地基基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書2007628

1、地基處理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書基本知識(shí)：一、水泥攪拌樁復(fù)合地基的工程勘察 對(duì)于準(zhǔn)備采用水泥攪拌樁工程的場地，除了常規(guī)的工程地質(zhì)勘察外，尚應(yīng)查明：1. 填土層的結(jié)構(gòu)，特別要查明大塊障礙物(石塊、樹根等)的尺寸和含量；2水泥攪拌樁加固深度范圍內(nèi)土的天然含水量；3. 有機(jī)質(zhì)土層及有機(jī)質(zhì)性質(zhì)和含量；4. 地下水的侵蝕性。因?yàn)樵S多種普通水泥不適應(yīng)硫酸鹽的結(jié)晶性侵蝕，甚至?xí)适?qiáng)度。二、設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇(一) 水泥1. 水泥強(qiáng)度等級(jí)。水泥土強(qiáng)度隨水泥強(qiáng)度等級(jí)的提高而提高，一般選用42.5號(hào)普通礦渣水泥。 2. 水泥摻合量。表示水泥摻合量的摻合比在1020之間，一般用W=15%。（二）水泥攪拌樁置換率（m） 置換率的

2、大小直接影響復(fù)合地基承載力的大小，也影響建筑物沉降量的大小。從最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)衡量，一般選用m20較為恰當(dāng)。三、復(fù)合地基承載力水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力原則上應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，也可按下式計(jì)算： （1-1） 式中 復(fù)合地基承載力特征值(Kpa)m 面積置換率； Ap 水泥攪拌樁單樁截面積(m2) 樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值(Kpa) 樁間土承載力折減系數(shù)，當(dāng)樁端土軟土?xí)r；=0.10.4；當(dāng)不考慮樁間軟土作用時(shí)；=0； 單樁豎向承載力特征值，原則上應(yīng)通過單樁載荷試驗(yàn)確定，也可用下列兩式計(jì)算，取其中較小者 （1-2） （1-3） 式中 與水泥攪拌樁樁身水泥土配比相同的室內(nèi)水泥土試塊(70.7m

3、m ×70.7mm×70.7mm立方體或50mm×50mm×50mm立方體)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下90d齡期的立方體抗壓強(qiáng)度平均值(kPa)； 樁身強(qiáng)度折減系數(shù)，干法0.200.30，濕法0.250.33； 樁周第i層土側(cè)摩阻力特征值，對(duì)于淤泥=47Kpa；淤泥質(zhì)土=612kPa；軟塑粘性土1015kPa；可塑粘性土1218kPa； 水泥攪拌樁周長(m)； i 樁長范圍內(nèi)第i層土的厚度 (m)； 樁端地基土未經(jīng)修正的承載力特征值（kPa），可按規(guī)范取值； 樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，=0.4-0.6。四、下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算 水泥攪拌樁復(fù)合地基往往以承臺(tái)下群樁的

4、形式出現(xiàn)，群樁中的樁與單個(gè)樁的工作狀態(tài)不盡相同。當(dāng)樁距不大時(shí)，亦即攪拌樁的置換率較大 (譬如m=20)且非單行排列，而樁端以下仍然存在較軟弱的土層時(shí)；應(yīng)驗(yàn)算下臥層的地基強(qiáng)度。設(shè)想攪拌樁與樁間土為一假想實(shí)體基礎(chǔ)，則下臥層強(qiáng)度可按下式驗(yàn)算 式中 水泥攪拌樁復(fù)合地基承載力特征值(kPa)； F 基礎(chǔ)(承臺(tái))總面積(m2)，詳見圖1；G 假想實(shí)體基礎(chǔ)自重(kN)； 假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)壁上的平均摩阻力特征值(kPa)； | U 假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)面積（m2） 假想實(shí)體基礎(chǔ)邊緣軟土的承載力特征值（kPa）；F1 假想實(shí)體基礎(chǔ)的底面積(m2)， fs 假想實(shí)體基礎(chǔ)底面修正后的地基承載力特征值(kPa)； 設(shè) 計(jì) 實(shí)

