舟山横街花塘岩土工程分析与地基基础设计

摘要舟山横街花塘岩土工程分析与地基基础设计摘要拟建海堤工程位于浙江省舟山市岑港镇，为当地提供防护防汛作用。本文在收集拟建场地进行岩土工程勘察资料基础上，对建筑场地地形地貌、地质构造、岩土层结构与工程特性、水文地质条件等进行了深入分析，对场地地基稳定性和适宜性进行了评价。通过对场地原位测试和岩土室内试验结果的统计分析，对场地各土层地基承载力进行了评价确定。根据场地内地基土的分布、地基土的工程特性，结合拟建构筑物荷载及变形要求等工程特征因素，对本工程项目地基基础方案进行了分析论证，提出两个地基基础方案，一是采用深层搅拌法对第层淤泥质粉质粘土进行地基加固处理，二是选择第④层粘土或第⑥层粉质粘土作为持力层采用预应力管桩基础方案；通过设计与计算，验算了两个地基基础方案是可行的。关键词：海堤；地基基础；地基处理；深层搅拌法；预应力管桩

AbstractTheSeawallEngineeringislocatedinCengangtown,Zhoushan,ZhejiangProvince,providingfloodpreventionforthelocalpeople.AccordingtocollectingthedataofGeotechnicalEngineeringInvestigation,ithadthoroughanalysisandresearchinthetopographyandgeomorphologywithGeotechnicalEngineeringInvestigationonthebuildingsite,anddidsomeevaluationsongroundstabilityandsuitabilityoftheconstructionsite.Thepapercountedandanalysedthedataofin-situtestandlaboratorytest,whichprovidedagoodbasisforcertainingBearingCapacityofFoundationofeachSoilLayer.Accordingtothedistributionandengineeringppopertiesofsoillayers,thepaperresearchedfortwosuitableprogramsfortheconstructionoftheseawall.OnewasstrengtheningthemuckysiltyclaybyCementDeepMixingMethod.Theotheronewasthatthefourthorthesixthsoillayerwerethebearingstratum,selectingPrestressedPipePiletomadetheseawallmorestablethanfoundationtreatment.Throughaseriesofcheckingcalculations,itverifedthatthetwodesignprogramswerepracticable.Keywords:TheSeawall;foundationbase;foundationtreatment;DeepMixingMethod;PrestressedPipePile目录目录TOC\o"1-3"\h\u62191.绪论 1268561.1工程概况 1169371.2目的及任务 2129411.3依据的规范标准 252772.场地工程地质条件 475882.1地形地貌 4230662.2气象水文 4119142.2.1气象 488152.2.1水文 518122.4地层结构及工程特征 772572.4.1地层结构 7180082.4.2岩土工程特性指标统计分析 8124502.4.3统计成果分析 1020162.6地下水 1148702.6.1地下水类型 1113832.6.2地下水水质分析结果及腐蚀性评价 11244423.岩土工程分析与评价 13142243.1场地稳定性与适宜性评价 13201123.1.1场地稳定性总体评价 13300043.1.2场地工程环境稳定性评价 1387133.1.3地基稳定性评价 13200253.1.4地建筑适宜性评价 13130063.2场地及地基地震效应评价 1315553.2.1场地抗震设计基本条件 1350993.2.2场地液化判别 13295323.3地基土评价 1467313.3.1地基土均匀性评价 14299953.3.2地基承载力确定 14223243.3.3桩基设计参数 16297073.4地基基础方案论证 17173774.地基加固处理 18214424.1水泥土搅拌法 1837514.2加固机理 1892934.3水泥土搅拌桩的设计 18160094.3.1桩长L 1850514.3.2单桩竖向承载力特征值Ra 18184734.3.3水泥渗入比 19286124.3.4面积置换率m与桩数n 19182894.3.5桩的平面布置 20157084.4水泥土搅拌桩复合地基验算 21275094.4.1下卧层承载力验算 21239494.4.2复合地基沉降验算 22200475.