【CFG桩复合地基设计15000字】

CFG桩复合地基设计摘要CFG桩复合地基自首次应用于铁路路基以来，十几年来得到了广泛的推广，特别是高速铁路建设领域，现今已具有相当的理论研究成果和一定的工程实践经验。CFG桩复合地基在铁路上的应用推广使得铁路桥梁的建设量大大减少，降低了工程造价，且便于施工。在湿陷性黄土特殊地质条件下修建铁路路基，设计中采用CFG桩对地基进行处理，桩长及间距需要考虑设计标准进行复合地基设计，还要考虑地基湿陷性特点控制路基工后沉降。本论文旨在根据重载铁路，湿陷性黄土的工程地质条件，参考相关规范对CFG桩的相关取值进行合理取值，最终设计出合理的方案。本文的主要研究成果如下：掌握黄土的土质性质，黄土湿陷性地区的工程地质条件和特性以及关于CFG桩相关介绍以及CFG桩复合地基和普通桩基的差别。明确CFG桩复合地基设计理论设计思路，掌握CFG桩复合地基设计理论及相关的参数。计算CFG桩的单桩承载力，复合地基承载力特征值以及地基沉降量等。确定桩长，桩径，桩间距，以及沉降验算，得出合理的设计方案。CFG桩混凝土板，桩帽的设计。CFG桩复合地基设计工程量概预算。CFG桩复合地基施工。对于CFG桩未来发展前景的展望。关键词：CFG桩复合地基；重载铁路；湿陷性黄土；单桩承载力；沉降验算目录TOC\o"1-1"\h\u22491第1章绪论 727821第2章，CFG桩简介 927670第3章，CFG桩研究步骤 107984第4章工程概况及结构选型 1128944第5章标准路堤段面拟定尺寸与荷载计算 1431830第6章CFG桩参数选定及计算 17406第7章复合地基沉降及承载力验算 2632552第8章钢筋混凝土构件设计 3221059第9章工程概预算 3511752第10章CFG桩复合地基的施工 3813000第11章CFG桩复合地基的展望 41第1章绪论1.1某铁路黄土湿陷性地区CFG桩复合地基设计1.2黄土的基本知识黄土的微观结构决定着黄土的渗透性和各种工程性质。为什么黄土具有湿陷性呢？风化沉积物经过常年累月的沉积，形成一种具有孔隙结构的区别于粘土，粉土性质土质称为黄土。简单来说，黄土的形成可以简单概括为风将细颗粒物从其他地方搬运然后堆积在一起的过程。黄土具有的架空孔隙，这样当遇到雨水的侵蚀和重载物体的时候，它的架空体系就会遭到破坏，从而架空体系就会倒塌，失去它原来的承载性能。我国的国土幅员辽阔，分布有黑土，粉土，红土，黄土等各种颜色与性质的土系。其中的黄土在我国的分布也是相当广泛的，黄色，黄褐色，是黄土主要的主要的外表颜色，黄土不仅有这些主要颜色，同时还有灰黄等颜色。我国自南向北黄土力度分布也是不均匀的。回归第一段的问题，黄土的湿陷性产生原因有两大部分组成，一是是黄土本身的特性，比如它的骨架的形态，排列方式，孔隙的大小和颗粒连接形式等微观特征；那什么是黄土湿陷性的外部因素呢？黄土本身具有吸力，除此之外，黄土的水稳定性胶结力存在一定的不稳定性，以及黄土颗粒之间之间摩阻力的超载，这些都会导致土体结构遭到破坏。它的连接方式确定了土的结构方式，土的稳定性是由黄土颗粒骨架结构的排列形式确定的。1.3黄土的分布众所周知，西北地区的黄土高原，地形纵横交错。西北地区，华北地区成为黄土主要聚集堆积的地方。包括甘肃会宁，甘肃通渭间华家岭等地区在六盘山向西的地区，中国黄土并不是一朝一夕形成的，而是经过约二百六十万年的沉积，-黄土覆盖层的地表高度，其变化的趋势是自西向东沿着基岩缓慢下降的。1.4一般黄土路基施工技术湿陷性黄土地基的处理办法1，垫层法垫层法是一种常用的地基浅层处理黄土湿陷性的办法或者它还用于处理部分少区域地区湿陷性的处理办法。垫层法具有很多优点，比如它的施工比较简单，但是处理黄土湿陷性问题效果比较显著。垫层法一般可以处理的湿陷性黄土厚度为1-3cm，一般用于地下水位以下，局部或者整片处理。垫层法的施工办法是把需要的处理的湿陷性黄土挖出来，然后将其他粘性土将处理的部分湿陷性地区填充满，然后再用夯实设备将所填土夯实。这样做的好处是可以消除黄土湿陷性地基的自重湿陷性。2，强夯法强夯法是指将100-500KN的重锤以一定的高度落到需要处理的地区，从而达到压缩土的空隙，提高土的强度的目的。强夯法是在工程经验的基础上发展起来的，其工作原理可以概括为将土质颗粒孔隙中的孔隙水排出，所以强夯法的加固深度要根据当地工程土的物理性质决定。3，预浸水法预浸水法的工作原理是在施工前将所需要施工的地方大区域浸水，这么做的原因是由于黄土本身的结构，颗粒之间具有架空的排列，这样会使得黄土在湿陷性和自重作用下产生湿陷和压缩性降低，以此来消除上部结构全部黄土湿陷性以及黄土承担荷载的外部湿陷性。