地基处理课程设计

PAGE27目录TOC\o"1-3"\h\u32594目录 1206931工程概况 3312701.1工程基本条件 399391.2工程地质条件 4246702地基处理技术现状与展望 422322.1地基处理技术现状 555422.2地基处理技术发展趋势 736112.3地基处理技术展望 7295493方案论证及设计计算 846333.1堆载预压排水固结法国内外发展现状及设计计算 8230683.1.1堆载预压排水固结法国内外发展现状 897763.1.2堆载预压排水固结法加固机理 8258673.1.3堆载预压排水固结法设计计算 9207053.2强夯实块石墩及块石垫层复合地基法国内外发展现状和设计计算 1279643.2.1强夯实块石墩及块石垫层复合地基法国内外发展现状 1277773.2.2强夯实块石墩及块石垫层复合地基法加固机理 13176973.2.3强夯实块石墩及块石垫层复合地基法设计计算 13317203.3深层搅拌桩国内外展现状和设计计算 15195723.3.1深层搅拌桩可行性论证 15223893.3.2深层搅拌桩加固机理 16152053.3.3深层搅拌桩的设计计算 16201674方案优化设计计算 2192794.1方案的选则原则 21198284.2方案的选择 2129864.3方案的优化计算 22162474.3.1设计参数 22173524.3.2施工参数 23270455施工、检验和验收 235545.1施工 23264355.2质量检验 2557055.3施工验收 26参考文献深扩建停机坪地基处理工程设计1工程概况1.1工程基本条件为了满足国内外航空运输发展的需要，深圳机场决定扩建停机坪。拟建场地位于珠江口东岸的滨海地区，占地面积约为290000㎡，由于该场地地下普遍分布有厚度为4-5米，含水量该打80%的淤泥层，其上堆积了2.5米厚的粘性土夹大块石的人工杂填土层，不能满足停机坪道面结构对地基的要求，需进行加固处理。1.2工程地质条件经野外钻探、现场原位测试及室内土工试验等资料的综合分析，场地勘探孔控制深度范围内地层共分九个大层，现分述如下：第1层：人工填土层该层是机场一期建设的废弃物，主要是粘性土夹石和风化土夹大块石以及建筑垃圾等。厚度在1.6-3.4米之间，平均厚度为2.5米。初勘中浅钻的遇石概率围殴50%，最大块径超过2米。该层的物理性质指标：含水量：20%-35%孔隙比：0.55-1.13塑性指数：10.1-24.4天然容重：1.79-1.94t/m3允许承载力:70-90kPa第2层：淤泥层该层遍布于人工填土层中，呈灰黑色，流塑状，欠固结，有机质含量在3%左右，属高含水量，高压缩性，低渗透性和低强度的软土，厚度4-5米。该层的物理性质指标：含水量：81.6%灵敏度：4.9，孔隙比：2.24十字板剪强度强度：4.0Mpa，天然容重：1.52t/m3渗透系数：2*10-8cm/s，塑性指数：28.2压缩系数：2.1Mpa-1，允许承载力：30kPa第3层：杂色粘性土层与淤泥底层接触，允许承载力为140kPa,是复合地基的桩端持力层。2地基处理技术现状与展望地基处理是一门综合性的技术学科,它涉及的专业极为广泛,具有实践性强、综合性大、社会性广的专业性极强的系统工程。随着我国国民经济的腾飞,岩土工程界博采众长方面广泛引进吸收了世界各国的先进技术与经验,另一方面因地制宜创造性地研究与开发,形成了具有中国特色的地基处理技术体系。基于对地基处理技术的认识,对地基处理技术的现状和发展趋势做一简单的介绍。2.1地基处理技术现状我国的地基处理技术从起步到发展到现在,可以说经历了两个比较大的阶段。第一阶段：50～60年代为起步应用阶段,这一时期大量的地基处理技术被从国外引进,特别是从前苏联引进国门,最为广泛使用的是垫层等浅层处理法。主要为砂石垫层、砂桩挤密、石灰桩、灰上桩、化学灌浆、重锤夯实、予浸水及井点降水等应用于工业与民用建筑。第二阶段：70年代到今,为应用、发展、创新阶段。大批国外先进技术被引进,结合我国自身特点,初步形成了具有中国特色的基处理技术及其支护体系,许多领域达到了国际领先水平。可以说我国的地基处理技术达到了一个较高的水准,现就我国目前广泛采用的几种地基处理技术做一简单的介绍。一、直径灌注桩得到了前所未有的发展。