某科研中心复合桩基建设工程施工组织设计.docx

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某科研中心复合桩基建设工程施工组织设计

某科研中心复合桩基建设工程

施工组织设计

1、项目概况某科研中心布局为L型，C座地上为5层，无地下室；A座地上三层,地下一层;B座地上为7层,地下室1层;框架-剪力墙结构，基础形式采用筏型基础。

设计要求处理后复合地基承载力特征值不小于170kPa，基底土层的承载力特征值为80kPa，对于A、C座的基础平均沉降量不超过50mm，整体倾斜最终允许值为0.004，B座基础年均匀沉降不超过10mm，年不均匀沉降小于1mm，三年稳定，最终整体倾斜允许值为0.002。

本项目±0.000=43.25m。

其中A、B座垫层底标高为-6.45m，C座垫层底标高为-2.10m。

2、载体桩复合地基计算2.1载体桩工艺介绍载体桩是先采用细长锤夯击成孔，然后将护筒沉到设计标高，分批向孔内投入填充料，反复夯实、挤密，以三击贯入度作为控制指标，达到设计要求后，再填入干硬性混凝土夯实，在桩端形成载体，然后放置钢筋笼、灌注混凝土或放入预制管桩。

该工艺是采取主动措施，通过外加填料和夯击，使桩端土体在一定的约束下，减小土体的孔隙，排出孔隙中的孔隙水，对桩端土体进行夯实加固，改善桩端土体的物理力学性能，从而提高桩的承载能力，使桩端土体达到最有效的挤密，故该技术的核心为深层土体的密实理论。

（1）载体桩的构成载体桩是由载体和混凝土桩身组成，其中载体由三部分构成：

干硬性混凝土、填充料和挤密土体。

载体施工时，通过柱锤夯击、反压护筒成孔，当成孔到设计标高后向孔内填入砖、碎石等填料夯实，达到设计的三击贯入度后，再填入夯填适量干硬性混凝土，即形成所谓的载体。

它的影响区域在纵向上为3~5m，在横向上为2~3m，即施工完毕时，桩端下深3~5m，宽度2~3m的土体都得到了有效挤密，形成自内到外依次为干硬性混凝土、填充料、挤密土体组成的载体。

根据桩身混凝土的施工方法、施工材料及受力条件等的不同，载体桩分为现浇钢筋混凝土载体桩、素混凝土载体桩和预制桩身的载体桩，载体的构造见下图。

载体桩的构成

（2）载体桩的受力机理由于载体桩的施工是通过重锤夯击填料形成载体，因此载体底部和周围土体中的部分空气和水被排出，土的孔隙比降低，承载力和压缩模量得以提高，在受力时，上部荷载主要通过桩身传递到桩端的载体，再通过载体传递到持力层土体上，而载体由三部分组成，从混凝土到挤密土体，材料的压缩模量逐级降低、承载力量也逐级降低，下一层材料对于上一层材料，是相对软弱层，因此桩身传递的附加应力经过三种材料逐级降低，当传递到持力土层时，附加应力已大大降低，小于地基土的承载力，这是载体桩单桩承载力高的主要原因。

载体桩的受力传递从受力上分析载体桩实际上是深层扩展基础。

当上部荷载作用在桩顶时，通过桩身传到复合载体，并最终将荷载扩散到扩展基础底部的持力土层。

桩身可以等效为传力的杆件，载体等效为传递荷载的载体扩展基础。

只要桩间距在2.0～3.0m之间，从受力上分析，采用承台梁和载体桩，其受力即可以等效为条形基础的受力；若采用独立承台，载体桩的受力可以等效为独立柱基的受力；若采用满堂布置的载体桩，则其受力可以等效为筏板基础的受力，如上图所示。

故载体桩基础将地基处理的问题演变为结构设计中的基础设计问题。

载体桩通过对深度的施工控制达到载体基础的埋深；通过三击贯入度对干硬性混凝土和填料的施工进行控制达到载体扩展基础的面积。

一般情况下，载体桩不考虑侧壁摩阻对桩承载立的贡献，而作为承载安全储备，在桩长超过10米时，可以考虑侧壁摩阻力。

（3）载体桩技术的核心土体由三部分组成：

土粒、空隙和水。

从物理力学性质上分析，土体空隙和水占总体积的比例越高低，土体密实度、压缩模量就越高，承载力也就越高。

地基土是经过若干万年土体的沉积和固结而成的，土层埋层越深，沉积年代就越久，土体越密实，其承载力也就越高，故从理论上分析，只要埋深足够深、基础底面积足够大，任何一种建筑的基础都可以采用天然地基。

