CFG桩复合地基设计

河海大学毕业设计PAGEPAGE1摘要地基处理的目的主要是提高地基强度和控制地基变形。本论文中所涉及的建筑物场地位于郑东新区，工程地质条件较差，天然地基承载力不足，可以采用CFG桩复合地基进行加固。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。根据建筑物场地的岩土工程勘察资料，论文对场地工程地质条件进行分析和评价和CFG桩复合地基的设计。设计的主要内容有有效桩长，桩径，桩间距，面积置换率，单桩承载力，复合地基的承载力，桩体材料强度，并对沉降和倾斜进行了验算，以确保建筑物的安全。关键词：CFG桩复合地基，地基承载力，变形。

AbstractThemainpurposeofthegroundtreatmentistoimprovethestrengthandcontrolofgroundthedeformationofground.Inthispaper,thebuildingsinvolvedinthesiteislocatedinChungDongNewArea,theengineeringgeologicalconditionsispoorandthegroundbearingcapacityofnaturalbaseisnotbigenough,canbeusedCFGpilecompositefoundationreinforced.WhileCFGpilecompositefoundationisonlydevelopedinrecentyears,butitsspeedofconstruction,buildinglow-cost,adjustable,andthesuitability,reliability,andcompositefoundationsettlementsmall,thecurrentCFGpilecompositefoundationwidelyusedinmanyareas.

Accordingtothebuildingsitegeotechnicalengineeringinvestigationoftheinformation，thispaperanalysisandevaluationtheengineeringgeologicalconditionsofthevenueanddesignCFGpilecompositefoundation.Themainelementsofthedesigniseffectivepilelength,pilediameter,pilespacing,coveringanareaofexchangerates,pilecapacity,thebearingcapacityofcompositefoundation,pilematerialstrength,andthesettlementandtiltwerecheckedtoensurethesafetyofbuildings.Keywords:CFGpilecompound-ground,bearingcapacityoffoundationsoil,deformation.目录摘要 1Abstract 21工程概述及场地工程地质条件 51.1拟建工程概况 51.2场地地形地貌 51.3场地地层岩性 61.4场地水文地质条件 81.4.1地下水类型、埋深及变幅 81.4.2水质分析结果 81.4.3地下水腐蚀性评价 91.5不良地质作用及对工程不利的埋藏物 102场地岩土工程分析与评价 112.1各岩土层物理力学性质指标 112.1.1各层土物理力学性质指标统计 112.1.2各层土的抗剪强度指标统计 122.1.3各层土承载力特征值 122.1.4各层土压缩性评价 122.2地震效应分析 132.2.1抗震设防烈度及地震动参数 132.2.2场地土类型和建筑场地类别 132.2.3场地和地基土液化评价 132.2.4地基土震陷可能性分析 162.3地基均匀性评价 173地基处理方案分析论证 193.1建筑物结构荷载及基底压力估算 193.2 天然地基方案分析 193.3CFG桩复合地基理论简介 203.3.1CFG桩复合地基简介 203.3.2CFG桩的发展和应用 203.3.3CFG桩的加固机理 203.3.4 CFG桩复合地基的褥垫作用 214CFG桩复合地基的设计 224.1CFG桩复合地基的设计参数 224.2桩端持力层选择及桩长选择 224.3桩径选择 224.4桩间距 224.5单桩竖向承载力特征值估算 224.6桩体强度 234.7面积置换率 234.8复合地基的承载力特征值 244.10沉降计算 254.10.1沉降计算理论 254.10.2CFG桩复合土层压缩模量 264.10.3沉降计算 274.11褥垫层的设计 305地下车库地基基础方案论证 315.1上部荷载估算 315.2地基土均匀性评价 315.3地基基础方案论证 315.4抗拔桩参数 316基坑开挖支护与降水方案论证 326.1基坑开挖与支护方案论证 326.1.1基坑边坡设计参数 326.1.2基坑支护方案 326.2基坑降水方案论证 326.2.1基坑降水设计参数 326.2.2基坑降水方案 326.3基坑开挖与基础施工应注意的问题及预防措施 337结论与建议 34结束书 36参考文献 371工程概述及场地工程地质条件1.1拟建工程概况拟建建筑物位于郑州市东区，商都路与东风东路交叉口西北角。拟建场区内包括27层住宅楼7幢，18层楼9幢，23层住宅楼1幢，1层商业用房和地下车库。各建筑物工程特征见表1-1，其工程分布情况详见勘探点平面布置图。详见《建筑物和勘探点位置图》。表1-1 工程特征一览表工程名称1#楼2#、4#、5#、6#、7#、9#、10#、11#、12#楼3#、8#、13#、14#、15#、16#、17#楼地下车库地面以上层数（层）231827地下层数（层）1111予估基础埋深（m）4.454.454.454.45结构类型剪力墙结构剪力墙结构剪力墙结构框架结构基底平均压力(kPa)413315460最大单柱荷载2050kN拟采用地基基础方案CFG桩复合地基CFG桩复合地基CFG桩复合地基天然地基或复合地基依据“GB50021－2001”规范结合工程特征，本工程重要性等级为二级，场地等级为二级，地基等级为二级，根据《高层建筑岩土工程勘察规程》（JGJ72－2004）第3.0.1条，综合确定其岩土工程勘察等级为乙级；按照规范GB50007－2002”第3.0.1条确定地基基础设计等级为乙级；按照规范“GB50011－2001”1.2场地地形地貌拟建场地较为平整。