高压旋喷桩复合地基设计方案第二版之欧阳计创编.docx
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高压旋喷桩复合地基设计方案第二版之欧阳计创编
广元市利州区利元国有投资有限公司
时间：
2021.02.11
创作：
欧阳计
快乐人家项目
高压旋喷桩地基加固处理方案
（第二版）
中国建筑西南勘察设计研究院有限公司
2014年4月15日
广元市利州区利元国有投资有限公司
快乐人家项目
高压旋喷桩地基加固处理方案
（第二版）
工程编号：
B13-0730
总经理：
赵翔
总工程师：
康景文
审定：
朱丹
审核：
晏宾
设计：
王新
刘小俊
中国建筑西南勘察设计研究院有限公司
2014年4月15日
附：
高压旋喷桩桩位平面布置图（3张）
1、工程概况
广元市利州区快乐人家项目由广元市利州区利元国有投资有限公司投资建设，由广元工程设计院进行建筑设计。
该项目为高层商住楼小区，由18层（局部为商业裙房）、28层等八幢高层建筑物及一幢商业用房（含社区用房）组成。
本工程需要进行地基处理的是其中六幢，各主要拟建建筑物基本特征见表1.1。
各拟建建筑物基本特征表1.1
编号
层数
（层）
建筑高度（m）
结构
类型
地下室
层数
±0.00
标高（m）
筏板基础
基底标高（m）
筏板基础
厚度（m）
2号楼
18
54.45
框剪
1
489.50
481.05
1.20
3号楼
18
54.45
框剪
1
489.50
481.05
1.20
4号楼
18
51.45
框架
1
490.45
482.45
1.20
5号楼
18
51.45
框架
1
490.45
482.45
1.20
6号楼
18
51.45
框架
1
490.45
482.45
1.20
7号楼
18
51.45
框架
1
490.45
482.45
1.20
本工程由广元工程设计院设计。
基础埋深详见表1.1，要求复合地基承载力特征值:
fspk≥510kPa。
根据《快乐人家岩土工程勘察报告》和设计要求，该场地2、3、4、5、6、7主楼筏板基础范围内基底以下粉砂、砂夹卵石、稍密卵石及中密卵石等地层变形及承载力不能满足设计要求，需对该范围地基进行加固处理。
我公司受建设单位委托进行该工程地基加固处理设计。
根据拟建物性质、场地工程地质及水文地质条件以及四川地区地基加固处理经验，本着技术可靠、施工可行和经济合理的原则，经多方比较，我公司对该工程采用高压旋喷桩地基加固处理方案设计。
2、场地条件
2.1场地位置、地形地貌
拟建场地位于广元市利州区大石片区快乐村境内。
广元市地处四川盆地北部边缘、川陕甘三省结合部，位于成都、西安、重庆和兰州四大西部城市之间的腹心地带，是川陕甘毗邻地区的交通枢纽和物资集散中心，集水、陆、空于一体。
宝成铁路、广旺铁路和108、212两条国道主干线在市区交汇，嘉陵江水运可直达重庆，广元机场已建成通航，成绵广高速快捷方便。
拟建场地位于嘉陵江一级支流南河Ⅰ级阶地，场地大部分属居民种植用地及现状道路，地形起伏较小，勘察期间实测各勘探点孔口地面高程484.51～488.57m，高差为4.06m。
场区地貌总体属构造侵蚀中低山地貌；场地微地貌单元属嘉陵江水系之南河Ⅰ级阶地，地貌类型较单一。
2.2地层结构及分布
根据《快乐人家岩土工程勘察报告》，勘探深度范围内地基土层依次为：
第四系全新统人工填土层（Q4ml）杂填土、第四系全新统耕植层（Q4pd）耕土、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）成因的砂质粉土、粉砂、细砂和卵石、侏罗系中统沙溪庙组（J2S）泥岩。
场内各岩土结构及特征从上到下为：
⑴第四系全新统人工填土层（Q4ml）
杂填土①：