70年代中后期陆续在广州、深圳、北京、上海、厦门等大城市应用于高层和重型构筑物地基处理,90年代初普及到全国数以百计的中小城市及新兴开发区,广泛应用于软土、黄土、膨胀土、特殊土地基。据估计,近年我国应用大直径灌注桩数之多堪称世界各国之最,可谓起步虽晚而发展迅猛。二、灰桩、碎石桩、高喷注浆、深层搅料、真空预压、动力固结、塑料排水板法等得到了广泛的研究和应用。同时,上下结构在工民建中得到了重视和使用。利用工业废渣、废料及其城市建筑垃圾处理地基的研究取得了可喜的进步。三、刚度的柔性桩复合地基的出现,极大地拓宽了地基处理的应用领域。其主要途径是通过提高桩体材料的强度或刚度来实现提高复合地基的承载力。在这一领域,开发了碎石、水泥、粉煤灰以及水泥、赤泥、碎石和水泥、粉煤灰、生灰、砂石桩等复合地基。使得工业废料得到重复利用,有效地降低了成本。四、年来也引人注目的发展是大桩距的较短的钢筋混凝土疏桩复合地基得到开发与应用。它是一种介于传统概念上的桩基与复合地基之间的新型地基基础形式。采用桩基疏布使得桩间上的承载作用得到充分发挥使桩与上共同承受上部结构简载。从而有效地将建筑物沉降控制在允许范围内。尽管疏桩基础设计理论有待完善但它必将会推动这一新型基础形式的广泛应用。五、国近年有一项发明专利,称为“钻孔压浆成桩法”。基本原理是用螺旋钻杆钻至预定深度后,从钻具内管底端以高压喷射出水泥浆,边喷边提钻杆,自至浆液达到无坍孔予定深度再提钻具,投置钢筋笼、骨科。然后通过附着于钢筋笼的通水管,由孔底自下而上以高压补浆而成桩。该法适应于杂填上、淤泥、流砂、卵石等各种地基。是地基处理技术中发展起来的一朵奇葩具有较好、较广的实用价值不受地下水位影响,不需要泥浆护壁,具有应用和推广价值。六、基坑工程及其支护体系得到迅猛发展。深基坑工程是近十几年来我国在城市建设迅猛发展中伴随着人高层超高层建筑、地铁、地下车库、地下商城等大型市政地下设施的兴建而发展起来的地基处理技术。据有关资料我国大中城市十几年间10层以上的建筑物已逾1亿平方米,其中高度超百米的已近200座。已跻身世界百座超级巨厦之列的有上海金茂大厦(420m),深圳地王大厦(325m),广州中天大厦(322m),分别排名为第3、12、130真可谓后来居上。资料表明我国已建和在建的高楼、超高楼其基坑深度已由6m发展到20m以上。自90年代以来已开发利用地下空间约5000万立方米。深基坑的发展又伴随着支护结构的发展,经过实践筛选已形成了我国自己的支护体系。基坑深度在6m以内乃至10m以内首选的支护结构类型为水泥搅拌桩和上钉墙。6m～10m的基坑除采用前述方法外常采用钻孔桩、沉管桩或钢筋混凝土预制桩等并根据边界条件如防渗止水时则辅以水泥上搅拌桩,化学灌浆或高压喷射注浆而成隔水帷幕,有时亦用钢板桩或II型钢桩。当基坑深度大于10m,一般考虑采用地下连续墙等等。总的来说,目前我国的地基处理技术,已经有了长足的进步,在有的领域已接近或达到国际先进水平,能够为国民经济建设服务。但随着新技术新工艺的出现,同时随着土建规模的进一步扩大和为减少占用良田,土建项目向地基土更加复杂地区转移,对地基处理技术提出了更高的要求,在这一前提下,地基处理技术呈现出了一些新的发展趋势。2.2地基处理技术发展趋势一、工合成材料地基的广泛应用。这种处理方法是在地基处理过程中应用高分子土工合成材料,将其埋入软弱地基土中,使其形成高弹性复合体,以提高承载力(3～4倍),减少沉降和增强地基稳定性。二、极研究今年出现的空心桩处理法,将人工挖孔桩设计成空心桩,从而在满足强度要求的同时,从而节省混凝土,减少废土外运、施工便捷、工艺安全、结构合理。三、类地基处理技术之间、不同的施工工艺正在互相嫁接、移植、互相交叉渗透,从而又形成新技术!新工艺,这些演变说明了上述各类技术并不是各自孤立的技术,而通过嫁接、移植、交叉渗透,能产生更好的技术效果,经济效益和社会效益,这是我国地基处理技术发展的一个十分可喜的新动向。四、基处理技术与基础工程施工技术相互融合与渗透,提高稳定性和安全性。五、究在地基处理技术中采用节能,环保新型材料,新工艺,走节能,环保的可持续发展之路。2.3地基处理技术展望纵观我国地基处理技术的发展主流,成绩骄人。经验是通过吸收国外开发的先进技术及其原理和方法,从而开发研制了我国独有的技术工法。诸多方面拥有了与国外媲美的先进技术,某些已达到国际领先水平。但也应看到由于受我国仪表工业、机械制造业水平限制,在机械设备和处理能力方面与国外先进水平仍有相当差距。