碎石桩复合地基算例(参考)

碎石桩加固地基设计计算示例

一、设计资料

1、工程概况

某高速公路有一段长度360 m 的软土地基。设计路堤高度 m ，顶面宽度28 m ，路堤边坡坡比为1:。为保证地基承载力以及路堤稳定性和沉降满足工程要求，试对该路段软土地基进行加固设计。

2、工程地质概况

1）地形地貌概况

该路段位于冲积平原区，地势低平开阔，地下水位高，埋深～，地表洼淀、苇塘密布，排灌渠道纵横交织。

2）工程地质条件

(1) 成因类型与土质特点：本区属河、海、湖相交替沉积区。地基可压缩性高，承载力低，抗剪能力差，排水固结慢，有机质含量高，属典型软土地基。旱季勘察水位约为2m ，秋季水位约为1m （部分区段仅为 m ）。

(2) 土层及试验指标：如表1。

表1 土层及其土工试验指标值 /kN/m 3 二、一般设计

（1）加固方法：采用振动沉管碎石桩．．．．．．．

复合地基加固。 （2）加固范围：在路堤两边外缘扩大2～3排桩。

（3）桩位布置：采用等边三角形布桩形式。

（4）加固深度：根据土层的分布特征（如表1），第5层土相对于前两层土性质较好，因此，初步选定加固深度穿过土层④到土层⑤顶面，即取H = m 。

（5）桩径：根据地基土质情况和成桩设备等因素确定，桩径为 m 。

（6）面积置换率m 和桩距l ：碎石桩复合地基一般m ＝～，本例路堤高度不是很高，荷载相对较小，可先取m ＝进行计算。

∵ ， 1.05 e d l =(等边三角形布桩)

已知桩的直径d p 和面积置换率m ，则可反算出桩的间距l ＝。可初步设计l = ，此时的m = ，整个加固区所需桩数为13193根。

（7）材料：可就地取材，可使用卵石、砂砾石材料，含泥量不大于5％，常用的粒径为2～5cm ，最大不超过8cm 。

（8）垫层：基础底面与碎石桩复合地基顶面之间应铺设30～50cm 厚度的碎(砂)石垫层，分层铺设，振动密实。

三、承载力验算

（1）单桩承载力f p,k ：可按下式计算 2p,k 16tan 452p

u f c K ϕ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭

o 式中，K 为安全系数，一般取K ＝；φp 为碎石桩的内摩擦角，据统计φp ＝35～45，计算时可取其平均值φp =38；c u 为碎石桩加固范围内桩间土的不排水抗剪强度，对于多层土，可按厚度加权平均值求出，得c u ＝。代入公式有

2p,k 138629.29tan 45369.38 kPa 22f ⎛⎫=⨯⨯⨯+= ⎪⎝

⎭o o （2）复合地基承载力f sp,k ：按下式计算

()sp,k p,k s,k 1f mf m f λ=+-

式中，f s,k —桩间土天然地基承载力标准值，kPa ，可近似取用处理前地基土的承载力标准值，对多层土可取加权平均值，即有f s,k ＝ kPa ；

—桩间土承载力发挥系数，

与桩、土的强度以及桩的破坏形式等有关，对于碎石桩复合地基，可取＝。代入上式，有

()sp,k 0.19369.38 1.010.1960.59119.26 kPa f =⨯+⨯-⨯=

（3）作用于地基上的荷载p ：路堤实际高度H D = m ，加上汽车荷载近似换算高度 m 。取路堤填土重度为20kN /m 3，则路堤作用于地基上的实际荷载为p ＝100kPa 。

所以，p ＜f sp,k ，满足设计要求。

于是，可取置换率m ＝、桩间距l ＝作为最终设计值。

四、沉降验算

地基总沉降S ＝加固区压缩量S 1+下卧土层压缩量S 2。

（1）S 1按复合模量法计算。先求复合模量E c

c s [1(1)]E m n E =+-

式中，E s 为桩间土的压缩模量，按土层厚度加权平均求得E s ＝；

n 为桩土应力比，与荷载水平、桩土模量比和面积置换率、原地基土强度、桩长、固结时间和垫层性质等因素有关，一般n ＝2～4，取n ＝。

于是，可得复合地基的压缩模量E c =。

然后，按分层综合法计算得S 1=。

（2）S 2采用应力扩散法计算。取应力扩散角

＝20，最终计算得加

固区下卧层压缩量S 2＝。

于是总的沉降S =S 1+S 2=+＝(mm) 五、稳定性计算

依据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范(JTJ 017-96)》规定，对于一般性工程，可用综合抗剪强度指标按毕肖普法计算。本例按下式确定

c s p c s p (1)tan tan (1)tan c c m mc m m ϕϕϕ=-+⎧⎪⎨=-+⎪⎩

加固区土体未加固时平均粘聚力29.29=u c kPa ，平均摩擦角0=u ϕ；桩体的粘聚力c p =0，φp =38ﾟ。由上式可计算得：

c sp =，tan φsp =

再利用优化计算方法，按简化毕肖普法计算路堤边坡稳定性安全系数值为，大于规范要求的。满足工程要求。