毕业设计--CFG桩复合地基方案设计.doc

华北水利水电学院毕业设计 目 录摘 要I关键词IAbstractIIKey wordsII绪 论1第一章 工程概况及场地工程地质条件21.1 工程概况21.2 地形地貌21.3 土层岩性31.4 地下水情况31.5工程环境条件31.5.1 场地稳定性31.5.2地震效应31.5.3 场地土类型、建筑场地类别41.6 场地稳定性与适宜性41.7土层物理力学性质4第二章 地基方案分析52.1天然地基分析52.2深层搅拌水泥土桩分析62.3 CFG桩复合地基方案分析6第三章 CFG桩复合地基设原理83.1 CFG桩复合地基设计基本理论83.2 CFG 桩设计计算步骤83.2.1 承载力计算83.2.2沉降计算93.3 CFG 桩复合地基设计参数及参数的确定113.4 CFG 桩的布桩数123.5 褥垫层设计基本理论12第四章 CFG桩设计144.1各层土承载力特征值144.2 确定持力层、桩长、桩径144.3 单桩竖向承载力计算144.5 桩数及基底布桩164.6 复合地基承载力验算164.7 桩体强度设计174.8 褥垫层设计174.9 变形验算17第五章 CFG 桩施工235.1 CFG 桩施工流程及技术要求235.2 施工中常见的问题245.3 施工质量控制措施与质量检验255.4 施工验收26结论28致 谢29参考文献30附录32凤凰小区5#、6#楼CFG桩复合地基方案设计摘 要：根据该地区地基基础工程主要问题分析，结合拟建场区地层分布条件及其工程性质，按有关规范要求，以满足本工程地基承载力、变形和稳定性要求，控制高层建筑的总沉降及倾斜为基本原则，提出以下地基方案供设计参考。一为使用天然地基，5#，6#楼持力层均为层粉土，经过宽深修正后的地基承载力小于上部设计荷载要求，不能保证工程安全性。二是深层搅拌桩方案，因为其可能无法满足上部荷载要求，而且出于经济性的考虑，最终没有选择这种方案进行设计。三是CFG桩复合地基方案，5#，6#楼桩端持力层为层细砂及中砂或以下土层，该层土体性质较好，经验证可得，CFG桩复合地基承载力完全满足符合地基要求。CFG 桩复合地基虽说是近些年才发展起来的，但其施工速度快，建筑成本低，可调性、适合性、可靠性好，复合地基沉降小。目前 CFG 桩复合地基在许多地区广泛应用。故本文对CFG的工作流程进行了阐述，并对CFG桩复合地基的技术问题作了简要的分析，对复合地基单桩承载力进行了验算，时使其满足工程规范要求，另外还对CFG桩的施工进行了叙述。关键词：地基；CFG桩；地基承载力；深层搅拌桩Abstract：According to the major foundation engineering problem of the area,the stratum distribution conditions of the proposed area,and the involved codes,To meet the engineering foundation bearing capacity, deformation and stability requirement, control of high buildings and total settlement tilt as the basic principle,Put forward the following foundation plan and related sugg estions for the design and build.For the use of a natural foundation, # 5, 6 # buildings used for (2) layer silty clay and sandy powder soil, according to the standard of the bearing capacity of the need to lie under layer (3) layer silty clay calculating bearing capacity determined comprehensively, cannot guarantee the safety engineering. 