5、 例一、工程概況某5層辦公樓，磚混結(jié)構(gòu)體系。樓、地、屋面均采用預(yù)應(yīng)力多孔板。240mm厚磚墻采用燒結(jié)普通磚實(shí)砌。鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)；500mm水泥攪拌樁復(fù)合地基。基礎(chǔ)剖面構(gòu)造如圖1-2所示。上部結(jié)構(gòu)線荷載(算至室外地坪)如圖1-3所示。 圖1-2 基礎(chǔ)剖面 本工程地處軟弱場地地基自然地坪(同室外地坪)下50cm范圍為耕植土，其下粉質(zhì)粘土層厚1m，再往下則為“深不見底”的流塑狀淤泥質(zhì)粘士層。各土層的主要物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)詳見表1-1。常年平均地下水位在地表下1m深處。地下水無侵蝕性。 各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo) 表1-1土層名稱厚度（m）含水量（%）重度r（kN/m3）比重ds（g/cm3）塑性指數(shù)I

6、p壓縮模量Es（MPa）地基承載力特征值qp（kPa）樁側(cè)摩擦力特征值qs（kPa）耕植土0.518.0粉質(zhì)粘土135.318.52.7315.93.378012.0淤質(zhì)粘土28.551.118.02.7419.71.68557.0圖1-3 上部結(jié)構(gòu)線荷載平面二、確定基礎(chǔ)平面尺寸及復(fù)合地基承載力1 復(fù)合地基承載力估算，假定樁長L=10m置換率m15，則單樁承載力特征值(不考慮樁端土承載力)為：以下兩者中取小者： 復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(樁間土地基承載力折減系數(shù)=0.8)為： 2按計(jì)算條基寬度B 由圖2，基礎(chǔ)自重按20kPa計(jì)算。根據(jù)圖3上部結(jié)構(gòu)線荷載平面圖，條基寬度計(jì)算如下； (1) 軸條基寬度

7、軸的最大線荷載為82kNm，若取B1 m，則基底壓力為82+20 102kPa<。由于攪拌樁的直徑為500mm，根據(jù)構(gòu)造要求，條基的最小寬度應(yīng)為l m。所以，軸的條基寬度取為l m。 (2) 軸條基寬度 取一個(gè)開間寬度作為計(jì)算單元，如圖1-4所示。 條基總面積：（m2） 上部總荷載：KN 基礎(chǔ)自重：（KN） 根據(jù)力的平衡條件，得： 解方程得：B1.03m 取B1.1m (3) 、軸條基寬度 單個(gè)單元：條基總面積：（m2） 單個(gè)單元：上部總荷載：kN單個(gè)單元：基礎(chǔ)自重：（kN）根據(jù)力的平衡條件，得： 解方程得： B0.86m根據(jù)構(gòu)造要求，取B=l3. 根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果分析，復(fù)合地基承載力取

8、值偏高。若改取Kpa，重復(fù)上述計(jì)算，得：軸條基寬度為1.0m 軸條基寬度為1.29m，取1.3m、軸條基寬度為0.99m，取1.0m 圖1-4橫墻寬度計(jì)算單元基礎(chǔ)平面如圖1-5所示。要求復(fù)合地基承載力?；A(chǔ)總面積為： m2圖1-5 基礎(chǔ)平面三、計(jì)算不同置換率對(duì)應(yīng)的總工程量(樁長總延米數(shù))基礎(chǔ)總面積：A184.8m2復(fù)合地基承戴力標(biāo)準(zhǔn)值：樁徑500mm、樁周長U3.14×0.51.57m樁截面面積：m2樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值：樁間土承裁力折減系數(shù)：=0.8樁水泥土強(qiáng)度折減系數(shù)：=0. 333樁端土承載力折減系數(shù)：=0樁頂施工鑿樁高度：L0.5m 對(duì)應(yīng)于不同置換率(m10、12.5、15、1

9、7.5、20)情況下的單樁豎向承載力、樁數(shù)n、樁身水泥土強(qiáng)度qu、樁長L及樁長總延米數(shù)M分別計(jì)算如下。計(jì)算結(jié)果列于表1-2。= = =（kN）*m根樁身水泥土強(qiáng)度：（kPa）土的承承力：（kN）（m）（m）不同置換率情況下工程量計(jì)算 表1-2m（%）（kN）n（根）（kPa）L（m）M（m）10144.894217212.31203.212.5118.411617769.91206.415100.814015128.31232.017.588.216213237.21247.42078.818611826.31264.8注：考慮到工程的對(duì)稱性，樁數(shù)均取為偶數(shù)。四、樁位布置 樁位的平面布置應(yīng)按適