地貌单元属黄河冲积平原。1.3场地地层岩性根据钻探、静力触探，结合室内土工试验分析结果，本场地85.0m勘探深度，按其成因类型、岩性及工程地质特性将其划分为20个工程地质层，1个工程地质亚层，现分述如下全新统（Q4） 第①层（Q4ml）杂填土，稍湿，稍密。以褐黄色粉土为主，含砖屑和少量灰渣。层厚0.3～1.8m，平均厚度0.79m第②层（Q43al）：粉土，褐黄色，稍湿～湿，稍密～中密。含少量植物根系，土质均匀。无光泽反应,干强度低，韧性低，摇振反应迅速。该层在场地东北部缺失，层底标高94.14～99.3m，层底深度1.0～6.8m，层厚0.5～4.0m第③层（Q43al）：粉砂，黄褐色，稍密～中密。含大量泥质，局部夹粉土薄层。主要矿物成份石英和长石。层底标高92.12～96.71m，层底深度2.8～6.8m，层厚0.5～5.3m第④层（Q42al）：粉土，灰黄色，湿，稍密～中密。土质均匀，含少量锰质斑点，夹粉质粘土薄层。无光泽反应,干强度低，韧性低，摇振反应中等。场地内该层分布稳定，层底标高90.64～94.35m，层底深度4.6～9.4m，层厚0.5～4.4m第⑤层（Q42al）：粉土，灰色，湿，稍密～中密。偶含螺壳碎片，夹薄层粉质粘土。干强度低，韧性低，无摇振中等。场地内该层局部缺失，层底标高86.44～91.80m，层底深度7.4～12.2m，层厚1.2～5.5m第⑥层（Q42al）：粉砂，灰色，稍密～中密。顶部含少量泥质，下部较均匀，局部夹薄层粉土，主要成份为石英和长石。场地内该层分布稳定，层底标高83.28～88.65m，层底深度11.5～16.2m，层厚1.3～6.2m第⑦层（Q42al）：粉质粘土，灰～灰黑色，可塑～软塑。土中含少量蜗牛碎片及腐殖质，局部夹灰绿细条纹，含较少量钙质斑点，该层底部粘粒含量降低，局部渐变为粉土、粉砂。光滑,干强度高，韧性高。场地内该层分布稳定，层底标高80.44～84.30m，层底深度16.7～18.2m，层厚3.0～5.6m第⑧层（Q41al）：粉砂，灰褐色，密实。顶部含少量泥质，下部较均匀，局部夹薄层粉土，主要成份为石英和长石。场地内该层分布稳定，层底标高77.62～81.47m，层底深度18.4～21.7m，层厚2.6～4.8m上更新统（Q3） 第⑨层（Q3al）：细砂，褐黄色，密实，含少量钙质结核（直径1～3cm），底部泥质含量较高。主要矿物成份石英和长石。场地内该层分布稳定，层底标高77.62～71.49m，层底深度27.3～30.0m，层厚7.2～12.2m第⑩层（Q3al）：粉土，褐黄～黄褐色，湿，中密～密实。含少量锈黄斑和钙质结核，粘粒含量较高。无光泽反应,干强度低，韧性低，摇振反应中等。场地内该层分布稳定，层底标高67.97～70.09m，层底深度28.5～31.5m，层厚0.5～2.2m第⑾层（Q3al）：粉质粘土，黄褐色，硬塑～坚硬。含少量锈黄斑和钙质结核，粘粒含量较高。光滑,干强度高，韧性高。场地内该层分布稳定，层底标高62.19～66.80m，层底深度33.0～36.8m，层厚2.5～6.7m第⑿层（Q3al）：粉质粘土，褐黄色，硬塑～坚硬。含较多铁锰质结核、锈黄斑、白色钙丝。含较多钙质结核。光滑,干强度高，韧性高。场地内该层分布稳定，层底标高57.52～63.13m，层底深度36.0～42.3m，层厚1.5～7.7m第⒀层（Q3al）：细砂，黄褐色，密实，砂质纯净，主要矿物成份为石英和长石。场地内该层局部缺失，层底标高56.72～61.99m，层底深度37.9～42.5m，层厚0.8～2.6m第⒀1层（Q3al）：粉土，黄褐色，湿，中密～密实。含锈黄斑和少量钙质结核。无光泽反应,干强度低，韧性低。场地内该层主要分布于场地东北部，层底标高56.06～61.99m，层底深度37.9～42.5m，层厚0.8～2.6m第⒁层（Q3al）：粉质粘土，黄褐色，硬塑～坚硬。含较多铁锰质结核和灰斑，局部含大量钙质结核。光滑,干强度高，韧性高。场地内该层分布稳定，层底标高49.82～53.80m，层底深度47.5～49.6m，层厚4.5～11.8m第⒂层（Q3al）：粉土，褐黄色，湿，密实。含较多铁锰质结核和锈黄斑及少量钙质结核，夹粉质粘土层。无光泽反应,干强度低，韧性低，摇振反应中等。层底标高44.18～48.35m，层底深度51.0～55.0m，层厚2.2～6.5m第⒃层（Q3al）：粉质粘土，黄褐色，硬塑～坚硬。含铁锰质结核、锈黄斑和灰斑。光滑,干强度高，韧性高。场地内该层分布稳定，层底标高43.32～48.35m，层底深度55.1～55.2m，层厚2.9～4.3m第⒄层（Q3al）：粉土，褐黄色，湿，密实。含锈黄斑。无光泽反应,干强度低，韧性低，摇振反应中等。该层仅15＃、129＃孔揭穿层底标高37.32～41.47m，层底深度57.2～62.1m，层厚2.1～6.1m第⒅层（Q3al）：细砂，浅褐黄色，密实。顶部含少量泥质，主要成份为石英和长石。该层仅15＃、129＃孔揭穿，层底标高31.92～32.37m，层底深度66.3～67.5m，层厚5.4～9.1m中更新统（Q2） 第⒆层（Q2al）：粉质粘土，棕黄色、硬塑～可塑。含锈黄斑、灰绿斑较多钙质结核，底部钙质胶结。光滑,干强度中等，韧性中等，无摇振反应。该层仅15＃、129＃孔揭穿，层底标高19.87～21.12m，层底深度78.3～78.8m，层厚10.8～12.5m第⒇层（Q2al）：粉质粘土，浅棕黄色、杂色，硬塑～可塑。含锈黄斑、钙质结核及灰绿斑。光滑,干强度中等，韧性中等，无摇振反应。该层仅15＃、129＃孔揭露，未揭穿，揭露厚度6.2～6.7m1.4场地水文地质条件1.4.1地下水类型、埋深及变幅本场地地下水类型为潜水，潜水含水层岩性主要为第③、④、⑤、⑥层粉土、粉砂。其补给来源主要为大气降水，勘察期间潜水地下水位埋深3.2～5.4m（标高94.65～95.77m），水位年变幅2.0m左右。1.4.2水质分析结果为了评价地下水对建筑材料的腐蚀性，分层从钻孔中取水样进行水质分析，结果见表1-2。 