展望前景地基处理技术必将迎来更加辉煌灿烂的明天,诸多领域有待岩土工程界开发,创新,研究探索。我国地基处理必将在设计理论、计算方法、施工工艺、质量检测、信息反馈、临界报警、应变措施、设备等一系列方面有新的突破。3方案论证及设计计算3.1堆载预压排水固结法国内外发展现状及设计计算3.1.1堆载预压排水固结法国内外发展现状预压法又称排水固结法，指直接在天然地基或在设置有袋装砂井、塑料排水带等竖向排水体的地基上，利用建筑物本身重量分级逐渐加载或在建筑物建造前在场地先行加载预压，使土体中孔隙水排出，提前完成土体固结沉降，逐步增加地基强度的一种软土地基加固方法。堆载预压是工程上广泛使用，行之有效的方法。堆载一般用填土、砂石等散粒材料，油罐通常用冲水对地基进行预压。对堤坝、机场等工程，则以其本身的重量有控制地分级逐渐加载，直至设计标高。通常堆载预压有两种情况：⑴在建筑物构造以前，在场地先行堆载预压，待建筑物施工时在移去预压荷载。⑵超载预压。对机场场道、高速公路或铁路路堤等建筑物，在于压过程中，将一超过使用荷载Pf的超载Ps先加上去，待沉降满足要求后，将超载移去，在建造道面或铺设轨道，此后建筑物的工后沉降sf将很小。3.1.2堆载预压排水固结法加固机理堆载预压排水固结法的过程实际上就是在荷载作用下，土层的固结过程就是超静孔隙水压力(简称孔隙水压力)消散和有效应力增加的过程。堆载预压是在地基中形成超静水压力的条件下排水固结，称为正压固结。地基土层的排水固结效果与它的排水边界有关。根据固结理论，在达到同一固结度时，固结所需的时间与排水距离的长短平方成正比。软粘土层越厚，一维固结所需的时间越长。为了加速固结，最为有效的方法是在天然土层中增加排水途径，缩短排水距离，在天然地基中设置垂向排水体。这时土层中的孔隙水主要通过砂井和部分从竖向排出。所以砂井(袋装砂井或塑料排水带)的作用就是增加排水条件。为此，缩短了预压工程的预压期，在短期内达到较好的固结效果，使沉降提前完成；加速地基土强度的增长，使地基承载力提高的速率始终大于施工荷载的速率，以保证地基的稳定性，这一点无论从理论和实践上都得到了证实。3.1.3堆载预压排水固结法设计计算堆载预压法设计包括加压系统和排水系统的设计。加压系统主要指堆载预压计划以及堆载材料的选用；排水系统包括竖向排水体的材料选用、排水体长度、断面、平面布置的确定。⑴加压系统设计堆载预压，根据土质情况分为单级加荷和多级加荷；根据堆载材料分为自重预压、加荷预压和加水预压。堆载一般用填土、砂石等散粒材料；油罐通常利用灌体充水对地基进行预压。对堤坝等以稳定为控制的工程，则以其本身的重量有控制地分级逐渐加载，直至设计标高。由于软粘土地基抗剪强度低，无论直接建造建筑物还是进行堆载预压往往都不可能快速加载，而必须分级逐渐加荷，待前期荷载下地基强度增加到足已加下一级荷载时方可加下一级荷载。其计算步骤是，首先用简便的方法确定一个初步的加荷计划，然后校核这一加荷计划下的地基的稳定性和沉降，具体计算步骤如下：①利用地基的天然地基土抗剪强度计算第一级容许施加的荷载。一般可根据开普顿极限荷载的半经验公式作为初步估算，即对于饱和粘性土，可根据下式计算：对长条梯形填土，可根据Fellennius公式估算：式中——安全系数，建议采用1.1～1.5;——天然地基土的不排水抗剪强度(kPa)，由无侧限、三轴不排水试验或原位十字板剪切试验测定；D——地基埋置深度（m）；γ——地基基底标高以上土的重度（KN/m3）。A，B——基础长边和短边的长度（m）②计算第一级荷载下地基强度增长值。在荷载作用下，经过一段时间预压地基强度会提高，提高以后的地基强度为，式中为作用下地基因固结而增长的强度。它与土层的固结度有关，一般可先假定一固结度，通常可假定为70%，然后求出强度增量。为考虑剪切蠕动的强度折减系数。③计算作用下达到所确定固结度与所需要的时间。④根据第二步所得到的地基强度计算第二级所施加的荷载。⑤按以上步骤确定的加荷计划进行每一级荷载下地基的稳定性验算。如稳定性不满足，则调整加荷计划。⑥计算预压荷载下地基的最终沉降量和预压期间的沉降量。⑵排水系统设计①竖向排水体材料选择竖向排水体可采用普通砂井、袋装砂井和塑料排水带。若需要设置竖向排水体长度超过20m，建议采用普通砂井。②竖向排水体深度设计竖向排水体深度主要根据土层的分布、地基中附加应力大小、施工期限和施工条件以及地基稳定性等因素确定。