地基处理课程报告

faz=fak+ηdγm(d-0.5) (GB50007-2002 中 5.2.4 式)
式中：fak——地基承载力特征值，桩底持力层为细砂，fak=150kPa； ηd——基础埋深的地基承载力修正系数取 1.0（按表 5.2.4 查得
基底下土的类别确定）； d——基础埋深，此处即桩入土深度，取 9.5m； γm——基础底面以上土的加权平均重度（水下取浮重度）， （20×1.5＋7.5×2.5＋8.5×5＋0.5×11）/9.5=10.2kN/m3。
3.3 单桩竖向承载力的设计计算
按桩身材料强度确定的单桩承载力可根据《建筑地基处理技术规范》 (JGJ79-2002)中 11.2.4-2 式计算：
Ra ，干法可取 0.20～0.30；
fcu ——应通过现场试验确定，初步设计时可由水泥掺量按经验确
n
∑ Ra = up qsili + αq p Ap i =1
式中：
u p ——桩的周长， u p =πd=1.57m； n ——桩长范围内所划分的土层数；
qsi ——桩周第 i 层土的侧阻力特征值。对淤泥可取 4～7kPa；对淤
泥质土可取 6～12kPa；对软塑状态的粘性土可取 10～15kPa；对可塑状态的粘性
竖向承载搅拌桩复合地基的变形包括搅拌桩复合土层的平均压缩变形 S1 与 桩端下未加固土层的压缩变形 S2 两部分组成,即 S=S1＋S2。
①、搅拌桩复合土层的压缩变形 S1 可按下式计算：
S1=（Pz+Pzl）L/2Esp
式中： Pz-----搅拌桩复合土层顶面的附加压力值 =Fk+Gk/A=268.10kPa； Pzl----搅拌桩复合土层底面的附加压力值，计算得为 25.17kPa； L---桩长=8.0m； Esp----搅拌桩复合土层的压缩模量，按下式计算： Esp=mEP+(1-m)Es
−β⋅
f sk
式中：
f spk ——复合地基承载力特征值(kPa)；
m ——面积置换率；
Ap ——桩的截面积(m2)；
特征值；
f sk ——桩间天然地基土承载力特征值(kPa)，可取天然地基承载力
β ——桩间土承载力折减系数，当桩端土未经修正的承载力特征值
大于桩周土的承载力特征值的平均值时，可取 0.1～0.4，差值大时取低值；当 桩端土未经修正的承载力特征值小于或等于桩周土的承载力特征值的平均值时， 可取 0.5～0.9，差值大时或设置褥垫层时均取高值。
9
M--- 置换率=0.365； EP---搅拌桩的压缩模量，可取（100-120）fcu，因为 fcu=3000kPa， 则 Ep=300MPa； Es---桩间土的 压缩模量，若取各 土层的加权平均 压缩模量， 则 ES=7188kPa； 由此代入计算得 Esp=114MPa S1=（pz+pzl）L/2Esp=(268.10＋25.17)×8/2×114=10.29mm
代入计算：faz=150+1×10.2×(9.5-0.5)=241.8kPa ③、求下卧层顶面处的附加压力值 Pz： 将水泥土搅拌复合地基视为双层地基，由加固区土层和下卧层土层组成。水 泥土的压缩模量 Es 一般为 80 MPa -120 MPa，取 90MPa，细砂的压缩模量取 30MPa， Z/b=9.5/3=3.17,查表得应力扩散角θ取 23°。按《建筑地基基础设计规范》 （GB50007-2002）中 5.2.7-3 式：
0.196
此时可根据地基加固面积按下式计算总桩数：
m⋅ A n′ =
Ap
式中 A——地基加固面积。
3.6 计算桩距
桩距一般由置换率 m 控制,根据一般求置换率公式:
m = Ap Ae
式中：Ap——桩的截面积;
Ae—— 一根桩所承担的处理面积。
对三角形布桩：Ae=0.866s2
正方形布桩： Ae=s2
②、桩端以下未加固土层的变形 S2： 计算方法按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中 5.3.5 式
S2=ψsΣp0/Esi(Ziai-Zi-1ai-1)
式中： S2---最终变形量 mm； ψs---沉降经验系数； P0---基础底面处的附加压力：P0=PK-PC 由前计算 PK=268.10kPa，PC=30kPa P0=PK-PC=238.1kPa； Esi---桩底下第 I 层土的压缩模量(MPa)； Zi Zi-1 ---桩底下至第 I 层土、第 I-1 层土底面的距离（m）； ai ai-1---桩底面计算点至 I 土层、第 I-1 土层底面范围内平均附加 应力系数，按《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002） 附录 K 采用；
基底面积 A：
A=Lb≥Fk/( fak-dγm)
=2500/(280-1.5×20)=10 m2 取矩形：L=3.5m b=3.0m
求基底压力： Pk=(Fk+Gk)/A
