CFG复合地基在秀兰尚城小区的应用

CFG复合地基在秀兰尚城小区的应用摘要CFG桩能大幅度提高基础的承载能力，具有很强的可控性，适用于天然地基承载力较低而设计要求承载力较高的基础。可适用各种概况的土质类型，施工技术相对成熟。根据工程情况，秀兰尚城小区的天然地基承载力存在问题，需要进行地基加固处理。经过分析后，我们初步决定采用CFG桩进行加固。首先，我们需要确定CFG桩的持力层、长度、直径、间距和面积置换率等参数。接着，进行单桩承载力和沉降的验算。最后，根据计算结果绘制相应的图纸。本设计根据设计要求，分别进行了1#~4#住宅楼及5#~8#住宅楼的CFG桩地基处理设计，加固后地基承载力分别为416.22kPa、467.16kPa，满足设计要求；加固后的地基最大沉降量分别为59.00mm、53.36mm，均满足设计要求。最终根据设计参数绘制了施工图。关键词：CFG桩；单桩承载力；沉降验算

目录第1章工程概况 11.1建筑物概述 11.2场地工程地质条件 11.2.1地基土构成及岩性分布特征 11.2.2地下水情况 21.2.3地震效应 21.3场地岩土分析评价 21.3.1场地稳定性与适宜性评价 21.3.2物理力学性质指标统计 31.3.3地基土腐蚀性评价 31.3.4地基土承载力评价 3第2章地基基础分析及处理意见 42.1天然地基承载力分析 42.2方案比选 52.3地基处理方案确定 6第3章CFG桩复合地基设计计算公式 73.1面积置换率 73.2单桩承载力特征值 73.3复合地基承载力特征值 73.4桩体强度验算 83.5布桩 83.6沉降验算 8第4章1#~4#楼地基处理 104.1基本参数 104.2单桩承载力特征值 104.3复合地基承载力特征值 114.4桩体强度验算 114.5布桩 114.6沉降验算 124.6.1复合模量及基地平均附加压力 124.6.2沉降深度 124.6.3复合地基最终沉降量 124.7褥垫层设计 14第5章5#~8#楼地基处理 165.1基本参数 165.2单桩承载力特征值 165.3复合地基承载力特征值 165.4桩体强度验算 175.5布桩 175.6沉降验算 175.6.1复合模量及基地平均附加压力 175.6.2沉降深度 185.6.3复合地基最终沉降量 185.7褥垫层设计 19结论 20参考文献 21致谢 22附录 23

保定理工学院本科毕业设计第1章工程概况1.1建筑物概述秀兰尚城小区位于黎城县，为小型住宅小区，具体情况见下表：表1.1建筑概况楼号结构形式基础尺寸地上层数地下层数基础埋深基础形式预估基底压力沉降量1#~4#楼剪力墙结构54.3m23层1层4.5m筏板基础410kPa≤60mm5#~8#楼剪力墙结构58.227层1层4.5m筏板基础460kPa≤60mm1.2场地工程地质条件场地位于黄土丘陵地貌单元，地势平坦开阔，地貌类型相对单一。除了表层填土和风化层外，场地内没有特殊的岩土地质条件。附近也没有对工程建设和运营有不良影响的滑坡、泥石流、崩塌、地下洞穴、地面塌陷或地裂缝等不良地质作用。除了局部地下管线，没有发现不利的埋藏物。1.2.1地基土构成及岩性分布特征根据勘探揭露地层岩性及其沉积旋回特征，结合区域地质资料综合分析，该场地勘探深度范围内地基土由第四系全新统（Q42ml）素填土、上更新统（Q3al+pl）粉土及中更新统（Q2al+pl）粉质粘土、卵砾石按其岩性及力学性质的不同，可分为五层，自上而下分述如下：

表1.2地基土分层描述表层号地层名称特征描述1素填土黄褐、灰褐色，其成分以粉土为主，稍湿，含有少量石灰屑、炭屑、小砖砾等包含物，包含物含量由上而下逐渐减少，场地中南部地表多为0.15～0.20m厚的混凝土硬化地面。该土层系近代堆积而成，结构疏松，物理力学性质差。2粉土褐黄、黄红色，稍湿~湿，土质均匀，局部夹有粉质粘土薄层；摇振反应中等，无光泽反应，干强度低，韧性低。呈稍密状态，属中压缩性土。3粉质粘土黄红夹棕黄色，土质均匀，含有少量核径1～2cm的钙质结核，局部夹黄红色粉土薄层；摇振反应中等，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。