桩基础设计 25128855.1桩基方案确定 252725.2成桩可能性分析及注意的问题 2529205.3桩基础设计计算 2551106.结论与建议 2987026.1结论 29259846.2建议 2925625致谢 315926参考文献 32）绪论PAGE11.绪论1.1工程概况拟建舟山横街花塘加固工程，位于浙江省舟山市岑港镇，里钓岛西侧及富翅门东侧，地理位置如图1-1、图1-2。图1-1浙江省舟山市定海区岑港镇横街花塘地理位置图图1-2浙江省舟山市定海区岑港镇横街花塘具体地理位置图海塘是人工修建的挡潮堤坝，亦称海堤。拟建海塘全长约1100m，为重力型海塘，设计顶面高程6.0m。荷载为1022.5kN/m。根据《浙江省海塘工程技术规定》，将海塘的工程等级设为Ⅲ级。断面形式及大小见图1-3。图1-3海塘断面1.2目的及任务分析研究深度内岩土层的构成特征、分布规律,确定各岩土层物理力学性质指标及承载力参数（包括地基土容许承载力、桩基承载力参数极限值）；划分对建筑物抗震有利、不利、危险地段，判定场地类别，提供场地地震动参数值；（3）分析研究影响本工程安全的不良地质作用类型、成因、分布范围、发展趋势及危害程度，建议合理的防治与处理方案；（4）分析评价场地地基岩土，合理建议地基基础方案，建议适宜的桩基持力层，桩基规格与类型，分析成桩可能性，并估算单桩垂直极限承载力设计值。（5）确定场地基础类型和施工方法,地基处理方案的设计和桩基础方案的设计1.3依据的规范标准(1)《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001、2009年版）(2)《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）(3)《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）(4)《土工试验方法标准》（GBT50123-1999）(5)《工程岩体试验方法标准》（GBT50266-99）(6)《工程测量规范》（GB50026-2007）(7)《岩土工程勘察安全规范》（GB50585-2010）(8)《港口岩土工程勘察规范》（JTS133-1-2010）(9)《水运工程抗震设计规范》（JTS146-2012）(10)《港口工程灌注桩设计与施工规程》（JTJ248-2001）(11)《港口工程地基规范》(JTS147-1-2010)(12)《港口工程桩基规范》(JTJ254—2012)(13)《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ285-2000）(14)《港口工程预应力混凝土大直径管桩设计与施工规程》（JTJT261-97）(15)《浙江省海塘工程技术规定》(16)《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）场地工程地质条件PAGE292.场地工程地质条件2.1地形地貌拟建场地位于里钓岛西侧及富翅门东侧，地貌类型为山麓滨海淤积地貌。海域洋面宽阔，主水道潮流较急，场区水深0.50～16.0m不等，水下地形起伏较大，钻探孔地段自然泥面标高为1.20～-0.50m。2.2气象水文2.2.1气象本工程所在区域属北亚热带南缘季风海洋型气候，冬季季较长，春季季较短，具有四季分明、气候温和湿润、光照充足、雨量充沛、无霜期长的特点。季风盛行，每年4月～8月多东南风，9月到次年3月多偏北风。夏季多台风，海域大风出现频繁，主要自然灾害是热带气旋、寒潮和海雾，其中夏季6～9月主要受热带气旋影响，冬季12～3月主要受寒潮侵袭。主要气象条件如下：表2-1温度多年平均气温16.3℃极端最高气温39.1℃（1966年8月5日）极端最低气温-6.5℃（1967年1月16日）月最高平均气温27.2℃（8月）月最低气温-4.9℃（1月）累计年最高气温≥35℃的高温出现日天数为2.4天累计年最高气温≤0℃的高温出现日天数为14.7天表2-2降水多年平均降水量1237.3～1350.2mm最多年份的降水量1849.5～1888.9mm最少年份的降水量626.5～628.4mm最大月降水量467.2mm月最小降水量1、区域内降水日数平均为142-145d，雨水集中在3-6月份，5月最多，12月最少约8-9d。2、全年≥25mm/d的天数平均为13天表2-3湿度多年平均相对湿度79%～80%最大湿度（6月）88%～91%最小湿度（12月）70%～71%2.2.1水文工程区的潮汐属不规则半日潮混合潮[1],这一海域半日潮不等现象显著。高潮位多发生在台风期间。表2-4定海、外钓岛两站实测潮汐特征值统计表站名特征值定海定海（短期）外钓岛最高潮位4最低潮位-2.25-1.69-1.88平均高潮位1平均低潮位-0.78-0.79-0.90最大潮差4.183.374.07最小潮差0.031.071.21平均潮差2.012.012.21平均涨潮历时5h45min5h42min5h59min平均落潮历时6h40min6h43min6h26min平均海平面0.240.260.26(2)潮流外钓海域主要隶属非正规浅海半日潮流类型，潮流为往复流运行形式。拟建工程处于外钓岛西北侧，深水近岸，潮流在此受地形作用影响明显。（4）波浪依据野鸭山波浪观测站1年波浪观测资料统计表明，工程海区基本上不受外海波浪的影响，常浪向SSW～W，强浪向W～NNW向，实测最大波高（）为2.1m，对应周期4.5s，年平均波高为0.2m，全年波高的统计频率为9.2%，的统计频率为0.4%。