第2章，CFG桩简介2.1CFG桩概况CFG桩（CementFly-ashGravelPile）是水泥粉煤灰碎石桩的简称。它是由水泥、粉煤灰、碎石桩、石屑或是砂加水拌和形成的高粘结强度桩，和桩间土、褥垫层一起形成复合地基。通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15～C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成的CFG桩复合地基共同工作，所以CFG桩通常和复合地基设计联系在一起进行工程设计。由于CFG桩的桩体材料有碎石，石屑，水泥等多种混合料，这些材料混合在一起，会使整个桩体具有粘结性，桩体的强度会更强，而桩周围的软土它的可压缩性很强，这样的话，当上部结构的荷载传到桩和桩间土上时，更多的附加应力会由桩承担，但是由于设置了褥垫层，褥垫层会帮助桩减少应力集中。这就是CFG桩比其他普通桩体具有的优势。2.2CFG桩技术特点CFG桩一般应用于比较复杂或者地质条件具有湿陷性地区，它的适应性强，应用比较广泛，不受地下水位的限制和影响；对于一般工程出现的断桩，缩径，塌孔等问题，CFG桩由于它的压缩性能比普通桩强，所以不容易这些问题。CFG桩因为设置了褥垫层，所以它既可以充分利用桩间土的摩擦力，还可以更好的发挥桩端的承载力。桩身强度高，CFG桩的强度比普通的桩的强度要高，而且桩的桩径有很多可供选择，布桩比较灵活。CFG桩在施工的过程中，它可以利用废弃煤渣等材料，而且产生的噪音比较小，所以它的施工现场比较文明。CFG桩由于它的施工效率比较高，所以CFG桩可以帮助缩短工程工期。第3章，CFG桩研究步骤3.1研究背景我国的基础建设，一直以来蓬勃发展，但是在基础建设的过程中，也遇到了很多困难和挑战。我国的地质条件本来就纷繁复杂，对于地质条件复杂的地区，传统的普通桩满足不了工程的需要，尤其是随着高楼大厦的座座林立，地基承载力随之也不能完全符合工程的要求，CFG桩随着这一问题也应运而生，由于CFG桩不仅桩端承担荷载，而且由于褥垫层的作用，它桩侧的摩擦力也会发生作用，这种优势是普通混凝土桩所没有的，所以它慢慢它是在普通碎石桩地基处理法上发展起来。3.2研究步骤第4章工程概况及结构选型4.1工程概况及工程地质资料4.1.1工程概况陇海线天兰段，东起至天水车站，西至兰州西车站，全长356公里。天兰段将甘肃，宁夏，青海，新疆，西藏五个省与祖国内地连接起来，是祖国华中，东，南等地区通往大西北的一条重要通道。陇海铁路天兰段标路基工程：DK95+185～DK112+242段，本工程会经历地基处理，地基开挖之后再进行填筑，边坡的防护施工，还有附属部分工程的施工。4.1.2工程地质资料工点起讫里程DK1416～DK1417+573.147，路堑最大挖深7.81m，本设计的工程地质虽然在黄土高原地带，但是由于本工程的整个工程还是铁路，所以为了满足乘客的舒适感，整个工程的选址还是在黄土陡度偏平缓的地带，铁路经过的地区大多数为荒漠，郊区或者杂草丛生的地带，整个工程的高程高度虽然有高低起伏，但是总的工程高程大约在海拔1846-1996m之间，由此可见，幅度起伏并不是很大，最终的工程工点接渭水谷。该工程位于沿渭河西上，地势缓慢增加，较为平坦，根据地质勘查，本工程所处的地区土质的组成由砂质黄土，粘性黄土，粉细砂共同组成，土的成分里面还含有部分少量杂草，小型昆虫化石等多种其他物质：砂质黄土：淡黄色，坚硬，土体的压缩性能较强，土体颗粒的大小没有太大的差异，砂质颗粒和细土颗粒共同组成砂质黄土，但是砂质黄土里面砂质粉粒所占的含量超过50%，所以砂质黄土有较大的孔隙，土体整体呈现比较紧密，但是但是还是比较松散，砂质黄土颗粒在电镜下看，颗粒还是呈现棱角分明的块状结构，层厚10.1542m，砂质黄土属于二级土，它的普通应力大致为150kpa。粘性黄土QUOTEQ3eol+pl3：粘性黄土颜色为深黄色，粘性黄土含水量比较大，但是又因为粘性黄土的组成颗粒比较小，所以粘性黄土的土体密度属于中级，并且粘性黄土含有小型昆虫化石，所以粘性黄土含有钙物质和各种氧化物，在电镜下观察，粘性黄土的结构大致呈现一个柱状结构，粘性黄土和砂质黄土一样，都属于二级黄土，它的普通应力大致为150kpa。粉细砂：粉细砂颜色为棕黄色，部分为褐色，粉细砂的含水量比较低，组成粉细砂的颗粒大小差异并不大，颗粒整体偏小，在电镜显微镜下观察，粉细砂整体呈现透镜体状，不同于砂质黄土与粘性黄土，粉细砂属于一级松土，土质较为松软均匀，它的普通应力大致为150kpa。本工程在黄土湿陷性地区，工程内的砂质黄土具有湿陷性，需要我们特殊处理，砂质黄土的失陷系数在一定的范围内，数值为0.025-0.060左右，砂质黄土的自重失陷系数为0.013-0.035左右。