2 it is CFG pile composite foundation scheme, # 5, 6 # building pile end used for 7 fine ZhongSha or the layer and soil layer, the layer of soil properties is good, composite foundation bearing capacity completely satisfy requirement accord with foundation.Although it is a CFG pile composite foundation in recent years to develop up, but the construction speed is quick, the construction cost is low, adjustable, suitable for sex, reliability, the small settlement of composite foundation. At present CFG pile composite foundation in many areas widely used.So this paper work process of CFG is discussed, and CFG pile composite foundation of the technical problems are briefly analysis of composite foundation bearing capacity of single pile in the paper.how, which makes it meet the engineering standard requirement, also in the construction of CFG pile is described.Key words：foundation；CFG pile；bearing capacity of foundation；code;designII绪 论 CFG桩(Cement Fly-ash Gravel Pile)意水泥粉煤灰碎石桩，是20世纪90年代初出现的一种地基处理新技术。与一般的柔性桩复合地基相比，用CFG桩处理的地基，具有可使地基承载力提高幅度大并具有很大可调性的优点；故当天然地基承载力较低而设计要求的承载力较高，用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求时，CFG桩复合地基则有明显的优势。CFG桩是由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用各种成桩机械制成的可变强度桩，通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15-C25之间变化。80年代末至90年代初，CFG桩多用振动沉管打桩机施工，桩体材料多为水泥、碎石、石屑、粉煤灰组成；90年代中期，开始应用长螺旋钻管CFG桩混合料成桩工艺，桩体配比和混合料的要求也明显不同，用于高层建筑的CFG桩强度等级一般为C15-C25，一般采用素混凝土。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算理论进行工程设计。CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价。本次毕业设计“凤凰小区5#、6#楼CFG桩复合地基方案设计”同样是针对天然地基承载力不满足建筑物承载力和变形的要求，采用复合地基所进行的设计。另外，本次设计就施工方面也进行了简要的分析。第一章 工程概况及场地工程地质条件1.1 工程概况本项目位于昌平区南邵镇纪窑，张各庄北。根据岩土工程勘察规范（GB50021-2001）第3.1条及高层建筑岩土工程勘察规程（JGJ72-2004）第3.0.1条的规定，该工程重要性等级为二级，场地复杂等级为二级，地基复杂等级亦为三级。1.2 地形地貌场区地貌单元属于十三陵冲洪积扇前缘地段，场地基本平坦，目前场区为耕地，地面标高52.81m55.26m。1.3 土层岩性按沉积年代、成因类型可划分为人工堆积层、新近沉积层及一般第四纪沉积层三大类，按岩性特征、物理力学性质进一步划分为8个大层及4个亚层，自上而下分述如下：人工堆积层层粘质粉土填土，黄褐色，湿，松散；其下为新近沉积层层质粉土：褐黄色，稍湿湿，密实，承载力标准值fak=150kPa；层粉质粘土，褐黄黄褐色，很湿，软塑可塑，fak100kPa；层粉土，黄灰黄褐，稍湿湿，中密，fak130kPa；再下为一般第四纪沉积层层粉土，褐黄，稍湿湿，密实，fka190kPa；层粉质粘土，褐黄色，很湿，可塑，fak160kPa；层细砂及中砂，褐黄，湿很湿，中密密实，fak250kPa；1层粉质粘土，褐黄色，很湿，可塑，fka170kPa；1.4 地下水情况该区1959年地下潜水水位埋深1米左右,根据场区西侧北京国网普瑞特高压输电技术有限公司特高压直流试验基地污秽及环境试验室工程岩土工程勘察报告（2007-106-4） ，该区2007年地下潜水水位埋深10米左右。