2.3区域地质及地质构造 工程区处于东南沿海断皱带。在侏罗纪构造活动比较强烈，大面积火山喷发形成了巨厚的火山碎屑岩类堆积。白垩纪时构造活动和火山均趋微弱，主要表现为断裂构造，形成北东、北西及北东东向断裂，白垩纪以后地壳已趋于稳定，至晚更新世以来仅为缓慢的振荡性上升运动，无强烈的差异性升降运动。第四纪以来已逐渐趋于相对稳定。根据浙江省主要断裂构造分布图（图3-1），镇海—温州断裂带从工作区西部通过，昌化—普陀断裂带从工作区南部通过。根据国家标准《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）4.1.7条，本区可忽略发生断裂错动时对地面建筑的影响。图3-1浙江省构造分布图舟山市100km范围内，仅有过一次震级为4.75级（Ms）的地震，该次地震发生在镇海—温州北北东向断裂带上，该断裂带上其发生过中小地震5次，其活动强度具南北两端强、中间弱的特点，对舟山市的地震烈度影响均小于VI度。据国标《中国地震动参数区划图》(GB18306－2001）规定，本场地设计地震加速度值为0.10g，相当于抗震设防烈度为7度。2.4地层结构及工程特征2.4.1地层结构根据工程地质勘探资料，按各岩土层的成因时代、岩性特征、埋藏条件及物理力学性质，将本场地勘探深度范围内的岩土层分为7个工程地质层，现按岩土成因时代由新到老进行评述[2]：第=1\*GB3①层：素填土，杂色，稍湿，以块石、碎石为主，夹粘性土。分布不稳定，其中z1、z4、z7号孔缺失该层，层厚0.60～2.70m。结构松散，均匀性差。第=2\*GB3②层：粉质粘土，灰黄色，可塑，含铁锰质结核及氧化铁质斑，局部夹有少量砂砾石，属中等偏高压缩性土。土面稍光滑有光泽，摇振反应无，干强度及韧性中等-偏高。全场分布不稳定，其中z1～z4、z7号孔缺失该层，物理力学性质较好。层面高程0.80～1.85m，层厚0.30～2.00m。第=3\*GB3③层：淤泥质粉质粘土，灰色，流塑，具微层理，含云母、有机质及少量贝壳碎屑，夹薄层层厚约1～4cm左右不等的粉砂。土面光滑稍有光泽，干强度及韧性中等，摇振反应无。全场分布。层面高程-0.25～1.21m，层厚4.70～28.50m。土质不甚均匀，物理力学性质差。第=4\*GB3④层：粘土，灰绿色，硬可塑，含铁锰质结合及氧化铁质斑，局部夹有少量砂砾石，属中等偏高压缩性土。土面稍光滑有光泽，摇振反应无，干强度及韧性中等-偏高。分布不稳定，z3号孔缺失该层，均匀性一般，物理力学性质较好。层面高程-25.90～-23.80m，层厚8.30～9.70m。第=5\*GB3⑤层：粉质粘土，灰色-灰白、软塑，属中高压缩性土。土面稍光滑稍有光泽，摇振反应无，干强度及韧性中等。分布不稳定，仅见于z4～z6号孔，均匀性一般，局部相变为粘土，物理力学性质一般。层面高程-34.20～-33.50m，层厚5.60～6.50m。第=6\*GB3⑥层：粉质粘土夹粉土，黄褐色、蓝灰色，硬可塑，属中压缩性土。土面稍光滑稍有光泽，摇振反应无，干强度及韧性中等。该层以粉质粘土为主，不均匀夹有粉土。分布不稳定，仅见于z4～z6号孔，均匀性一般，物理力学性质较好。层面高程-40.00～-10.25m，层厚1.30～8.10m。第=7\*GB3⑦-1层：强风化凝灰岩，灰黄色、灰白色，为侏罗系上统（J3）凝灰岩，凝灰结构，火山灰胶结。岩体破碎，岩芯表层呈砂土状，往下呈碎石状、碎块状，风化裂隙很发育，岩质软，易折断。全场分布，部分孔为钻穿该层，上部圆锥动力触探试验(N63.5)实击数为37-85击/10cm。层面高程-47.90～-3.50m，控制厚度0.30～1.60m。中偏低压缩（变形）性，物理力学性质好。第=7\*GB3⑦-2层：中风化凝灰岩，黄褐色，为侏罗系上统（J3）凝灰岩，凝灰结构，火山灰结构，岩石较完整，岩芯呈块状、短柱状、柱状，风化裂隙较发育，裂面被铁锰质渲染，岩质较硬，岩芯长度一般5～20cm，采取率一般70～90%。全场分布，层面高程-49.00～-3.80m，控制厚度2.40～3.90m。低压缩（变形）性，物理力学性质好。地层结构见表2-1。