本工程需要处理的湿先厚度大致为13m左右。本工程由于处于黄土高原地区，降雨量比较小，所以本工程量的冻结深度最大达到1m，由于海拔比较高，所以不用考虑地下水对工程的影响。表3-1各土层压缩模量及端侧阻力标准值层号土的名称及状态压缩模量E（MPa）侧阻力（MPa）端阻力（MPa）重度γ（kN/m3）①砂质黄土（QUOTEQ3eol+pl3）15.732120018.9②黏质黄土（QUOTEQ3eol+pl3）16.335140020.3③粉细砂（QUOTEQ2eol+pl3）16.739140020.2表3-2横断面地质剖面描述（DK98+330）层号底层高度（m）层厚（m）岩土描述承载力（kPa）①-13.2713.27淡黄色，坚硬，土质较均匀，土体紧密105②-22.148.87深黄色，中密，局部为黏质黄土，土质不太均匀，土体紧密130③-3411.86褐色，中密，土质比较均匀，土体颗粒比较细小，土体紧密1254.1.3结构选型根据CFG桩布桩要求：对于CFG桩的布桩原则，我们遵循经济合理，意为在合理的范围内，尽可能的少布桩。在基础以外可以布置其它类型的普通桩。CFG桩复合地基中桩的布桩方式考虑铁路路基的不均匀沉降可以选择不等桩径、不等桩长或者不等桩距的布桩方式。但考虑到本设计在黄土湿陷性地区，为了更好的减少不均匀沉降，虽然等桩径等桩距的布桩方式在一定程度上会浪费材料，但是由于铁路两侧为软土地质，为了使受力更均匀，地基更加牢固，等桩径等距等桩长的布桩方式，示意图如图根据CFG施工工艺确定桩径，一般为400～600mm。本设计采用500mm桩径。第5章标准路堤段面拟定尺寸与荷载计算5.1横截面尺寸拟定与施工措施5.1.1选定尺寸由于陇海线天兰段铁路属于Ⅱ级铁路，设计时速为120km/h的次重型Ⅱ级铁路土质路基面宽度为11.7m，双线间线宽为4.0m，路肩宽度为1.0m。图5-1土质路堤标准横断面示意图此路段属于高路堤地段，路肩高度为7m，路堤高度与路堤宽度的比例为1：1.75，由此可以得出路基地面宽度为34.5m。段沟底宽0.9m，深0.9m，厚0.5m。侧沟外设3.0m宽M7.5浆砌片石平台，厚0.5m；DK99+344~DK99+640段右侧堑顶外6m设置天沟，天沟采用0.5×0.8m，（宽×高）的梯形截面，采用M8.5浆砌片石砌筑，厚0.4m，天沟底采用0.5m厚二八灰土封闭；DK99+344~DK99+640段右侧侧沟平台上设置净尺寸为0.36×0.36m（宽×高）的通信信号电缆槽；DK99+321.88处设置桥路过渡段，DK99+588.0两侧设置涵路过渡段。5.3路基沉降变形验算填土的平均重度取，且通过预压，基床表层和底层的变形模量为60MPa，基床以下路堤变形模量45MPa。路堤的沉降变形采用分层总和法，列车荷载换算土柱，pk=3.4×18.9=64.26MPa。表5-1路基沉降变形计算表0.60.50.0031.0000.6000.600600.6080.6082.50.50.0130.9992.4961.897601.9922.5305.50.50.0230.9974.4881.992452.6915.2218.00.50.0350.9966.9722.483453.3558.576本设计经验系数取0.2，可得最终沉降量S为：满足要求。5.4荷载计算确定建筑物风荷载的大小不仅与建筑物本身所在的地理位置有关，还与它的形状和高度等因素有关。按照《荷载规范》执行。首先根据规范计算风荷载效应标准值：式中—风荷载效应标准值，；—基本风压，；(本设计中甘肃省天水市的基本风压为0.35)—风荷载体形系数，风荷载体形系数是指外部建筑物对于风的抵抗程度和耐受程度，所以影响风荷载体形系数的因素有很多。建筑物的外部形状，建筑的大小，建筑物与风吹的走向，建筑物与建筑物的距离都是影响风荷载体形系数的因素。本设计取值为3.21；—风压高度变化系数，一般来说，建筑物的高低对于风压高度变化系数的影响程度是不同的，风对于建筑物的影响程度，一般建筑物越高，风对于建筑物的影响程度越大。本设计取2.1.—高度处的风振系数，高度处的风振系数是指建筑物同一高度由于建筑物的型状结构的不同，风对它的影响程度也不同，根据相关规定，但建筑物的高度在一定高度以下时，风振系数取1。风荷载效应标准值：S根据规范，我们以建筑物受到不同不一样的荷载，建筑物对于不同荷载的承受程度不同，不同荷载对于建筑物的影响程度也不同；根据相关规定，荷载效应标准值是指在设计的一定期限里，在不发生重大特殊情况的情况下，发生的最大情况的荷载值。