该区地下潜水对混凝土结构具有微腐蚀性，在长期浸水及干湿交替情况下对钢筋混凝土结构中的钢筋具有微腐蚀性。1.5工程环境条件1.5.1 场地稳定性该场区不存在影响场地整体稳定性的不良地质作用，区域地质稳定，场地和地基稳定，适宜本工程建设。1.5.2地震效应该场地处于抗震设防烈度8度区内，设计基本地震加速度值为0.20g，设计地震分组为第一组。在地震烈度为8度且当地下水位达到1959年最高水位自然地表以下1.0m的不利条件考虑时，拟建场区20米深度范围内饱和砂土及粉土不液化。1.5.3 场地土类型、建筑场地类别场地自然地表以下20m深度以内土层的等效剪切波速值为vse =228.71m/s，该值在140m/s及250m/s之间，根据区域地质资料，该区覆盖层厚度大于50m，建筑场地类别为类。1.6 场地稳定性与适宜性场区不存在影响场地整体稳定性的不良地质作用，区域地质稳定，场地和地基稳定，适宜本工程建设。1.7土层物理力学性质 勘查报告可得到设计所需要的土层的物理力学性质指标，见下表：表1-1各图层物理力学性质表土层编号压缩模量Es（MPa）桩侧阻力标准值qsi （kPa）桩端阻力标准值qp（ kPa）分层承载力标准值fka （kPa）29.413115035.011910048.0728130513.023119068.39271607253080025019.8727400170第二章 地基方案分析2.1天然地基分析根据设计院提供的资料，#5楼、#6楼基底压力标准值为280kPa。根据勘察结果，人工填土以下层粉土承载力相对较高，而其下层粉质粘土承载力较低，为软弱下卧层，故基础建议尽量浅埋,层粘质粉土及砂质粉土作为持力层，基础埋深为2m。按建筑地基基础设计规范要求，经宽深修正后承载力标准值公式为： （2-1）式中：修改后的承载力标准值，；地基承载力标准值，；，基础宽度、埋深的地基承载力修正系数，按基底下土类查表确定；基础底面宽度，当宽度小于 3m时按 3m考虑，大于 6m时按 6m考虑；基础埋置深度，自室外地面算起；在填方整平地区,可自填土地面标高算起,但填土在上部结构施工后完成时,应从天然地面标高算起。对于地下室,如采用箱型基础或筏基时,基础埋置深度自室外地面标高算起,在其它情况下,应从室内地面标高算起；基础底面以下土的重度，地下水以下取浮重度； 基础底面以上土的加权平均重度，地下水以下取浮重度5#楼有四种不同尺寸的基础，其天然地基承载力可根据公式2-1分别求得：=194.9KPa同理可得：6#楼天然承载力的求法与5#楼相同：根据公式3-1得=150+0.319.6（4.8-3）+1.517.6（2-0.5）=200.2KPa，同理可得两座楼经修正以后的天然地基承载力均小于280Kpa，无法满足上部荷载要求，因此无法使用天然地基。2.2深层搅拌水泥土桩分析深层搅拌水泥土桩自上世纪八十年代在我国开始应用以来，应用领域得到很大的拓展，该技术具备施工速度快，对环境影响小，可施工不同形状的加固体等优点，大量用于公路、铁路、机场的软弱地基加固，深基坑工程中的支挡防渗工程，以及8层以下的多层建筑物的地基处理。根据我国国情开发的价格低、机型轻便的搅拌机械，在软土地基处理中发挥了很大的作用。但是水泥土搅拌桩工艺的自身缺陷，较大桩径所提供的承载力较小，而且搅拌桩上的条基或筏基又高于桩基承台梁，因此，在许多情况下，其综合造价往往高于夯扩桩、沉管桩、预制桩或石灰桩及CFG桩复合地基。深层搅拌桩对桩端土处理不力，其端阻力仅能取桩端土承载力特征值的二分之一左右，当桩端存在较好的土层时，不能有效地加以利用，此种情况下其它桩型的优势更为明显。综上述，搅拌桩的技术经济指标在工业与民用建筑的地基处理中并不理想，故本文没有选择此种桩基进行分析。2.3 CFG桩复合地基方案分析复合地基的概念是日本学者在20世纪60年代初提出的。随着地基处理技术的发展，复合地基的概念得到了很大的扩展。现在，复合地基一般指天然地基的一部分被人工置换或者加强，加强体与原有地基共同承担外部荷载的人工地基。复合地基既不同于天然地基，也不同于桩基。复合地基的理论研究的进步促进了地基处理技术的发展，随着基础建设规模的扩大和地基处理技术的发展，复合地基的理论研究还远远不能满足工程实践的需要，特别是复合地基承载力计算和沉降计算方面，理论研究还不很成熟。CFG桩复合地基(Cement Flyash Gravel Piles and Composite Foundation)是在碎石桩的基础上开发的，与其它复合地基处理方式相比，CFG桩复合地基有着施工速度快、工期短、质量容易控制、工程造价低、有利保护环境等优点。因此，CFG桩复合地基目前已成为应用最广泛的一种地基处理方式之一。另外CFG桩的应用范围很广，既适用于条形基础、独立基础，也适用于筏基、箱形基础。