表2-1地基土层基本数值划分表（m）层号土层名称层顶埋深层顶标高层厚1素填土0.00～0.003.30～1.202.70～0.602粉质粘土1.50～0.001.85～0.802.00～0.303淤泥质粉质粘土2.70～0.001.21～-0.2528.50～4.704粘土27.10～26.10-23.80～-25.909.70～8.305粉质粘土36.00～35.40-33.50～-34.206.50～5.606粉质粘土夹粉土42.30～10.20-10.25～-40.008.10～1.307-1强风化凝灰岩49.10～6.80-3.50～-47.901.60～0.307-2中风化凝灰岩50.2～7.10-3.80～-49.003.90～2.402.4.2岩土工程特性指标统计分析土工试验指标：提供各土层各项指标的最大值、最小值、算术平均值、变异系数和样本数，统计结果见表2-2。其中：内摩擦角φ、内聚力C为标准值，其他指标为平均值。表2-2地基土物理力学指标数理统计表地层编号地层名称统计指标含水率重度孔隙比液性指数塑性指数压缩系数压缩模量粘聚力内摩擦角ω0γeILIPa1-2ES1-2cφ%kN/m3MPa-1MPakPa°2粉质粘土最大值28.919.500.8190.62015.60.375.7026.316.7最小值25.918.820.7330.41014.00.314.9220.914.3平均值27.519.270.7680.53415.10.335.3523.015.1标准差340.090.60.00.32.01.1变异系数0.0390.0130.0440.1780.0420.0720.0590.0890.070修正系数1.0320.9891.0361.1470.9651.0600.9510.9270.942标准值28.419.070.7960.621.3014.22续表2-2地层编号地层名称统计指标含水率重度孔隙比液性指数塑性指数压缩系数压缩模量粘聚力内摩擦角%kN/m3MPa-1MPakPa°3淤泥质粉质粘土最大值54.018.131.4912.125113.911.5最小值37.016.661.0201.01310.50.891.898.57.9平均值42.917.431.1911.58514.51.002.2111.89.7标准差3.80.340.100变异系数0.0880.0200.0840.1580.1000.0830.0730.1570.092修正系数1.0190.9961.0181.0350.9781.0180.9840.9660.980标准值43.717.361.2131.6414.21.02.211.379.494粘土最大值31.719.400.8770.67120.10.464.7530.424.3最小值28.518.720.7850.29716.10.393.9628.017.7平均值29.618.970.8360.36518.40.424.3429.320.5标准差2变异系数0.0420.0110.0330.3220.0670.0660.0640.0250.103修正系数1.0260.9931.0201.2010.9581.0410.9600.9840.935标准值30.418.840.8530.4428.8619.205粉质粘土最大值32.219.600.8830.68916.10.445.0928.018.7最小值26.018.720.7070.48112.60.364.2619.612.9平均值29.319.060.8100.60314.70.384.7624.315.6标准2.50.380.0750.091.50.0变异系数0.0860.0200.0920.1480.0990.0800.0640.1490.148修正系数1.0710.9841.0761.1230.9181.0660.9470.8770.878标准值31.418.750.8720.6821.3313.726粉质粘土最大值30.219.890.8450.66414.90.375.9328.219.1最小值23.118.820.6610.34611.70.284.6023.213.0平均值25.219.620.7010.46013.30.335.2326.416.7标准差2.10.320.0560.090.80.0变异系数0.0810.0160.0790.2070.0620.1010.0870.0540.105修正系数1.0510.9901.0501.1290.9611.0630.9450.9660.934标准值26.519.420.7360.525.5215.56（2）重型动力触探试验：提供相应的测试最大值、最小值、算术平均值、变异系数和样本数，统计结果见表2-3，本表提最大最小供实击数和经钻杆杆长校正后的修正击数的平均击数。表2-3重型动力触探试验结果（N63.5）统计表（经杆长修正）岩土序号岩土名称样本数最小值最大值平均值标准差变异系数统计修正系数标准值⑦-1强风化凝灰岩12378520.65.260.2560.86617.9（3）岩石饱和单轴抗压试验：提供各土层各项指标的最大值、最小值、算术平均值、标准值、变异系数和样本数，统计结果见表2-4。表2-4岩石饱和单轴抗压强度试验统计表岩石样本数平均值标准差变异系数修正系数岩石抗压强度标准值岩石天然地基承载力特征值桩端端阻力特征值⑦-2层中风化凝灰岩634.534.0730.1180.90331.17(20.0)2.06.0注：1.