风荷载效应标准值通过查阅资料得到，分别为162.7，81.09，2.76荷载效应标准组合值由下式计算：式中—永久荷载效应标准值，；永久荷载包括铁路以及车厢，结构的自重，土压力，预应力等。—活荷载效应标准值，；—风荷载效应标准值，；—永久荷载分项系数：当其效应对结构不利时当可变荷载在组合中占主导地位时，应取1.2；当永久荷载在组合中占主导地位时，应取1.35；当其效应对结构有利时，应取1.0。在无地震作用时永久荷载分项系数一般取1.2。—活荷载分项系数：一般情况下取1.4—风荷载分项系数1.4为风荷载分项系数有没有发生地震作用的的临界值，没有地震作用是工程一般取1.4；—活荷载组合值系数；—风荷载组合值系数本设计中风荷载组合值系数取1.0。荷载效应标准组合值：P第6章CFG桩参数选定及计算6.1桩长由于砂质黄土①层具有自重湿陷性，压缩量比较大，而②层的黏质黄土可塑性较高、中密、较的低压缩性，土层承载力为130kPa，压缩模量为16.3MPa，可以初步作为持力层。初步确定桩端落在②层，桩长18m。6.2桩径桩径的取值要联系实际工程，充分考虑打桩的设备因素，桩径宜取350-600mm，由于该铁路属于黄土湿陷性地区场地，自身的强度较低，本工程采用的是振动沉桩施工工艺，对于铁路地基的建造来说，振动灌注桩操作过于繁琐复杂，在考虑工程造价，施工难度的基础上，最终选择了振动沉桩施工工艺，拟定桩径为500mm。6.3桩间距CFG桩的桩间距不是随意设置的，因为要考虑已打桩对新打桩的影响，还要考虑工程造价，桩和桩间土对于上部结构的承载能力的要求，所以，桩间距的取值要在合理的范围之内，根据相关规定和工程经验，CFG桩复合地基的设计桩间距的取值应该在3-6倍的桩径范围内比较适合。我们算出桩径和桩长之后，还需三个参数才能推出桩间距：天然地基承载力特征值，单桩承载力，复合地基承载力特征值。6.3.1天然地基承载力特征值本设计中第一层砂质黄土的承载力最高，所以天然承载力特征值为。6.3.2单桩承载力荷载作用在桩和桩周围的土体上，当荷载在一定的范围内，桩和桩间土的承载性能一直能满足要求，但是桩和桩间土承担的荷载总会存在临界值，当他们俩共同承担的荷载大于某一个临界值时，桩和桩间土的承载性能和变形程度不能达到要求，这个临界值就称为单桩承载力。CFG桩所深入的两个土层的侧摩阻力分别为：①砂质黄土：32kPa；②黏质黄土：35kPa。桩端落在黏质黄土②，端阻力特征值取1400kPa。单桩竖直向承载力可以通过单桥探头得到比贯入阻力p单桩竖向承载力特征值为：式中—桩横截面周长；-桩周土承载力标准值即侧摩阻力；-桩端土承载力标准值即桩端阻力特征值；liAP所以单桩承载力特征值为：Ra=1.57×(13.27×32+8.87×35)+CFG桩复合地基设计中，桩间土和桩之间不仅存在正摩擦力，而且存在负摩阻力，我们必须考虑负摩阻力对于工程的影响。桩间土和桩之间是正摩擦力还是负摩阻力，是存在位置临界值的，成为中性点。顾名思义，中性点处桩和桩间土之间没有摩擦力或者正摩擦力和受到的负摩阻力相互抵消，二者之间没有相互位移，这时候负摩阻力为零。在桩和桩间土受到负摩阻力的区间，每一处受到的负摩阻力都是不同的。为了计算简便，我们等效取中间数值。本设计中取中性点在一半桩长处，以下为地表两层的负摩阻力标准值：qs1=31.77kN/m2qs2考虑负摩阻力的单桩承载力：Ra=1.57×(13.27×32−9×31.77+8.87×35)6.3.3复合地基承载力特征值CFG桩复合地基承担上部结构的荷载形式因为由于褥垫层的设置，将桩端和桩间土联系起来，桩端应力和桩间土应力经过褥垫层的协调作用，因为二者是共同作用的，所以要通过相应的系数进行修正。影响工程地基承载力的因素纷繁复杂，除了内部因素，如它的面积置换率，桩的几何尺寸，桩间土的物理力学特性，施工顺序，打桩的方式，褥垫层的铺设方式和厚度，还包括已打桩的质量情况。考虑深度修正，《复合地基技术规范》规定：复合地基承载力的基础宽度承载力修正系数应该为0；基础埋深的承载力修正系数应取1.0。复合地基承载力特征值应按下式计算：fspkD--根据相关规定，在施工场地，如果建筑物施工场地场地平整，建筑物基础埋深深度从场地平整高度算起。本设计中场地处于黄土高原地区，地下水的水位比较低，所以在勘测的时候没有发现地下水。而且该设计为铁路路基结构，没有类似于建筑的刚性结构，仅有的混凝土板厚度约为0.5m，所以等式右侧只需考虑第一项复合地基承载力特征值。本设计中的复合地基承载力特征值为fspk取412.56kPa。fspk取412.56kpa。