小学分校项目多桩型复合地基设计方案

PAGEPAGEPAGE1小学分校项目多桩型复合地基设计方案1.工程概况发展集团有限公司拟建小学分校，拟建场地位于长塘西路中建望津城对面，交通较为便利，场地地形较平坦。本项目规划建设净用地面积27000.00㎡，规划总建筑面积19526.45㎡。本次勘察范围主要包括4F教学楼和1F门卫室，拟采用框架结构，筏板和独立基础，教学楼局部有半地下室，面积1953.29㎡，其余位置无地下室。各拟建物特征见下表：各拟建物一览表表1.1拟建物名称基础型式结构型式±0.00标高（m）层数高度（m）建筑面积（㎡）荷载（kN)基础埋深（m）教学楼筏板（半地下室）独立基础（无地下室）框架结构480.504F20.1319508.00单柱最大标准值7000-5.60（地下室）-2.00（无地下室）门卫室筏板或独基框架结构480.501F4.40265.00单柱最大标准值1000-1.50上述拟建筑物对地基允许容许值（沉降差/倾斜）≤0.003，对沉降敏感程度一般该项目由交通规划设计研究院完成现场勘察并出具了详勘报告；由绿色田园规划设计研究院有限公司负责设计；根据结构设计要求成都市泡桐树小学新津分校项目部分基础需进行地基处理，详见设计图纸范围，设计要求部分基础采用振冲碎石桩+旋喷桩处理后的二元复合地基作为基础持力层，其承载力特征值fspk=240kPa，压缩模量Es=10.0Mpa。我公司对该项目结构设计要求处理部分进行干冲碎石桩、旋喷桩多桩型复合地基加固处理处理设计。2.场地工程地质及水文地质条件成都市在大地构造体系上，东部是龙泉山构造带，西部是龙门山构造带，处于两构造带间的成都平原北起安县、南至名山、西抵龙门山前、东达龙泉山，习惯上称为成都坳陷。总体来说，成都坳陷与成都平原分布的范围基本一致。龙泉山构造褶皱断裂带，展布于中江、龙泉驿、仁寿一带，长约20km，宽约15km，为一系列压扭性逆（掩）断层组成，走向北东，构造形态狭而长，现期断裂活动甚少。拟建场地位于成都平原内，区域构造属新华夏系第三沉降带成都坳陷东侧龙泉山褶皱带，西侧距龙门山褶皱断裂带约80km，东侧距文安场断裂带约13km。由于受喜马拉雅山造山运动的影响，两构造带相对上升，在坳陷盆地内堆积了厚度不等的第四系冰水堆积层和冲洪积层，形成现今成都平原景观。区内断裂构造和地震活动较微弱，历史上从未发生过强烈地震，从地壳稳定性来看应为稳定区。2008年5月12日四川汶川发生8.0级地震。拟建场地距震中约155km，虽震感强烈，但影响甚微，拟建场地内未见大滑坡、崩塌、泥石流等地质灾害发生，建筑亦未发生倒塌开裂等现象，场地稳定性较好。龙门山断裂带目前处于活动期（蓄能和释放剩余能量阶段），新津区位于成都平原以南东，龙泉山断裂带对场地稳定不会产生直接影响，属地震波及影响区。由成都市已有的地震地质研究成果和本次勘察查明的场地地层结构特征等综合分析可知，土的层位较连续，无论从区域地震地质背景还是场地的地形、地貌、工程地质总体特征而言，场地区域稳定性良好。新津区金华镇场地抗震设防烈度为7度，场地基本地震动峰值加速度值为0.10g(g为重力加速度)，抗震分组为第三组，反应谱特征周期为0.45s。2.1岩土构成本次勘察揭露的地层由依据本次勘察钻探结果及区域地质资料，场地勘探深度范围内地层主要由第四系全新统填土层（Q4ml）和第四系中下更新统冰水堆积层（Q1+2gl）组成。现根据钻探情况将场地各地层的分布及特征由上至下描述如下：（1）第四系全新统人工填土（Q4ml）素填土①：灰黄、灰褐色，以松散为主，主要由黏性土等组成，本场地经过挖填整平，因此填土厚薄不一。老鱼塘位置为人工堆填，回填年限小于5年，填料主要为黏性土，不均匀分布于场地地表，未完成自重固结。钻探揭露厚度0.50～5.70m。