岩石饱和单轴抗压强度标准值；修正系数ψ=1-，按20MPa；岩石天然地基承载力特征值（—折减系数，中风化取0.1）；桩端端阻力特征值，因桩端进入持力层中风化凝灰岩≥0.5m，岩石完整性较好，折减系数取0.30，。2.4.3统计成果分析由于岩土性质的不均匀性、取样的随机性以及其它条件的影响，原位试验数据和室内试验数据有一定的离散性，个别离差较大，属于异常数据，应予以剔除。本次室内岩、土试验成果的数据统计按照相关规范与设计手册进行，粗差数据的取舍采用3倍标准差法[3,4]。本次勘测共采取了原状土样91件(个)、岩石饱和单轴抗压试样6块，进行室内试验，在剔除异常数据后的基础上进行统计计算，以及根椐有关规范查表和参照当地建筑经验得到的。由上述统计成果可看到，各土层物理力学性质指标的变异系数，大部分小于0.1，变异性等级很低，除液性指数IL外，其余大部分都小于0.2，表明本次土质单元体划分是基本合理的，用数理统计方法求取的指标是准确、可靠的。液性指数IL指标变异性差异较大，主要原因是由于土体均匀性较差，因此造成指标离散，此外由于实际地质条件的复杂，勘察施工对原状土样的扰动以及岩土实验条件与取值的不同，造成即使是土质均匀的同一地层的岩土参数也存在一定的差异。根据成果统计表，可将各指标的标准值作为拟建工程所需的设计值。2.5不良地质作用及特殊性岩土（1）不良地质作用经现场踏勘与勘查，拟建场地及附近地形平坦，无岩溶、滑坡、危岩、崩塌、泥石流、活动断裂、采空区等不良工程地质作用。场地内在勘探孔位置未发现埋藏的河道、沟浜、洞穴、墓穴、防空洞、孤石等对工程不利的埋藏物。但上部覆盖有较厚的软弱粘性土层、水下泥面坡度较陡及基岩面变化较大。（2）特殊性岩土场地存在的特殊性岩土主要为素填土、淤泥质粘土及强风化凝灰岩。素填土结构松散，均匀性差；淤泥质粘土孔隙比和含水率大，属欠固结土，具有低承载力、高压缩性、高灵敏度、低渗透性、固结性能差、较强的流变和蠕变、震陷性等特性，采用淤泥质土作为浅基础持力层或地基土时，应进行软基加固处理；强风化凝灰岩，饱和（相当于水浸泡）状态下受扰动后，易软化变形，强度、承载力骤减。2.6地下水2.6.1地下水类型地下水因含水介质、水动力特征及其赋存条件的不同，其补、迳、排作用和水化特征均各有不同，根据钻探揭露：拟建场地地下水属第四系孔隙潜水及基岩裂隙潜水类型。2.6.2地下水水质分析结果及腐蚀性评价根据临近工程所做资料，拟建场地浅部地下水属第四系孔隙潜水，岩性主要为全新统冲积、海积（）淤泥质土、渗透系数一般为n×10-6cm/s～n×10-8cm/s，透水性极差，可视为隔水、不透水松散土层。该层水质以微咸水为主。基岩裂隙水主要富含在强风化及中风化基岩裂隙中，含水性与裂隙发育程度有关，水量贫乏，其中强风化呈强透水性。水位呈季节性变化但动态变化不大，水质主要为淡水，水化学类型为HCO3·Cl-Na·Ca型，水对混凝土结构具有强腐蚀性,做好对建筑材料腐蚀的防护。岩土工程分析与评价3.岩土工程分析与评价3.1场地稳定性与适宜性评价3.1.1场地稳定性总体评价根据所收集的区域地质资料，拟建场地无岩溶、危岩、崩塌、泥石流、采空区等不良工程地质作用，钻探深度范围内无暗浜、隐伏断层等不良地质体，场地整体较稳定。适宜进行本工程建设。3.1.2场地工程环境稳定性评价拟建场地周边建筑物密度较小，且距离拟建场地较远，因此周围环境对桩基施工要求较低。3.1.3地基稳定性评价场地无隐伏不明的人工洞穴存在，钻探未发现土洞，土质地基稳定。下伏基岩为黄褐、青灰等色中风化凝灰岩，物理力学性质良好，是拟建筑物的理想桩基持力层，但埋深变化大。3.1.4场地建筑适宜性评价场地整体较稳定，勘探区地层变化较大，覆盖层主要为全新世海相沉积层，场地15m以内主要土层为素填土、淤泥质粉质粘土及粉质粘土，属软弱～中软场地土，第四系覆盖层厚度最小为6.80m；基岩为灰黄、灰白、褐黄等色凝灰岩类，分布稳定连续，承载力高，满足拟建工程对地基强度的要求，适宜于建筑。3.2场地及地基地震效应评价3.2.1场地抗震设计基本条件根据国家标准《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001）和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)附录A，本区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，分组第一组。3.2.2场地液化判别本场地抗震设防烈度为7度，地表下20m范围内没有发现饱和砂土层，按国标《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)第4.3.1条文规定，一般情况下可不进行地震液化的判别和处理；按4.3.4条之规定可判定为不液化土。