呈硬塑~可塑状态，属中压缩性土。4粉质粘土红、褐红色夹黄红色，质地均一，结构较紧密，具垂直节理，含有少量灰岩卵砾石，偶尔可见核径2cm左右的钙质结核；无摇振反应，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。呈硬塑~可塑状态，属中压缩性土。5卵砾石黄红色，质地均一，结构较紧密，无摇振反应，属底压缩性土。1.2.2地下水情况本次勘探深度范围内未发现地下水，场地水文地质条件简单。1.2.3地震效应建设场地处于冲洪积平原区，属对建筑抗震一般地段。根据勘探资料揭示的土层类型及其空间分布情况，本场地不存在地基土的液化条件。建筑场地类别为Ⅲ类.。依据建筑抗震设计规范，本区的设计抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，属于第二组地震分组。1.3场地岩土分析评价1.3.1场地稳定性与适宜性评价根据对场地的勘探情况分析，本区地壳稳定性良好，建设工程不会引起地质灾害，属于一般的抗震地段。此外，场地不存在对建筑有不良影响的断裂、岩溶土洞、滑坡、泥石流等不良地质作用；勘察期间也未发现埋藏的墓穴、防空洞、孤石等会对工程建设不利的埋藏物。场地地层分布稳定，适合进行工程建筑。1.3.2物理力学性质指标统计各土层物理力学性质指标统计值见下表：表1.3地基土承载力一览表层号地层名称土层厚度（m）容重（kN/压缩模量（MPa）1素填土1.118.12.12粉土5.618.94.33粉质粘土4.319.35.24粉质粘土7.819.510.15卵砾石10.920.030.01.3.3地基土腐蚀性评价评价如下：表1.4地基土腐蚀性评价项目评价场地环境类型场地所处黎城县，属湿润区；基础所处土层为地下水位之上稍湿的弱透水层，据此判断勘察场地环境类型为Ⅲ类。场地周边无污染源存在。场地水的腐蚀性评价场地勘察深度范围内未遇地下水，可不考虑地下水对建筑材料的腐蚀性影响。场地土的腐蚀性评价土对混凝土结构有微腐蚀性，对混凝土结构中的钢筋有微腐蚀性。1.3.4地基土承载力评价经过综合分析野外勘测资料、原位测试结果以及地区经验，下表列出地基土的承载力特征值：表1.5地基土承载力一览表层号地层名称原位测试（kPa）土工试验（kPa）建议值（kPa）1素填土702粉土1301201203粉质粘土1701601604粉质粘土190180180第2章地基基础分析及处理意见2.1天然地基承载力分析基地所在土层为2粉土，基坑深度超过了0.5m，那么，需要对天然承载力进行修正，公式如下[1]：fa=fak+ηb式中：fafakηb、ηγ—基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度；b—基础底面宽度；γmd—基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。fγηb=0.0，由于b=13.7m＞6.0m带入公式（2-1）：f=120+18.704=那么：1#~4#住宅楼：f天然地基承载力不满足设计要求。5#~8#楼住宅楼：f天然地基承载力不满足设计要求。2.2方案比选进行CFG桩的方案比选时，需要从以下多个方面进行分析和综合比较：1.地质条件不同地质条件需要选用不同的CFG桩参数和CFG桩规格，需要进行详尽的地质勘测和分析，了解地层的岩石类型[10]、土壤类型、含水量、气象条件等。2.荷载性质荷载是需要考虑的重要因素之一，需要考虑荷载的种类和大小，以及荷载的分布情况和建筑物的结构等条件。不同的荷载类型和参数需要选用不同类型和参数的CFG桩。3.施工工艺和难度评估选择CFG桩的具体施工工艺和技术，对施工效率和质量有很大的影响。需要评估CFG桩施工过程中的技术难度，选择合适的CFG桩型号和CFG成型技术等方面制定方案。4.经济性选用CFG桩的成本和效益也需考虑。需要多方面比较CFG桩选择成本、成本效益、工期等经济因素。5.环境影响施工CFG桩可能对周围环境造成一定影响，需要考虑环境因素。对周围环境情况进行勘测，并考虑CFG桩施工过程中产生的噪音、扬尘和废弃物处理[9]等对环境造成的影响。