cfg桩设计

复合地基课程设计

土木工程与力学学院

姓名： 学号：U2010 班级：201004班

日期：2013.7.10

指导老师：

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目录

1.设计依据---------------------------------------------------------------------------------3 2.工程设计资料---------------------------------------------------------------------------3 3.地基处理方案选择--------------------------------------------------------------------4 4.设计计算书------------------------------------------------------------------------------4 一．桩型设计及布置---------------------------------------------------------------4 二．复合地基承载力计算---------------------------------------------------------5 三．沉降计算-------------------------------------------------------------------------6 四．设计施工说明-------------------------------------------------------------------9 五．质量控制与检查---------------------------------------------------------------13 5.参考文献----------------------------------------------------------------------------------15

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复合地基设计

1、

设计依据

根据本工程的具体特点，按照有关规范、规程及文件编制而成，具体如下： 1、设计图纸及有关文件 2、工程地质勘察报告

3、《地基与基础工程施工及验收规范》GBJ20283 4、《建筑桩基技术规范》J GJ94-2008 5、《建筑结构荷载规范》GB_50009-2001 6、《岩土勘察规范》GB50021-2001 7、《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002

2、 工程设计资料

（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（基础底面为25m*32m），基础底面压力120 kPa，基础埋深2.50m。 （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3.38m。各土层的物理力学性质见表2.1。

表2.1 各层土的物理力学性质指标

层序 土层名称 层厚 含水量 重度 比重 孔隙比 塑性指数 液性指数 直剪固结快剪 压缩性指标 a12 地基c （kPa）  （） Es12 （/MPa） 土承载力特征值 （/MPa） ① ① ② 素填土 1.50 1.20 2.00 33.3 18.9 2.73 0.93 15.4 0.77 11.1 15.7 0.47 4.40 90 浜填土 褐黄色粉质粘土 ③ 淤泥质粉质粘土 2.00 43.7 17.8 2.73 1.20 15.8 1.35 8.1 13.8 0.78 3.36 70 ③ 砂质粉土 1.00 31.8 18.6 2.70 0.89 4.0 25.0 0.22 8.25 100 华中科技大学

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④ 淤泥质粘土 10.00 51.8 17.1 2.74 1.44 19.8 1.36 8.6 7.2 1.22 2.04 60 ⑤ ⑥ 粉质粘土 暗绿色粉质粘土 2.00 2.30 40.6 23.5 18.0 20.0 2.74 2.72 1.14 0.68 17.0 15.6 1.02 0.32 10.0 30.8 12.4 11.6 0.71 0.27 3.09 6.33 75 170 ⑥ 草黄色粉质粘土 未穿 25.3 19.7 2.73 0.74 17.0 0.38 39.0 9.9 0.23 7.60 180 3、

地基处理方案选择

CFG桩适用于处理粘性土，粉土，砂土，正常固结的素填土等各种土性的地基；适用的基础形式也是多样的，它既可用于建筑工程中的条形基础，独立基础，箱型基础和筏型基础等，也可用于道路工程中的路堤；施工工艺简单，施工费用较低、对桩间土的挤密效应显著。无场地污染，所用材料仅需少量水泥，振动影响也较小。

采用CFG桩复合地基处理可以有效提高地基土的承载力作用，同时桩身与地基土构成复合地基可以提高压缩模量减小沉降，桩身与褥垫层是地下水良好的排水通道，可以改善地基土的水力特性。

最后根据所给工程的地质条件、承载力要求、周围环境等具体条件，从经济方面和施工影响方面最终选定了CFG桩法。

4、

一、

设计计算书

桩型设计及布置

1. 桩长：

对于复合地基中加固桩体长度的选择，应该根据土层分布、工程要求等因素确定，当相对应层的埋藏深度不大时，应按相对应层的埋藏深度确定；当相对应层的埋藏深度较大时，应按建筑物地基的变形确定；在可液化的地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定。

基础底面位于浜填土土层，基地以下19.3m为草黄色粉质粘土，承载力较高，可作为桩端持力层。设计桩长为20m。 2. 桩径：

根据规范桩径范围在350~600mm，取桩径d=400mm 3. 桩间距：

基础底面设计为正方形，筏形基础，采用满堂布桩，s∈[3,5]d，取s=4d=1600.