满足下式：综合上面两式可以得到fspk算出的天然地基承载力特征值，单桩承载力，复合地基承载力特征值统计如下表：天然地基承载力特征值单桩承载力复合地基承载力特征值105kPa973.93kN412.56kPa6.3.4计算CFG桩间距本设计该工程复合地基承载力特征值达到荷载效应标准组合值；根据复合地基的承载力计算公式可以估算的复合地基桩间距：经过变形可以得到：R置换率m的值：mmCFG桩间距S的值:s≤Ap由上式算出的值，初步拟定桩间距为2.0m，所以置换率为：m=Apf6.4褥垫层在CFG桩复合地基设计的整个过程中，桩的顶部还需要设置一层30-80mm的碎石，称为褥垫层。考虑到CFG桩复合地基它主要是由桩间土和单桩共同分配荷载，褥垫层正好起到协调二者共同承担荷载的作用，所以它对于CFG桩是必不可少，至关重要的。褥垫层相当于是桩顶和桩间土之间的传力层。褥垫层的铺设并不是随意的，它遵循一定的原则：桩端一般落入密实或者坚硬的土层，故褥垫层一般也会设置在这一层；当桩的端部处于的土层属于土层承载力比较高的时候，这时候要考虑加厚褥垫层的厚度，这时候褥垫层将会把荷载的承担大部分分配在桩间土上，这样会减少桩的使用量，减低工程造价。当桩的端部处于土层承载力比较低的时候，我们要将褥垫层设置成宽大的面积，并且增加桩的数量，通过褥垫层的传力作用，充分让桩承担大部分的荷载，这样可以保障工程的质量，满足安全指标。6.4.1褥垫层的作用褥垫层的作用大致可以概括为以下几点：褥垫层帮助单桩和桩间土共同协调工作褥垫层的工作是非常灵活的，因为桩端和桩的顶部都有刺入褥垫层的条件，在上部结构的荷载一定的条件下，褥垫层会充分调节桩和桩间土的荷载承担比，使二者共同协调工作。防止应力破坏在CFG桩复合地基要设置褥垫层，如果不设置褥垫层，CFG桩复合地基就相当于普通混凝土桩和基础承台的结构，所以很有可能发生冲切破坏。但是设置了褥垫层之后，相当于在普通混凝土和基础承台中间加了一个柔性基础，这样会减少应力破坏。CFG桩复合地基设计里，褥垫层起的作用至关重要，它起到桩端承担荷载的分布以及桩间土承担荷载的分布，褥垫层的工作机理如下图所示：6.4.2桩和桩间土竖向荷载分担比由下图可知，桩与桩间土的应力比随着荷载的增大而逐渐增大。随着荷载的增大，荷载的承担者逐渐由CFG桩复合地基里的桩承担，褥垫层会把力协调传递到桩的部分，桩间土分担的荷载会逐渐减少，但是桩间土在承担荷载部分也起到了至关重要，必不可少的作用。由于桩间距为2m，故假设在路基纵向取每两延米进行计算，路堤底面宽度34.5m，所以复合地基与路基底面的接触面积为69m2，荷载效应标准值为312.63kN/m2，换算成集中荷载P=312.63×以2m的间距正方形布桩，需要20根桩，则每根桩所承担的荷载值为；P0=21571.4720=1078.57KN，由结果可知，每个桩所承担的荷载值超出单桩承载力，但实际情况是桩和桩间随着荷载的增大，褥垫层会逐渐把荷载的承担任务转移到桩的部分，桩承担荷载的比重会加大，而桩间土承担的荷载会减小。CFG桩桩和桩间土的承载荷载比重随着荷载的变化根据上图所示。根据以往的研究资料：桩承担的荷载占总荷载的百分比一般在45%～80%之间，考虑到湿陷性黄土地区，桩承担的荷载会更多一些，假定桩承担的百分比为60%～80%。以下为验算桩和桩间土承担荷载是否符合要求：1.桩承担的荷载占总荷载的60%桩间土承担的荷载Ps=地基表层土面积As=A−桩间土应力σS=PSAs2.桩承担的荷载占总荷载的80%桩间土承担的荷载P地基表层土面积As=A−桩间土应力σS=PSAs通过上式的计算，可以得到适当地调整褥垫层的厚度，还是可以将桩间土承担的荷载控制在适当的范围，使桩与桩间土能够共同承担荷载。下表为桩承担荷载占总荷载百分比：桩承担荷载占总荷载百分比（试验）垫层厚度(cm)荷载P（kPa）31030备注300692816桩长2.25m桩径16cm荷载板1.05×1.65m607233291007539386.4.3褥垫层设置6.4.4褥垫层的施工质量控制因为褥垫层要起到传力和分担荷载的作用，所以不宜采用摩擦力比较小的天然鹅暖石，而是要选择摩擦力比较大的砂石或者碎石。采用的砂石或者碎石的粒径不宜过大，过大会使桩端不宜插进去；褥垫层的厚度应该适宜，位置一定要保障在桩顶30-50mm以下；要严格把控褥垫层的夯填度，褥垫层里面铺设的碎石和填料一定要在合理的夯实范围内；在铺设褥垫层之前，要清除相关杂物，保证铺设褥垫层的区间干净，减少工程误差。2，材料准备CFG桩铺设过程中所用到的碎石必须在一定的合格范围内，所以在正式施工之前我们必须要将碎石材料进行一定的抽样检查。铺设范围以路基地面为基础向两侧延伸1.5m，垫层宽度为36m；本设计假设垫层厚度为300mm。