既适用于处理杂填土、素填土、新近沉积土、淤泥质土及承载力较低的一般第四纪土，也适用于处理一些承载力较高但承载力不能满足上部结构要求或其变形超出规范或设计要求、或者为了控制高层建筑与裙楼之间差异沉降的地基。桩长从几米到近30米，全桩长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40%-75%之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大，并且有很大的可调性。CFG桩施工可用振动沉管施工工艺，操作简便，对桩间土的挤实效果好。也可以采用长螺旋钻管内泵压CFG桩施工工艺，施工噪音低，无泥浆污染，成孔制桩不产生振动。综上所述，本场地决定采用CFG桩复合地基方案对地基进行处理。第三章 CFG桩复合地基设原理3.1 CFG桩复合地基设计基本理论CFG 桩处理软弱地基的设计原则是充分发挥桩间土和桩体的承载力，从而达到提高地基承载力和减少变形的目的。CFG 桩复合地基通过褥垫层把CFG 桩和基础断开改变了过去依赖于桩承担垂直荷载和水平荷载的传统思想，CFG 桩复合地基承担的水平荷载90%以上由褥垫层传递给地基土，而桩承担的水平荷载则占很小一部分。CFG 桩复合地基通过褥垫层与基础连接，无论桩端落在一般土层还是坚硬土层，均可保证桩间土始终参与工作。因此，垂直荷载承载力设计首先是将土的承载力充分利用，不足的部分用CFG 桩来承担。由于CFG 桩复合地基置换率不高，基础下桩间土的面积所使用的桩间土承载力是一个不小的数值。总的荷载扣除桩间土的荷载才是CFG 桩承载的荷载。显然与传统的桩基设计思想相比，桩的数量可以大大减少，再加上CFG 桩不配筋，大大降低了工程造价。3.2 CFG 桩设计计算步骤3.2.1 承载力计算复合地基是由桩间土和增强体即桩共同承担荷载。目前复合地基承载力的计算公式比较多，但应用普遍的是将桩间土承载力和单桩承载力进行合理组合叠加。复合地基承载力不是天然地基承载力和单桩承载力的简单叠加，需要对如下的一些因素予以考虑。施工时对桩间土是否产生扰动或挤密，桩间土承载力有无降低或提高。桩对桩间土有约束作用，使土的变形减少；在垂直方向上荷载水平不大时，对土起阻碍变形的作用，使土沉降减少；荷载水平高时起增大变形的作用。复合地基中桩的Q-s 曲线呈加工硬化型，比自由单桩的承载力要高。桩和桩间土承载力的发挥都与变形有关，变形小时，桩和桩间土承载力的发挥都不充分。复合地基桩间土承载力的发挥与褥垫层厚度有关。综合考虑以上情况，结合工程实践经验，水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力可用公式 (3-1)其中，复合地基承载力特征值（）处理后桩间承载力特征值（），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值（）；面积置换率；单桩截面面积（）；桩间土承载力折减系数，宜按地区经验值取值，如无经验时可取=0.750.95,天然地基承载力高时取最大值；进行估算：3.2.2沉降计算目前国内许多地方发生的建筑物倾斜等事故，由地基变形不均匀所致占了较大的比例。特别对于地基土岩性变化大，若只按承载力控制进行设计，将会出现变形过大或严重不均匀，影响建筑物正常使用。建筑地基处理技术规范JGJ79-2002 规定水泥粉煤灰碎石桩复合地基应进行地基变形验算，这与现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007变形控制的设计思想是相一致的。水泥粉煤灰碎石桩复合地基的变形计算应按现行国家标准建筑地基基础设计规范GB50007，以下几点需要说明：复合地基的分层与天然地基分层相同，大量工程实践表明当荷载接近或达到复合地基承载力时，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍，的值可按下式确定： （3-2）公式中：复合地基承载力特征值（ KPa ）；基础底面下天然地基承载力特征值(KPa)；变形经验系数，对不同地区可根据沉降观测资料及经验确定，也可按照规范中相关表格查表确定。复合地基变形计算过程中，在复合土层范围内，压缩模量很高时，可能满足下式： (3-3）要求，若计算到此为止，就漏掉了桩端以下土层的变形量，因此，计算时计算深度必须大于复合土层的厚度。进行模量选取时，复合地基加固土层用复合模量计算变形，下卧层用天然地基压缩模量计算变形，无论是加固土层还是下卧层都要用到勘察报告提供的不同土层天然地基模量。在工程中，应用较多且计算结果与实际符合较好的变形计算方法是复合模量法。计算时复合土层分层与天然地基相同。复合土层的模量等于该天然地基模量的倍，加固区和下卧区土体内应力分布采用各向同性均匀的直线变形体理论。