第四系中下更新统冰水堆积层（Q1+2fgl）（1）黏土②-④：②软塑黏土，黄褐、灰褐色，软塑状，湿。以黏粒矿物为主，含铁锰质氧化物及结核，见灰白色泥质团块、条带等，网纹状裂隙较为发育，裂面常充填灰白色可塑高岭土或铁锰质氧化物。干强度、韧性较高，光滑，无摇振反应。主要分布在老鱼塘位置，分布不均匀。钻探揭露厚度1.00～5.00m。③可塑黏土，褐黄、黄褐色，可塑状，稍湿。以黏粒矿物为主，含铁锰质氧化物及结核，见灰白色泥质团块、条带等，网纹状裂隙较为发育，裂面常充填灰白色可塑高岭土或铁锰质氧化物。干强度、韧性较高，光滑，无摇振反应。局部有分布，主要位于卵石层上部，分布不均匀。钻探揭露厚度0.80～7.70m。④硬塑黏土，黄褐、灰黄色，稍湿，硬塑状。以黏粒矿物为主，含铁锰质氧化物及结核，见灰白色泥质团块、条带等，网纹状裂隙较为发育，裂面常充填灰白色可塑高岭土或铁锰质氧化物。干强度、韧性较高，光滑，无摇振反应。分布于大部分场地内。钻探揭露厚度0.70～9.80m。（2）卵石⑤：褐黄色，灰褐色，湿，成分以石英砂岩、灰岩等为主，亚圆形，一般粒径20～150mm，最大粒径可达400mm。卵石颗粒以中风化为主，少量强风化或微风化。充填物以黏性土为主，次为细砂、中砂，含量约占20～45%。黏土与卵石层交界处有0.1～0.3m厚的松散卵石，由于层厚较薄，未单独分层。卵石中常夹有薄层砂层，厚度约10cm，未单独分层。卵石层顶面埋深7.40～10.80m。根据钻探揭露和N120超重型动力触探击数，按《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T5026-2016）规范将卵石层划分为：①松散卵石⑤1：卵石含量约占50%～55%，排列十分混乱，绝大部分不接触，卵石分选性一般。N120≤4。②稍密卵石⑤2：卵石含量约占55%～60%，排列混乱，大部分不接触，卵石分选性一般。4<N120≤7。③中密卵石⑤3：卵石含量约占总质量的60%～70%，呈交错排列，大部分接触，冲击钻进较困难，7＜N120≤10。④密实卵石⑤4：卵石含量大于总质量的70%，骨架颗粒呈交错排列，连续接触，钻进极困难，N120＞10。上述各类岩土的分布、埋深及厚度变化情况详见附图《工程地质剖面图》。2.2场地水文地质条件勘察区地处成都平原东部三级阶台地—浅丘地貌。场地地下水主要为上覆土层中的上层滞水和卵石层中的孔隙潜水。其中上层滞水呈孤岛状分布于上部填土中，水量大小不一，无统一稳定水位，受大气降水及上游水流水补给，以径流方式排泄。卵石层为主要含水层，其厚度大、水量较丰富，含水层渗透性较强。本次勘察在部分钻孔中测得地下水深2.50～5.10m，稳定水位标高在472.52～475.67m之间，高差3.15米。本次勘察测得的水位为丰水期水位。勘察场地的地下水补给方式主要是大气降水的下渗作用；排泄方式主要是地下径流、蒸发及人工开采。丰水期及枯水期，场地地下水水位升降幅度约1.0～2.5m。建议黏土层渗透系数K=0.1m/d，卵石层渗透系数K=30m/d。根据区域水文地质资料及成都市城乡建设委员会关于印发《成都市建筑工程抗浮锚杆质量管理规程》的通知，历史最高水位和抗浮设防水位建议取477.50m（Ⅲ级阶地，抗浮水位不宜低于地坪3.0m）。