6.5桩身强度及桩体材料桩顶应力σp=973.93桩体试块抗压强度平均值应满足fu1.用水量W由于本设计为CFG桩身，故单方用水量取200kg。2.水泥用量C选用Rc变形可得到：C=(3.单方粉煤灰用量F根据下式计算粉煤灰用量：变形推倒可得到：F=(WC石屑率石屑参与率应该在一定合理的范围内，根据相关规定，又因为此设计为CFG桩复合地基设计，所以本设计中取石屑率为25%。石屑率λ：λG1G2单方混合料总和为:G则石屑用量:G1=碎石用量:G表10-1单方各混合料用量混合料用量水W水泥C粉煤灰F石屑G1和碎石G2用量（kg）200182.3209.71401.99、1205.996.6桩的布置原则上，CFG桩只可布置在基础范围内。桩都布置在基础范围内，CFG桩的数量按下式确定：式中面积置换率m=0.049；基础面积Ap=36×2=72m2；桩横断面面积Ap=0.196m2；桩的数量np=第7章复合地基沉降及承载力验算7.1沉降验算附加应力--基底平均附加压力p0：本设计的CFG桩复合地基设计工程所处的地区为黄土高原地区，没有地下水，从而不用考虑地下水的影响。基地压力--p为为荷载按永久组合（不计地震）传到基地的平均压力：—活荷载效应标准值，；—风荷载效应标准值，；—永久荷载分项系数；—活荷载分项系数；—风荷载分项系数；—活荷载组合值系数；—风荷载组合值系数。荷载效应标准组合值：=P=1.2×SGK+1.00.6×1.4×加固区模量提高系数时，由于没有系统的工程试验和相关的正式规范，我们只能依靠有关工程的经验取得。在这里近似取三个计算值，如表5-1所示：表5-1加固区模量提高系数3.5792.2182.917图5-1各土层复合模量示意图复合地基最终沉降量：式中—加固区土层的分层数；—沉降加算深度范围内土层总得分层数；—对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加应力；—基础底面第i层土的压缩模量；，—基础底面至第i层土，第i-1层土的之间的距离；，—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；—变形计算深度范围内压缩模量的当量值。土层计算参数统计参数土层（MPa）（m）①15.713.270.2493②16.322.140.2468③16.734.000.2438土层平均压缩模量应按照下式计算：式中—第i层土附加应力系数盐涂层厚度的积分值。AAA则Es=3.308+2.189+2.8910.211+0.134+0.173=变形计算经验系数按照下表可知变形计算经验系数2.54.07.015.020.01.11.00.70.40.2线性插值可得=0.35。综合以上所有的参数可得：=0.35×=7.18mm复合地基沉降计算分层示意图复合地基变形计算深度应大于复合土层的厚度，并符合下式：式中—在计算深度范围内，第i层土的计算变形值；—在计算深度向上取厚度为的土层计算变形值。各层土沉降量0.01148m0.001340.007691值（m）0.30.60.81.0路基地面宽度必然大于8m，所以取1.0m。显然当取1.0m时，显然满足下式要求：△Sn满足要求。7.2关于竖向承载力的验算桩不受拔力，所以只需进行负摩阻力计算。7.2.1负摩阻力验算桩基规范规定如下：CFG桩复合地基设计中，桩间土和桩之间不仅存在正摩擦力，而且存在负摩阻力，我们必须考虑负摩阻力对于工程的影响。桩间土和桩之间是正摩擦力还是负摩阻力，是存在位置临界值的，成为中性点。顾名思义，中性点处桩和桩间土之间没有摩擦力或者正摩擦力和受到的负摩阻力相互抵消，二者之间没有相互位移，这时候负摩阻力为零。在桩和桩间土受到负摩阻力的区间，每一处受到的负摩阻力都是不同的。为了计算简便，我们等效取中间数值。即本设计应要满足：其中Nk=RaQ满足要求。7.2.2桩侧负摩阻力及引起的下拉荷载1.中性点以上单桩桩周第i层土负摩阻力标准值可按下式计算：式中—由土的自重引起的桩周第i层土的平均竖向有效应力；—桩周第i层土的负摩阻系数；可按下表取值：负摩阻系数土类饱和软土黏性土﹑粉土砂土自重湿陷性黄土0.15～0.250.25～0.400.35～0.500.20～0.35我们本设计中ξ—第i层土的桩侧负摩阻力标准值，当计算值大于正摩阻力标准值时，取正摩阻力标准值进行设计。式中，—分别为第i计算土层和其上第m土层的重度，地下水位以下取浮重度；，—第i层土，第m层土厚度。计算可得：σσy2'σ桩侧摩阻力标准值31.77kPa81.67kPa118.62kPa2.中性点的深度中性点深度持力层性质粘性土﹑粉土中密以上砂砾石﹑卵石基岩中性点深度比0.5～0.60.7～0.80.91.0注：1.