部分荷载由桩体承担，桩间土上的应力则相应较少，这样就使得复合地基承载力较原地基有所提高，沉降量有所减少。 2. 垫层作用 桩和桩间土组成的复合地基，在加固深度范围内形成复合层，可起到类似

3、换土垫层均匀地基应力和增大应力扩散角等作用。 3. 挤密作用 对于砂桩、碎石桩、灰土桩等复合地基，由于施工过程中的振动、挤密等原因，可使桩间土起到一定的挤密作用。 4. 加固固结作用 砂桩、砂石桩、碎石桩等具有良好的透水性能，可起到缩短土体排水距离的作用，从而加速地基的固结。 5. 加筋作用 复合地基中的桩体在地基中可提高土体的抗剪强度和土的抗滑能力，从而起到加筋的作用。 （二）复合地基的适用范围 复合地基的适用范围见表1二、设计计算 复合地基设计计算的主要内容有：桩体的直径、桩间距、桩长和排列方式的选择；桩体承载力的确定；复合地基承载力的计算；复合地基变形的计算。 （一）桩长的选择 对于复合

4、地基中加固桩体长度（加固深度）的选择，应该根据土层分布、工程要求等因素确定， 当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层的埋藏深度确定；当相对硬层的埋藏深度较大时，应按建筑物地基的变形确定；在可液化地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定。桩长的具体选择可参考表2进行，桩长一般不宜短于4m。 表1 复合地基的适用范围 复合地基分类 处理方法 加固体材料 适用范围  柔性桩 振冲置换法  砂石、卵石、角砾、圆砾等材料 适用于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基 振冲挤密法 适用于处理砂土和粉土等地基 土挤密桩法 质量较好的粘性土 适用于处理地

5、下水位以上的湿陷性黄土等地基，以消除地基湿陷为主要目的 灰土挤密桩法  熟石灰与土的无水拌和 适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，以提高地基承载力为主要目的 砂石桩法 砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石碎石等 适用于挤密松散砂土、素填土和杂填土等地基 半 刚 性 桩 深层搅拌法  水泥和地基土的搅拌固结体 适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高且地基承载力特征值不大于120kPa的粘性土等地基 旋喷注浆法 水泥和地基土的混合固结体 适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石等地基 表2 桩长的选择 土 层 条 件 桩 长 软

6、弱土层不很厚，下卧土层承载力较高且埋藏不深，或软弱土层虽很厚，但有可承托桩低的好土层 按桩端进入下卧好土层12倍桩径的原则确定 软弱土层很厚，且无夹层 按建筑物地基的变形允许的变形和桩低下卧土层的强度确定，二者大值 可液化砂层或粉土层 应穿越液化土层 （二）布桩方式的选择 布桩方式主要取决于基础的形式和地面尺寸。桩在基础平面内可以布置成方形、等边三角形等 形式，不同的布桩方式，对桩的置换作用是无影响的，但对桩间土的挤密作用有差异。不同基础形式的布桩方式，可参考表3选用。 表3 不同基础下的布桩方式 基础形式 常用的布桩方式 注意事项 整片基础 等边三角形、正方形 对于挤密桩，以等边三角形优于正

7、方形布桩 单独基础 等边三角形、正方形或等腰三角形 桩位布置应对称于基础中心和纵横轴线 条形基础 单排、三角形双排、正方形双排、等边三角形或正方形三排 桩位应重合于基础轴线，或与基础轴线对称，且在转角处及构造柱部位均宜布桩 （三）置换率及桩距和桩径的选择 复合地基的面积置换率不仅影响地基处理的加固效果，还对工程造价有很大影响，置换率主要 与桩距和桩径有关，因此，计算时可先确定桩的间距和直径，然后再计算置换率；亦可先根据天然土的指标和加固后要求达到的复合地基承载力，计算出所需的置换率，然后再换算出相应的桩距和桩径。面积置换率及桩距和桩径可按表4进行选择。 表4 置换率及桩径和桩距的选择 复合地基