杂色，稍湿，松散，主要由砌筑道路的砂卵石、混凝土块组成，含少量的粉土及生活垃圾等。
主要分布于现状道路处，钻探揭露厚度0.30～3.20m。
⑵第四系全新统耕植层（Q4pd）
耕土②：
场地均有分布。
杂色，松散状，以粉土为主，土中含少量卵石、贝壳等杂物，土质较均匀，主要分布于居民种植用地，钻探揭露厚度0.50m。
⑶第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）
砂质粉土③：
褐黄色，稍湿，稍密。
以粉土为主，含约15～20%粘性土及少量粉砂，土中含黑色碳质物及褐红色铁锰质氧化物斑点。
土体干强度、韧性低，无光泽反应，轻度摇振反应；场地内普遍分布，揭露厚度0.50～4.60m。
粉砂④：
褐灰～褐黄色，稍湿～湿，松散状。
系石英、长石、云母细片、岩屑及暗色矿物等颗粒组成，呈透镜体状分布于卵石层中。
该层局部分布，揭露厚度0.50～1.50m。
细砂⑤：
褐灰～褐黄色，稍湿～湿，松散状。
系石英、长石、云母细片、岩屑及暗色矿物等颗粒组成，呈透镜体状分布于卵石层中，该层局部分布，揭露厚度0.50～2.05m。
卵石⑥：
褐色，局部为棕红色，稍密～中密～密实，稍湿～饱和，卵石主要成分为石英砂岩、石英岩、灰岩，粒径一般2-15cm，磨圆度较好，呈圆状、亚圆状，含漂石，局部含少量粘土；充填物上部主要为粉土，下部以中细砂为主。
根据超重型（N120）动力触探试验及钻探进入难易程度和取芯样充填程度，将其可分为砂夹卵石⑥-1、稍密卵石⑥-2、中密卵石⑥-3等三个亚层：
砂夹卵石⑥-1：
呈层状、似层状和透镜体分布主要分布于卵石层中，充填物以细砂为主，卵石含量小于55%，排列十分混乱，绝大多数不接触，N120锤击数1～3击/10cm。
揭露厚度0.20～4.00m。
稍密卵石⑥-2：
呈层状、似层状和透镜体分布于卵石层中，卵石含量约55-60%，粒径一般2-6cm。
超重型（N120）动力触探试验击数3≤N120<6击。
场地普遍分布。
揭露厚度0.40～4.20m。
中密卵石⑥-3：
呈层状、似层状和透镜体分布于卵石层中，卵石含量约65%，粒径一般3～10cm，含漂石，超重型（N120）动力触探试验击数6≤N120<11击。
揭露厚度0.20～6.20m。
⑷侏罗系中统沙溪庙组（J2S）
泥岩⑦：
紫红色，稍湿，细粒泥质结构，层状构造，主要矿物成分为石英、长石及云母等。
在钻孔揭示深度范围内，场地内普遍分布，岩质软，岩石质量指标一般为25～50%，属岩石质量差的岩石，岩石暴露于空气中易风化，遇水易软化。
根据钻探难易程度分为⑦-1和⑦-2两个亚层。
强风化泥岩⑦-1：
紫红色，层理清晰，其矿物成份为粘土矿物，风化裂隙发育，易风化；岩体破碎，岩质软，岩体基本质量等级可化为Ⅴ级。
该层分布于整个场地，揭露厚度0.80～2.10m。
中风化泥岩⑦-2：
紫红色～紫褐色，层理清晰，其矿物成份为粘土矿物，泥状结构，风化裂隙较发育，巨厚层构造。
岩芯较完整，岩芯呈长柱状，少部分呈短柱状，具有易风化的特征。
锤击易碎、声哑，用镐难挖掘，岩芯钻方可钻进。
岩芯采取率达90%以上。
岩石为软岩，岩体完整程度为较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。
地内均有分布，本次钻探未予揭穿该层，最大揭露厚度10.20m。
砂岩⑧：
灰黄色，细粒结构，厚层～巨厚层状构造。
矿物成分以长石、石英及云母为主，少量岩屑及暗色矿物等，泥质胶结，夹薄层泥岩。
根据风化程度划分以下亚层：
强风化砂岩⑧-1：
矿物成分显著变化，组织结构大部分破坏，节理、裂隙发育，岩质软，岩石强度较低，手可捏碎成粉砂状或手掰即断，岩体完整程度一般，岩芯多呈碎块状、粉状，少量呈短柱状。