2.3各土层的工程特性指标根据河南省交通规划设计研究院股份有限公司2022年08月提供的本项目勘察报告，本工程设计参数如下：地基土层主要物理力学性质建议参考指标值表表2.3.1岩土名称重度γ(kN/m3)压缩模量Es(MPa)变形模量Es(MPa)粘聚力C(kPa)内摩擦角φ(o)承载力特征值fak(kPa)素填土①17.84.03.2201280软塑黏土②17.93.02.414990可塑黏土③19.05.04.03212160硬塑黏土④19.99.07.26518220松散卵石⑤120.016.013.0125180稍密卵石⑤221.023.019.0234300中密卵石⑤322.036.030.0340600密实卵石⑤423.045.038.0448800高压旋喷注浆法处理设计参数建议值表表2.3.2土层素填土①软塑黏土②可塑黏土③硬塑黏土④松散卵石⑤1稍密卵石⑤2中密卵石⑤3密实卵石⑤4桩周土的侧阻力特征值qsik(kPa)1215183045556065桩端地基土承载力特征值qpk(kPa)///2201803006008003.复合地基加固处理原理3.1旋喷桩复合地基加固处理原理旋喷桩在超高压（20～25MPa）旋转喷射水泥浆作用下，软弱土体被冲切破坏并与水泥浆原位搅拌混合，从而形成承载力高、沉降量小的混凝土桩体（直径一般在550mm以上），桩体与桩间土体共同形成复合地基，从而大幅提高地基土的承载力和变形指标。3.2干冲碎石桩复合地基加固处理原理碎石桩是以置换作用为主、挤密作用为辅的取土式地基加强改良处理方法。其加强改良机理是：先采用取土器取土成孔，然后填入天然级配较好的砂、卵石（粒径主要为20～80mm，大于100mm控制在10%～25%）和外掺剂，利用夯锤自由落下的巨大冲击能和所产生的冲击波反复夯击砂卵石，在冲击力作用下，卵石可被击成碎石。由于重锤冲击挤密，不但在桩位处形成大于成孔直径的高密度的砂卵石桩体，而且部分砂卵石挤入桩间土，提高了桩间土的承载力；同时砂卵石桩体可作为复合地基中孔隙水的消散通道，利于地基中孔隙水的消散；在巨大夯击能作用下，土体产生冲击波和动应力，致使土体出现微小裂隙形成排水通道，加速土体的排水固结；而且由桩及桩间土形成的复合地基起应力扩散和均布作用，显著提高地基均匀性和稳定性，减少沉降量，提高承载力。复合地基由碎石桩、桩周土和褥垫层三部组成，以静载荷试验检测复合地基承载力，验证是否达到了复合地基设计要求。4.复合地基设计4.1设计依据《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2011）；《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2012）；《成都地区建筑地基基础设计规范》（DB51/T5026－2001）；《四川省地基与基础工程施工工艺规程》（DB51/T5048-2017）；《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50502-2018）；《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106－2014）；《四川省建筑地基基础检测技术规程》（DBJ51/T014-2021）；《建筑与市政地基基础通用规范》（GB55003-2021）《岩土工程勘察报告书》(河南省交通规划设计研究院股份有限公司2022年08月)；《基础平面布置图》；4.2计算公式依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79—2012）对具有粘结强度与散体材料桩组合形成的复合地基承载力特征值为：1)对具有粘结强度的桩与散体材料桩组合形成的复合地基承载力特征值：fspk=m1(λ1Ral/Apl)+β［1-m1+m2(n-1)］fsk式中：β—仅由散体材料桩加固处理形成的复合地基承载力发挥系数；n—仅由散体材料桩加固处理形成复合地基的桩土应力比；fsk—仅由散体材料桩加固处理后桩间土承载力特征值。