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4. 布桩：

采用正方形布桩，布桩根数nA2532312根。 2Ae(1.1340.4)4基础底面以下设计厚度为200mm的褥垫层。 二、复合地基承载力计算 1. 地基承载力特征值的确定：

表4.1：桩基本参数

桩长（m） 桩径（mm） 20 400 桩间距（m） 平面布置方式 1.6 正方形布置 面积置换率：

122d2Ap0.4dm40.0489

Ae1d2(1.05l)21.131.62e42. 单桩竖向承载力特征值：

由《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002 J220－2002）式9.2.6

RaupqsiliqpAp

i1n式中:

桩的周长：up1.257m

22桩的面积：Ap1 40.40.1257m根据地基土层的情况选择土层的侧摩阻力与端阻力情况如表4.2

表4.2 土层参数选择 侧阻力 端阻力 褐黄色粉质粘土 淤泥质粉质粘土 砂质粉土 淤泥质粘土 粉质粘土 暗绿色粉质粘土 草黄色粉质粘土 40 25 45 24 36 75 70 华中科技大学

1100 5

Ra0.4(4022524512410362752.3700.7)11000.12571028.85KN

'RaRa514.43KN 2

3. 复合地基承载力特征值：

由《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002 J220－2002）式9.2.5

fspkmRa(1m)fskAp514.430.8(10.0489)90

0.1257268.60KPa0.0489桩间土承载力折减系数：1.0 经修正后CFG桩复合地基承载力特征值

1.5181.08rm14KN/m3

2.5fafspkdmd0.5268.60114(2.50.5)296.60KPa

三、沉降计算

复合地基的变形沉降s包括符合土层压缩模量S1和桩端一下未处理土层的压缩变形量S2，即：S=S1+S2

复合地基最终沉降量可按下公式求解。

n2n1p0psziaizi1ai10ziaizi1ai1in11Esii1Esi

1. 计算基础底面的附加压力：

p0pkpc120142.585KPa

2. 土层压缩模量修正：

基地以下土层经桩挤密后压缩模量增大。 各土层模量提高系数见表4.3

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表4.3 加固区土的模量提高系数

土层 褐黄色粉质粘土 淤泥质粉质粘土 砂质粉土 淤泥质粘土 粉质粘土 暗绿色粉质粘土 草黄色粉质粘土

3. 沉降量计算：

根据《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002）表 K.0.1-2可得到平均附加应力系数, 计算的分层沉降值见表4.4

表4.4 沉降量计算表

编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 zi fak 加固区土的模量提高系数fspkfak 90 79 100 60 75 170 180 2.984 3.4 2.686 4.477 3.581 1.58 1.492 l/b 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 z/b 0 a 0.2500 4za ziai-zi-1ai-1 Esi 1.998 1.984 0.978 1.914 1.802 1.624 1.670 1.314 1.166 1.312 13.13 12.89 22.16 9.13 9.13 9.13 9.13 9.13 11.07 10.00 △si ∑si 12.93 13.08 3.75 17.82 16.78 12.93 26.01 29.76 47.58 64.36 0 2 4 5 7 9 11 13 15 17 19 0.16 0.2497 1.998 0.32 0.2489 3.982 0.4 0.2480 4.960 0.56 0.2455 6.874 0.72 0.2410 8.676 0.88 1.04 1.20 1.36 1.52 0.2341 10.300 0.2302 11.970 0.2214 13.284 0.2125 14.450 0.2074 15.762 15.12 79．48 15.55 95.03 12.23 107.26 8.95 116.21 11.15 127.36 华中科技大学

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以上为加固区沉降，以下为未加固区沉降 12 13 14 15 16 17 18 20 22 24 26 28 30 31 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.28 1.60 1.76 1.92 2.08 2.24 2.40 2.48 0.2028 16.224 0.1950 17.160 0.1892 18.163 0.1806 18.782 0.1725 19.32 0.1686 20.23 0.1649 20.45 0.262 0.936 1.003 0.619 0.538 0.910 0.220 7.60 7.60 7.60 7.60 7.60 7.60 7.60 5.17 132.53 10.47 143.00 11.22 154.22 6.92 6.02 161.14 167.16 10.18 177.34 2.461 179.80 4. 确定沉降计算深度：