CFG 桩复合地基沉降包括加固区土层沉降和下卧层土层沉降，褥垫层变形很小忽略不计，根据压缩试验及有关规范，有： （3-4）式中n1加固区范围内土层分层数；n2沉降计算深度范围内土层总的分层数；对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力（KPa）；基础底面下第i 层土的压缩模量；图3-1沉降计算分层示意图基础底面至第i层土,第i 1层土地面的距离（m）；基础底面计算点至第i层土 ，第i 1层土底面范围内平均附加应力系数，可查表计算；加固区土的模量提高系数；沉降计算修正系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，也可采用规范中相应表格的建议值。3.3 CFG 桩复合地基设计参数及参数的确定设计主要确定6 个设计参数，分别为桩长 、桩径、桩间距、桩体强度、面积置换率和褥垫层厚度。（1）桩长L：设计时根据勘察报告，分析各土层，确定桩端持力土层和桩长，并按规范计算单桩承载力。（2）桩径d：水泥粉煤灰碎石桩桩径的确定取决于所采用的成桩设备，一般设计桩径为350-600mm。（3）桩间距s：一般桩间距s=（3-5）d，桩间距的大小限取决于设计要求的复合地基承载力和变形、土性与施工设备。一般设计要求的承载力大时s 取小值，但考虑施工时相邻桩之间的影响，就施工而言希望采用大桩距大桩长，因此s 的大小应综合考虑。（4）桩体强度：原则上，桩体配比按桩体强度控制，桩体试块抗压强度应满足规范要求。（5）褥垫层厚度及材料：褥垫层厚度一般取10-30cm 为宜，当桩径和桩间距过大时，结合对土性的考虑，褥垫厚度还可适当加厚。（6）褥垫层材料可用粗砂 、中砂、碎石、 级配砂石（最大粒径不大于20mm）。3.4 CFG 桩的布桩数原则上CFG 桩只可布在基础范围内，桩的数量可按下式确定： （3-5）公式中面积置换率；基础面积；桩端截面积；面积范围内的布桩数。实际布桩时受基础尺寸大小及形状等因素的影响，布桩时可能会有一定的增加。3.5 褥垫层设计基本理论褥垫层技术是CFG桩复合地基的一个核心技术，复合地基的许多特性都与褥垫层有关。褥垫层的主要作用： （1）保证桩、土共同承担荷载 若基础下面不设置褥垫层，基础直接与桩和桩间土接触，在垂直荷载作用下承载特性和桩基础差不多。在给定荷载作用下，桩承受较多的荷载，随着时间的增加，桩发生一定的下沉，荷载逐渐向土体转移。在基础下设置一定厚度的褥垫层，情况就不同了，即使桩端落在好的土层上，也能保证一部分荷载通过褥垫作用在桩间土上，借助褥垫的调整作用，使给定荷载作用下桩、土受力时程曲线均为常值。（2）调整桩、土荷载分担比 当荷载一定时，褥垫层越厚土承担的荷载越多；褥垫层厚度一定时，荷载越大，桩承担的荷载所占比例增大。 （3）减小基础底面的应力集中 当褥垫层厚度很小时，桩对基础底面产生应力集中，但当褥垫层厚度大于 10cm 时，应力集中明显降低，当褥垫层厚度为 30cm 时，桩土应力比降为 1.23。 （4）调整桩、土水平荷载的分担 试验表明，褥垫厚度越大，桩顶的水平位移越小，即桩顶承受的水平荷载越小。大量工程实践和室内试验表明，褥垫厚度不小于 10cm，桩体不会发生水平折断，桩在复合地基中不会失去工作能力。 褥垫层的合理厚度选择很重要。蠕垫层厚度过小，桩间土承载能力不能充分发挥，要达到设计要求的承载力，必然要增加桩的数量或长度，造成经济上的浪费。好处是建筑物的沉降量小。褥垫层厚度大，桩对基础产生的应力集中很小，可不考虑桩对基础的冲切作用，基础受水平荷载的作用，不会发生桩的折断。这时，能够充分发挥桩间土的承载能力。若褥垫层过大时，会导致桩、土应力比等于或接近于 1。此时桩承担的荷载太小，实际上复合地基中桩的设置已失去意义。这样设计的复合地基承载力，不会比天然地基有较大的提高，而且建筑物的变形也大。第四章 CFG桩设计4.1各层土承载力特征值根据勘察结果知本工程设计要求复合地基承载力不小于280kPa，CFG 桩有关设计参数见下表。表4-1各土层中与设计相关的参数层号1（KPa）150100130190160250170311928312730278004004.2 确定持力层、桩长、桩径由于拟建建筑基底压力较大，上部土层较软，故选用CFG桩复合地基以第7层为持力层。，根据建筑地基基础设计规范GB5007-2002和建筑地基处理规范JGJ6-99 以及当地的设计经验确定出：有效桩长为8.5m，保护桩长不小于0.5m。规范要求设计桩径为350600mm，本工程根据荷载和施工工艺取设计桩径为400mm。4.3 单桩竖向承载力计算由公式 （4-1）式中 桩的周长（m）； 桩长范围内所划分的土层数； 、桩周第i层土的侧阻力、桩端阻力特征值（kPa） 第i层土的厚度（m）。可求得单桩竖向承载力。