表1-2 水质分析结果表（17＃孔）离子含量(mg/L)离子含量(mg/L)离子数量离子数量K+Na58.88Cl249.92Ca233.47SO198.84Mg62.75HCO499.14总硬度841.48侵蚀CO20.00总碱度409.13pH值6.9续表1-2水质分析结果表（129＃孔）离子含量(mg/L)离子含量(mg/L)离子数量离子数量K+Na48.07Cl251.70Ca228.86SO168.10Mg63.48HCO496.09总硬度832.71侵蚀CO20.00总碱度406.62pH值7.01.4.3地下水腐蚀性评价按照“GB50021－2001”规范附录G，河南省干燥指数小于1.5，属于湿润区，拟建场地环境类型为Ⅲ据“GB50021－2001”规范第12.2.1按环境类型水对混凝土结构的腐蚀性评价由于本场地地下水中硫酸盐含量为168.1～198.84mg/L、镁盐含量为62.75~63.48mg/L、总矿化度含量为1256.3～1303.0mg/L及苛性碱含量为0mg/L，因此，受环境类型影响，水对混凝土结构不具腐蚀性。受地层渗透性水对混凝土结构的腐蚀性评价由于本场地地下水中pH值为6.9～7.0及侵蚀性CO2含量为0.0mg/L，HCO含量为496.09～499.14mmol/L，因此，受地层渗透性影响，水对混凝土结构不具腐蚀性。水对钢筋混凝土结构中钢筋的腐蚀性评价由于本场地地下水中Cl含量为（Cl+0.25SO）=293.73～299.63mg/L,因此，水对钢筋混凝土结构中钢筋不具腐蚀性。水对钢结构的腐蚀性评价水中pH=6.9～7.0在3～11之间；（Cl+SO）=419.8～448.76mg/L，小于500mg/L；水对钢结构具弱腐蚀性。综上所述，本场地地下水对砼结构无腐蚀性，对砼结构中钢筋无腐蚀性，水对钢结构具弱腐蚀性。需根据《工业建筑防腐设计规范》（GB50046）的有关规定采取防护措施。1.5不良地质作用及对工程不利的埋藏物经过现场调查及钻探资料分析，在场地未发现对工程不利的暗塘、暗浜等不利埋藏物及影响场地稳定的不良地质作用。2场地岩土工程分析与评价2.1各岩土层物理力学性质指标2.1.1各层土物理力学性质指标统计根据标准贯入试验、静力触探试验和室内土工试验结果，结合现场鉴定及本地建筑经验，综合确定场地内土层的物理力学性质指标，相见表2-1和表2-2。表2-1各层土物理力学性质指标统计表层号特征值含水量W(%)重度rkN/m3比重G孔隙比e饱和度Sr(%)液限WL(%)塑限WP(%)液性指数IL塑性指数IP2平均值μ18.018.92.700.79471.326.317.90.298.44平均值μ22.119.92.700.76990.824.317.30.677.15平均值μ23.220.02.700.71194.724.917.50.787.47平均值μ26.619.02.710.82789.531.619.70.5612.010平均值μ23.619.92.700.78193.725.918.40.687.511平均值μ23.020.02.720.72093.136.721.50.0915.212平均值μ20.720.42.710.74392.933.920.20.0813.613平均值μ20.820.52.710.59594.626.317.50.148.814平均值μ21.720.12.720.64790.835.020.80.0614.215平均值μ21.220.12.700.62891.625.717.70.448.016平均值μ20.320.32.710.61089.632.219.70.0512.617平均值μ20.419.752.710.61647.824.117.20.157.919平均值μ27.619.82.7050.68595.335.121.00.4614.120平均值μ28.018.82.720.86989.138.022.10.3915.9表2-2各层土颗粒分析结果统计表层号特征值0.5-10.25-0.50.075-0.25＜0.075定名3平均值（％）4.961.034.1粉砂6平均值（％）4.065.930.1粉砂8平均值（％）2.571.925.6粉砂9平均值（％）17.468.414.2细砂18平均值（％）11.473.814.8细砂2.1.2各层土的抗剪强度指标统计抗剪强度指标c、φ值的试验数据统计分析，并结合标准贯入试验及静力触探结果按经验公式确定的经验值，综合分析后，提出各层土的抗剪强度标准值。表2-3 抗剪强度标准值一览表层号②③④⑤⑥⑦C（kPa）1831617025Φ(°)1525151428162.1.3各层土承载力特征值按“GB50007－2002”规范第5.2.3条规定，依据室内试验、原位测试等资料，结合邻近场地建筑经验，经综合分析后提供各层土的承载力特征值，见表2-4表2-4各层土的承载力特征值一览表层号②③④⑤⑥⑦岩性粉土粉砂粉土粉土粉砂粉质粘土承载力特征值ppkfak(kPa)10014090100160120层号⑧⑨⑩⑾⑿⒀岩性粉砂细砂粉土粉质粘土粉质粘土细砂承载力特征值fak(kPa)180270170240260300层号⒀1⒁⒂⒃岩性粉土粉质粘土粉土粉质粘土承载力特征值fak(kPa)1902702202602.1.4各层土压缩性评价经对室内试验和原位测试成果综合分析，确定各层土100～200kPa压力段的压缩模量值，见表表2-5。据此判定，第④、⑦层土为高压缩性土，第⑧、⑨、⒀层土为低压缩性土，其余各层土均为中等压缩性土。表2-5各层土压缩模量及压缩性评价一览表层号②③④⑤⑥⑦岩性粉土粉砂粉土粉土粉砂粉质粘土压缩模量Es(MPa)5.111.54.05.113.54.5压缩性评价中中高中中高续表2-5各层土压缩模量及压缩性评价一览表层号⑧⑨⑩⑾⑿⒀岩性粉砂粉砂粉土粉质粘土粉质粘土细砂压缩模量Es(MPa)16.026.012.59.510.528.0压缩性评价低低中中中低层号⒀1⒁⒂⒃岩性粉土粉质粘土粉土粉质粘土压缩模量Es(MPa)14.011.014.510.5压缩性评价中中中中2.2地震效应分析2.2.1抗震设防烈度及地震动参数据“GB50011－2001”规范附录A，郑州市抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，设计基本地震加速度值为0.15g。2.2.2场地土类型和建筑场地类别依据“郑州市地震工程勘察事务所”对本场地的波速测试结果，依据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）第4.1.5条，场地土层的等效剪切波速的计算深度取20m，则所测15＃、19＃、21＃、25＃、29＃、52＃、58＃、66＃、73＃、79＃、94＃、100＃、103＃、111＃、129＃、135＃、138＃孔等效剪切波速分别为190m/s、190m/s、189m/s、189m/s、191m/s、184m/s、185m/s、187m/s、196m/s、195m/s、192m/s、190m/s、187m/s、197m/s、依据《建筑抗震设计规范》（GB50011－2001）第4.1.3、4.1.6条，确定本场地土为中软场地土，因场地覆盖层厚度＞50m，按照第4.1.6条,确定本场地属Ⅲ类建筑场地。