但从施工技术难度或造价的高低等原因考虑，并非所有建筑基础都能采用天然地基，对于相当多的建筑物基础，当天然地基承载力不满足设计要求时，常常采用地基处理方法或桩基础。

载体桩施工技术在一定深度的侧限约束下的特定土层中，在柱锤冲击能量的作用下克服剪切力成孔，填以适当的填充料夯实，使桩端土体实现最优的密实，达到设计要求三击贯入度，形成等效计算面积为Ae的多级扩展基础，实现应力的扩散。

一定埋深是为了保证足够的侧向约束，是土体密实的边界条件；柱锤夯击提供夯实土体的能量，是土体密实的外力条件；测量三击贯入度是为检测孔隙或水的排除情况，土体的密实度是否达到要求，是土体密实的最终结果。

故载体桩技术的核心即为土体的密实，通过实现土体密实形成等效扩展基础。

（4）载体桩技术的优点与普通混凝土桩相比，载体桩具有如下显著的优点：

1）通过填料、夯击挤密土体形成载体，可有效提高单桩承载力。

通常情况下，其承载力是同条件下相同桩径和相同桩长普通混凝土灌注桩的2～5倍；2）在同一施工场地，在不改变桩长、桩径的前提下，可根据不同的设计要求，通过调整施工参数来调节。

3）施工控制参数明确，可以避免场地差异造成的桩承载力差异问题。

载体桩是通过控制三击贯入度来保证成桩承载力的，由于地下工程具有很多不确定性，岩土工程勘察时只能通过有限的勘察孔点来推断整个场地的地质状况，在一定程度上存在同一深度处存在着某些差异性的情况，而这种差异可能会对具体的某个桩基产生不利的影响，载体桩在成桩时，通过控制三击贯入来确定停锤标准，可对不同的加固土层达到同一加固效果，达到承载和变形的一致性。

4）可解决成孔及成桩问题，对于建筑垃圾、砖块、混凝土块等杂填土场地，须采取有效的成孔和护壁措施才能确保成桩质量，载体桩在施工时，通过重锤夯击、护筒反压护壁成孔解决了成孔和护壁问题，保证桩身不缩径、不断桩。

5）可解决不同桩长承载力差异问题由于载体桩在通常情况下不考虑桩侧壁摩阻承载力，主要考虑载体对桩承载力的贡献能力，因此，在同一加固土层中只要三击贯入度相同，其承载力差异不大，这样在进行设计时，可以脱离常规设计理念中长度对承载能力的影响，根据实际地层条件确定合适的桩长和适宜的加固土层。

6）可解决地震液化，减小工后沉降。

由于载体桩在施工时，通过重锤夯击成孔，填料夯击形成载体，在成孔和夯击填料时，由于大能量冲击，对桩周土体和桩底部土体颗粒重新进行排列，进行了有效挤密加固，提高了土体的抗液化能力，并对桩底土体进行了预沉降处理，有效减少了工后沉降。

在九江某小区，在一次地震中，采用其他地基处理技术的建筑物都出现了不同程度的裂隙，而采用载体桩技术处理的建筑物，毫发未损。

2.2设计参数选择与单桩承载力设计2.2.1参数的选择载体桩基础以第③层粉细砂为载体持力层，桩身长度在A、B座为6米，C座为9米，桩直径为430mm。

2.2.2设计依据1.《载体桩设计规程》JGJ135-2007。

2.《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008。

3.《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002。

4.《混凝土结构设计规范》GB50010-2002。

5.本工程《岩土工程勘察报告》。

6.本工程结构荷载及建筑图。

2.2.3单桩承载力估算根据工程地质剖面图，本工程持力层为第③层粉细砂，fak=190kPa。

（1）A、B座桩承载力计算桩的有效桩长为6.0m。

土的有效重度：

γ0=18.0kN/m。

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002，ηd=3.0。

根据《载体桩设计规程》JGJ135-2007：

由公式4.3.2（P9）RafaAefa=fak＋ηdγm（6-0.5）=190＋3.0×（6.0-0.50）×18.0=487查表4.3.2（P10）取三击贯入度20cm，得：

Ae=1.8m2则：

RafaAe=487×1.8=876

（2）C座桩承载力计算桩的有效桩长为9.0m。

土的有效重度：

γ0=18.0kN/m。

根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002，ηd=3.0。

根据《载体桩设计规程》JGJ135-2007：

由公式4.3.2（P9）RafaAefa=fak＋ηdγm（9-0.5）=190＋3.0×（9.0-0.50）×18.0=649查表4.3.2（P10）取三击贯入度20cm，得：