，分别为自桩顶算起的中性点深度和桩周软弱土层下限深度；桩穿过自重湿陷性黄土时，可按列表增大10%。当桩周土层固结与桩基固结沉降同时完成时，取l0当桩间土层计算沉降量小于20mm时，ln本设计中桩间土层沉降量小于20mm，取折减系数为0.6。所以=l0×第8章钢筋混凝土构件设计8.1混凝土板的设计由于本段属于重载高路堤铁路，荷载较大，需在褥垫层上部设置钢筋混凝土板，在沿线取2m长度的截条，然后按弹性地基梁的方法用计算机软件计算内力。为了安全储备，CFG桩对板提供铰支，板上的路堤和列车荷载视为梁上的均布荷载，其值为291.66kN/m2，采用得到最大正弯矩131.69kN/m2板的配筋计算：已知C35混凝土的f2本设计中受拉钢筋采用三级钢筋，其；本设计中构造钢筋采用一级钢筋，其fy=270kN/mm2本设计中取混凝土保护层厚度，，，；截面弯矩设计值截面抵抗矩系数αs=M相对受压区高度ξ=1−1−2αs上部钢筋面积A选用4根20mm直径的钢筋As'配筋率ρ=1256200×450所以不满足最小配筋率；由于混凝土板受到的正负弯矩的值都很大，所以下部结构还需配筋：αs=Mξ=1−1−2αs下部结构钢筋面积As=M0.5（1+1−2选用4根20mm的钢筋，As再次验算配筋率：ρ=1256×由上面式子可得，满足要求。图8-1混凝土板配筋图8.2桩帽设计8.2.1桩帽参数CFG桩属于刚性桩，所以CFG桩桩帽地结构必须要安装的很牢固，最好桩帽内部涂隔离剂，让桩帽内保持干净，没有杂物，保证接缝之间没有空隙；周围支撑加固到位，所以在桩顶和垫层之间还需设置桩帽。拟定桩帽厚度500mm，桩为圆桩，设置直径800mm，CFG桩桩顶进入桩帽长度为50mm。8.2.2桩帽的抗弯﹑抗冲切和抗剪强度验算1.抗弯配筋及验算上式中—此时按照桩土荷载分担比80%计算；P=—桩帽边长，这里取桩帽的等效边长；—桩的边长，这里取桩的等效边长；—修正系数，时取2.7，时取3.8，即；所以M=0.125显然，桩帽顶部必须配置钢筋，根据混凝土结构设计原理计算配筋如下：采用混凝土C35，其fc=16.7N/mm2，ft=1.57N/mm2；本设计中钢筋采用一级钢筋，其屈服强度fy=270N/mm2，混凝土保护层厚度α截面抵抗矩系αs=相对受压区高度ξ=1−1−2αs上部钢筋面积：AS'=选用6Φ6mm配筋率：ρ=170200×350采用双向正交配筋。图8-2桩帽构造图图8-3桩帽配筋图2.抗剪验算斜截面受剪承载力公式：式中：Vs=56.73kN≤0.7f3.抗冲切验算验算桩帽受冲切验算下按式计算：式中—混凝土轴心抗拉强度设计值；—具状边缘处冲切临界截面的周长；—桩帽冲切破坏锥体的有效高度；所以可得：F故冲切验算满足要求。第9章工程概预算9.1配合比设计我们在CFG桩复合地基设计中，要可能地利用石屑，石渣，和粉煤灰，尽可能的利用废弃材料，减少工程造价，但是就是要充分保证成桩的质量，这是我们考虑的首要因素。因为CFG桩配合比国家尚无规范，因此，CFG桩配合比设计难度较大。CFG桩配合比设计与试配是CFG桩基工程的成败的重要因素，对保证工程质量，控制工程投资起重要作用。考虑地质情况综合考虑CFG桩桩用混合料试块28天标准养护立方体抗压强度平均值10MPa，设计要求混合料坍落度30-50mm，碎石料粒径20-40mm，水泥采用强度等级32.5MPa的普通硅酸盐水泥，最终确定混合料最佳配合比。确定CFG桩混合料配合比的主要计算参数包括：用水量，石屑比，水灰比，粉灰比等。CFG桩的用水量参考普通混凝土配合比中水的用水量，并适当增加2%-5%，用水量一般取190-220kg/m1.用水量W由于本设计为CFG桩身，故单方用水量取200kg，取混合料坍落度3cm。2.水泥用量C选用Rc变形可得到：C=(3.单方粉煤灰用量F根据下式计算粉煤灰用量：变形推倒可得到：F=(WC石屑率本设计中取石屑率为25%。石屑率λ表示：λG1G2单方混合料总量中碎石和石屑占为:G则石屑用量:G1=碎石用量:G表10-1单方各混合料用量混合料用量水W水泥C粉煤灰F石屑G1和碎石G2用量（kg）200182.3209.71401.99、1205.99表10-2每吨用料价格混合料价格水W水泥C粉煤灰F石屑G1和碎石G2价格（元）36640450、609.2相关费用9.2.1CFG桩身材料线路路堤段按1179.63m进行计算，共布CFG桩5898根。水泥价格约为366元/吨，粉煤灰价格约为40元/吨，石屑价格约为450元/吨，碎石价格约为60元/吨。单排CFG桩含10根10m长的桩和10根15m长的桩：V0=整条线路的用料量：V=936×V1.