10、當(dāng)?shù)拿娣e置換率m和較小的總延長米數(shù)M為原則。面積置換率m不能太小，否則，單樁承載力要求過高，水泥土強(qiáng)度或施工機(jī)械不能滿足設(shè)計(jì)要求；面積置換率m也不能太大，否則樁數(shù)太多、樁距太密、影響單樁承載力的發(fā)揮，不經(jīng)濟(jì)。本例選擇兩種面積置換率(m12.5%，15%)進(jìn)行試排樁，如圖1-6所示。當(dāng)m12.5%時(shí)，實(shí)際總樁數(shù)，n132，總延長米數(shù)M132×(9.9+0.5)=1372.8m，當(dāng)m15%時(shí)，實(shí)際總樁數(shù)n=148，總延長米數(shù)M148×(8.3+05)=1302.4m。兩者相比，m15%時(shí)的工程量較省，因而本工程實(shí)際采用面積置換率m=15%排樁。圖1-6 樁位平面布置 圖1-7

11、假想實(shí)體基礎(chǔ)平面五、下臥層強(qiáng)度驗(yàn)算將加固后的樁群視為一個(gè)格子狀的假想實(shí)體基礎(chǔ)(平均重度取18.5kN/m3)，如圖1-7所示。軸由于樁距較近，視為假想實(shí)體基礎(chǔ)的一部分。則：假想實(shí)體基礎(chǔ)的底面積：m2假想實(shí)體基礎(chǔ)的側(cè)表面積： m2軸間無基礎(chǔ)之空地面積：S=0.8×24.2=19.36m2實(shí)際基礎(chǔ)底面積：A=184.8m2上部線荷載總重：P1=(66+82)×25.2×2+122×11.8×2+165×5×6×2=20238.4kN，實(shí)際基礎(chǔ)自重：P2=20×184.8=3696kN： 軸間空地自重：P3 =

12、(18×7.8+18.5×0.5) ×19.36=353.3kN假想實(shí)體基礎(chǔ)自重：G(18.510) ×120.81×8.3=8523.1kN假想實(shí)體基礎(chǔ)側(cè)摩阻力：kN樁間土反力總和80×(184.8+19.36120.81)6668kN樁端下臥層平均應(yīng)力： kPa 樁端下臥層承載力標(biāo)準(zhǔn)值： 55kPa， D8.3+1.09.3m，nd1.0 kN/m3 = 55 + 1.0×9.13×（9.3 - 0.5）=126.2kPa滿足要求六、地基變形驗(yàn)算地基沉降由樁群體壓縮變形和下臥天然軟土層變形兩部分組成。計(jì)算從略。

13、七、水泥摻合比確定由表2可知，本工程采用的水泥攪拌樁要求水泥土強(qiáng)度qu1512kPa。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場土質(zhì)，通過室內(nèi)試驗(yàn)，確定恰當(dāng)偽水泥摻合比，以滿足水泥土強(qiáng)度的設(shè)計(jì)要求。當(dāng)有經(jīng)驗(yàn)時(shí)，也可不做試驗(yàn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定恰當(dāng)?shù)乃鄵胶媳?。施工要點(diǎn)水泥攪拌樁復(fù)合地基的性質(zhì)很大程度上取決于水泥攪拌樁的樁身質(zhì)量、即樁身水泥土的強(qiáng)度和攪拌的均勻程度一、施工機(jī)具 國內(nèi)目前所用的水泥攪拌樁機(jī)具主要有中心管噴漿的雙頭攪拌機(jī)和葉片噴漿的單頭攪拌機(jī)，單頭攪拌還有一種粉體噴攪機(jī)，前者用水泥漿作工作液體，而后者則用水泥粉體以霧狀噴入加固土體，憑借鉆頭的葉片旋轉(zhuǎn)使水泥粉體與土體充分?jǐn)嚢杌旌?。一般說來，用水泥漿作工作液的所謂“濕法攪拌