6.安全与可靠性做出安全性和可靠性的评估。在施工过程中，使用必要的安全设备和环境控制方法，确保施工过程不会对周围建筑物和人员造成安全隐患。以上要素，是交叉影响的，需要综合比较分析。可以采用数值模拟、试验和专家论证等方法来制定有效的方案，并通过对方案进行评估和验证，确保CFG桩方案的质量、可靠性、经济性和环境友好性。最终选择出最佳方案并落实实施即可。综上，本设计拟选用CFG桩。2.3地基处理方案确定根据2.1中的分析可知，需要进行地基加固。初步选用CFG桩进行设计。CFG桩参数选取原则为：表2.1CFG桩基本参数选取原则名称技术指标桩径长螺旋钻孔中心压灌、干成孔和振动沉管成桩宜为350mm−600mm持力层桩端持力层[8]应选择承载力相对较高的土层桩间距桩间距的确定应综合考虑基础形式、复合地基承载力变形要求、土性以及施工工艺等因素：(1)对于非挤土成桩工艺[2]和部分挤土成桩工艺[2]，宜采用桩径的(3-5)倍作为桩间距；(2)对于挤土成桩工艺[2]和墙下条形基础单排布桩，宜采用桩径的(3-6)倍作为桩间距；(3)当桩长范围内存在饱和粉土、粉细砂、淤泥、淤泥质土层，采用长螺旋钻中心压灌成桩[4]施工时，为避免窜孔现象的发生，宜选取较大的桩间距。那么在本设计中，基本参数选取如下：表2.2CFG桩基本参数选取名称1#~4#住宅楼5#~8#楼住宅楼桩径选用长螺旋钻孔中心压灌的施工形式，取d选用长螺旋钻孔中心压灌的施工形式，取d持力层4粉质粘土5卵砾石桩间距ss桩体强度C20C25第3章CFG桩复合地基设计计算公式3.1面积置换率计算公式为：m=d02de2式中：m—复合地基面积置换率；d0—桩身平均直径de—一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径3.2单桩承载力特征值根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2012）的规定[3]，应使用下列公式计算：Ra=upi=1其中：Raup—桩的周长（）；—桩长范围内所划分的土层数；qsik—桩周第i层土的侧阻力标准值（kPaqpkli—桩长范围内第i层土的厚度()；α－桩端天然地基土承载力折减系数。Ap3.3复合地基承载力特征值根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）的规定[3]，在进行矩形桩基中点沉降的计算时，需要使用以下公式：fspk=λmRafspk—复合地基承载力特征值（)；λ—单桩承载力发挥系数，可按地区经验取值，这里取1；m—面积置换率；Ra—单桩竖向承载力特征值（)；Ap—桩的截面积（2)；β—桩间土承载力发挥系数，宜按地区经验取值，如无经验时可取0.75-0.95，天然地基承载力较高时取大值；fsk—处理后桩间土承载力特征值（kPa3.4桩体强度验算根据规范可知：fcu≥4λRa当复合地基承载力进行基础埋深的深度修正时，应满足：fcu≥4λRa3.5布桩根据以下公式进行桩数计算。n=mAAP3.6沉降验算地基沉降计算深度计算公式为：Zn=b(2.5−0.4那么分层总和法规范修正公式如下：s（3-8）式中：s—地基最终变形量（基础最终沉降量）（mm）；s'—按分层总和法计算的地基变形量（基础沉降量）（mmψsn—地基变形计算深度范围内所划分的土层数；p0—对应于荷载效应准永久组合时的基底附加压力（kPaEsi—基础底面下第层土的压缩模量，按实际应力段范围取值（MPa）；zi、zi−1—基础底面至第i层土、第i−1层土底面的距离（αi、αi−1—基础底面的计算点至第i层土、第按照《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）计算矩形桩基中点沉降时[2]，可以采用下式进行计算：s在桩基处理中，按照《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008，在计算桩基沉降时，需考虑到相邻基础的影响，并利用叠加原理计算，桩基的等效沉降系数可以按照独立基础的方式进行计算。