水泥用量：W=41661水泥费（包含运输费）：Qw2.粉煤灰用量：F=41661粉煤灰费（含运输）：QF=8736.7283.石屑用量：G石屑费（含运输）：QG1=16747.3054.碎石用量：G2=碎石费（含运输）:QG2=50242.749故总的桩身材料费用为Q=16739887.84元9.2.2褥垫层费用级配碎石约为60元/m3褥垫层费用元考虑20%的运费，所以费用为3773165.76元9.2.3设备费用投入6台振动打桩机同时施工，其中每台约为250000元，其配套设备每台60000元，加上其他设备计为300000元，故可得出设备费用：25×6＋6×6＋30＝216万9.2.4.土工格栅土工格栅价格：每平米6.6元土工格栅费用为（包括运输费）42×1179.63×6.6×1.2=392392元9.2.5工人工资每台打桩机10个工人，工人工资计为20元/时，每天工作10小时。1：前期准备、测量放样、场地平整；预计为15天，人员30人，工资为：30×15×20×10＝90000元2：桩施工；工期预计为3个月，6台班，每班10人。工资计为：10×6×20×10×90＝1080000元3：褥垫层施工；预计工期5天，人员20人，工资为：20×20×10×5＝20000元4：后期清理；预计为5天，人员25人，工资为：25×20×10×5＝25000元故可得出工人总的工资约为1134000元9.2.6附加费用包括用电在内的一些其他费用，计为500000元因而，可以得出总的费用为：24493480元表10-3各项费用统计CFG桩身材料褥垫层设备土工格栅工人附加FWG1G2用量8737t8332t16747t50243t49545m36台49545m285人金额（万）4200.049043623782164011350第10章CFG桩复合地基的施工10.1施工设备本设计中采用振动沉管灌注桩，振动沉管灌注桩被广泛应用于黄土湿陷性地区。它具有施工比较方便，施工工期比较短等优势，桩身更加密实。10.2施工程序本设计用振动沉管灌注桩。10.2.1施工准备1.施工前应具备的资料和条件：（1）提前获取场地的工程地质资料；（2）熟悉CFG桩布桩图，提前熟悉施工图，熟悉施工流程。提出主要材料，施工机器的进场时间和供货流程。2.施工技术措施内容：(1）确定施工机器；(2）提出主要材料，施工机器的进场时间和供货流程。(3）场地平整，场地平整度必须小于5%；(4）按施工设计图放好桩位；(5）确定施打CFG桩的施工顺序；(6）施工中的临时设施，施工用水，用电等都要到位。10.2.2施工前的工艺试验试桩目的是验证：工艺试验的施工设备是否满足要求；混合料配合比是否满足施工需要；预测混凝土拌合的时间，如果不满足要求，可以随时调整；4，新打桩对未结硬的已打桩的影响5，新打的桩对已经结硬的已打桩的影响CFG桩试验，会使我们更加深入地了解CFG桩的施工工艺，保证后期工作的顺利进行。10.2.3CFG桩施工工艺流程：桩位放点10.2.4施工顺序选择因为CFG桩新打桩对已打桩会有影响，所以CFG桩的施工顺序一般不按照顺序一次性打桩。本设计中CFG桩施工顺序是隔桩跳打，选择隔桩跳打的原因是黄土湿陷性地区由于土的性质，在打完一个桩之后，土体的密度会有很大程度的增加，所以这就会造成下一个需要打的桩打桩的难度会增加。原因是在补桩时，沉管难度会增加，其次容易造成已打桩的断桩。施打顺序示意图10.2.5施工监测信息施工在一个工程都是至关重要的，在施工中过程中尤其是施工前期的有关检测是至关重要的，一般我们会进行以下的观测：1.施工场地标高的观测未来保证打桩过程中准确了解打桩引起的地面沉降，我们一般在施工要测量与观察足够数量的场地标高。在打桩的过程中出现的一些地面隆起的现象要常常与断桩联系在一起。2.CFG桩顶标高的观测施工过程中很容易出现断桩等很多其他问题，所以我们要着重注意已打桩的标高的变化，尤其是对于桩距比较临近的桩，我们需更加注意。10.5施工组织方案10.5.1总体施工方案本段路基全长3145.5m，共计7个区间路基，3个路隧过渡段。主要为挖方。项目部下应该设一个路基架子队：分设路基一班架子队和路基二班架子队负责本段路基施工。路基采用反铲开挖，自卸车运输至弃渣场。填筑料按照土石方调配表，综合考虑路基开挖出土和隧道弃渣，合理规划使用。对于深路堑，应尽早开工，并做好开挖和板桩墙施工协调工作，同时做好高路堑边坡防护工作。桥头和涵洞处基础处理应尽早开工，确保不对桥梁基础产生影响，确保填筑工作顺利进行。10.5.2总体施工顺序路基施工顺序：施工前勘察⟶施工准备⟶10.5.3施工组织措施1.施工准备阶段组织措施（1）施