8、处理方法 桩孔直径 桩的间距 置换率 振冲置换法 0.81.2m 1.52.5m    振冲挤密法 0.60.9m 1.82.5m 土或灰土挤密桩法 0.30.6m 等边三角形布置    砂石桩法    0.30.8m 松散砂土地基：等边三角形布置 正方形布置 粘性土地基：等边三角形布置 正方形布置 深层搅拌法 0.50.8m 根据天然土的指标和加固后要求达到的复合地基承载力，计算出所需的置换率，然后再换算出相应的桩距 旋喷注浆法 见表5注 为地基挤密后，桩间土的平均压实系数，可取0.93；为桩

9、间土的最大干密度；为地基挤密前土的平均干密度；为地基处理前砂土的孔隙比，可按原状土样试验确定，也可根据动力或静力触探试验确定；为地基挤密后要求达到的孔隙比，； 分别为砂土的最大和最小孔隙比，可按国家标准GBJ12388土工试验方法标准确定；为地基挤密后要求砂土达到的相对密度，可取0.700.85；为等效影响圆直径，等边三角形布置，正方形布置，矩形布置，；分别为桩的纵向间距和横向间距为桩的平均截面积；为一根桩承担的处理面积。 表5 旋喷加固体直径设计参考值 土 质 标准贯入击数 旋 喷 加 固 体 直 径（m） 单管法 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）单桩承载力 复合地基中的单桩承载力宜通过现场载荷试验确定，也可通过计算确定。对于在复合地基中所 形成

11、的加固桩柱体，目前大多所采用的是散体材料（砂、碎石等）构成的柔性桩或胶结材料（石灰土、水泥土等）构成的半刚性桩两种形式，有缘两种形式桩体的破坏模式不同，因此，其单桩承载力的计算方法也不同。 散体材料柔性桩的单桩承载力计算 散体材料柔性桩的破坏是以膨胀破坏为主要形式，其桩体单位截面积承载力特征值 可按下式计算： （1） 式中：为桩体单位截面积承载力特征值（kPa）；为天然土不排水抗剪强度（kPa）；为桩柱体的内摩擦角，一般可取；K为安全系数，K2。 水泥土搅拌桩、旋喷桩等半刚性桩的承载力计算半刚性桩的破坏是以碎裂破坏和刺入破坏为主要破坏形式，因而其单桩承载力特征值应分别 按桩体材料强度和土对桩的

12、支撑力计算，并去其中较小值，即 （2） 式中：为单桩竖向承载力特征值（kPa）；为与桩身加固体配比相同的室内试块（边长70.7mm的立方体）的无侧限抗压强度平均值（kPa），对于水泥土桩，去90d龄期的强度，对于旋喷桩，去28d龄期的强度；为桩身强度折减系数，可取0.350.5；为桩的平均截面积（）；为桩的平均周长（m）；为桩周第i层土的厚度（m）；为桩周第i层摩擦力特征值（kPa），对于旋喷桩，可采用钻孔灌注桩侧壁摩擦力特征值，对于搅拌桩，淤泥可去58kPa，淤泥质土可取812kPa，粘性土可取1215kPa；为桩端天然地基土的承载力特征值（kPa），可按GBJ789建筑地基设计规范第三章第

13、二节中的有关规定确定；为桩端天然地基土承载力的折减系数，对于搅拌桩，可取0.40.6，其他情况可取1。 （五）复合地基承载力计算 复合地基承载力特征值宜通过现场复合地基载荷试验确定，也可按下式计算： （3） 式中：为复合地基承载力特征值（kPa）；为桩体单位截面积承载力特征值（kPa）， ；为桩间土天然地基承载力特征值（kPa）；为置换率；为桩间土承载力折减系数，对于散体材料柔性桩，取，对于水泥土搅拌桩，当桩端土为软土时，可取，当桩端土为硬土时，可取，当不考虑桩间软土的作用时，取，对于旋喷桩，可取，当不考虑桩间软土作用时，取。 对于散体材料柔性桩，当为小型工程的粘性土地基时，其复合地基承载力特