按《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2002），b=12.5m，取z1.00。

基地30m到31m土层的计算沉降量处s2.4610.025si0.025*179.804.495。满足

'ni1n要求，可以终止计算。 5. 确定沉降计算经验系数：

平均压缩模量

E—AAEiii1.9981.9840.9781.9141.8021.6241.6701.3141.1661.3121.9981.9840.9781.9141.8021.6241.6701.3141.1661.31213.1312.8922.169.139.139.139.139.1311.0710.000.2620.9361.0030.6190.5380.9100.2209.69

0.2620.9361.0030.6290.5380.9100.2207.607.607.607.607.607.607.60

由沉降计算经验修正系数s表

Es（MPa）2.5 1.1 4.0 1.0 7.0 0.7 15.0 0.4 20.0 0.2 s 运用插值法：

0.70.40.7(9.697)0.60

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即得s0.60 6. 最终的沉降量：

ssss'i1np0ziizi1i10.60179.80107.88mm Esi根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）规定体型简单的建筑基础的平均沉降量不得大于200mm。本工程沉降验算满足要求。

四．设计施工说明 1．材料要求

1.1 水泥：水泥采用强度等级32.5级及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其性能必须符合《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-1999的规定。水泥储存时间超过3个月时应重新取样试验，并按其检验结果使用，使用前报监理工程师批准。

1.2 粉煤灰：粉煤灰尽量选用Ⅲ级以上粉煤灰，细灰材料不足时可采用粗灰。 1.3 水：宜采用饮用水。使用非饮用水时必须经化验并符合下列规定：

1、硫酸盐（以三氧化硫计）含量不超过2700mg/L； 2、含盐量不得超过5000mg/L； 3、不能采用酸性水，PH值不得小于4。 1.4 碎石：碎石粒径多采用30-50mm。 1.5 砂:采用的砂应洁净，含泥量不大于5%。

1.6垫层：桩顶垫层尽量采用级配良好的碎石或砂砾，可采用风化玄武岩，其最大粒径不超过30cm，不含植物残体、垃圾等杂质。 2．施工工序

CFG桩施工采用振动沉管打桩机，其成桩工艺如下： 2.1 沉管

1、桩机就位必须水平、稳固，调整沉管与地面垂直，确保垂直度偏差不大于1%； 2、安装桩尖。若采用预制钢筋混凝土桩尖，需埋入地表以下300mm左右； 3、启动马达，开始沉管。沉管过程中注意调整桩机的稳定，防止倾斜与错位；

4、沉管过程中须做好记录。激振电流每沉1m记录一次，对土层变化处应作特别说明。桩底

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标高采用“抬脚”与设计桩长双控制，当未达到设计桩长就“抬脚”时，即停止沉管，若达到设计桩长还未抬脚，则需继续沉管，桩长需大于设计桩长2m后，即停止沉管。桩顶位置采用标高控制。 2.2 投料

混合料严格按照水泥：粉煤灰：砂：碎石=6%:13%:26%:55%进行配比，配比后将混合料投入搅拌机后加水拌和，搅拌时间不得少于1min。加水量由混合料坍落度控制，一般坍落度控制在3-5cm，以4cm为佳，加水量约为混合料总重的8.7。拌和碎石和砂的杂质含量不大于5%。

振动沉管至指定位置时，必须尽快投料，直到管内混合料面与钢管料口平齐。投料时可采用料斗进行空中投料；如上料量不多，须在拔管过程中进行孔中投料，以保证成桩桩顶标高满足设计要求。成桩后桩顶浮浆厚度一般不超过200mm。 2.3 拔管

当混合料加至与钢管投料口平齐后，开动电动机，沉管原地留振10s左右，然后边振动边拔管。拔管速度按均匀线速度控制，一般在1.2-1.5m/min;如遇淤泥或淤泥质土，拔管速度可适当放慢。当桩管拔出地面确认成桩符合设计要求后，用粒状材料或湿粘土封顶，然后移机继续下一根桩施工。 2.4 共同管沟基槽开挖