按照“GB50011－2001”2.2.3场地和地基土液化评价本场地20m深度范围内为第四系全新统冲洪积物，勘察期间拟建场地潜水地下水位埋深3.2～5.4m，水位年变幅2.0～3.0m。根据本场地的水文地质条件，从安全角度考虑，本场地最高水位按1.0m计算，根据标准贯入试验结果，依据“GB50011－2001”第4.3.3条、第4.3.4条、第4.3.5条，按单孔单点法进行计算（判别深度为地面以下至20m表2-6标准贯入试验液化判别一览表11②1.15-1.45496.341.004.31轻微液化2.15-2.454117.031.00③3.15-3.453158.921.004.15-4.453119.721.00④5.15-5.45946.071.03.386.15-6.452061.00⑤7.15-7.459116.991.008.15-8.4551710.01.00⑥9.15-9.4531613.721.0010.15-10.4531814.521.0011.15-11.4531315.321.00.8912.15-12.4531616.121.00.0413.15-13.4532316.921.00⑧16.15-16.4533219.321.0017.15-17.4533620.121.0018.15-18.4534520.921.0019.15-19.4534121.721.0025②1.15-1.451441.004.31轻微液化2.15-2.457105.321.00③3.15-3.453148.921.004.15-4.453129.721.00④5.15-5.45956.071.01.75⑤6.15-6.45976.541.007.15-7.451061.008.15-8.45977.461.00.499.15-9.45868.401.02.07⑥10.15-10.4541812.571.0011.15-11.4531915.321.0012.15-12.4532316.121.0013.15-13.4532116.921.00⑧18.15-18.4534520.921.0019.15-19.4536026.61.00续表2-6标准贯入试验液化判别一览表37②1.65-1.95884.851.002.38轻微液化2.65-2.959105.031.003.65-3.95965.491.00③4.65-4.95856.321.02.09④5.65-5.951031.006.65-6.951441.007.65-7.953841.00⑤8.65-8.958118.271.009.65-9.958108.771.00⑥10.65-10.9531515.121.00.0511.65-11.9531815.921.0012.65-12.9532016.721.0013.65-13.9531817.521.0014.65-14.9531718.321.00.24⑧17.65-17.9533520.721.0018.65-18.9534326.351.0019.65-19.955016.771.0079②2.15-2.45675.741.002.77轻微液化3.15-3.45686.301.00③4.15-4.453149.721.005.15-5.45866.441.00.68④6.15-6.45876.931.007.15-7.45976.991.00⑤8.15-8.451461.009.15-9.45987.921.00⑥10.15-10.4531414.521.00.2411.15-11.4531415.321.00.5112.15-12.4531216.121.01.3413.15-13.4531716.921.00⑧18.15-18.4533920.921.0019.15-19.4534721.721.00续表2-6标准贯入试验液化判别一览表133②1.15-1.45655.181.00.224.14轻微液化2.15-2.45695.741.003.15-3.456106.311.004.15-4.456116.871.00③5.15-5.452912.881.02.98④6.15-6.457117.411.00⑤7.15-7.457167.931.00⑥8.15-8.4531312.921.009.15-9.4532613.721.0010.15-10.4531914.521.0011.15-11.4531515.321.00.1212.15-12.4531716.121.0013.15-13.4531816.921.0014.15-14.4531417.721.00.82⑧18.15-18.4533316.201.0019.15-19.4533618.811.00按照液化判别先横后纵的原则，本场地5个标贯液化判别孔中，第⑤层粉土11标贯试验点中仅有2个点液化，故判定第⑤层粉土为非液化土层经对场地标准贯入试验液化判别成果的对比分析，判定本场地第③层、第④层粉土、第⑥层粉砂为液化土层。场地内5个标贯液化判别孔均为轻微液化，其液化指数分别为4.31、1.75（不含第⑤层）、2.38、2.77、4.14。根据场地的实际情况并结合邻近场地经验，综合判定该场地为轻微液化场地。2.2.4地基土震陷可能性分析根据“GB50021－2001”规范第5.7.11条规定，本场地地基土承载力特征值均不小于80kPa，各层土平均剪切波速均大于90m综上所述，本工程抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第一组。