中风化砂岩⑧-2：
组织结构部分破坏，层理清楚，沿节理面见褐色次生矿物，局部裂隙发育,锤击易碎,岩质较硬，强度较高，岩芯大多呈短柱状，少量半柱状和碎块状。
地基土主要物理力学参数及承载力建议值表表2.2
土层名称
及代号
土的
重度
Υ
（kN/m3）
地基承载力特征值
fak
（kPa）
压缩
模量
Es
（MPa）
变形
模量
EO
（MPa）
抗剪强度指标
抗压强度标准值（MPa）
桩的极限侧阻力标准值qsik
（kPa）
桩的极限端阻力标准值qpk
（kPa）
粘聚力
C
（kPa）
内摩擦角Ф
（度）
天然
饱和
杂填土
18.0
/
/
/
/
/
/
/
耕土
19.0
50
/
/
/
/
/
/
砂质粉土
19.0
100
3.97
/
14.8
20.2
/
/
30
粉砂
19.2
90
5.2
3.4
0
21
/
/
25
细砂
19.5
90
5.7
3.6
0
21
/
/
45
砂夹卵石
20.0
160
16.0
13.5
0
27
/
/
75
1800
稍密卵石
21.0
280
22.5
20.0
0
31
/
/
90
2000
中密卵石
22.0
420
37.5
30.0
0
36
/
/
120
2200
强风化泥岩
22.8
300
/
/
/
/
/
/
140
1200
中风化泥岩
23.0
800
/
/
/
/
5.8
/
150
强风化砂岩
23.2
500
/
/
/
/
/
/
1200
中风化砂岩
23.8
1000
/
/
/
/
10.5
/
2.3场地水文条件
拟建场地内无地表水体分布，区域地表水主要为南河河水。
场地内地下水类型主要为松散堆积层孔隙潜水和基岩裂隙水。
第四系松散层中的孔隙潜水：
孔隙潜水赋存于卵石层中，靠大气降水、南河河水及上游地下水补给，并通过地下径流，蒸发等方式排泄。
水量及水位受季节性控制较大，一般临近河床部位水量较大，水位埋深较浅。
勘察时为雨季时期，于钻孔内测得地下水稳定水位埋深为6.00～11.50m，高程475.81～481.57m。
场地地下水丰水期年变化幅度为1.5～2.5m，渗透系数可取18m/d。
预计至丰水期（历年7、8、9月份），在自然条件下场地内最高水位可能达到483.50m。
基岩裂隙水主要赋存于侏罗系中统沙溪庙组基岩构造裂隙及风化带裂隙中，地下水主要接受孔隙潜水、大气降水补给，据钻孔揭露，该基岩地层以泥岩及为主，泥岩岩质软，其强风化带裂隙发育，有一定延伸，其透水性、赋水性均一般，水量一般，无统一水位，对基础施工影响较小。
场地地下水对砼及砼中钢筋均具微腐蚀性，对钢结构具微腐蚀性。
场地内土对砼结构、砼中钢筋均具微腐蚀性。
3、高压旋喷桩复合地基设计
3.1设计依据
（1）《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）；
（2）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）；
（3）《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）；
（4）《四川省建筑地基基础检测技术规程》（DBJ51/T014-2013）；
（5）《2、3、4、5、6、7号楼基础平面布置图》；
（6）《快乐人家岩土工程勘察报告》（广元工程设计院）。
3.2地基加固技术要求
根据设计要求，需要对筏板基础以下砂卵石地基进行高压旋喷桩加固处理，经过高压旋喷桩处理后，要求加固处理后形成的复合地基承载力须满足:
fspk≥510kPa。
3.3旋喷桩加固设计计算
3.3.1复合地基计算公式
根据场地地质条件及施工经验，高压旋喷桩成桩直径为500mm，以强风化泥岩作为桩端持力层。