3.3地基土评价3.3.1地基土均匀性评价本场地除部分地段基岩出露外，上部淤泥质粘土层厚4.70～28.50m，下部为基岩，场地地基属不均匀地基。②层土，粉质粘土，层面高程0.80～1.85m，顶板坡度为2%，层厚0.30～2.00m，变化为15%，各地基土物理力学性质指标的变异系数均小于0.3，土质不甚均匀。=3\*GB3③层土，淤泥质粉质粘土，层面高程-0.25～1.21m，顶板坡度2%，层厚4.70～28.50m，层厚变化为16%，各地基土物理力学性质指标的变异系数均小于0.3，土质不甚均匀。④层土，粘土，层面高程-25.90～-23.80m，顶板坡度为22.8%，层厚8.30～9.70m，除液性指数变异系数外，其余各物理力学指标变异系数均小于0.3。土质不甚均匀。=5\*GB3⑤层土，粉质粘土，层面高程-34.20～-33.50m，顶板坡度为8.2%，层厚5.60～6.50m，层厚变化为8%，各地基土物理力学性质指标的变异系数均小于0.3，土质均匀。⑥层土，粉质粘土，层面高程-40.00～-10.25m，顶板坡度为8%，层厚1.30～8.10m，层厚变化为17%，各地基土物理力学性质指标的变异系数均小于0.3，土质不甚均匀。⑦-1层强风化凝灰岩，层面高程-47.90～-3.50m，顶面坡度远远大于10%，控制厚度0.30～1.60m，层厚变化18%，地基土均匀性差。3.3.2地基承载力确定（1）地基承载力确定方法[4,5,6]地基承载力是指地基土单位面积上所能承受的荷载，通常把地基土单位面积上所能承受的最大荷载称为极限荷载或极限承载力。确定地基承载力的方法可归纳为以下三类：1）原位测试确定地基承载力a.根据载荷试验的p-s曲线来确定地基承载力特征值fak根据试验结果可绘出载荷试验的p-s曲线。①如果p-s曲线上能够明显地区分其承载过程的三个阶段，则可以较方便地定出该地基的比例界限荷载pcr和极限承载力pu。②当满足三条终止加载条件(建筑地基规范C.0.5条）之一时，其对应的前一级荷载为极限荷载，当该值小于对应比例界限的荷载值的2倍时，fak取荷载极限值的一半。③若p-s曲线上没有明显的三个阶段，地基承载力基本值可按载荷板沉降与载荷板宽度或直径之比即s/b的值确定，对低压缩性土和砂土可取s/b=001～0.015,对中、高压缩性土可取s/b=0.02，但其值不应大于最大加载量的一半。对同一层土，宜选取三个以上的试验点，当各试验点所得的承载力特征值的极差不超过其平均值的30%时，则取此平均值作为该土层的地基承载力特征值。b.根据标准贯入试验等原位测试成果确定地基承载力相关规范中给出了各类土的地基承载力经验值，这些表是根据在各类土上所做的大量的载荷试验资料，以及工程经验经过统计分析而得到的，在无当地经验时，可据此估算地基的承载力。2）根据地基土抗剪强度以理论公式确定地基承载力理论公式是在一定的假定条件下通过弹性理论或弹塑性理论导出的解析解，包括地基临塑荷载公式、临界荷载公式、太沙基公式、斯肯普顿和汉森公式等。依据土的物理力学指标，基础的埋深及几何尺寸进行计算。3）根据有关规范提供承载力或经验方法确定根据《港口工程地基规范》5.3.4条和5.3.5条，确定地基承载力公式有：（3-1）式中：—地基极限承载力竖向分力设计值（kN）—地基极限承载力竖向分力标准值（kN）—抗力分项系数(2)地基承载力确定本工程依据标准贯入试验等原位测试成果，结合地区经验，综合确定各土层承载力特征值如表3-1。表3-1各土层地基承载力特征值层号土层名称承载力特征值f(kPa)①素填土②粉质粘土70③淤泥质粉质粘土50=4\*GB3④粘土160续表3-1层号土层名称承载力特征值f(kPa)⑤粉质粘土80⑥粉质粘土190⑦-1强风化凝灰岩400⑦-2中等风化凝灰岩20003.3.3桩基设计参数根据土工试验成果和原位测试成果，结合地基土层的岩性特征、埋藏条件，查阅）、《港口岩土工程勘察规范》（JTS133-1-2010）、《港口工程地基规范》(JTS147-1-2010)、《港口工程桩基规范》（JTJ254—2012）、《港口工程灌注桩设计与施工规程》（JTJ248-2001）、《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ285-2000）和利用经验公式，结合地区经验，综合确定各土层的容许承载力﹝fak﹞、桩端极限阻力标准值（qpk）、桩侧极限阻力标准值（qsik）见表3-2。表3-2桩基设计参数表层号土层名称压缩模量(MPa)预制桩岩石饱和单轴抗压强度标准值(MPa)极限阻力标准值(kPa)桩侧阻力桩端端阻力Es1-2qsikqpkfrc①素填土————②粉质粘土5.3555——③淤泥质粉质粘土2.2124——④粘土4.34752800—⑤粉质粘土4.76602000—⑥粉质粘土5.23702700—⑦-1强风化凝灰岩—2207000—⑦-2中等风化凝灰岩———20.003.4地基基础方案论证由表3-1得出，基础底下存在软土层，第层流塑状态淤泥质粉质粘土和第…层软塑状态的粉质粘土，其地基承载力特征值都不满足拟建海堤的承载力设计要求，属于软弱地基，因此，对拟建海堤提出以下基础方案：拟建海堤建议选用第③层淤泥质粉质粘土进行地基加固处理后的复合地基土作持力层方案，加固方法：换填法、水泥土搅拌法。