场地土为中软场地土，Ⅲ类建筑场地，场地特征周期为0.45s，场地属轻微液化场地，无软土震陷可能，依据“GB50011－2001”第4.1.12.3地基均匀性评价据勘察任务书，基础埋深为4.45m（标高94.5m）时，根据《高层建筑岩土工程勘察规范》（JGJ72－2004）第8.2.4条规定，地基均匀性从以下3个方面进行评价，详见表表2-7地基土的均匀性评价结果表建筑物名称1＃2＃3＃4＃持力层④层，局部③层④层，局部③层④层，局部③层④层，局部③层持力层底面坡度实际最大坡度判别标准判别结果不均匀不均匀不均匀不均匀持力层及其第一下卧层在基础宽度方向上厚度的差最大厚度差0.941.482.221.19判别标准0.05b0.890.850.890.85判别结果当量模量判别1.311.371.421.35K1.501.511.501.52判别结果均匀均匀均匀均匀评价结果不均匀地基不均匀地基不均匀地基不均匀地基续表2-7地基土的均匀性评价结果表建筑物名称5＃6＃7#8＃持力层④层，局部③层④层，局部③层④层，局部③层第④层，局部③层持力层底面坡度实际最大坡度判别标准判别结果不均匀不均匀不均匀不均匀持力层及其第一下卧层在基础宽度方向上厚度的差最大厚度差1.840.871.081.43判别标准0.05b0.950.950.950.95判别结果0.87＜0.95，均匀当量模量判别1.321.331.311.33K1.501.521.531.51判别结果均匀均匀均匀均匀评价结果不均匀地基不均匀地基不均匀地基不均匀地基续表2-7地基土的均匀性评价结果表建筑物名称9＃10＃11＃12＃持力层④层，局部③层④层，局部③层④层，局部③层④层持力层底面坡度实际最大坡度3.18%判别标准10%判别结果不均匀3.18%＜10%，均匀不均匀持力层及其第一下卧层在基础宽度方向上厚度的差最大厚度差0.851.750.622.34判别标准0.05b0.830.950.950.83判别结果0.62＜0.95，均匀当量模量判别1.321.321.311.34K1.501.521.531.51判别结果均匀均匀均匀均匀评价结果不均匀地基不均匀地基不均匀地基均匀地基续表2-7地基土的均匀性评价结果表建筑物名称13＃14＃15＃16＃17＃持力层④层，局部③层④层，局部③层④层，局部③层④层，局部③层④层持力层底面坡度实际最大坡度8.1%判别标准10%判别结果不均匀不均匀不均匀8.1％＜10％均匀持力层及其第一下卧层在基础宽度方向上厚度的差最大厚度差0.281.090.940.932.5判别标准0.05b0.950.950.950.950.95判别结果0.28＜0.95，均匀0.94＜0.95，均匀0.93＜0.95，均匀当量模量判别1.331.311.321.311.33K1.511.501.521.531.51判别结果均匀均匀均匀均匀均匀评价结果不均匀地基不均匀地基不均匀地基不均匀地基不均匀地基3地基处理方案分析论证3.1建筑物结构荷载及基底压力估算拟建该工程各建筑物层高为18层、23层、27层，各建筑物均设1层地下室，结构形式为剪力墙结构，预估基础埋深均为4.45m，基底压力分别为315kPa、413kPa、460天然地基方案分析拟建高层住宅楼基础埋深4.45m，以第④层粉土作为持力层，该层土承载力特征值=90kPa，按《建筑地基基础设计规范》要求，经宽深修正后承载力特征值为：

（3-1）=90+0×18.1×（6-3）+1.0×17.6×（1-0.5）=98.8kPa式中——修正后的地基承载力特征值，kPa；——地基承载力特征值，kPa；、——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土类查表确定，这里=0.0，=1.0；——基础底面以下土的重度，地下水位以下取浮重度，取18.1kPa；——基础底面宽度，当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值，这里取6m；——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度，取17.6kN/m3；——基础埋置深度（m），一般自室外地面标高算起。基础埋置深度(m)一般自室外地面标高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形基础或筏基时基础埋置深度自室外地面标高算起当采用独立基础或条形基础时应从室内地面标高算起。由于地下车库为超补偿基础，其基础埋深亦为4.45m，故与之相连的高层住宅楼深度修正中d取1.0m。由此可见，经宽度修正后承载力特征值为98.8kPa，持力层强度不能满足上部荷载的要求，因而对于此高层住宅楼不宜采用天然地基上的浅基础方案。根据拟建住宅楼的建筑特点和场地地质条件，结合郑州地区类似工程中的成熟经验，本场地的地基加固处理方法可采用CFG桩复合地基方案。3.3CFG桩复合地基理论简介3.3.1CFG桩复合地基简介CFG桩，又称水泥粉煤灰碎石桩，是碎石、石屑、粉煤灰组成混合料，掺适量水进行拌和，采用各种成桩机械形成的桩体。通过调整水泥用量及配比，可使桩体强度等级在C5C20之间变化，最高可达C25，相当于刚性桩。由于桩体刚度很大，区别于一般柔性桩和水泥土类桩，因此常常在桩顶于基础之间铺设一层150300mm厚的中砂、粗砂、级配砂石或碎石(称其为褥垫层)，以利于桩间土发挥承载力，与桩组成复合地基，其作用形式见图3-1：基础褥垫层桩体基础褥垫层桩体图3-1CFG桩作用机理CFG桩复合地基适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。3.3.2CFG桩的发展和应用目前,水泥粉煤灰碎石桩复合地基技术在国内许多省市应用。和桩基相比，由于水泥粉煤灰碎石桩桩体材料可以掺入工业废料水泥粉煤灰，不配筋以及充分发挥桩间土的承载力，工程造价一般为桩基的1／3－1／2，经济效益和社会效益非常显著。特别是2000年以来，该技术已在北方地区的高层建筑地基处理中应用。仅就目前北京和河北地区的不完全统计（截止2003年9月），已有近300余栋高层建筑地基处理采用了水泥粉煤灰碎石桩加固技术，其中大多数为20－30层，31－35层的超高层建筑有15栋。由于水泥粉煤灰碎石桩复合地基技术具有施工速度快，工期短，质量容易控制，工程造价低廉的特点，目前已经成为北京及周边地区应用最普遍的地基处理技术之一。3.3.3CFG桩的加固机理CFG桩复合地基的加固机理包括置换作用和挤密作用。其中以置换作用为主。当CFG桩用于挤密效果好的土层时，既有置换作用，又有挤密作用，当用于挤密效果差的土层时，只有置换作用。CFG桩与碎石桩的差别之一在于CFG桩可以全长受力，当地基土质好，荷载又不大时，可以将桩设计短一些；当地基土质差，荷载又不大时，可以将桩设计长一些；如果地基土很软，而荷载又大时，用柔性桩很难满足设计要求，而CFG桩可通过应力集中现象来解决。CFG桩复合地基桩土应力比大，而且具有很大的可调性，在软土中可高达100左右。