14、”與水泥粉以霧狀噴入的“干法攪拌”棍比，前者應(yīng)用比較廣泛，因此該處介紹的施工要點(diǎn)主要是濕法攪拌。水泥攪拌樁的施工機(jī)具由主機(jī)和配套設(shè)備組成。主機(jī)包括動(dòng)力、攪拌和輸漿三部分。主機(jī)的關(guān)鍵部分是攪拌軸和攪拌頭。對(duì)于雙頭攪拌機(jī)，攪拌頭為帶硬質(zhì)合金鋼的兩個(gè)葉片，直徑0.7一0.8m。單頭攪拌機(jī)在攪拌頭上分別安裝攪拌葉片和噴漿葉片，攪拌葉片和噴漿葉片一上一下，兩者相距約0.5m。葉片直徑約0.50.7m，其中以直徑等于0.5m者較為常用。配套設(shè)備包括灰漿拌和機(jī)、集料斗、灰漿泵以及電氣控制柜等幾部分。二、水泥漿制備(一)根據(jù)水泥摻合比確定水泥摻合量()，當(dāng)水泥摻合比（）確定后，水泥摻合量可按下式計(jì)算式中： 水

15、泥摻合比，通常取=15%； r 天然土體的濕重度（kN/m3）；w 平均加固（攪拌）1m3土所需要的水泥摻合量，通常2.5kNm3；（二）水泥漿水灰比水泥漿水灰比根據(jù)施工條件而異，即根據(jù)加固土的含水量及輸漿情況決定合適的水灰比。水灰比取值范圍一般為0.81.0（水：灰）（三）外摻劑石膏和木質(zhì)素磺酸鈣(簡稱木鈣)是兩種最常用的水泥攪拌樁外摻劑。石膏與水泥水化物反應(yīng)生成的鈣釩石結(jié)晶能大量吸附軟粘土中的自由水分，因此有增強(qiáng)作用，是一種良好的早強(qiáng)荊。此外，在水泥硬化過程中還具有一定的緩凝作用，有利于攪拌施工。石膏摻合量約為水泥用量的2倍。木鈣主要起減水作用，以增加水泥漿的稠度，便于泵送，但對(duì)水泥土的強(qiáng)

16、度影響不大。木鈣的摻合量為水泥用量的0.2%。三、成樁工藝（一）水泥攪拌樁機(jī)就位；（二）葉片噴漿攪拌并下沉，下沉速度不大于lmmin，下沉?xí)r旋轉(zhuǎn)速度不大于60轉(zhuǎn)min。（三）噴漿攪拌并上提。葉片下沉到底后，原地噴漿一定時(shí)間；以同樣速度上提至孔口，于是水泥攪拌樁成樁完畢。必要時(shí)在孔口以下13樁長段進(jìn)行復(fù)攪拌。（四）關(guān)閉水泥攪拌機(jī)，移機(jī)至下一個(gè)樁位。四、水泥攪拌樁復(fù)合地基基礎(chǔ)開挖。水泥攪拌樁成樁施工完畢后，基礎(chǔ)開挖時(shí)應(yīng)將上部500cm左右成型較差的樁段挖去，然后再澆筑混凝土基礎(chǔ)。五、質(zhì)量檢驗(yàn)根據(jù)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ792002）規(guī)定，水泥攪拌樁應(yīng)在成樁后7d內(nèi)用輕便觸探器鉆取樁身加固土樣，