高压旋喷桩为有粘结强度增强复合地基。
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）第7.4.3条，按下列式计算且结合地区经验确定。
（3.3-1）
（3.5-2）
（3.5-3）
（3.5-4）
式中：
——复合地基承载力特征值，取510kPa；
——面积置换率；
λ——单桩承载力发挥系数，取0.9；
——单桩竖向承载力特征值；
——桩的平均截面积，根据本工程土质情况，桩径取0.50m，平均截面积为0.196m2；
——桩间天然地基土承载力特征值，根据地勘资料，综合取
=200kPa；
——桩间土承载力折减系数，根据经验取0.8。
——第i层土的厚度，按照地勘资料取值（本工程中按最短桩长进入强风化泥岩层0.5m计算）；
αp——桩端端阻力发挥系数，有粘结强度增强复合体桩根据经验取0.8。
——单桩分担的处理地基面积的等效圆直径；
——与旋喷桩桩身水泥土配合比相同的室内加固土试块在标养条件下28d龄期的立方体抗压平均强度，取7.5MPa；
——桩周长，取1.57m；
——桩长范围内划分的土层数；
——桩周第i层土的侧阻力特征值，详见表2.2；
——桩端地基土未经修正的承载力特征值，根据地勘提供高压旋喷桩补充设计参数，本工程桩端置于强风化泥岩上，勘察单位提供的补充资料取值600kPa。
3.3.22、3号楼复合地基计算
3.3.2.1高压旋喷桩间距计算及承载力复核计算
按照最不利ZK15号钻孔计算，桩长按进入强风化泥岩考虑。
土名
指标
粉砂
中密卵石
稍密卵石
强风化泥岩
土层厚度（m）
0.9
2.75
3.00
桩的侧阻力特征值qsi（kPa）
13
60
45
桩端端阻力特征值qp（kPa）
600
根据公式
＝1.57（0.9×13＋2.75×60＋3.0×45）＋0.8×600×0.196＝583.45kN
＝0.25×7500×0.196/0.9＝408.33kN
综合以上两种计算，并结合地区类似桩长单桩承载力载荷试验经验，取单桩承载力特征值400.0kN。
根据公式
，
取510kPa，
求得2、3号楼筏板基础地基处理m＝0.209。
本工程高压旋喷桩按照等边三角形布置，根据m=d2/de2，de=1.05s,求得s＝1.04m（其中d=0.50m）。
按照等边三角形布桩，最小桩距取1.00m。
则m=d2/de2=0.227（当桩按等边三角形布置时，de=1.05s），通过公式3.3-1：
计算得fspk＝540.62kPa>510kPa，满足设计对复合地基承载力要求。
3.3.2.2复合土层压缩模量计算
复合土层的压缩模量Espk等于桩间土各天然地基土层压缩模量Es的ζ倍，
ζ＝fspk/fskEspk=ζEs
（1）粉砂层Es取5.20MPa，fspk取510kPa，fsk取90.0kPa，
ζ＝510／90＝5.67
Espk=ζEs＝5.67×5.20=29.5MPa。
（2）中密卵石层Es取37.50MPa，fspk取510kPa，fsk取420.0kPa，
ζ＝510／420＝1.21
Espk=ζEs＝1.21×37.5=45.4MPa。
（3）稍密卵石层Es取22.50MPa，fspk取510kPa，fsk取280.0kPa，
ζ＝510／280＝2.14
Espk=ζEs＝2.14×22.5=45.4MPa。
3.3.34、5号楼复合地基计算
3.3.3.1高压旋喷桩间距计算及承载力复核计算
按照最不利ZK94号钻孔计算，桩长按进入强风化泥岩考虑。
土名
指标
稍密卵石
砂夹卵石
稍密卵石
中密卵石
强风化泥岩
土层厚度（m）
2.20
1.50
0.80
2.80
桩的侧阻力特征值qsi（kPa）
45
38
45
60
桩端端阻力特征值qp（kPa）
600
根据公式