对于5#楼来说，其单桩竖向承载力：6#楼的单桩竖向承载力：4.4 复合地基面积置换率由公式 其中，复合地基承载力特征值（）处理后桩间承载力特征值（），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值（）；面积置换率；单桩截面面积（）；桩间土承载力折减系数，宜按地区经验值取值，如无经验时可取=0.750.95,天然地基承载力高时取大值；可推得 (4-2)取天然地基承载力特征值（）。为满足稳定性要求，取0.75，取150KPa，取280KPa。对于5#楼，其单桩承载力，带入上式可解得，m=0.063；同理对于对于6#楼，其单桩承载力，可解得，m=0.056。4.5 桩数及基底布桩5#楼按基础尺寸分类有四种基础，按基础宽度排序分别编号为1、2、3、4.对于第一类尺寸的基础，基底布桩数由公式（35）得因为布桩数肯定是整数，所以取为7同理可得由于受建筑物尺寸的影响，实际布桩时要比计算的多，最终取：桩间距1.45m*1.45m，正方形和三角形布置，共布置139根。6#楼按照基础尺寸分类也有四类不同尺寸的基础，与5#计算方法相同，可得到由于受建筑物尺寸的影响，实际布桩为：桩间距1.55m*1.55m，正方形和三角形布置，共布置136根.4.6 复合地基承载力验算对于5#楼来说，第一类尺寸基础的实际布桩后的面积置换率，由此带入式（4-2）可求得其复合地基承载力同理可求得第二、三、四类尺寸实际布桩后的复合地基承载力分别为：310.KkPa,291.4KPa,334.3KPa,大于280KPa，均大于280KPa,满足承载力要求。对于6#楼，以同样的方法可求得其面积置换率和复合地基承载力，其四种尺寸基础所得到的复合地基承载力分别为：333.1KPa,335.8KPa,307.4KPa,301.8KPa,均大于280KPa，同样满足承载力要求。综上所述，在此设计下，5#、6#楼复合地基承载力均满足要求。4.7 桩体强度设计根据桩体应力必须大于或等于桩顶应力的3 倍，而桩顶应力为： （4-3）5#楼：混凝土材料可选取C156#：混凝土材料可选取C154.8 褥垫层设计 结合大量的工程实践的总结，即考虑到技术上可靠，经济上合理，褥垫层合理厚度为100mm-300mm，考虑施工的不均匀性，建筑地基处理技术规范JGJ79-2002 规定褥垫层厚度取 150mm-300mm，当桩径和桩间距过大时，结合对土性的考虑，褥垫厚度还可适当加大。虚铺厚度225mm，夯实后厚度200mm，夯填度不大于0.9，采用直径5-20mm碎石。褥垫层尺寸大于基础尺寸每边不小于300mm。4.9 变形验算本工程采用CFG桩进行地基处理，根据按照现行国家标准建筑地基基础设计规范，建筑地基建筑物最大最终沉降50mm，相邻柱基沉降差不大于0.002L。计算地基变形时，最主要变形量可用下式进行计算: （4-4）式中:S 地基最主要变形量(mm);一一沉阵计算经验系数，根据地区沉阵观测资料及经验确定，无地区经验时可根据变形计算深度范围内压缩模量的当量值、基底附加压力取值n一一地基变形计算深度范围内所划分的土层数 ; 相应于作用的准永久组合时基础底面处的附加压力(kPa) ; 一一基础底面下第i层土的压缩模量(MPa)，应取土的自重压力至土的自重压力与附加压力之和的压力段计算;， 基础底面至第i 层土、第i-l层土底面的距离(m) ; ， 基础底面计算点至第i 层土、第i-l层士底面范围内平均附加应力系数，可查表得到。将5#楼的基础从上到下，由左到又分别编号为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15。对于5#楼的基础8：L=4.6m,B=4.6m基底净压力有关计算参数见表4-2：表4-2有关计算参数土层号自基底往下深度(m)LBZB20.410.10.9970.3999.412.1219.38320.40.9361.4735.013.1815.9343.40.70.8160.9025.072.4412.3755.51.20.6310.69613.021.6721.7466.31.40.5730.1398.391.9916.7078.51.90.4630.326251.2731.7578.81.90.4630.139251102.20.4140.0669.877122.60.3620.20425沉降计算系数的选取：为变形深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算： (4-5)式中，第i 层土的附加应力系数沿土层厚度的积分值； 基础底面下第i 层土的压缩模量（MPa）, 桩长范围内的复合土层按复合土层的压缩模量取值。