CFG复合地基中由桩承担的荷载一般为40％－75％，提高承载力的幅度可高达4倍或更高。CFG桩复合地基的褥垫作用褥垫在复合地基中有着很重要的作用。由级配砂石、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫，在复合地基中有如下几种作用：（1）保证桩、土共同承担荷载。褥垫层的设置为CFG桩复合地基在受荷后提供了桩上、下刺入的条件，即使桩端落在好土层上，至少可以提供上刺入条件，以保证桩间土始终参与工作。（2）减少基础底面的应力集中的作用。（3）褥垫层厚度可以调整桩土垂直荷载分担比。（4）褥垫层厚度可以调整桩土水平荷载分担比。CFG桩复合地基的设计本文就1#楼为例，做CFG桩复合地基的设计，用同样的方法做其他楼的地基设计。在后面以表格的形式给出其他楼的地基设计。4.1CFG桩复合地基的设计参数根据场地土的物理性质，按《建筑地基处理技术规范》“JGJ79-2002”第9.2.6条结合当地施工经验，分别给出各层土的水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）桩基设计参数，见表4-1表4-1CFG桩桩基设计参数一览表层号②③④⑤桩的侧阻力特征值qsi(kPa)20201820桩的端阻力特征值qp(kPa)／／／／层号⑥⑦⑧⑨桩的侧阻力特征值qsi(kPa)22203035桩的端阻力特征值qp(kPa)／／3504504.2桩端持力层选择及桩长选择根据本场地地质条件，第⑧、⑨层密实粉砂，属低压缩性，分布稳定，厚度较大，是较好的桩端持力层。对于1#楼，可将第⑧层作为持力层，利用124号孔钻孔资料，由于第⑧层层厚为4.7m，相对较薄，可适当增加桩入持力层的深度。取入土深度为20.0m，由于基坑开挖深度为4.45m，则有效桩长为15.55m。4.3桩径选择《建筑地基处理技术规范》中9.2.1条要求，设计桩径为350~600mm，根据施工工艺及当地经验取设计桩径为400mm。4.4桩间距按照规范，桩间距取3~5倍桩径，具体桩间距根据计算结果确定。4.5单桩竖向承载力特征值估算现以124号孔为例来确定1#楼的单桩竖向承载力，根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002第9.2.6条规定（4-1）式中：——桩的周长（m）,=×0.4＝1.256(m)；——桩的截面积，在这里取×0.4×0.4÷4＝0.1256()；n——桩范围内所划分的土层数；,——桩周第i上的侧阻力、桩端端阻力特征值（kPa）；——第i层土的厚度（m）；Ra＝350×0.1256＋1.256×（1.35×20+1.1×18+1.8×20+6×22+1.5×20+3.8×30）=493.6(kN)则1#楼CFG桩的单桩竖向承载力特征值为493.6kN。4.6桩体强度根据规范知，桩体强度应大于或等于桩顶应力的3倍，即：（4-2）由上文4.6，知1#楼的=480.75kPa，因而得=3×480.75÷0.1256=11.79（MPa）。所以材料强度可取为C15。4.7面积置换率根据勘察结果及经验，工程场地内CFG桩采用正方形布桩形式。根据公式（4-3）式中—桩距，m；—桩径，m。分别令=3d,3.5d和4d时有：当=3d=1.2时，m=8.722％当=3.5d=1.4时，m=6.408％当=4d=1.6时，m=4.906％4.8复合地基的承载力特征值根据《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002第9.2.2条，复合地基得承载力特征值由下式计算：（4-4）式中：m——复合地基面积置换率;——单桩竖向承载力，上面已经求出,kN；——桩间土承载力折减系数，并结合当地实际情况设计中取0.8；——天然地基承载力特征值，设计中取100kPa；当=3d=1.2时，=0.08722×493.6÷0.1256＋0.8×（1-0.08722）×100=415.5kPa当=3.5d=1.4时=0.06408×493.6÷0.1256＋0.8×（1-0.06408）×100=326.7kPa当=4d=1.6时，=0.04906×493.6÷0.1256＋0.8×（1-0.04906）×100=268.9kPa根据以上承载力计算结果，由宽深修正后的地基承载力特征值公式：（4-5）式中——修正后的CFG桩复合地基承载力特征值,kPa；——CFG桩复合地基承载力特征值,kPa；、——基础宽度和埋深的地基承载力修正系数，按基底下土类查表确定，这里=0.0，=1.0；——基础底面以下土的重度，取18.1kN/m3；——基础底面宽度（m），当基宽小于3m按3m取值，大于6m按6m取值，这里取6m；——基础底面以上土的加权平均重度，地下水位以下取浮重度，这里取17.6kN/m3；——基础埋置深度(m)，一般自室外地面标高算起。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，如采用箱形基础或筏基时，基础埋置深度自室外地面标高算起；当采用独立基础或条形基础时，应从室内地面标高算起。由于地下车库为超补偿基础，其基础埋深亦为4.45m，故与之相连的高层住宅楼深度修正中d取1.0m。当s=3d=1.2时，=415.5＋17.6÷2=424.3kPa；当s=3.5d=1.4时，=326.7＋17.6÷2=335.5kPa；当s=4d=1.6时，=268.9＋17.6÷2=277.7kPa。由于基底平均压力=413kPa，因而当桩间距s=3d=1.2时，满足建筑承载力要求。故桩间距取3倍桩径，为1.2m，面积置换率为8.722％4.9桩数(4-6)式中：A——基础面积，A＝55.5×14.5＝804.75()，则(根)所以应布桩559根。4.10沉降计算4.10.1沉降计算理论CFG桩的复合地基变形S包括三部分，即加固土体的压缩变形、下卧层变形、褥垫层变形。由于褥垫层变形小，一般忽略不计。根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）5.3.5式计算最终变形量(4-7)式中，——地基最终变形量,mm；——按分层总和法计算出的地基变形量,mm；——沉降计算经验系数，见表4-2表4-2沉降计算经验（MPa）2.54.07.015.020.01.41.31.00.40.21.11.00.70.40.2注:为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算(4-8)式中，——附加应力系数沿土层厚度的积分值(4-9)式中：——地基变形计算深度范围内所划分的土层数，其中1―位于复合土层内位于下卧层内，计算时将第⑨层作为下卧层计算。