竖向排水体长度一般为10～25m。(a)当软土层不厚、底部有透水层时，排水体应尽可能穿透软土层；(b)当深厚的高压缩性土层间有砂层或砂透镜体时，排水体应尽可能打至砂层或砂透镜体。而采用真空预压时应尽量避免排水体与砂层相连接，以免影响真空效果；(c)对于无砂层的深厚地基则可根据其稳定性及建筑物在地基中造成的附加应力与自重应力之比值确定(一般为0.1～0.2)；(d)按稳定性控制的工程，如路堤、土坝、岸坡、堆料等，排水体深度应通过稳定分析确定，排水体长度应大于最危险滑动面的深度。(e)按沉降控制的工程，排水体长度可从压载后的沉降量满足上部建筑物容许的沉降量来确定。③竖向排水体平面布置设计普通砂井直径一般为200mm～500mm，井径比为6～8；袋装砂井直径一般为70mm～100mm，井径比为15～30；塑料排水带常用当量直径表示，则换算直径可按下式计算:式中：dp——塑料排水带当量换算直径（mm）；b——塑料排水带宽度（mm)；δ——塑料排水带厚度（mm）。竖向排水体直径和间距主要取决于土的固结性质和施工期限的要求。排水体截面大小只要能及时排水固结就行，由于软土的渗透性比砂性土为小，所以排水体的理论直径可很小。但直径过小，施工困难，直径过大对增加固结速率并不显著。从原则上讲，为达到同样的固结度，缩短排水体间距比增加排水体直径效果要好，即井距和井间距关系是“细而密”比“粗而稀”为佳。竖向排水体在平面上可布置成正三角形(梅花形)或正方形，以正三角形排列较为紧凑和有效。采用这两种方法布置时其影响范围直径de计算如下正方形排列时：正三角形排列时：式中——每一个砂井有效影响范围的直径;——砂井间距。竖向排水体的布置范围一般比建筑物基础范围稍大为好。扩大的范围可由基础的轮廓线向外增大大约2～4m。④砂料设计制作砂井的砂宜用中粗砂，砂的粒径必须能保证砂井具有良好的透水性。砂井粒度要不被粘土颗粒堵塞。砂应是洁净的，不应有草根等杂物，其含泥量不能超过3%。⑤地表排水砂垫层设计为了使砂井排水有良好的通道，砂井顶部应铺设砂垫层，以连通各砂井将水排到工程场地以外。砂垫层采用中粗砂，含泥量应小于3%。砂垫层应形成一个连续的、有一定厚度的排水层，以免地基沉降时被切断而使排水通道堵塞。陆上施工时，砂垫层厚度一般取0.5m左右；水下施工时，一般为1m左右。⑶现场监测设计堆载预压法现场监测项目一般包括地面沉降观测、水平位移观测和孔隙水压力观测，如有条件可径向地基中深层沉降和水平位移观测。根据工程经验，提出如下控制要求：对竖井地基，最大竖向变形量每天不应超过15mm，对天然地基，最大竖向变形量每天不应超过l0mm；边桩水平位移每天不应超过5mm；地基中孔压不得超过预压荷载的50～60%，并且应根据上述观察资料综合分析、判断地基的稳定性。预压荷载的卸荷时间一般控制在固结度为85%左右。3.2强夯实块石墩及块石垫层复合地基法国内外发展现状和设计计算3.2.1强夯实块石墩及块石垫层复合地基法国内外发展现状强夯置换碎石墩复合地基是指利用强夯的方法将地基土挤密或排开，将石块、碎石、沙砾或其他质地较坚硬的散体材料，采用多次填入和夯击，最终形成密实的柱状砂石墩，这种砂石墩与周围混有砂石的墩间土所形成的复合地基。这种墩柱状散体复合地基同样具备两个基本特点：加固区是由基体和增强体两部分组成的，是非匀质和各向异性的；在荷载作用下，由基体和增强体共同承担荷载的作用。强夯置换碎石墩复合地基是由强夯置换法造就的，强夯置换法是近年来以强夯加固法发展起来的一种新的地基处理方法，它主要适用于软弱粘性土地基的加固。按强夯置换方式可以分为墩柱式置换和整体式置换两种不同的形式。强夯处理地基是20世纪60年代有法国梅那技术公司首先开创的，开始时仅用于加固砂土和碎石土地基。经过数十年的发展，它已应用的到各类地基土的处理。我国与1978年开始应用，广泛用于工业和民用建筑、仓库、港口码头、油罐、公路铁路路基和飞机场跑道等。但是强夯法和强夯置换法至今还没有一套成熟的设计理论和计算方法，在具体工作中要通过现场试验取得设计参数，并在实际工作中是具体情况进行修正和补充，因此这种工法还需要在今后的实践中总结和提高。3.2.2强夯实块石墩及块石垫层复合地基法加固机理强夯块石墩是利用重锤的巨大夯击能，将满铺于地表面的块石以点夯的方式夯入土中，在夯坑中多次填入块石，重复夯击和填石直到块石穿过软土层抵达下部持力层，形成密实的块石墩，再在块石墩顶部设置一层由强夯夯实的块石垫层，使道面结构以及飞机荷载更均匀的通过块石墩传递到持力层上。