变形计算经验系数ψs采用国家标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），如表3.1。表3.1沉降计算经验系数ψsEs/4.07.015.020.035.0ψs1.00.70.40.250.2变形计算深度范围内压缩模量的当量值按下式计算：Es=ΔAiΔ式中：ΔAi—第层土附加应力系数沿土层厚度的积分值；Esi—第层土的压缩模量；其中：ΔAi=ζ=fspkf式中：fsEsp=ζEsp0=p−γm式中：p—基底平均压力（kPa)；γmℎ—从天然地面算起的基础埋深（m)。第4章1#~4#楼地基处理4.1基本参数已知：d=500mm，s=1.6m，初步取桩进入持力层3.5m，那么有效桩长为：l初步选用正方形布桩的形式进行布桩，那么：dm=4.2单桩承载力特征值uA根据设计资料，已知：表4.1岩土工程标准指标建议值层号地层名称侧阻力标准值（kPa）端阻力标准值（kPa）1素填土002粉土2803粉质粘土3004粉质粘土358005卵砾石401200Ra=1.570=648.574.3复合地基承载力特征值取：βf=1×0.076479×=341.41f==416.22f符合设计要求。4.4桩体强度验算对地基承载力进行了修正，因此应满足：f=4=16116而初步选用C20，符合设计规定。4.5布桩n初步取n=290根，实际布桩297图4.11#~4#楼CFG桩平面布置图4.6沉降验算4.6.1复合模量及基地平均附加压力ζ=那么，在加固区则有：第2土层：Esp第3土层：E第4土层：Ep04.6.2沉降深度Z4.6.3复合地基最终沉降量拟求中心点的沉降，过程如下：取b=13.72l查表可以得到lb=3.6与lb=表4.2lb=3.96z/blll0.000.25000.25000.25000.200.24980.24980.24980.400.24850.24850.24850.600.24550.24550.24550.800.24090.24100.24101.000.23520.23520.23521.200.22860.22870.22871.400.22170.22180.22181.600.21460.21480.21481.800.20770.20790.20792.000.20090.20120.20122.200.19430.19470.19472.400.18800.18850.18852.600.18200.18250.18252.800.17630.17690.17683.000.17080.17150.1714沉降量计算范围为Zn根据公式，可知：表4.3沉降计算表Z（m)z/b4zzEs'Δ0.000.00001.00000.00000.00005.970.000.002.200.32120.99602.19132.191312.2358.38714.046.500.94890.94676.15373.962414.7987.301291.1310.001.45990.87888.78772.634128.7429.86858.3114.302.08760.793311.34402.556310.1082.47832.9619.902.90510.741214.75003.406030.0036.991109.83s'=EΨs综上可知：s满足设计要求。4.7褥垫层设计褥垫层，是CFG复合地基中解决地基不均匀的一种方法[5]。如为了解决建筑物一边在岩石地基上，一边在粘土地基上的地基不均匀情况，可采取加褥垫层（级配砂石）在岩石地基上的方法，以确保桩与桩间土的有效配合。在一些地质条件较为复杂的场合，单独使用CFG桩进行地基加固效果较差，此时需要在CFG桩基础之上加入褥垫层，形成复合地基系统。以下是从多个方面分析CFG桩褥垫层在复合地基中的作用：1.承载力和变形特性方面褥垫层的存在能够有效地分散荷载，提高地基系统的承载力和变形特性。通过控制褥垫层的厚度、强度和稳定性，可以有效地控制CFG桩基础的承载力、变形性能和稳定性。2.褥垫层材料褥垫层的材料的选择和使用对系统承载力和变形特性有较大影响。