——各土层的压缩模量,MPa；——基底附加应力,kPa。=413-（17×0.5＋18.9×2.6＋19.9×1.4）=327.5kPa4.10.2CFG桩复合土层压缩模量根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第9.2.8条，CFG桩复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζζ=fspk/fak，Esp=ζEs（4-10）各复合土层的压缩模量见表4-3。表4-3复合土层压缩模量一览表层号层号③④⑤⑥⑦⑧楼号1＃楼34.2711.9215.1940.2313.4147.682#、4#、5#、6#、7#、9#、10#、11#、12#楼29.7810.3613.0934.9711.6641.443#、8#、13#、14#、15#、16#、17#楼41.414.418.3648.616.257.64.10.3沉降计算由勘察报告提供的资料，住宅楼基础长55.5米，宽14.5米，基础埋深4.45米，即L=55.5m,b=14.5m则：L/b=3.8，由，L/b在规范中的附表查得，分别根据123、133、135、125和124的钻孔资料计算基础四个角和中心点的沉降。示意图如下所示：AL DOb

B C图4-11#楼基础平面示意图以下分别计算四个角点和中心点的沉降量,将中间计算结果绘制成表，分别见下面表4-4到4-8。根据表格计算得出各点的沉降量，如下所示：角点A：表4-4A点沉降计算表土层号土层深度z(m)层厚Δzz/bEsiEsps`/p0AiAi/Esp31.41.40.100.24990.34990.349911.534.270.01020.34990.010242.51.10.170.24980.62450.2746411.920.02300.27480.0231541.50.280.24930.99720.37275.115.190.02450.37400.024669.54.50.660.24412.31901.321813.540.230.03291.09850.0273712.12.60.830.24002.90400.5854.513.410.04360.62400.0465816.141.110.23153.72720.82321647.680.01730.92600.0194925.59.61.760.20955.34231.615126260.06212.01120.0774Σ(s`/p)=0.2136Σ(A)=5.6582Σ(A/E)=0.2285=69.95mm=Σ(A)/Σ(A/E)=25查表(4-2)可知=0.2S=×=13.99mm角点B：表4-5B点沉降计算表土层号土层深度z层厚Δzz/bEsiEsps`/p0AiAi/Esp31.21.20.080.24990.29990.299911.534.270.00880.29990.008842.31.10.160.24980.57450.2746411.920.02300.27480.023153.310.230.24960.82370.24925.115.190.01640.24960.0164610.16.80.700.24322.45631.632613.540.230.04061.65380.0411712.52.40.860.23932.99130.5354.513.410.03990.57430.0428815.83.31.090.23133.65450.66321647.680.01390.76330.0160924.58.71.690.21165.18421.529726260.05881.84090.0708Σ(s`/p)=0.2014Σ(A)=5.6566Σ(A/E)=0.2190=65.96mm=Σ(A)/Σ(A/E)=29查表(4-2)可知=0.2S=×=13.19mm角点C：表4-6C点沉降计算表土层号土层深度z层厚Δzz/bEsiEsps`/p0AiAi/Esp31.21.20.080.24990.29990.299911.534.270.00880.29990.008842.10.90.140.24980.52460.2247411.920.01890.22480.018954.62.50.320.24931.14680.62225.115.190.04100.62330.0410610.35.70.710.2432.50291.356113.540.230.03371.38510.0344712.42.10.860.23922.96610.46324.513.410.03450.50230.0375815.32.91.060.23263.55880.59271647.680.01240.67450.0141925.610.31.770.20835.33251.773726260.06822.14550.0825Σ(s`/p)=0.2175Σ(A)=5.8554Σ(A/E)=0.2372=71.23mm=Σ(A)/Σ(A/E)=24.7查表(4-2)可知=0.2S=×=14.25mm角点D：表4-7D点沉降计算表土层号土层深度z层厚Δzz/bEsiEsps`/p0AiAi/Esp31.31.30.090.24990.32490.324911.534.270.00950.32490.009543.11.80.210.24980.77440.4495411.920.03770.44960.037755.62.50.390.24861.39220.61785.115.190.04070.62150.040969.640.660.24412.34340.951213.540.230.02360.97640.0243711.72.10.810.24072.81620.47284.513.410.03530.50550.0377815.23.51.050.23343.54770.73151647.680.01530.81690.0171925.59.71.760.20955.34231.794626260.06902.03220.0782Σ(s`/p)=0.2311Σ(A)=5.7269Σ(A/E)=0.2454=75.69mm=Σ(A)/Σ(A/E)=23