Ae=1.8m2则：

RafaAe=649×1.8=1168kN。

（3）桩承载能力确定本项目上部结构荷载要求为170kPa，经验算，单桩承载能力特征值只要达到350kN就能满足要求，因此单桩承载力特征值确定为350kN。

（4）桩身强度验算：

桩身强度暂定为C20。

根据《载体桩设计规程》JGJ135-2007式4.3.3：

桩身强度（C20）：

Q0.75fcAP=0.75×9.6×0.785×4002=1045kN。

强度满足要求。

2.2.4复合地基承载力及沉降计算2.2.4.1C座复合地基承载力及沉降计算

（1）西北角（钻孔1）地基处理计算[计算条件][基本参数]地基处理方法：

载体桩法[基础参数]基础类型：

基础埋深：

基础宽度：

基础长度：

矩形基础1.200（m）3.600（m）3.600（m）20.000（kN/m3）基础覆土容重：

基底压力平均值：

170.0（kPa）基底压力最大值：

170.0（kPa）[土层参数]土层层数：

14.000（m）30.000（m）0.668地下水埋深：

压缩层深度：

沉降经验系数：

地基承载力修正公式：

承载力修正基准深度d0：

0.500（m）序号土类型土层厚容重饱和容重压缩模量承载力nbnd（m）（kN/m_）（kN/m_）（MPa）（kPa）1素填土2.50018.0---3.00080.00.0001.0002杂填土5.40018.0---3.00080.00.0001.0003粉土1.00018.5---11.670170.00.0001.5004细砂1.30018.0---20.000190.00.0003.0005粘性土1.20019.8---10.280180.00.0001.6006细砂2.80018.020.020.000190.00.0003.0007粉土0.60019.921.018.850190.00.0001.5008粉砂30.00018.019.025.000220.00.0003.000***nb--基础宽度地基承载力修正系数***nd[载体桩参数]桩布置形式：

矩形桩竖向间距：

1.800（m）桩水平间距：

1.800（m）桩直径：

430（mm）桩长：

9.000（m）承载力计算公式：

--基础深度地基承载力修正系数单桩承载力特征值：

350.000（kN）桩间土承载力折减系数：

1.000垫层厚度：

200（mm）垫层超出桩外侧的距离：

300（mm）基础边缘外桩的排数（横向）：

基础边缘外桩的排数（竖向）：

[处理土层参数]土层天然土层ff提高系数k桩间土fsk天然土层Es复合地基Es天然土层复合地基è180.01.00080.03.0006.91613.60.0280.01.00080.03.0006.91623.018.53170.01.000170.011.67018.56323.023.04190.01.000190.020.00030.47523.023.05180.01.000180.010.28015.98923.023.0***f--表示原始土层承载力特征值（kPa）***fsk--表示桩间土承载力特征值（kPa）***Es--表示压缩模量（MPa）***--表示压力扩散角（度）***承载力提高系数和复合地基压力扩散角为交互参数；***天然土层的承载力、压缩模量为土层参数，列在这里便于对比；***天然土层的压力扩散角、桩间土fsk和复合地基压缩模量为计算中间结果。

计算结果:

1.基础底面处承载力计算基底平均压力pk：

基底最大压力pkmax：

基底自重压力pc：

置换率m：

桩间土承载力fsk：

复合地基承载力特征值fspk：

pk<=fz,满足！

pkmax<=1.2*fz,满足！

因此复合地基承载力满足要求！

2.地基处理深度范围深度pzpczpz+pczfz是否满足900170.0（kPa）170.0（kPa）21.6（kPa）0.04580.0（kPa）184.4（kPa）197.0（kPa）修正后复合地基承载力特征值fz：

（m）（度）（kPa）（kPa）（kPa）（kPa）22.500.0148.445.0193.4220.4满足！

37.9018.537.0142.2179.2403.6满足！

48.9023.029.6160.7190.3441.2满足！

510.2023.022.9184.1207.0455.0满足！

3.下卧土层承载力验算土层号深度pzpczpz+pczfz是否满足（m）（度）（kPa）（kPa）（kPa）（kPa）510.4023.022.1188.1210.2466.4满足！