14、征值也可按下式计算： （4） 或 （5） 式中：为桩土应力比，无实测资料时可取24，原土强度低时取大值，原土强度高时取小值；为桩间土的十字板抗剪强度（kPa），也可用处理前地基土的十字板抗剪强度代替。 在设计时，可根据要求达到的复合地基承载力，按式（6）计算复合地基的面积置换率及总桩数N，即 （6） （7） 式中：地基加固面积（）。 （六）软弱下卧层强度验算 当复合地基下存在软弱下卧层时，除复合地基的承载力应满足设计要求外，尚须对软弱下卧层 强度进行验算。其验算方法是将复合地基与软弱下卧层视为双层地基，且桩与桩间土能有效地结为一体，以应力扩散角方法进行验算，即要求作用在软弱下卧层顶面处的附加压

15、力与复合地基自重压力之和不大于软弱下卧层的地基承载力，应满足下式要求： （8） 式中：为软弱下卧层顶面处的附加压力（kPa）；为软弱下卧层顶面处的复合地基自重压力（kPa）；为软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力设计值（kPa）。 条形基础 （9） 矩形基础 （10） 式中：为矩形基础或条形基础顶面的宽度（m）；为矩形基础低面低面的长度（m）；为基低平均压力设计值（kPa）；为基础低面处土的自重压力（kPa）；为基础低面至软弱下卧层顶面的距离（m）；为复合地基应力扩散角， 可按表6取值。 软弱下卧层顶面处的复合地基自重压力，可按下式计算： （11） 式中：为复合地基平均重度（kN/）；为基

16、础深度（m）。 当按式（8）验算不满足要求时，须重新设计复合地基，直至满足为止。 表6 复合地基的应力扩散角（） 备注 3510< 0.25000为复合地基压缩模量，为软弱下卧层压缩模量 0.25010200.5232530（七）复合地基的变形计算 复合地基的变形沉降包括复合土层的压缩变形量和桩端以下未处理土层的压缩变形量即 （12） 式中：为复合地基最终竖向变形量（cm）；为复合土层的压缩变形量（cm），对于搅拌桩复合地基，可按经验取2040cm；为桩端下未处理加固土层的压缩变形量（cm）。 对于复合土层的压缩变形量可按下式计算： （13） 式中：为基础底面附加压力（kPa），；为复合

17、平均压力设计值（kPa）；为基础底面处土的自重压力（kPa）；为复合土层底面处的附加压力（kPa）；为加固体的实际长度（cm）；为复合土层的压缩模量（kPa）。 复合土层的压缩模量可采用置换率加权的方法进行计算，即 （14） 其中对于散体材料柔性桩复合地基，复合土层的压缩模量也可按下式进行计算： （15） 式中：为桩体的压缩模量（kPa），对于搅拌桩，可取，对于旋喷桩，可采用测定混凝土割线弹性模量的方法进行确定；桩间土的压缩模量（kPa），可用天然地基的压缩模量代替；为面积置换率；为桩土应力比，在无实测资料时，对粘性土可取24，对粉土可取1.53，原土强度低取大值，原土强度高取小值。 对于桩端

18、下为加固土层的压缩变形量可用分层总和法按下式计算： （16） 式中：为按分层总和法计算出的沉降量（mm）；为沉降计算经验喜事，应根据沉降实测资料及地区经验确定，也可按表7取值；为地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；为加固桩群体底面处的附加压力（kPa）；、为加固桩群体底面处分别至第i层土底面和第i-1层底面的距离（m）；、为加固桩群体底面处分别至第i层和第i-1层土底面的平均附加应力系数，为加固桩群体底面下第i层土的压缩模量（MPa）。 表7 沉降计算经验系数（MPa） 2.54.07.015.020.01.11.00.70.40.2注 为下卧层土的压缩模量。 三、设计要点及设计施工说明 （