查表(4-2)可知=0.2S=×=15.14mm中心点O：表4-8中心点沉降计算表土层号土层深度z层厚Δzz/bEsiEsps`/p0AiAi/Esp31.31.30.180.24980.32470.324711.534.270.00950.32470.009542.41.10.330.24900.59760.2729411.920.02290.27390.023054.21.80.580.24581.03240.43485.115.190.02860.44240.0291610.261.410.22142.25831.225913.540.230.03051.32840.0330711.71.51.610.21432.50730.2494.513.410.01860.32150.0240816.44.72.260.19253.15700.64971647.680.01360.90480.0190924.68.23.390.16143.97040.813426260.03131.25890.0484Σ(s`/p)=0.1549Σ(A)=4.8546Σ(A/E)=0.1860=50.73mm=Σ(A)/Σ(A/E)=26查表(4-2)可知=0.2所以最终沉降=40.58mmA、B、C、D点的平均沉降为：0.25×（13.99+13.19+14.25+15.14）=14.14(㎜)制作沉降表4-9如下所示：表4-9沉降对比表角点A、B、C、D的平均中心点沉降（mm）14.1440.58沉降差(mm)26.44两点距离(m)28.68倾斜0.0009根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）第5.3.4条判断：各点沉降均小于200mm，满足要求，倾斜小于0.003，满足要求。归纳起来，以上设计成果见表4-10表4-10CFG桩桩复合地基成果表工程名称3#、8#、13#、14#、15#、16#、17#楼1＃楼2#、4#、5#、6#、7#、9#、10#、11#、12#楼预估基础埋深（标高）（m）4.454.454.45桩径(mm)400400400有效桩长(m)17.0515.5515.55自然地面下桩端入土深度（m）21.520.020.0持力层层号⑨⑧⑨桩中心距(m)1.21.21.4布桩形式正方形正方形正方形面积置换率m（％）8.7228.7226.408单桩承载力特征值Ra(kN)559.2493.6491.8复合地基承载力特征值fspk(kPa)461.0415.5325.6修正后复合地基承载力特征值(kPa)470.0424.5334.6桩体试块抗压强度fcu(MPa)13.3611.7911.75基底压力平均值Pk(kPa)460413315利用地层孔号15124664.11褥垫层的设计按照《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第9.2.2条要求，该工程褥垫层厚度取30cm厚，采用5―20mm粒径的碎石。5地下车库地基基础方案论证5.1上部荷载估算拟建地下车库，地下１层，预估基础埋深4.45m。据邻近场地经验，地下室每层取40.0kPa，则预估作用于基础底面处的压力平均值Pk5.2地基土均匀性评价拟建地下车库场地各工程地质单元层分布稳定，土质均匀，最大层面坡度10.8%，持力层及主要受力层承载力特征值80～130kPa。因此，本场地地基属非均匀性地基。5.3地基基础方案论证拟建地下车库，预估作用于基础底面处的压力平均值Pk=40.0kPa，基础埋深按4.45m考虑，则天然地基持力层为第③层粉砂、第④层粉土，按第④层粉土进行承载力验算，承载力特征值90kPa，天然地基可满足要求。拟建地下车库基础埋深在地下水位以下，以近几年最高水位计算，基底浮力为34.5kPa。当基底实际压力小于40kPa时，根据“JGJ72-2004”第8.6.6条，宜设置抗浮锚杆或抗浮桩。基础结构设计时应考虑基础的防水措施。5.4抗拔桩参数因地下车库为全地下工程，属于超补偿基础，为保持拟建构筑物的稳定，避免产生上浮，需在底板下设置抗拔桩。据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）提供抗拔桩设计选用参数详见表5-1。表5-1抗拔桩设计参数一览表层号②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩⑾极限侧壁摩阻力标准值42403640464560706065抗拔系数λ0.70.550.70.750.60.750.70.70.750.8基桩的抗拔极限承载力标准值应通过现场单桩上拔静荷试验确定。6基坑开挖支护与降水方案论证6.1基坑开挖与支护方案论证6.1.1基坑边坡设计参数根据场地工程地质条件，结合邻近场地经验，给出基坑边坡设计所需参数，见表6-1。表6-1基坑边坡设计所用各层土的设计参数层号②③④⑤⑥岩性粉土粉砂粉土粉土粉砂天然重度(kN/m3)18.018.018.919.018.0粘聚力（kPa）18316170内摩擦角（°1.2基坑支护方案本工程基坑开挖深度4.45m。岩性主要为第②层粉土、第③层粉土。依据郑州市施工经验，结合场地条件，上部1.5m挖土卸荷，留1.5m平台安排井点降水，下部采用土钉墙支护方案。本基坑安全等级为3级。6.2基坑降水方案论证6.2.1基坑降水设计参数勘察期间拟建场地潜水地下水位埋深3.2～5.4m，水位年变幅2m（勘察期间为枯水期），从地层情况看，降水主要针对15m以上粉土、粉质粘土中的潜水，根据土的室内渗透试验资料并结合郑州地区经验，给出各层的渗透系数经验值，见表6-2。6.2.2基坑降水方案拟建场地地下水位埋深3.2～5.4m，基坑开挖深度为4.45m，需进行降水，降深应大于基底埋深1.0m。根据场地工程地质条件及环境条件，依据《建筑基坑支护技术规程》“JGJ120－基坑开挖支护与降水方案宜另行专题设计。表6-2各层土渗透系数一览表层号岩性建议值（m/d）②粉土0.42③粉砂4.0④粉土0.47⑤粉土0.44⑥粉砂5.0⑦粉质粘土0.04⑧粉砂6.0⑨细砂8.06.3基坑开挖与基础施工应注意的问题及预防措施（1）基坑开挖要分层、分段开挖，及时支护，严禁超挖。在铺设砼底板前，对基底被破坏的软土予以清除。基坑完成后，应立即进行基坑的砼底板施工，以尽量缩短基坑暴露时间。（2）基坑开挖和基础施工中，基坑周围地面3～5m严禁超载，并对基坑周边地面进行硬化，以防地表水和雨水渗漏，并保持周边排水畅通。（