从而由块石垫层，块石墩和下部持力层组成一座空间的框架传力系统，以承受上部荷载。3.2.3强夯实块石墩及块石垫层复合地基法设计计算强夯置换墩的深度由土质条件决定，除厚层饱和粉土外，应穿透软土层，到达较硬土层上。深度不宜超过7m。墩体材料可采用级配良好的块石、碎石、矿渣、建筑垃圾等坚硬粗颗粒材料，粒径大于300mm的颗粒含量不宜超过全重的30％。强夯置换法的设计内容与强夯法基本相同，也包括：起重设备和夯锤的确定、夯击范围和夯击点布置、夯击击数和夯击遍数、间歇时间和现场测试等。⑴夯锤和起重设备的确定单击夯击能为夯锤重与落距的乘积。一般说夯击时最好锤重和落距大，则单击能量大,夯击击数少,夯击遍数也相应减少,加固效果和技术经济较好。整个加固场地的总夯击能量(即锤重×落距×总夯击数)除以加固面积称为单位夯击能。强夯的单位夯击能应根据地基土类别、结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑，并可通过试验确定。在一般情况下，对粗颗粒土可取1000～3000kN·m/m2，对细颗粒土可取1500～4000kN·m/m2。一般国内夯锤可取10～25t。夯锤材质最好用铸钢，也可用钢板为外壳内灌混凝土的锤。夯锤确定后，根据要求的单点夯击能量，就能确定夯锤的落距。国内通常采用的落距是8～25m。落距确定之后就可以根据其来确定起重设备。⑵夯击点布置及间距1)夯击点布置夯击点布置一般为三角形或正方形。强夯处理范围应大于建筑物基础范围，具体的放大范围，可根据建筑物类型和重要性等因素考虑决定。对一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1/2～2/3，并不宜小于3m。2)夯击点间距夯击点间距(夯距)的确定，一般根据地基土的性质和要求处理的深度而定。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。以保证使夯击能量传递到深处和保护夯坑周围所产生的辐射向裂隙为基本原则。⑶夯击击数和夯击遍数1)夯击击数夯点的夯击次数应通过现场试夯确定，且应同时满足下列条件：①墩底穿透软弱土层，且达到设计墩长；②累计夯沉量为设计墩长的1.5～2.0倍；③最后两击的平均夯沉量应满足强夯法的规定。2)夯击遍数夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定。可采用点夯2～3遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印彼此搭接。⑷间歇时间和现场测试间歇时间各遍间的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间。对砂性土，孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间只有2～4min，故对渗透性较大的砂性土，两遍夯间的间歇时间很短，亦即可连续夯击。对粘性土，由于孔隙水压力消散较慢，故当夯击能逐渐增加时，孔隙水压力亦相应地叠加，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为3～4周。目前国内有的工程对粘性土地基的现场埋设了袋装砂井(或塑料排水带)，以便加速孔隙水压力的消散，缩短间歇时间。有时根据施工流水顺序先后，两遍间也能达到连续夯击的目的。现场测试现场测试主要包括：地面及深层变形、孔隙水压力、侧向挤压力、振动加速度等等。 3.3深层搅拌桩国内外展现状和设计计算3.3.1深层搅拌桩可行性论证用深层搅拌桩对土体加固后重度基本不变,对软弱下卧层不致产生附加沉降。有以上几点，都显示出了深层搅拌桩在处理软弱地层中的优越性，所以根据论证，选用深层搅拌桩做地基处理。深层搅拌桩的加固深度20m,复合地基承载力350kPa左右,使用水泥土搅拌桩可以很好的满足设计要求,而且可以大大的缩短工期和节约资金。国外使用水泥土搅拌桩加固的土质有新吹填的超软土、泥碳土和淤泥质土饱和软土。加固场所从陆地软土到海上软土，加固深度达五六十米。国内目前采用的水泥土搅拌法加固的土质有淤泥、淤泥质土、地基承载力不大于120kpa的粘性土和粉性土等地基。当用于处理泥炭土和地下水具有侵蚀性的土时,应通过实验确定其使用性。