=17.5MPa查表利用插值法得见国标建筑地基处理技术规范JGJ+79-2002得下表4-3：表4-3基底附加应力2.54.07.015.020.01.41.31.00.40.21.11.00.70.40.2利用插值法可得：。由公式4-4可得对于基础1：L=3.9m，B=3.9m有关计算参数见表4-4：表4-4有关计算参数土层号自基底往下深度(m)LBZB2110.30.9670.9679.412.1219.3832.50.60.8581.1785.013.1815.9343.70.90.7350.5755.072.4412.3755.61.40.5730.48913.021.6721.7467.51.90.4630.2648.391.9916.7077.82.00.4460.006251.2731.7518.52.20.4140.0409.871.8718.4618.62.20.4140.0419.8779.02.30.4000.040251102.60.3620.0209.877123.10.3130.13625所以同理可计算得地基2、6为17.9mm，地基3、4、5为18.1mm，地基7为18.62mm，地基9与地基8相同，地基11为17.7mm，地基12、13、14为17.9mm，地基18为18.8mm，沉降均小于50mm，并且相邻柱基的沉降差小于0.002L即29mm。对于#6楼：其计算方法与#5楼相同，可得：地基1为18.25mm，2、3为19.00mm，地基4为19.10mm，地基5为19.15mm，地基6为18.10mm，地基7、8为19.05mm，地基9为19.20mm，地基10为19.54mm，地基11为18.32mm，地基12、13、14为19.40mm，地基15为19.42mm。每个基础均满足沉降小于50mm，而且相邻柱基的沉降差小于0.002L即31mm。第五章 CFG 桩施工大量工程实践表明，CFG 桩复合地基设计，就承载力而言不会有太大的问题，可能出问题的是 CFG 桩的施工。 CFG 桩复合地基于 1988 年提出并用于工程实践，首先选用的是振动沉管 CFG 桩施工工艺。这是由于当时振动沉管打桩机在我国拥有量最多，分布的地区也最普遍。振动沉管CFG 桩施工工艺属于非排土成桩工艺，主要适用于粘性土、粉土、淤泥质土、人工填土及松散砂土等地质条件，尤其适用于松散的粉土、粉细砂的加固。它具有施工操作简便，施工费用较低，对桩间土的挤密效应显著等优点。采用振动沉管 CFG 桩施工工艺的 CFG 桩复合地基可以提高地基承载力，减少地基变形以及消除地基液化。到目前，该工艺依然是 CFG桩主要施工方法之一，主要应用于挤密效果好的土和可液化土的地基加固工程。但是，振动沉管打桩机也有其缺点，如施工时扩展的不好，可能会发生缩颈和断桩。5.1 CFG 桩施工流程及技术要求 （1）沉管： 桩机就位，调整桩管与地面保持垂直，确保垂直度偏差不大于1%； 若采用预制钢筋混凝土桩尖，需埋入地表以下 300mm 左右； 起动电动机开始沉管到预定标高停机，为避免对邻桩影响，沉管时间应尽量短； 沉管过程中做好记录，记录激振电流变化情况。一般可 1m 记录一次。 （2）投料： 沉管过程中可进行空中投料。沉管至设计标高后须尽快投料，直到管内混合料与钢管投料口平齐。若投料量不够，应在拔管过程中空中投料，以保证成桩桩顶标高满足设计要求。 拔管前，起动电动机，应在原位留振约 10s 再振动拔管； 控制拔管速度，一般1.2 1.5m/min 较合适。拔管过快易造成局部缩径或断桩；拔管太慢、振动时间过长，会使桩顶浮浆增厚，易使混合料离析。对淤泥质土，拔管速度可适当放慢，拔管过程中也不宜反插留振； 桩管拔出地面后，确认成桩符合设计要求后，应用粒状材料或粘土封顶； 开槽及桩头处理：CFG 桩施工完成后 7 天即可开槽，若基坑深度不大于 1.5m 可采用人工开挖，当基坑深度大于 1.5m 时，可考虑人工和机械联合开挖，并通过试开挖确定预留人工开挖深度，一般人工开挖预留厚度不宜小于 700mm，以避免对桩间土和桩产生不良影响； 施工过程中，抽样做混合试块，一般一个台班做一组（3 块）测定 28 天抗压强度。5.2 施工中常见的问题（1）施工扰动土的强度降低：振动沉管成桩工艺与土的性质具有密切联系。就挤密性而言，可将地基土分为三大类：其一是挤密性好的土，如松散填土、粉土、砂土等；其二是可挤密性土，如塑性指数不大的松散的粉质粘土和非饱和粘性土；其三为不可挤密性土，如塑性指数高的饱和软粘土和淤泥质土。土的密实度对土的挤密性影响很大。密实的砂土或粉土会振松；松散的砂土或粉土可振密。（2）缩径和断桩：在饱和软土中成桩，桩机的振动力较小，当采用连打作业时，新打桩对已打桩的作用主要表现为挤压，即使得已打桩被挤成椭圆形或不规则形状，严重的产生缩径和断桩。 在上部有较硬的土层或中间夹有硬土层中成桩，桩机的振动力较大，会对已打成的但未凝固的桩造成破坏。