（2）采用桩基础，可选用钢板桩、预制桩以第④层作为桩端持力层。当第④层缺层时，可以第⑥层粉质粘土作为拟建海的桩端持力层。（3）在覆盖层较薄地段，泥面及基岩面坡度变化较大，该处可以第⑦-1层强风化凝灰岩作为天然地基。综上所述，如选择地基基础方案，对第③层淤泥质粉质粘土进行地基加固处理，可采用水泥土深层搅拌法进行地基加固处理，在舟山地区，砂石成本高，不宜采用换填法。水泥土搅拌法加固地基，具有最大限度利用原土，搅拌时无振动无污染，与钢筋混凝土桩相比，可节约钢材并有降低工程造价的特点。如果选用以第③层淤泥质粉质粘土，进行地基加固处理后的复合地基土作持力层，不能达到设计要求时，应采用桩基础，以第④层作为桩端持力层。也可采用④层和⑥层组合，以⑥层作持力层的长桩控制变形，以④层作持力层的短桩提供承载力，长短桩结合。由于拟建海堤部分地段上部覆盖有较厚的③层淤泥质粉质粘土，且水下边坡局部较陡，在基础施工过程中应注意保护软土结构的稳定性，防止产生滑坡、倒桩等地质灾害。地基加固处理4.地基加固处理4.1水泥土搅拌法水泥土搅拌法是用于加固黏性土地基的一种方法，利用水泥等固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强制搅拌，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度[7,8,9]。4.2加固机理水泥加固土的物理化学反应过程与混凝土的硬化机理不同，混凝土的硬化主要是在粗填充料(比表面不大、活性很弱的介质）中进行水解和水化作用，所以凝结速度较快。而在水泥加固土中，由于水泥掺量很小，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，所以水泥加固土的强度增长过程比混凝土为缓慢[7,10,11]。4.3水泥土搅拌桩的设计4.3.1桩长L地基处理的任务主要是解决地基的变形问题，对于变形来说，增加桩长，对减少沉降是有利的。对某一地区的水泥土桩，其桩身强度是有一定限制的，也就是说，水泥土桩从承载力角度，存在有效桩长，单桩承载力在一定程度上并不随桩长的增加而增大。本工程采用深层搅拌法，其加固深度不宜超过20m。搅拌桩可布置成柱状。采用GZB-600型号搅拌机，叶片外径为600mm。经过初算和验算设定桩长为12m。4.3.2单桩竖向承载力特征值Ra（5-1)(5-2)式中：—单桩竖向承载力特征值（kN）；—搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体）在标准养护条件下90d龄期的方体抗压强度平均值（kPa）；—桩截面积，取，—桩长范围内所划分的土层数，取=1；—桩周第层土的侧阻力特征值。按“规范”，对淤泥可取4～10kPa；对淤泥质粘土可取6～15kPa；对软塑状态的粘性土可取10～18kPa；对可塑状态的粘性土可取12～21kPa；根据本工程，取10kPa。—桩的周长，取；—桩端地基土未经修正的承载力特征值，取=50kPa。—桩长范围内第层土层厚度（m）；—桩端天然地基土的承载力折减系数,取=0.4～0.6，取=0.5；—强度折减系数,可取0.25～0.33，取η=0.3根据式（1）计算场区单桩竖向承载力特征值：4.3.3水泥渗入比由（5-2）式可反算：根据水泥掺入比与水泥土的无侧限抗压强度关系[12]，。4.3.4面积置换率m与桩数n（5-3）式中:—复合地基承载力特征值(kPa)；m—面积置换率；Ap—桩的截面积(m2)；—桩间土承载力特征值(kPa)；β—桩间土承载力折减系数,取β=0.6；—单桩竖向承载力特征值(kN)。由（5-3）式得：（5-4）（5-5）其中：A为地基加固面积，取10m长度上基础面积，即A=1010.2m2。因此计算的面积置换率和桩数分别为：，取n=214.3.5桩的平面布置(5-6）(5-7）式中,—桩间距（m），所以有：=2.2m根据桩间距L=2.2m，水泥土搅拌桩在L方向10m长度上的平面布置如图5-1。图5-1水泥土搅拌桩平面布置与立面图4.4水泥土搅拌桩复合地基验算4.4.1下卧层承载力验算当存在软弱下卧层时，仅仅满足持力层的要求是不够的，还需验算软弱下卧层的承载力，要求传递到软弱下卧层顶面处土体的附加应力与自重应力之和不超过软弱下卧层的承载力，即（5-8）式中：—相应于荷载效应标准组合时，软弱下卧层顶面处的附加应力值（kPa)；—软弱下卧层顶面处土的自重应力（kPa)；—软弱下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值（kPa)。对于条形基础（5-9）其中:—基础底面处土的附加压力；—基础底面到软弱下卧层顶面距离；—应力扩散角，由可根据《建筑地基基础设计规范》查表5.2.7，可取，可由式（5-12）求出。由（5-9）可得式中:—基础埋深土的容重(kN/m3)；—桩土复合体的平均容重(kN/m3)，可查地基处理手册表11-5。