=(2500+3.5×3.0×1.5×20)/(3.5×3.0) =268.10kPa 复合地基 fak=280kPa fak＞Pk 基础底面承载力满足要求。 ②、桩底平面处修正后的承载力特征值 faz 为：
n
∑ Ra = 1.57 qsili + 0.5 ×150 × 0.196 i =1
5
为了获得最经济的加固效果，设计时应使按桩身材料强度确定的单桩承载力
与由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力相近，并使前者略大于后者，即：
n
∑ Ra = 147 ≥ 1.57 qsi li + 0.5 ×150 × 0.196
土可以取 12～18kPa；
li ——桩长范围内第 i 层土的厚度(m)； α ——桩端天然地基土的承载力折减系数，可取 0.4 ~ 0.6，承载力
高时取低值；
q p ——桩端地基土未经修正的承载力特征值，为 150kPa；
A p ——桩的截面积， Ap = πd2 / 4 = 0.196 m2。
则代入数据算得由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力为：
Pz+Pcz≤faz
式中：faz—下卧层层修正后的承载力特征值=241.80kPa； Pz——下卧层顶面处的附加压力=25.17kPa； Pcz——下卧层顶面处土的自重压力=96.9kPa。 Pz+ Pcz=25.17+96.9=122.07＜faz=241.80
下卧层强度满足设计要求。
3.8 变形计算：
i =1
qsi 对淤泥质土可取 8kPa；对粉质粘土可取 15kPa，故可算得有效桩长约为
7 m。
3.5 计算桩土面积置换率和总桩数
根据上部结构设计的要求，加固后复合地基承载力特征值 fspk 要求≥280kPa。 搅拌桩置换率 m 可根据下式估算:
m = f spk − β ⋅ f sk
Ra Ap
8
Pz=lb(Pk-Pc)/(b+2ztgθ)(l+2ztgθ)
式中：L、b——矩形基础的长度和宽度，分别取 3.5m、3.0m； Pk——基底压力取 268.10kPa； Pc——基础底面处土的自重压力取γmd=20×1.5=30kPa; θ——地基压力扩散角 tg23°=0.42; z——基础底面至下卧层顶面的距离，取 8m 。
2 地基处理方案选择
从勘察提供的地质资料来看，该工程天然地面 1.5m 以下的地基持力层为淤 泥质土，并处于流塑状态，地基承载力特征值仅为 40kPa,远小于上部结构设计 要求的 280kPa,因此该地基应进行人工加固处理。
用于淤泥质土地基处理的方法常有：换填法、排水固结法、高压喷射注浆法、 水泥粉煤灰碎石桩法、石灰桩法和水泥土搅拌法等。考虑到该场地软土处理深度 较大、地下水位较高等，故采用换土法处理的可行性不大；排水固结法虽然可以 有效地提高软土地基承载力和减小沉降，但该方法施工期长，而且还需进行进一 步的土工试验以确定土层的先期固结压力、孔隙比与固结压力的关系、渗透系数、 固结系数、三轴试验抗剪强度指标以及原位十字板抗剪强度等参数，因而不够理 想；高压喷射注浆法一般用于处理深层软土地基、施工工艺复杂、造价较高；水 泥粉煤灰碎石桩用于处理淤泥质土时还应按地区经验或通过现场试验确定其适
R a ──单桩竖向承载力特征值(kN)。
上部结构要求复合地基承载力特征值 f spk 不小于 280kPa， β 取 0.25， f sk
6
为 40kPa， Ap 为 0.196 m2， Ra 为 147kPa，故可算得置换率为：
m=
280− 0.25× 40 147 − 0.25× 40
=
0.365
3
用性，故其适用情况还不确定；石灰桩和水泥土搅拌桩用于处理淤泥质土都是比 较环保和经济的地基处理方法，但用于地基承载力要求较高的软土地基加固时， 水泥土搅拌桩更容易满足要求。
综合考虑上部结构要求、地基地质条件、环境影响、工期、造价、工程用料 和施工机械等多方面的因素，该工程采用水泥土搅拌法比较合理。
s---桩间距(m)
根据以上公式，已知置换率 m 和桩径 d 可求出 Ae，即可求出桩距 s。
本工程中，m=0.45,d=0.5m,Ap=0.196,故
0.196 Ae = 0.365 = 0.537
7
由 Ae=0.866s2，求得 s=0.79m，取 0.80m。
3.7 下卧层承载力验算
① 、 若 该 建 筑上 部 结 构 最 大 单桩 荷 载 为 2500kN ， 则 根 据 Fk=2500kN ， fak=280kPa，d=1.5m，γm=20kN/m3
代入计算： Pz=3.5×3.0(268.10-30)/(3.5+2×8tg23°)(3.0+2×8tg23°)=25.17kPa ④、求下卧层顶面处土的自重压力值 Pcz： Pcz=γmd=10.2×9.5=96.9kPa(地面至下卧层顶面距离为 9.5m，重度取平均 值 10.2kN/m3) ⑤、按下式验算强度：