采用隔桩跳打工艺，若已打桩结硬强度又不太高，在中间补打新桩时，已打桩有时被振裂，且裂缝一般与水平成 030 角。 （3）桩体强度不均匀：桩机卷扬系统提升沉管线速度太快时，为控制平均速度，一般采用提升一段距离，停下留振一段时间，非留振时，速度太快可能导致缩径和断桩。拔管太慢或振动时间过长，都会使得桩的端部桩体水泥含量减少，桩顶浮浆过多，而且混合料也容易产生离析，造成桩体强度不均匀。 （4）桩料与土的混合：当采用活瓣靴成桩时，可能出现的问题是桩靴开口打开的宽度不够，混合料下落不充分，造成桩端与土接触不密实或桩端一段桩径较小。 若采用反插法，由于桩管垂直度很难保证，反插容易使土与桩体材料混合，导致桩身渗土等缺陷。 （5）保护桩长的留置：保护桩长是指成桩时预先设计加长的一段桩长，基础施工时将其剔掉。保护桩长越长施工质量越易控制，但浪费越多。保护桩长是基于以下因素设置的： 成桩时桩顶不可能正好与设计标高完全一致，一般要高出桩顶设计标高。 桩顶一段由于混合料自重压力较小或由于浮浆的影响，靠桩顶一段桩体强度较差。 已打桩尚未结硬时，施打新桩可能导致已打桩受振动挤压，混合料上涌使桩径减小。如果已打桩混合料表面低于地表较多，则桩径被挤小的可能性更大，增大混合料表面的高度即增加了自重压力，可使抵抗周围土挤压的能力提高，特别是基础埋深很大时，空孔太长，桩径很难保证。保护桩长是因为受桩顶混合料自重压力或上部浮浆的影响，靠桩顶一段桩体强度较差，因此保护桩长必须设置，设置事宜应遵守如下原则： 1）设计桩顶标高离地面距离不大时，保护桩长可取 50-70cm，上部再用土封填至顶； 2）桩顶标高离地面距离较大时，可设置 70-100cm 的保护桩长，上部再用粉状材料封填地面； 3）采用干法施工且桩顶标高离地面距离较小时，保护桩长可取 25-30cm，对于有经验的施工队伍，可以预留 5-10cm，甚至不预留桩头。（6）开槽及桩头处理：CFG 桩施工完毕，待桩体达到一定强度，即可进行开槽。对于基槽开挖，如果设计桩顶标高离地面距离不大，宜采用人工开挖，如果基坑较深，开挖面积较大可采用机械开挖和人工联合开挖，但必须遵循以下原则： 不可对设计桩顶标高以下的桩体产生危害； 对中高灵敏土，应尽量避免扰动桩间土。5.3 施工质量控制措施与质量检验在施工前要进行工艺试验来考察设计的施工顺序和桩距能否保证桩身质量。工艺试验也可结合工程桩施工进行，并需做如下的两种观测： （1）新打桩对未结硬的已打桩的影响：在已打桩桩顶表面埋设标杆，在施打新桩时量测已打桩桩顶的上升量，以估算桩径缩小的数值，待已打桩结硬后，开挖检查其桩身质量并量测桩径。 （2）新打桩对已结硬的已打桩的影响：在已打桩尚未结硬时，将标杆埋置在桩顶部的混合料中，待桩体结硬后，观测打桩时已打桩桩顶的位移情况。为保证施工质量，在施工过程中，随时测定地面是否隆起，因为地面隆起常常与断桩有关；观测已打桩桩顶标高的变化，特别是要注意桩距最小的桩；对桩顶上升量最大的桩或怀疑质量有问题的桩应开挖查看。另外，应用消息施工能及时发现施工过程中的问题，可以使施工管理人员有根据地进行决策，对保证施工质量是至关重要的。 施工过程中，特别是施工初期应做如下的一些观测： 施工场地标高观测：施工前要测量场地的标高，注意测点应有足够的数量和代表性。打桩过程中随时测量地面是否发生隆起，因为断桩常常和地表隆起相联系。 桩顶标高的观测：施工过程中要注意已打桩桩顶标高的变化，特别要注意观测桩距最小的桩。 对桩顶上升量较大的桩或怀疑可能发生事故的桩要开挖查看。对重要工程或通过施工监测发现桩顶上升量较大，且桩的数量较多时，可采用逐个桩快速静压，以消除可能出现的断桩对复合地基承载力造成的不良影响。这一技术在沿海一带被广泛采用，当地称之为“跑桩”。静压桩机就是打桩的沉管机，在沉管机架上配适量压重，配重的大小可按施于桩的压力不小于 1.2 倍桩的设计荷载为准，当桩身达到一定强度后即可进行逐桩静压，每个桩的静压时间一般为 3min。静压桩的目的在于将可能发生脱开的断桩接起来，使之能正常传递垂直荷载。这一技术对保证复合地基能正常工作和发现桩的施工质量问题是很有意义的。当然不是所有的工程都必须逐桩静压，通过严格的施工监测和施工质量控制，施工质量确有保证的，可以不进行逐桩静压。 此外，静压荷量不一定是 1.2 倍桩承载力，要视具体情况而定。 施工应对每根桩成桩时间、投料量、桩长、发生的特殊情况等进行真实、详细的记录。 CFG 桩施工完毕，一般 28 天后对 CFG 桩和 CFG 桩复合地基进行检测，检测包括低应变对桩身质量的检测和静载荷试验对承载力的检测，静载荷试验多采用单桩或多桩复合地基，根据试验结果评价复合地基载荷承载力，亦可采用单桩载荷试验，通过计算评价复合地基承载力。进行单桩载荷试验时为防止试验中桩头被压碎，宜对桩头进行加固。对桩间土可采用标