地基处理课程设计

课程设计报告书

课程名称____________地基处理___________ 设计容_____205国道桥头软弱地基处理___ 专业、年级_______勘查12－1班__________ 学生

指导教师_______ ________ 完成时间_______2015年6月26日_________

工业大学资源与环境工程学院

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国道在马境的一段，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。

注淤泥质亚粘土渗透系数＝4.23×10-7cm/s

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。

四、二灰桩（粉煤灰﹕生石灰=3﹕7）复合地基设计计算

淤泥质亚粘土(流塑)淤泥质亚粘土（软塑）亚粘土(软塑)

亚粘土(硬塑)

耕植土

含碎石亚粘土

图1 桥头地层剖面图

设计方案（一）：三角形布桩：

1.桩径、桩距及布桩形式

1)根据设计要求、当地施工条件以及对成孔机械的要求，成孔桩径d一般选用

300~600mm。此处选用400mm。

2)桩距此处取L=900mm。

2、桩长、桩土应力比及面积置换率

石灰桩桩端宜选在承载力较高的土层中，故而本设计选择软塑亚粘土为持力层。初步确定桩长为8m，但在施工中桩顶标高应高出设计标高0.1m，上部0.8m的耕植土挖去，换成0.6m厚粉煤灰和0.2m厚的砂石褥垫层。

桩土应力比一般为2~5，此处取n=3。 正三角形布桩面积置换率为： 18.0322

2

==

l

d m π

二灰桩的粉煤灰：石灰=3：7，算得石灰桩膨胀率ε=1.1 膨胀后的面积置换率198.01.118.0=⨯=⨯='εm m

3、复合地基承载力计算

公式：()'

⨯'-+⨯'=k

s k p k sp f m f m f ,,,1

式中：

k p f ,—桩身强度 '

k

s f ,—加固后的桩周土承载力标准值

m '—膨胀后的置换率

初步设计时取

k p f ,=350kPa ，加固后的桩周土承载力标准值'k s f ,=40kPa

（初步设计时，取

k p f ,=350~500kPa ，土质好，施工条件号时取高值；土质差，

地下水较丰富时，取低值；

'

k

s f ,=40kPa 为已知条件），所以：

()()kPa

38.10140

198.01350198.01,,,=⨯-+⨯=⨯'-+⨯'=k

s k p k sp f m f m f

4、荷载计算

公路Ⅰ级汽车荷载的车辆荷载以一辆标准车表示，其主要技术指标应 符合下表规定。

公路纵向取15m ，宽42m ，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，另有载荷分项系数：永久荷载，γG =1.2可变荷载， γQ =1.4。假设每国辆车的载重加自重为550kN ，则： P 车=6×550×1.4/(15×42)=7.3kPa

P 路基=1/2×(24.5×42) ×4×15×20×1.2/(15×42)=76kPa P= P 车+ P 路基=7.3+76=83.3 kPa ＜k sp f ,=101.38kPa

满足承载力的要求。

5、下卧层承载力的验算

下卧层以上的自重应力：

P cz =(17.8-10) ×4+(18.1-10) ×4=63.6kPa P z =αP=0.2438×83.3=20.3kPa

α：为附加应力系数，由查表得α=0.244 P= P cz + P z =83.9kPa

桩底土层承载力进行深度修正公式：

c q cN dN bN ++=02

1

f γγαγ

γN 、q N 、c N —承载力系数，无量纲，仅与摩擦角Φu 有关，可查表得：

太沙基公式承载力系数表

下卧层亚粘土分软塑、硬塑两层，其摩擦角分别为6°、18°，粘聚 力分别为9kPa 、68kPa ，由此查表可得：

γN =0.648，q N =1.85，c N =7.772

0γ、γ

分别为复合地基土层、下卧层的平均重度：

()()()95.78/4101.184108.170=⨯-+⨯-=γkPa/m ³

()()()6.910/5101.2051019=⨯-+⨯-=γ kPa/m ³

b=42m,d=8m,c=9kPa 所以修正后桩底土层承载力为：

P u =1/2×9.6×42×0.648+7.95×8×1.85+9×7.772=318.2448 kPa 取安全系数K=3,则P u /P=318.2448/83.9=3.79＞3，故地基承载力满足。

6、沉降量计算

沉降计算分为复合地基沉降计算和下卧层沉降计算两部分。复合地基部分采用 复合模量法，下卧层采用分层总和法。 复合模量公式：()[]si spi

E n m E 11-⨯+=η