2）多桩型复合地基面积置换率，应根据基础面积与该面积范围内实际的布桩数量进行计算，当基础面积较大或条形基础较长时，可用单位面积置换替代:按三角形布桩，m1=Ap1/2s12；m2=Ap2/2s22(s1=s2,Ap1=Ap2)；桩间距均为0.9-1.0m，实际置换率为m1=m2=0.063)对由粘结强度的桩与散体材料组合形成的复合地基加固区土层压缩模量提高系数可按:ξ1=fspk/fak式中:fspk—复合地基的承载力特征值；fak—天然地基承载力特征值。4)复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ξ倍。式中：Esp—复合土层的压缩模量；ξ—粘结强度的桩与散体材料组合形成的复合地基加固区土层压缩模量提高系数；Es—天然地基的压缩模量。Esp=240/80*4=12MPa,大于设计要求的Es=10.0Mpa，满足结构设计要求。5)单桩竖向承载力特征值：Ra=up∑ni=1qsiιpi+αpqpAp,式中：up—桩的周长（m）；qsi—桩周第i层的侧阻力特征值（kPa）；lpi—桩长范围内第i层土的厚度（m）；αp—桩端发挥系数；qp—桩端端阻力特征值（kPa）。复合地基设计参数一览表表4.2拟建物复合地基承载力设计特征值spk（kPa）桩径d（mm）散体材料桩加固处理后桩间土承载力特征值sk（kPa）桩间距S1s2(m)散体材料桩加固处理形成的复合地基承载力挥系数β散体材料桩加固处理形成复合地基的桩土应力比N单桩承载力发挥系数λ多桩型复合地基面积置换率(m1=m2)实际布桩根数桩长（m）厂房2404001200.9-1.013.51.00.063详图详图4.3复合地基设计4.3.1碎石桩复合地基设计4.3.1－1处理范围地基处理范围为基础外缘扩大1-2排桩，详见复合地基桩位平面图。4.3.1－2桩数及布桩形式桩数及面桩形式详见复合地基桩位平面图。4.3.1－3桩体材料桩体材料用粒径为20mm～80mm卵石，粒径大于100mm的卵石控制在约10～25%左右，含泥量<5%，底部采用少量人头石，最大粒径不得大于200mm。另外，为了使桩体密实，填料时加入10～20%粉细砂（当地仅有粉细砂）,以提高桩体密实度。）4.3.1－4褥垫层厚度及材料该工程干冲碎石桩顶部铺设一层厚度为300mm褥垫层。褥垫层材料用人工级配砂卵石，最大粒径不宜大于50mm，砂石比为3:7。褥垫层施工时必须压实。4.3.1－5施工工艺干冲碎石桩成桩工艺为取土→夯实孔底→填料夯实→成桩。具体的成桩工艺见图1。（a）取土成孔、清底（b）夯实孔底（c）填料夯击制桩（d）成桩、设垫层放线、定位填充砂、石（卵石）放线、定位填充砂、石（卵石）锤击密实成桩、钻机移位材料进场取土、成孔取土、成孔4.3.2高压旋喷桩复合地基设计根据地勘资料，设计基础埋深下为厚度不均匀、为近期回填而成的素填土，属欠固结土，在高压旋喷桩施工前先采用碎石桩对素填土进行地基处理，本项复合地基按二元复合地基理念设计,设计要求独立基础复合地基承载力特征值spk≥240kPa设计,压缩模量≥10.0MPa。旋喷桩采用预成孔回灌砂卵石再行施工旋喷桩的方式进行施工。4.3.2-1复合地基承载力特征值、压缩模量和单桩竖向承载力特征值验算单桩竖向承载力特征值：Ra=up∑ni=1qsiιpi+αpqpAp,桩端发挥系数αp,取1。选不利地段1剖面zk2，桩顶标高为476.0m,以中密卵石层作桩端持力层，桩周土为素填土，可塑黏土及稍密卵石，桩端土为中密卵石，桩端进入持力层不少于0.5m。取素填土：qs=0kPa，L=3.1m；含可塑黏土：qs=18kPa，L=2.8m，稍密卵石：qs=55kPa，L=0.8m，qs=55kPa；中密卵石：qs=60kPa，L=0.5m，桩径d=0.4m，碎石桩挤密处理后桩间土承载力fsk=120kPa，则单桩承载力特征值为：Ra=3.14×0.4×（18×2.8+55×0.8+60×0.5）+600×3.14×0.22=231.60kN 综合考虑：Ra取230kN。