＝1.57（2.2×45＋1.5×38＋0.8×45+2.8×60）＋0.8×600×0.196＝659.28kN
＝0.25×7500×0.196/0.9＝408.33kN
综合以上两种计算，并结合地区类似桩长单桩承载力载荷试验经验，取单桩承载力特征值400.0kN。
根据公式
，
取510kPa，
求得4、5号楼筏板基础地基处理m＝0.209。
本工程高压旋喷桩按照等边三角形布置，根据m=d2/de2，de=1.05s,求得s＝1.04m（其中d=0.50m）。
按照等边三角形布桩，最小桩距取1.00m。
则m=d2/de2=0.227（当桩按等边三角形布置时，de=1.05s），通过公式3.3-1：
计算得fspk＝540.62kPa>510kPa,满足设计对复合地基承载力要求。
3.3.3.2复合土层压缩模量计算
复合土层的压缩模量Espk等于桩间土各天然地基土层压缩模量Es的ζ倍，
ζ＝fspk/fskEspk=ζEs
（1）稍密卵石层Es取22.50MPa，fspk取510kPa，fsk取280.0kPa，
ζ＝510／280＝1.82
Espk=ζEs＝1.82×22.5=40.9MPa。
（2）砂夹卵石Es取16.00MPa，fspk取510kPa，fsk取160.0kPa，
ζ＝510／160＝3.19
Espk=ζEs＝3.19×16.0=51.0MPa。
（3）中密卵石层Es取37.50MPa，fspk取510kPa，fsk取420.0kPa，
ζ＝510／420＝1.21
Espk=ζEs＝1.21×37.5=45.4MPa。
3.3.46、7号楼复合地基计算
3.3.4.1高压旋喷桩间距计算及承载力复核计算
按照最不利ZK120号钻孔计算，桩长按进入强风化泥岩考虑。
土名
指标
粉砂
砂夹卵石
中密卵石
稍密卵石
中密卵石
强风化泥岩
土层厚度（m）
0.7
1.30
3.4
0.70
0.5
桩的侧阻力特征值qsi（kPa）
13
38
60
45
60
桩端端阻力特征值qp（kPa）
600
根据公式
＝1.57（0.7×13＋1.3×38＋3.4×60+0.7×45+0.5×60）＋0.8×600×0.196
＝555.66kN
＝0.25×7500×0.196/0.9＝408.33kN
综合以上两种计算，并结合地区类似桩长单桩承载力载荷试验经验，取单桩承载力特征值400.0kN。
根据公式
，
取510kPa，
求得6、7号楼筏板基础地基处理m＝0.209。
本工程高压旋喷桩按照等边三角形布置，根据m=d2/de2，de=1.05s,求得s＝1.04m（其中d=0.50m）。
按照等边三角形布桩，最小桩距取1.00m。
则m=d2/de2=0.227（当桩按等边三角形布置时，de=1.05s），通过公式3.3-1：
计算得fspk＝540.62kPa>510kPa,满足设计对复合地基承载力要求。
3.3.4.2复合土层压缩模量计算
复合土层的压缩模量Espk等于桩间土各天然地基土层压缩模量Es的ζ倍，
ζ＝fspk/fskEspk=ζEs
（1）粉砂层Es取5.20MPa，fspk取510kPa，fsk取90.0kPa，
ζ＝510／90＝5.67
Espk=ζEs＝5.67×5.20=29.5MPa。
（2）砂夹卵石Es取16.00MPa，fspk取510kPa，fsk取160.0kPa，
ζ＝510／160＝3.19
Espk=ζEs＝3.19×16=51.0MPa。
（3）中密卵石层Es取37.50MPa，fspk取510kPa，fsk取420.0kPa，
ζ＝510／420＝1.21
Espk=ζEs＝1.21×37.5=45.4MPa。
（4）稍密卵石层Es取22.50MPa，fspk取510kPa，fsk取280.0kPa，