19、一）设计要点 1. 复合地基设计方法的选择 不同的复合地基，具有不同的优势、弱点和适用条件，并且其造价和工期也不相同，因此，在选择复合地基处理方案时，应根据工程要求、岩土特性和技术能力三个方面因素，通过技术经济分析对比确定，其一般性思路为：所选择的复合地基能否适应场地岩土特性；所选择的复合地基能否达到要求加固目标；施工条件是否具备；环境影响（振动、噪音、排污等）是否许可；经济适应性（造价高低、工期长短、材料与能源）情况；最后进行决策。 2. 复合地基设计的基本程序 当经济技术经济分析比较决定采用某种复合地基方法后，其设计工作可按以下几本程序 进行：确定复合地基加固目标；分析勘察资料；了解当地施

20、工条件；确定桩长、布桩方式、桩径、桩距和置换率；进行复合地基承载力和变形验算；施工图设计；反馈施工信息修正设计。 3. 护桩的考虑 护桩（又称为保护桩）是指位于基础底面范围之外的桩，对于复合地基的加固效果起保 证和提高作用。但由于设置护桩往往会明显增加工程量和造价，影响到复合地基的经济效益，因此应根据桩型、土质、基础形式以及建筑物重要性等具体条件总和考虑确定。 4. 顶部垫层的考虑 在复合地基顶面可铺设一层厚约0.30.5m的沙砾料柔性垫层，以使基础压力经垫层扩 散后能较均匀地作用于复合地基，但在整片基础和存在“硬壳层”及地下水位埋藏较浅的场地或用旋喷桩加固已有建筑物地基等情况，一般都没有（也

21、不可能）设置顶部垫层。 对复合地基质量检验的要求 对复合地基质量进行抽样试验检查，其质量检验的内容、方法和数量可参考表8进行。 对复合地基进行质量检验，应考虑到复合地基的强度实效，因此，在复合地基施工结束后，应间隔一定时间方可进行质量检验。 表8 复合地基质量检测内容 桩型 检验内容 基本方法 检测点数量 各种桩 复合地基承载力 多桩或单桩复合地基静载荷试验 总桩数的0.250.5且不应少于三根 桩体密实度 动力触探，必要时可配合取芯采用和开挖检查 总桩数的24，且不少于3根 挤密桩 桩间土挤密效果 标准贯入、静力触探、动力触探、土工试验等 参考中等复杂场地详勘阶段的勘察点距离布置 （二）设计

22、施工说明 复合地基的施工图设计一般由桩位设计图（含剖面设计）和设计施工说明两部分组成，其设计施工说明的内容主要有以下几个方面： （1）编制复合地基设计所依据的基本资料和规范。 （2）工程的建筑特性和场地的岩土概况。 （3）复合地基的加固对象、加固承载力目标值及桩体质量和桩间土挤密质量的要求 指标。 （4）复合地基所采用的桩型、桩材（品种、规格和配合比）、桩长、桩径、桩距和置 换率。 （5）制桩工艺的主要要求、工艺参数、施工质量指标和施工顺序。 （6）特殊技术措施的说明。 （7）保证施工质量的技术措施及按信息法施工的具体要求。 （8）对施工质量检测工作的要求。 （9）其他有必要进行说明的问题。 四、复合地基设计 （一）基本设计资料 （1）工程概况 某六层住宅楼，建筑占地约800m2，建筑面积约5000m2。 （2）基础形式与荷载条件 拟采用筏板基础，基础底面压力120 kPa。 （3）工程地质条件 该场地地形较为平坦，平均地面标高在3.90m，地下水埋深在地面下0.52m，平均水位标高