CFG桩施工完毕后，待桩体达到一定强度（一般为7d左右）后，方可进行共同管沟基槽开挖。在基槽开挖后，如果设计桩顶标高距离地面不深（一般不大于1.5m），宜采用人工开挖，不仅可防止对桩体和桩间土产生不良影响，而且经济可行；如果基槽开挖较深，开挖面积大，采用人工开挖效率太低且不经济，可考虑采用机械和人工联合开挖。深基槽开挖时，需采用咬合桩或者拉伸钢板桩对基坑进行围护。 2.5 褥垫层铺设

CFG桩施工完毕后，在桩顶铺设一层20cm的褥垫层。在褥垫层上要加铺一层钢塑土工格栅。 褥垫层材料采用级配良好的碎石或砂砾，也可采用风化玄武岩，其最大粒径不超过30cm，不含植物残体、垃圾等杂质。褥垫层虚铺厚度为25cm左右，虚铺后采用静力压实，在桩间土含量不大时亦可夯实。桩间土含水量较高时，特别是高灵敏度土，要注意监测施工扰动对桩间土的影响，以避免产生橡皮土。 3．施工期间注意事项

3.1 每个作业点施工前必须先打不少于5根的工艺试验桩，以检验机具性能及施工工艺中的各

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项参数。

3.2 在软土路段，桩距较大时可采用隔桩跳打；但在饱和的松散粉土，或者土质较硬时，如桩距较小，不宜采用隔桩跳打方案。满堂布桩时，无论桩距大小，不宜从四周向内推进施工。施打新桩时与已打桩间隔时间不应少于7d。混合料的搅拌时间不应小于60s，混合料坍落度控制在3-5cm。拔管过程中不允许反插、留振。如上料不足需在拔管过程中控制投料，以保证成桩后的桩顶标高。

3.3 设备就位后必须平整，确保施工过程中不发生倾斜和移动，机架和钻杆的垂直度偏差不大于1.0%，施工中采用吊锤观测钻杆的垂直度，如发现偏差过大，必须及时调整。钻机位对中偏差不得大于20mm。

3.4 施工过程中要随时测量施工场地标高及桩顶标高，根据地面隆起情况判断是否断桩。如果存在断桩，必须采用必要的补助措施。

3.5 施工中如因地峡障碍物等原因使钻杆无法钻进应及时通知甲方代表、监理及设计人员，以便及时采取补桩措施。 4施工期间质量控制 4.1施工监测

1、打桩过程中随时观测地面是否发生隆起，并测量隆起量。

2、新打桩时对已打但尚未硬结成桩的桩顶进行桩顶位移测量，估算桩径的缩小量。 3、打新桩时对已打并硬结成桩的桩顶进行桩顶位移测量，判断是否发生断桩。一般当桩顶位移超过10mm时，需开挖进行检验。 4.2 逐桩静压

对重要工程或施工监测中发生桩顶上升量较大且桩数较多时，可对桩进行快速静压，将可能断裂并脱开的桩体重新连接 ，以保证复合地基中桩能很好的传递垂直荷载。 4.3 静压振拔技术

当CFG桩处理范围内为饱和软土时，可采用静压振拔技术，以减小对桩周围土体的扰动。即在沉管时不启动电动机，借助桩机自重将沉管沉至预定标高，填料后启动电动机振动拔管。 4.4 大直径预制桩尖的采用

当CFG桩桩端落在较好的土层上时，采用直径比沉管外径大1.5-2.0倍大的桩尖，以利于在CFG桩桩端形成更大的端承力。

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5.施工时的防治办法 5.1 缩颈、断桩 1、现象

成桩困难时，从工艺试桩中，发现缩颈或断桩。 2、原因分析

(1)由于土层变化，在高水位的粘性土中，振动作用下会产生缩颈。 (2)灌桩填料没有严格按配合比进行配料、搅拌以及搅拌时间不够。

(3)在冬期施工中，对粉煤灰碎石桩的混合料保温措施不当，灌注温度不符合要求，浇灌又不及时，使之受冻或达到初凝。雨季施工，防雨措施不利，材料中混入较多的水分，坍落度过大，从而使强度降低。

(4)拔管速度控制不严。

(5)冬期施工冻层与非冻层结合部易产生缩颈或断桩。 (6)开槽及桩顶处理不好。 3、防治措施

(1)控制拔管速度，一般1～1．2m/min。用浮标观测(测每米混凝土灌量是否满足设计灌量)以找出缩颈部位，每拔管1．5～2．0m，留振20s左右(根据地质情况掌握留振次数与时间或者不留振)。

