地基处理课程设计

设计

题目

205国道（高速公路）桥头软弱地基处理成绩

课程设计主要内容

通过地基处理课程的学习，对205国道（高速公路）桥头软弱地基处理进行设计，设计内容为：1，布桩形式，桩径，桩距；2，桩长；3，复合地基承载力；4，荷载计算（车辆，及路堤自重）；5，复合地基的沉降量计算；6，下卧层承载力和沉降量的计算； 7，工后沉降的计算；8，沉降稳定时间；9，方案选择及判别； 10，造价等。

理论联系实际，了解地基处理设计有多种选择，从质量，进度和投资等方面综合考虑，选择一个最佳方案。通过课程设计，掌握设计的方法和步骤。

指

导

教

师

评

语

建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。

签名： 2010 年 1月 10 日

205国道（高速公路）桥头软弱地基处理的课程设计

一、工程简况

东环路是205国道在马鞍山境内的一段，是一级汽车专用公路，长19.6Km, 双向4车道，设计车速110Km/h, 路面宽24.5m, 路堤平均堆高4.0m，基底宽36.0－42.0m。其中在五亩山大桥和丰收桥之间为大面积灌溉渠，地基极为软弱：从地表向下依次为0.8m厚耕植土，8.0－9.0m厚流塑和软塑淤泥质亚粘土，再往下是10.0m厚软塑和硬塑亚粘土等（表1），地下水位离地表0.5－0.8m。

二、地基处理方法选择

由于该段地基极为软弱，初步计算。其路堤临界高度仅3.0m，在设计的路堤作用下地基固结沉降量为50.5cm。按两年工期则工后沉降超过20cm，不能满足工后沉降Sr≤10cm的规范要求，必须对地基进行处理。处理方法有以下四种：砂垫层法；砂井法；粉喷桩法和二灰桩法。砂垫层法虽然施工简单，造价低，但此法不能满足工后沉降的设计要求及存在压路机下陷，难以施工的问题。砂井法有利于软粘土排水，能加速固结沉降，但施工要求高而且对工期有严格限制。粉喷桩法有利于固化软土，亦能满足工期要求，但工程造价高。二灰桩法是马鞍山矿山研究院为加固软弱地基而开发的一项土工新技术，以成功地用于危楼地基加固和重载铁路软基处理。马鞍山发电厂有大量粉煤灰（工业废渣）可供利用，故二灰桩成本较低。从路堤稳定，工后沉降，工期及经济诸方面考虑，确定采用二灰桩技术对桥头软弱地基进行加固处理(同学们也可另选其他地基处理方法)。

三、课程设计要求

画剖面图，选出方案，作出设计（桩径，桩长，桩距，平面布桩，沉降量，复合地基承载力），写出计算步骤。如有可能，算出沉降稳定的时间，工后沉降以及造价。

设计报告装订顺序：封面－任务书（成绩）－设计计算－图纸

注：二灰桩的抗剪强度为130 Kpa。

加固后桩周土的承载力标准值为40 Kpa。

根据205国道桥头软弱地基实际勘察资料，考虑工期和造价等综合因素，本设计采取二灰桩法处理软弱地基，其中二灰桩的粉煤灰：石灰=3：7。设计内容如下：

⑴确定桩径

参照石灰桩的设计规范，桩径常用300~400mm，此处暂取350mm。

⑵确定布桩形式

本设计采取三角形布置。则二灰桩膨胀前的转换率

d d e=1.05L

m=d2/ 2

e

膨胀后的置换率

m＇=ε·m

由于粉煤灰：石灰=3：7，查表，取ε=1.10。

⑶确定桩距

参照石灰桩参考桩距，桩中心距可取2~3倍成孔直径，安全起见，暂时取2.5。故桩中心距L=875mm。

⑷确定桩长

桩的长度取决于桩的加固目的和上部结构的条件，上部0.8m厚的耕植土应挖去，并填以散体材料如级配细砂作为褥垫层，桩以亚粘土层为桩端持力层，故取为l=9m。

⑸求复合地基承载力

f

=m＇·f pk+(1-m＇)f＇sk

spk

其中：f pk—桩身强度

f＇

－加固后的桩周土承载力标准值

sk

m＇－膨胀后的置换率

f

可近似取0.1Ps(比贯入阻力)，初步设计时间可取f pk=300kPa,f＇sk=40kPa。

pk

d

=1.05L=1.05⨯875=918.75

e

d=3502/918.752=0.145

m=d2/ 2

e

m＇=ε·m=1.10·0.145=0.159

∴f spk =m＇·f pk+(1－m＇)f＇sk

=0.159·300+（1－０.159）40

=81.3kPa

⑹应力计算

①持力层

取褥垫层顶部为基底，地下水距地面为0.6m,基础为条基，取长度1m考虑。

考虑四车道有六辆车的最不利情况，其中有四辆行驶，两辆车由于故障而停下，假设每国辆车的载重加自重为25kN，取汽车跑动时对路面的冲击系数为1.30，汽车对称布置，则

p=（F+G）/A

=[(24.5+42)⨯4/2⨯20+0.6⨯42⨯20+0.2⨯42⨯10+4⨯25⨯1.3+2⨯25]/42

=70.8kPa< f spk =81.3kPa 满足承载力要求。

②下卧层,取淤泥质亚粘土的重度为16kN/m,亚粘土的重度为19kN/m,下卧层的未修承载力为50kPa

下卧层是由亚粘土开始向下的土层，

f az =f ak +o d γη(d －0.5)

=50+1.0×[0.6×20+0.2×(20－10)+9×(16－10)+10×(19－10)]/(0.6+0.2+9+10)⨯(19.8－0.5) =204kPa

下卧层的顶面处的自重应力：c σ=0.6×20+0.2×10+9×6=68kPa 由于路基未填入土中，下卧层顶面处的附加应力：

7.44)30tan 8.9242/(8.5642tan 2p'

=⨯⨯+⨯=+=

θ

σz b b z

kPa kPa cz z 2047.1127.4468<=+=+σσ

满足承载力要求。

⑺复合地基沉降量计算

根据分层总和法给，给地基分层，计算地基中自重应力分布和附加应力分布。沉降量应从地面土层算起，地面的基底压力p ＇=p －0.6⨯42⨯20+0.2⨯42⨯10／42=56.8kPa 计算各土层的压缩量：

S i =si i zi E h /⨯σ

∴ S1=56.7×0.6/1.9=17.9mm S2=56.7×0.2/1.9=5.9mm

S3=56.6×3/1.9=89.3mm S4=55.8×3/1.9=64.3mm S5=53×3/2.6=61.1mm S6=51.3×3/4=38.5mm S7=50.8×3/4=17.1mm S8=48×3/8.9=16.1mm S9=47.1×1/8.9=5.2mm

∑Si=17.9+5.9+89.3+64.3+61.1+38.5+17.1+16.1+5.2=31.5cm 故总沉降量为31.5cm

⑻工后沉降量

附加应力比值α=1.2,地基土的压缩系数v a =0.51地基的孔隙比e=0.89,淤泥质粘土渗透系数为k=4.23×10

7

-cm/s=13.34cm/年，所以固结系数C v =

w

v a e k γ)1(+=4.9×105

cm/年，时间

因子58.0*2

==

H t

C T V V ,查表得地基土的固结度U t =80% ∴经历2年工期的固结沉降为：