加固局限于陆上，加固深度可达18m。用深层搅拌桩对土体加固后重度基本不变,对软弱下卧层不致产生附加沉降。有以上几点，都显示出了深层搅拌桩在处理软弱地层中的优越性，所以根据论证，选用深层搅拌桩做地基处理。深层搅拌桩的加固深度20m,复合地基承载力350kPa左右,使用水泥土搅拌桩可以很好的满足设计要求,而且可以大大的缩短工期和节约资金。一、深层搅拌桩加固软土技术，其独特的优点如下：⑴水泥土搅拌法由于将固化剂和愿地基软土就地搅拌混合，因而最大限度的利用了原土；⑵搅拌时不会使地基侧出挤出，所以对周围原有建筑物的影响很小；⑶按照不同地基的性质及工程要求，合理选择固化剂及其配方，设计比较灵活；⑷施工时无振动、无噪音、无污染，可在市区内和密集建筑群中进行施工；⑸土体加固后重度基本不变，对软弱下卧层不致产生附加沉降；⑹与钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材,并降低了造价；⑺根据上部结构的要求，可灵活地采用柱状、壁状、格栅状和块状等加固形式。国外使用水泥土搅拌桩加固的土质有新吹填的超软土、泥碳土和淤泥质土饱和软土。加固场所从陆地软土到海上软土，加固深度达五六十米。国内目前采用的水泥土搅拌法加固的土质有淤泥、淤泥质土、地基承载力不大于120kpa的粘性土和粉性土等地基。当用于处理泥炭土和地下水具有侵蚀性的土时,应通过实验确定其使用性。加固局限于陆上，加固深度可达18m。二、深层搅拌桩的可用情况⑴作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下基层等。⑵进行大面积地基加固、以防止码头岸壁的滑动、深基坑开挖时坍塌坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降。⑶作为地下防渗墙以阻止地下渗透水流;对桩侧或板桩背后的软土加固以增加侧向承载能力。深层搅拌桩复合地基加固方法符合本工程的地基处理要求，可以选用。3.3.2深层搅拌桩加固机理深层搅拌加固的基本原理是基于水泥加固土的物理化学反应的过程。它与混凝土的硬化机理有所不同，混凝土的硬化主要是水泥在粗填充料中进行水解和水化作用，故凝结速度较快。而水泥加固土，由于水泥的参量很小，仅达被固结土质重的约12%左右，水泥的水解和水化反应完全是在具有一定活性的介质—土的围绕下进行，因此硬化速度缓慢并且作用复杂，从而水泥加固土的强度增长过程比混凝土缓慢。主要包括水泥的水解和水化反应、粘土颗粒与水泥水化物的作用机理、碳酸化作用机理三种作用机理。3.3.3深层搅拌桩的设计计算⑴桩长的设计①根据《建筑地基处理技术规范》，湿法的加固深度不宜大于20m，干法的加固深度不宜大于15m，本工程为湿法施工，确定桩长为L=8m，即桩长以穿过淤泥层进入下卧持力层（第三层杂色粘性土层）为准。②桩径，截面面积为。③容许侧摩阻力：本案例取填土层，淤泥层。④水泥掺入比表3-1水泥掺入比水泥掺入比水泥无侧抗压强度（）龄期（d）50.2669070.56090101.12490121.52090152.27090⑤单桩承载力：深层水泥搅拌桩的单桩承载力有两种确定方法，即由侧摩阻力所提供的承载力和由桩体强度所提供的承载力，取其中较小值作为单桩容许承载力。式中：Ra——竖向单桩承载力特征值，（kN）；fcu——与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块再标准养护条件下90天龄期的立方体抗压强度平均值，（kpa）；——桩身折减系数，干法取0.200.30，湿法取0.25~0.33；up——桩的周长，（m）；n——桩氏范围内所划分的土层数；qsiqp——桩周第i层土的侧阻力特征值；桩端阻力特征值；可按《建筑地基基础设计规范》（GB--2002）有关规定确定；li——桩长范围内第i层土的厚度，（m）；Ap——桩横截面积，（m）；——桩端天然承载力折减系数，可取0.4~0.6，承载力高时取值。一方面，由侧摩阻力所提供的承载力为：另一方面，根据表3-1，本工程选用水泥掺入量为α=15%，对于淤泥土，90d龄期是搅拌桩的单轴抗压强度（无侧限）qu>1.6Mpa,则由桩体强度所提供的承载力为：式中：η取值为0.3由于Ra2<Ra1，所以取单桩容许承载力为R=Ra2=135.7kpa，该设计值还是合理的。