(2)出现缩颈或断桩，可采取扩颈方法(如复打法、翻插法或局部翻插法)，或者加桩处理。 (3)混合料的供应有两种方法。一是现场搅拌，一是商品混凝土。但都应注意做好季节施工。雨期防雨，冬期保温，都要苫盖，并保证灌人温度5℃以上(冬期按规范)。

(4)每个工程开工前，都要做工艺试桩，以确定合理的工艺，并保证设计参数，必要时要做荷载试验桩。

(5)混合料的配合比在工艺试桩时进行试配，以便最后确定配合比(荷载试桩最好同时参考相同工程的配合比)。

(6)在桩顶处，必须每1．0～1．5m翻插一次，以保证设计桩径。

(7)冬期施工，在冻层与非冻层结合部(超过结合部搭接1．0m为好)，要进行局部复打或局部翻插，克服缩颈或断桩。

(8)施工中要详细、认真地做好施工记录及施工监测。如出现问题，应立即停止施工，找有关单位研究解决后方可施工。

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(9)开槽与桩顶处理要合理选择施工方案，否则应采取补救措施，桩体施工完毕待桩达到一定强度(一般7d左右)，方可进行开槽。 5.2灌量不足 1、现象

施工中局部实际灌量小于设计灌量。 2、原因分析

(1)原状土(如粘性土、淤泥质土等)在饱和水或地下水中，由于振动沉管过程中产生流塑状，而形成高孔隙水压力，使局部产生缩颈。

(2)地下水位与其土层结合处，易产生缩颈。 (3)桩间距过小或群桩布置，互相挤压产生缩颈。

(4)混凝土达到初凝后才灌入，或冬期施工受冻，和易性较差。

(5)开始拔管时有一段距离，桩尖活瓣被粘性土抱着张不开或张开很小，材料不能顺利流出。 (6)在桩管沉入过程中，地下水或泥土进入桩管。 3、防治措施

(1)根据地质报告，预先确定出合理的施工工艺。开工前要先进行工艺试桩。 (2)同6.1“缩颈、断桩”中的防治措施(2)、(3)。

(3)季节施工要有防水和保温措施，特别是未浇灌完的材料，在地面堆放或在混凝土罐车中时间过长，达到了初凝，应重新搅拌或罐车加速回转再用。

(4)克服桩管沉入时进入泥水，应在沉管前灌入一定量的粉煤灰碎石混合材料，起到封底作用。

(5)确定实际灌量的充盈系数(按规范规定的1．1～1．3选用)。

五、质量控制与检查 (一)施工前：

水泥、粉煤灰、砂及碎石等原材料应符合设计要求。 (二)施工中：

施工中应检查桩身混合料的配合比、坍落度和提拔钻杆速度(或提拔套管速度)、成孔 深度、混合料灌入量等。 (三)施工后

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1.施工结束后，应对桩顶标高、桩位、桩体质量、地基承载力以及褥垫层的质量做检查。 2.应抽取不少于总桩数的10%的桩进行低应变动力试验，检测桩身完整性。

（四）CFG 桩复合地基的质量检验标准应符合水泥土粉煤灰碎石桩复合地基质量验收标准的规定。

水泥粉煤灰碎石桩复合地基质量检验标准

项 主 控 项 目 序 检 查 项 目 1 2 3 4 1 一 般 项 目 5 注：1、夯填度指夯实后的褥垫层厚度与虚体厚度的比值。 2、桩径允许偏差负值是指个别断面。

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允许偏差或允许值 单位 数 值 检 查 方 法 查产品合格证书或抽样送检 用钢尺量或计算填料量 查28d试块强度 按规定的办法 按桩基检测技术规范 原材料 桩径 桩身强度 地基承载力 桩身完整性 设计要求 mm 20 设计要求 设计要求 按桩基检测技术规范 满堂布桩≤2 桩位偏差 0.40D 条基布桩≤0.25D 用钢尺量，D为桩径 3 4 桩垂直度 桩长 褥垫层夯填度 % mm ≤0.9 ≤1.5 +100 用经纬仪测桩管 测桩管长度或垂球测孔深 用钢尺量 14

5.参考文献

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