（5-10）式中:—地基承载力特征值，见表3-1；，—基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011），取ηb=0，ηd=1.0；—基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度；—基础底面以下土的重度；—基础埋置深度（m），取12m；—基础地面宽度（m），取6m；因此所以设计方案满足下卧层强度要求。4.4.2复合地基沉降验算水泥土搅拌桩复合地基的沉降量分为两部分：水泥土搅拌桩复合土层的压缩变形量和桩端下未加固土层的变形量[13]，即水泥土搅拌桩复合土层压缩变形量（5-11）（5-12）式中：—水泥土搅拌桩复合土层顶面的附加压力值（kPa）；—水泥土搅拌桩复合土层底面的附加压力值（kPa）；—水泥土搅拌桩复合土层的压缩模量（kPa）；—水泥土搅拌桩的压缩模量，可取（100～120）（MPa），本设计取（kPa）；——桩间土的压缩模量（MPa），见表3-2。——桩长（m）（2）桩端下未加固土层的变形量采用规范法，公式：（5-13）式中：——沉降计算经验系数；——水泥土搅拌桩桩端处的附加应力（kPa）；——下卧层第i层土的压缩模量（MPa）；、——分别为桩端至第层和层土底面距离(m)；、——分别为桩端至第层和层土范围内的平均附加应力系数。1）由（5-9）式可知，。2）地基沉降计算深度16m3）沉降计算见表5-1。表5-1水泥土搅拌桩下卧层沉降计算（m）（mm）（mm）（mm）（mm）0>1001.002>100.1960.994198819880.014829.4229.424>100.3920.965386018720.014827.7157.136>100.5880.923553816780.014824.8381.968>100.7840.866692813900.014820.57102.53续表5-1（m）（mm）（mm）（mm）（mm）10>100.9800.810810011720.014817.34119.8711.8>101.1570.77090869860.014814.59134.4614>101.3730.720100809940.00757.45141.9116>101.5670.687109929120.00756.84148.754）确定沉降经验系数计算值由，按《建筑地基基础设计规范》表5.3.5,插值得=1.10。5）桩端下未加固土层沉降量所以，水泥土搅拌桩复合地基的沉降量。<200mm设计方案满足沉降要求。桩基础设计5.桩基础设计5.1桩基方案确定拟建筑物总荷载大，淤泥质粉质粘土层厚，对沉降要求高，且长时间受到海水冲刷，如地基处理不满足工程需要，可采用桩基础[14]。参照舟山市的类似工程，桩型有钻孔灌注桩和预应力管桩两种可供对比选择：（1）钻孔灌注桩钻孔灌注桩属于非挤土桩，无振动，低噪音，其抗拔、抗震性能好，单桩承载力高，桩径和桩长易灵活选择。但对施工工艺要求较高，且其工程造价相对较高，还需解决泥浆排污问题。（2）预应力管桩预应力管桩桩身强度质量由制造厂商保证，易满足要求。其工程造价相对较低，但后期处理需要一些费用。现场管理容易，质量较为可靠。且拟建工程场区周围人口密度小，因此周围环境对桩基施工要求较小。综合各种因素比较，本工程建议采用预应力管桩。5.2成桩可能性分析及注意的问题（1）根据场地工程地质条件及地区桩基础施工经验，宜选用适当的沉（成）桩施工工艺（如选用厚壁管桩、采用锤击成桩施工工艺等）。桩基施工前宜选择不同代表性地段做好试沉桩工作，以确定合适的施工工艺和控制标准。（2）本场地以上部为淤泥质土，工程地质特性差，而预应力管桩属挤土桩，因此，设计和施工时应特别注意此因素，防止因大面积沉桩引起的挤土效应造成先沉桩的桩位偏移甚至浮桩等现象。同时基槽开挖时应制定合理的挖土方案，以免因不合理的挖土导致桩位偏移甚至断桩等危害。（3）桩基施工宜根据场地工程地质条件等，采取相应的施工工艺进行。采用预应力管桩，如以⑥层粉质粘土作为桩基持力层时，建议采用锤击施工。采用锤击打桩时，应选用合适的锤重，重锤轻击，按贯入度进行控制。（4）选择预应力管桩，以④层粘土，⑥层粉质粘土作桩基持力层时，成桩可能有一定困难、而上述土层土质不均局部地段可能无法穿过，因此，桩基施工时局部地段不可避免会出现需要截桩或接桩等现象。（5）桩基工程施工必须先打试验桩，进行静载荷试验，以准确确定单桩承载力；桩基施工结束后，应根据规范要求，选取一定数量的桩进行动测及静压试验，以检验桩身质量及承载能力。5.3桩基础设计计算以第④层硬可塑态粘土作为持力层（以z5作为计算孔），地层结构简图如下图6-1。图6-1地基土结构简图1）桩型选择预应力管桩，桩径d=600mm。2）桩长以第④层粘土作持力层，桩端入土深度1.5m。=23.80+1.5=25.303）单桩竖向承载力设计值（6-1）式中:—单桩竖向承载力分项系数，取1.55；—单桩第i层土的极限侧摩阻力标准值（kPa)；—单桩极限端阻力标准值（kPa)。根据舟山地区经验，和可由表3-2查得。由式（6-1）可算：=1341.5kN4）桩数(