应根据地质条件和设计要求选择材料，如水泥土、砂土、碎石、灰土、混凝土、碎卵石[6]等材料，根据设计要求进行配合。3.稳定性若褥垫层的厚度设计不合理、材料强度不足，或不同区域的褥垫层设计不均衡，则可能导致褥垫层的稳定性降低，使整个复合地基系统承载力和变形特性下降。4.施工质量控制在实际施工过程中，需严格执行设计要求，以保证褥垫层的均匀性、密实性和强度，防止褥垫层发生沉降、变形等质量问题。5.经济性和可持续性通过合理设计和施工，可实现在地基加固中的经济性和可持续性，并在实际工程应用中得到了证实。在CFG桩的褥垫层设计中，需要综合考虑地质、荷载、承载力、材料、稳定性、施工质量和经济性等因素，并进行严格的施工过程质量控制，从而达到合理、安全、经济、可持续的地基加固效果。CFG桩作为地基加固技术的一种，其褥垫层的设计是十分重要的一环。以下是从多个方面分析CFG桩褥垫层设计的内容：1.地质条件在进行CFG桩褥垫层设计时，首先需要考虑的是地质条件。地质条件包括地层结构、土体强度、含水量等，需要根据勘探和实验资料进行分析和评估。地质条件的复杂程度，会影响到褥垫层的厚度及配筋。2.荷载性质第二个需要考虑的是荷载性质，包括荷载类型、荷载大小等。这些因素会对CFG桩的横向力和纵向力产生作用。因此，需要根据荷载性质设计CFG桩的褥垫层厚度和配筋。3.材料选择褥垫层的材料必须是具有良好的抗压和抗拉性能的材料，例如混凝土、钢筋等。需要根据地质条件、荷载特性和运营环境等多方面因素进行选择。4.承载力设计CFG桩褥垫层设计还需要考虑承载力的问题。需要根据荷载大小和地质条件进行计算，并根据设计要求、构造要求和施工质量要求等进行设计。5.施工质量控制在实际施工过程中需要严格按照设计要求进行施工，并进行施工质量控制。包括混凝土材料的质量控制、施工工艺的控制、施工现场的管理等方面。需要注意的是，CFG桩褥垫层设计是一个复杂的工程，需要综合考虑多种因素，并严格按照设计要求进行施工。因此，在设计前需要进行充分的勘探和实验，并请专业人员进行设计。以下是本设计中褥垫层的设计方案：表4.2褥垫层设计项目取值褥垫层的厚度褥垫层的厚度为20cm；褥垫层的材料褥垫层的材料为碎卵石，粒径在5～30范围内；褥垫层施工要求褥垫层施工要求采用平板震动器，进行往复震动不少于三遍；夯实密度：D=0.9，必须满足有关垫层做法的规范。施工时先虚铺，再采用静力压实，当桩间土[7]含水量不大时也可夯实。第5章5#~8#楼地基处理5.1基本参数已知：d=500mm，s=1.8m，初步取桩进入持力层0.5m，那么有效桩长为：l初步选用正方形布桩的形式进行布桩，那么：dm=5.2单桩承载力特征值uA根据设计资料，已知：Ra=1.570=994.755.3复合地基承载力特征值取：βf=1×0.060428×=396.50f==471.31f符合设计要求。5.4桩体强度验算对地基承载力进行了修正，因此应满足：f=4=24101而初步选用C25，符合设计规定。5.5布桩n初步取n=260根，实际布桩264图5.15#~8#楼CFG桩布桩图5.6沉降验算5.6.1复合模量及基地平均附加压力ζ那么，在加固区则有：第2土层：E第3土层：E第4土层：E第5土层：Ep5.6.2沉降深度Z5.6.3复合地基最终沉降量拟求中心点的沉降，过程如下：取b=14.52l沉降量计算范围为Zn根据公式，可知：表5.2沉降计算表Z（m)z/b4zzEs'Δ0.000.00001.00000.00000.00006.940.000.002.200.30340.99652.19232.192314.2157.99823.986.500.89660.95286.19324.000917.1887.531503.7414.301.97240.808511.56175.368533.3760.472017.7614.802.04140.799411.83170.270099.121.02101.4720.702.85520.747415.47143.639730.0045.601367.97求和252.605814.92s'=EΨs综上可知：s满足设计要求。5.7褥垫层设计褥垫层同1#~4#楼。本设计中褥垫层设计如下：表5.3褥垫层设计项目取值褥