⑥复合地基承载力：深层搅拌装复合地基承载力fspk为：式中：fspk——复合地基承载力特征值Rs——桩间土承载力特征值,按地质报告，Rs=30kpam——面积置换率；β——Rs的折减系数，表示桩间土参与相互作用的的程度，β=0～1.0，此处取0.8。由此可见，在桩长一定的情况下，复合地基的承载力fapk取决于置换率m的大小。在满足承载力的前提下，应变化置换率的大小，使之适应沉降的平稳过渡的要求。此处，取m=0.26，深层搅拌桩复合地基的承载力fspk为：即复合地基的承载力满足基底分布压力要求。⑦桩距：实际桩距应根据上部结构荷载的分布确定。布桩时，桩距不宜过小，实践证明了复合地基中，搅拌桩的桩距一般不小于2d(d为桩径)取桩间距的设计，基础下采用正方形布桩，布桩桩间可按下面两公式综合求解：，，式中：m——面积置换率；——搅拌桩横截面面积，；——单根桩所承担处理面积等效圆直径，；l——布桩桩间距，。代入数值得：，。⑧桩数：在本例中，取道肩和道面下的桩距均为，则复合地基中桩的数量为：实际桩数和桩间距还应根据沉降差的要求进行适当的调整。⑵沉降校核目前，深层复合地基的沉降计算有多种方法，有常规法、简化法、修正手册法、荷载传递法等。施工时间证明，修正手册法和荷载传递法与实测值较为接近。前者计算较为简单，后者计算量较大。本设计中沉降计算采用修正手册法。复合地基的总沉降s分为桩群体压缩变形s1和桩端下卧层的沉降变形s2.，s=s1+s2。①桩群体压缩变形s1式中：——桩群体表面处平均压力（kpa）；——桩端处土体的平均附加压力（kpa）；——桩群体的复合变形模量（kpa）；和——分别为搅拌桩桩体的压缩模量及桩间土的变形模量。——面积置换率；——的折减系数，表示桩间土参与相互作用的的程度，β=0～1.0，此处取0.8。对于龄期为90d的搅拌桩，可取；根据地质报告，该场地的平均模量可取，按上式计算可知：。在此案例中，由于桩群表面和地面向平，所以附加压力P0=0，取桩群表面处平均压力为140kpa，经计算。②桩端下卧层的沉降变形未加固下卧层土层压缩摸量用规范法计算，所以用建筑地基规范法计算下卧层沉降为：式中：——复合地基最终沉降量（mm）；——对应于荷载标准值时的基底附加压力（kPa）；——地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；——基础地面至第i层土、第i-1层土地面距离（m）；——基础地面点至第层土，第层土底面范围内平均附加应力系数，可按规范附表查用；——下卧层第i层土的压缩模量（MPa）；——地基沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，也可查规范中相关表格确定。在本工程中，基础的长度和宽度都远远大于桩端下卧层的埋深，且装端下卧层作为桩的持力层，上部荷载传递到下卧层的中心附加压力很小，因此装端下卧层的变形沉降s2可认为为零，即。总的平均沉降变形量为。③工后剩余沉降量工后剩余沉降是指上部结构施工完成后，搅拌桩复合地基由于土体固结所引起的沉降。王启铜（1991）等对此进行了较为详细的分析，基本结论是，对搅拌桩复合地基而言，桩体的刚度越小。桩长越大。复合地基的固结沉降比（固结沉降（工后剩余沉降）占总沉降的比例）越小。由于柔性桩复合地基是靠桩身侧摩阻力将上部荷载传递至周围土体中去，与砂桩、塑料排水板等通过排水固结提高地基承载力的原理不同，因此，其工后剩余沉降往往只占总沉降的很小一部分。这就是说上部结构施工完成后，基础沉降将很快停止。4方案优化设计计算4.1方案的选则原则我国地域辽阔，工程地质条件和水文地质条件千变万化，各地施工条件、技术水平、经验积累以及建筑材料品种、价格差异很大，在选用地基处理方法前一定要因地适宜，具体工程具体分析，要充分发挥地方优势，优先利用地方资源。地基处理方法很多，每一种方法都有其适用范围、优缺点及局限性，没有一种地基处理方法是万能的，对每一具体工程均应进行相应具体细致分析，从地基条件、处理要求、工程费用以及材料、机具来源等各方面进行综合考虑，以确定合适的地基处理方法。4.2方案的选择本文以上介绍三种地基处理方法，三种方法的适用范围以及见下表。