fspk=m1(λ1Ral/Apl)+β［1-m1+m2(n-1)］fsk=0.063×（1×230／0.1256）+［1-0.063+0.063×(3.5-1)］×120=246.71kPa≥240kPa。计算桩体强度：本次计算Ra值取230.00kN进行计算fcu≥fcu=4λRa/Ap=4×1.0×230/0.1256=7.325MPa。要求桩体的强度不小于7.325MPa，施工中取样试验，按相关规范进行。注：fcu为桩体混合料试块（边长150×150×150mm）标准养护28d抗压强度平均值。4.3.2桩位布设根据生产车间独立基础平面尺寸，按《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2012）采用正方形布桩，详布桩图。部位桩型桩数(根)最短桩长（m）备注结构设计要求处理范围；旋喷桩18077.2桩长以进中密卵石层0.5m为准。碎石桩36354.0桩长以进入硬塑黏土层0.5m为准。4.3.2－4桩长按建筑物地基变形允许值确定，在基础受力层范围内存在软弱层时，均应对其进行处理，确保受力层范围内地基土强度的均一性。碎石桩地基处理深度以进入硬塑黏土层0.5m以上。旋喷桩桩长以进中密卵石层0.5m为准。4.3.2－4桩体材料及强度本工程设计的旋喷桩桩径（d）为400mm，碎石桩桩径（d）为400m旋喷桩桩体强度，试块强度按C10取用。4.3.2－5褥垫层该工程的多桩型复合地基设计褥垫层厚度为300mm。材料为级配良好的砾、卵石，最大粒径不宜大于30mm，其砂、石比为3:7；敷设范围应超出基底宽度，且不宜小于褥垫层的厚度。褥垫层施工时必须压实，压实后的厚度与压实前的虚铺厚度之比不得大于0.90。4.4其他施工前，应通过现场试验确定地基处理方法的适用性、设计参数和处理效果；当处理地基施工采用振动或挤土方法施工时，应采取措施控制振动和侧向挤压对邻近建（构）筑物及周边环境产生有害影响。根据《建筑地基处理规范》（JGJ-2012）第10.2.7条规定“地基上的建筑物应在施工期间及使用期间进行沉降观测，直至沉降达到稳定为止。”高压旋喷桩引孔过程中可能会发生塌孔现象，喷射注浆无法达到设计标高，若塌孔须重新引孔。5．复合地基检测多桩型复合地基的质量检验方法及数量应按《建筑地基处理技术规范》（JGJ-2012）7.9.11条执行）。复合地基加固处理后，应在28天后待桩身强度达到设计要求后方可进行施工质量检测。应由甲方委托具备相应资质的检测单位检测。本工程振冲碎石桩完成后选取总桩数的2%进行动力触探试验；旋喷桩抽取高压旋喷桩总数的1%，且每个单体工程不应少于3点进行复合地基载荷试验；抽取不少于总桩数的1%，且每个单体工程不应少于3点进行单桩静载荷试验。相关单位验收合格后，方可进行浮土清理(褥垫层位置清理深度为基础垫层底面以下30cm)及褥垫层和垫层施工。并把检测试验报告作为竣工验收依据之一。6、施工工艺要求6.1施工工艺6.1.1施工要求采用单管旋喷法。高压喷射注浆的主要材料为水泥，采用强度等级为P.O42.5级的复合硅酸盐水泥。水泥浆液的水灰比应按1:1。旋喷桩成桩直径应大于400mm，桩身强度大于9.5MPa。注浆管桩底停留时间不少于3min，注浆过程中注浆压力大于30MPa，注浆管的提升速度小于0.25m／min。桩顶l.0m范围内应进行复喷。喷射管旋转速度小于20r／min。6.1.2高压喷射注浆的旋工工序基坑开挖(桩顶以上预留30cm土层)→场地平整→测放旋喷桩中心位置→钻机引孔至设计深度→回灌砂卵石→由下至上旋喷注浆→(砂层和桩顶1.0m内复喷)→修补桩头→完成旋喷桩施工→桩体养护→施工质量检测→合格后进行浮土浮浆及桩头处理及