17、觀察攪拌均勻程度，同時(shí)根據(jù)輕便觸探擊數(shù)用對(duì)比法判斷樁身強(qiáng)度。被檢驗(yàn)的樁的數(shù)量應(yīng)不少于完成樁數(shù)的2。在下列情況下尚應(yīng)進(jìn)行取樣、單樁載荷試驗(yàn)或開挖檢驗(yàn)：1. 經(jīng)觸探檢驗(yàn)，對(duì)樁身強(qiáng)度有懷疑的樁應(yīng)鉆取樁身芯樣，制成試塊并測(cè)定樁身強(qiáng)度，2. 場地復(fù)雜或施工有問題的樁應(yīng)進(jìn)行單樁載荷試驗(yàn)，檢驗(yàn)其承載力；3. 對(duì)相鄰樁搭接要求嚴(yán)格的工程，應(yīng)在樁養(yǎng)護(hù)到一定齡期時(shí)選取數(shù)根樁體進(jìn)行開挖檢驗(yàn)。 基槽開后，應(yīng)檢驗(yàn)樁位、樁數(shù)與樁頂質(zhì)量，如不符合規(guī)定要求，則應(yīng)采取有效補(bǔ)救措施。 據(jù)現(xiàn)有輕便觸探擊數(shù)（N10）與水泥強(qiáng)度（qu）對(duì)比資料，似有如下關(guān)系：輕便觸探擊數(shù)（N10）與水泥土強(qiáng)度（qu）關(guān)系 表1-3N10（擊數(shù)）152

18、0253035>40qu（kPa）200300400>500六、水泥攪拌樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)要點(diǎn)：(一)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)的壓板可用方形或矩形。單樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)壓板的面積為一根樁承擔(dān)的處理面積；多樁復(fù)合地基載荷試驗(yàn)壓板的尺寸按實(shí)際樁數(shù)所承擔(dān)的處理面積確定。(二)壓板底高程應(yīng)與基礎(chǔ)底面設(shè)計(jì)高程相同，壓板下宜設(shè)中粗砂找平層。(三)加荷等級(jí)可分為812級(jí)，總加載量不宜少于設(shè)計(jì)要求值的兩倍。(四)每級(jí)加載后，按間隔10、10、10、15、15min，以后每隔半小時(shí)讀一次沉降。當(dāng)加載量尚未超過設(shè)計(jì)要求值時(shí)，一小時(shí)內(nèi)沉降量小于0.1mm才可加下一級(jí)荷裁；當(dāng)加載量大于設(shè)計(jì)要求值后，一小時(shí)內(nèi)沉降量

19、小于0.2mm即可加下一級(jí)荷載。(五)當(dāng)出現(xiàn)下列現(xiàn)象之一時(shí)，可終止試驗(yàn)： 1. 沉降s急劇增大，土被擠出或壓板周圍出現(xiàn)明顯的裂縫；2. 總加載量已為設(shè)計(jì)要求值的兩倍以上； 3. 累計(jì)的沉降量已太于壓板寬度的l0。滿足第1種情況時(shí)，其對(duì)應(yīng)的前一級(jí)荷載定為極限荷載。以上載荷試驗(yàn)要點(diǎn)引自軟土地基深層攪拌加固法技術(shù)規(guī)程。參 考 文 獻(xiàn)1. 地基處理手冊(cè)編寫委員會(huì). 地基處理手冊(cè)。北京：中國建筑工業(yè)出版社，19882. 黃自彬，陳嘉壽，尹雄云.深層攪拌單樁多點(diǎn)位移測(cè)試資料分析城市改造中的巖土工程問題學(xué)術(shù)討論論文集，19903. 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ792002)北京：中國建

20、筑工業(yè)出版社，20024. 天津港灣工程研究所(譯). 水泥系深層拌和法(CDM)工法設(shè)計(jì)和施工手冊(cè)摘錄. 深層攪拌祛設(shè)計(jì)與施工經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集北京：中國鐵道出版社；19935. 顧堯章，周煥橋水泥攪拌樁承載力與臨界樁長市三屆全國地基處理學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集杭州；浙江大學(xué)出版社，19926. 顧堯章，繆凌峰，周煥橋上部復(fù)攪的水泥攪拌樁承載力深層攪拌法設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)論文集. 北京：中國鐵道出版杜，19937. 顧堯章，徐萍復(fù)合地基的變形模量及其非線性表達(dá)式. 浙江省市五屆土力學(xué)及基礎(chǔ)工程學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集杭州；浙江大學(xué)出版社，19928. 邱良佐水泥加固復(fù)合地基中王腐殖質(zhì)的影響. 浙江省巖土力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集北京：中國鐵道出版社；1993 9. 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟土地基深層攪拌加固法技術(shù)規(guī)程(YBJ22591). 北京：中國建筑工業(yè)出版社，199l 地基處理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、計(jì)算書 1 .復(fù)合地基承載力計(jì)算 2