地基处理方法适用范围堆载预压法淤泥质、淤泥和冲填土等饱和粘性土地基强夯实块石墩及块石垫层复合地基法高高饱和度的粉土与软塑~流塑的粘性土，以及碎石土、砂土、湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基深层搅拌桩法正常固结的淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散撒砂土地基根据本工程地基情况，基础下第一层土是机场一期建设的废弃物，主要是粘性土夹石和风化土夹大块石以及建筑垃圾等。厚度在1.6-3.4米之间，平均厚度为2.5米。初勘中浅钻的遇石概率围殴50%，最大块径超过2米。第二层土为淤泥。对于三种方法来说，该场地的地基土质三种方法均合适，但是堆载预压法和深层搅拌法都需要钻孔，前者设置砂井，后者搅拌时需要钻孔，在第一层土中有较大的块石，使得钻孔不容易，所以排除这两种方法，选则基强夯实块石墩及块石垫层复合地法。4.3方案的优化计算4.3.1设计参数⑴快石墩直径：墩径1.4m，截面面积1.54m2，墩长约为7m，体积约为10.8m3。 ⑵块石墩间距：墩点按正方形布置，道面下间距为3.0m，道肩下为4.0m，共设置27580个墩。⑶平整场地后，满铺1.5m厚的级配块石作为成墩的材料，可以给每个快石墩提供1.5×9=13.5m3的块石。⑷承载力取值：根据现场试验，单桩承载力取600KN；墩间土在打设快石墩后受到挤密和脱水作用，其允许承载力得到提高，道面下取90KN，道肩下由于墩距较大，挤密效果较差，取70KN。⑸复合地基承载力验算：道面下：道肩下：⑹块石垫层：快石墩施工完成后，再铺设块石垫层，厚度为0.5m。⑺块石级配：强夯块石墩及块石垫层所用的石料最大粒径不得超过600mm，且符合如下级配：300mm<D<600mm的块石含量大于50%，D<50mm块石含量小于15%，且含泥量小于5%。⑻为了使上部荷载均匀地扩散到下部复合地基，并调整不均匀沉降，在块石顶部再铺设一层厚度为0.6m的风化石碴层。石碴的最大颗粒直径不得超过150mm，大于50mm的颗粒含量不得小于40%，小于20mm的颗粒含量不得大于35%，粘粒含量不超过5%。4.3.2施工参数⑴施工设备：强夯块石墩采用起重质量为50t的履带吊车作为强夯机械，其最大起吊高度为20m；夯锤选用直径为1.0m，高度为2.5m的钢锤，锤重15t，最大夯击能量为300t·m，在夯击过程中，用反铲挖掘机填补石料。⑵单墩夯击结束标准：①累计夯沉量大于12.5m，且夯击能量在200t·m的前提下，最后两击的夯沉量小于50mm。②累计夯沉量大于16m，且夯击击数不小于20击（最后3击的夯击能量为300t·m）③累计夯沉量大于17.5m并夯之石料用完。以上三条标准只要满足一条即可认为单墩夯击结束。⑶块石垫层用直径2.0m的夯锤以100t·m的夯击能量，2.0m的间距满夯两边，再次整平，最后用40t的震动碾压机碾压8遍。⑷风化石碴垫层分两层铺填，分别用40t振动压路机反复碾压，压实后其干容重不低于21KN/m3，表面回弹模量不低于80kpa。5施工、检验和验收5.1施工⑴施工顺序①挖土清基并平整场地；②回填1.5m厚的块石；③强夯快石墩施工；④平整场地，铺设0.5m厚的块石垫层；⑤满夯及碾压块石垫层；⑥铺设及碾压0.6m厚的风化石碴层。⑵补料当夯坑深度约等于锤高时，应暂停夯击，待补料后继续夯实。补料应取墩位附近已铺填好的块石，不得从未夯的部位取料，填料时如遇到大块石应填在夯坑的正中间，周围辅以较小的块石以使级配良好，夯坑正中填料应尽量密实，避免架空现象，严禁将泥填入坑中。⑶夯击顺序强夯快石墩时软土中会产生很大的超静孔隙水压力，造成软土的隆起和挤出，跳夯较连夯更有利于孔隙水压力的消散。试验结果表明，跳夯比连夯的地面隆起小因此施工采用跳夯的方式。夯点布置与夯击顺序见图5.1。图5.1⑷定点复位定点复位是保证每次夯击均在同一点的关键，因此要力求准确。防线布置桩位时，必须有可靠的墩位标志；每次填料后，必须保证每次夯击中心与准确墩位的偏差不大于10cm。⑸夯沉量测量每次补填料前必须进行夯沉量的测量，如果发现夯沉量较小时应没击一测，以决定是否结束夯击。测量需用水准仪、塔尺，不得以目测代替。5.2质量检验⑴干容重和回弹模量施工过程中振动对桩间土产生的影响视土的性质不同而异，对结构性土强度一般要降低，但随时间增长会有所恢复；对挤密效果好的土强度会增加。对桩间土的变化可通过如下方法进行检验：①施工后可取土做室内土工试验，考查土的物理力学指标的变化。②也可做现场静力触探和