ζ＝510／280＝1.82
Espk=ζEs＝1.82×22.5=40.9MPa。
3.4旋喷桩布置
根据设计计算得出的置换率及桩间距，结合各栋建筑基础形式，在筏板基础范围内均匀布桩，布桩形式采用等边三角形布置，桩间间距为1.00m，局部位置布桩根据现场基础形式有所调整。
详见《高压旋喷桩桩位平面布置图》。
3.5旋喷桩桩长
高压旋喷桩以强风化泥岩为桩端持力层，桩长根据地质情况确定。
根据地勘资料揭露地层情况：
旋喷桩处理深度6.10～8.80m，2、3号楼平均桩长约7.8m，4、5号楼平均桩长约7.10m，6、7号楼平均桩长约7.3m。
3.6褥垫层
竖向承载旋喷桩复合地基宜在基底至桩顶之间设置褥垫层。
褥垫层厚度取300mm，其材料用级配砂卵石，含泥量不大于5%。
褥垫层的铺设宽度宜大于基础尺寸200mm。
褥垫层需经静力压实或动力压实法（桩间土含水量较少时）压实，其夯实后的厚度与虚铺厚度之比不大于0.9。
3.7设计工程量
按照高压旋喷桩桩位平面布置图和地勘资料揭露地层情况，设计工程量详见下表：
工程量
名称
地基处理范围（m2）
褥垫层
面积（m2）
旋喷桩数
（根）
预计平均处理深度
（m）
预计总进尺深度
（m）
总桩数
（根）
总米数
（m）
2、3号楼
1449.0
1485.5
1722
7.8
13431.6
5513
41107.8
4、5楼
1591.5
1653.0
1886
7.2
13579.2
6、7号楼
1611.8
1670.7
1905
7.4
14097.0
3.8旋喷桩施工工艺及施工方法
3.8.1施工工艺
测量放孔→采用SH-30型钻机引孔（或采用YXZ70钻机冲击引孔）→置入旋喷管→自孔底至基底高压旋喷→孔口补浆→浆体养护→加固效果检测→褥垫层施工。
3.8.2施工方法
（1）测放桩位：
根据本技术方案灌浆点平面布置图，施放各旋喷桩位置。
在施工过程中，随时复核桩位，以保证桩位准确。
（2）成孔
先根据现场实际地层情况，用SH-30型钻机引孔至设计深度。
场地若遇有漂石，如果SH30型钻机无法引孔至设计深度，应采用YXZ70钻机引孔至设计深度。
（3）下旋喷管：
将旋喷管放入成好的孔中，下旋喷管过程中须保证喷嘴不被堵塞和钻杆接头处不松动。
（4）旋喷作业：
在旋喷管放入设计深度后，在旋喷过程中控制压力（25MPa）、转速（16～20转/分）和提速（15~25cm/min），慢速提升旋喷管至桩顶。
为确保复合地基质量，在桩底和桩顶1.0m位置须复喷1～2次。
旋喷作业完成后，须将不断冒出地面的浆液回灌到桩孔内，直到桩孔内的浆液面不再下沉为止。
桩顶浮浆及保护桩长度约0.2～0.4m。
（5）旋喷桩施工完成后，整平场地，进行表面处理（包括清理桩头等），在表面铺设一层300mm厚的级配良好的砂卵石，碾压密实，压实后的褥垫层厚度与虚铺厚度比不得大于0.90。
3.8.3旋喷桩施工关键点控制
（1）严格根据地勘报告和现场成孔情况，确保桩达到设计深度。
（2）严格控制喷射压力及旋喷管的提升速度，对桩顶和桩底1.0m深度范围内进行复喷。
3.9施工控制参数
本次采用单重管法施工，其原理是高压水泥浆通过特制的钻杆，送至钻杆端部，通过喷嘴形成喷射流，冲刷切割土体，并置换部分土体，并与部分土体混合，由此形成具有一定强度的水泥土固结体。
高压旋喷拟定参数如下：
喷浆压力：
25MPa
提升速度：
15～25cm/min
旋转速度：
16～20r/min
水泥浆水灰比：
1:
1
水泥每米使用量：
约100～150kg。
4、旋喷地基加固质量检测
在正式施工前，应按照国家相关规范和规程选取试验
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