611.4023.018.6207.9226.4786.2满足！

714.2023.012.2256.7268.9561.4满足！

814.8023.011.3263.3274.5983.1满足！

***--土层的应力扩散角***pz--下卧层顶面处的附加应力值***pcz--下卧层顶面处土的自重压力值***fz--下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值4.沉降计算沉降计算点坐标（X0,Y0）=（0.000,0.000）层号厚度压缩模量Z1Z2压缩量应力系数积分值（m）（MPa）（m）（m）（mm）（z2a2-z1a1）11.306.9160.001.3026.541.237025.406.9161.306.7041.061.913931.0018.5636.707.700.870.108541.3030.4757.709.000.530.107950.2015.9899.009.200.130.014161.0010.2809.2010.200.910.062972.8020.00010.2013.000.960.128880.6018.85013.0013.600.170.0214916.4025.00013.6030.001.470.2474压缩模量的当量值：

7.850（MPa）沉降计算经验系数：

0.668总沉降量：

0.668*72.63=48.52（mm）***Z1--基础底面至本计算分层顶面的距离***Z2--基础底面至本计算分层底面的距离

（2）C座东北角（钻孔2）地基处理计算[计算条件][基本参数]地基处理方法：

载体桩法[基础参数]基础类型：

基础埋深：

基础宽度：

基础长度：

矩形基础1.250（m）3.600（m）3.600（m）20.000（kN/m3）基础覆土容重：

基底压力平均值：

170.0（kPa）基底压力最大值：

170.0（kPa）[土层参数]土层层数：

814.000（m）30.000（m）0.669地下水埋深：

压缩层深度：

沉降经验系数：

地基承载力修正公式：

承载力修正基准深度d0：

0.500（m）序号土类型土层厚容重饱和容重压缩模量承载力nbnd（m）（kN/m_）（kN/m_）（MPa）（kPa）1素填土5.50018.0---3.00080.00.0001.0002杂填土2.70018.0---3.00080.00.0001.0003粉土0.90018.5---11.670170.00.0001.5004细砂1.40018.0---20.000190.00.0003.0005粘性土0.80019.8---10.280180.00.0001.6006细砂2.90018.020.020.000190.00.0003.0007粉土0.50019.921.018.850190.00.0001.5008粉砂30.00018.019.025.000220.00.0003.000***nb--基础宽度地基承载力修正系数***nd11--基础深度地基承载力修正系数[载体桩参数]桩布置形式：

矩形桩竖向间距：

1.800（m）桩水平间距：

1.800（m）桩直径：

430（mm）桩长：

9.000（m）承载力计算公式：

单桩承载力特征值：

350.000（kN）桩间土承载力折减系数：

1.000垫层厚度：

200（mm）垫层超出桩外侧的距离：

300（mm）基础边缘外桩的排数（横向）：

基础边缘外桩的排数（竖向）：

[处理土层参数]土层天然土层ff提高系数k桩间土fsk天然土层Es复合地基Es天然土层复合地基è180.01.00080.03.0006.91623.00.0280.01.00080.03.0006.91623.018.53170.01.000170.011.67018.56323.023.04190.01.000190.020.00030.47523.023.0***f--表示原始土层承载力特征值（kPa）***fsk--表示桩间土承载力特征值（kPa）***Es--表示压缩模量（MPa）***--表示压力扩散角（度）***承载力提高系数和复合地基压力扩散角为交互参数；***天然土层的承载力、压缩模量为土层参数，列在这里便于对比；***天然土层的压力扩散角、桩间土fsk和复合地基压缩模量为计算中间结果。

计算结果:

1.基础底面处承载力计算基底平均压力pk：

基底最大压力pkmax：

基底自重压力pc：

置换率m：

00170.0（kPa）170.0（kPa）22.5（kPa）0.04512桩间土承载力fsk：

复合地基承载力特征值fspk：

pk<=fz,满足！

pkmax<=1.2*fz,满足！

因此复合地基承载力满足要求！

80.0（kPa）184.4（kPa）197.9（kPa）修正后复合地基承载力特征值fz：

2.地基处理深度范围深度pzpczpz+pczfz是否满足（m）（度）（kPa）（kPa）（kPa）（kPa）25.500.0147.599.0246.5274.4满足！

38.2018.565.5147.6213.1409.0满足！

49.1023.050.3164.2214.5444.7满足！

3.下卧土层承载力验算土层号深度pzpczpz+pczfz是否满足（m）（度）（kPa）（kPa）（kPa）（kPa）410.4523.035.7188.5224.3728.6满足！

510.5023.035.3189.4224.8468.7满足！

611.3023.029.6205.3234.9778.6满足！

714.2023.017.3255.9273.2560.3满足！

814.7023.016.0261.4277.4977.5满足！

***--土层的应力扩散角***pz--下卧层顶面处的附加应力值***pcz--下卧层顶面处土的自重压力值***fz--下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值4.沉降计算沉降计算点坐标（X0,Y0）=（0.000,0.000）层号厚度压缩模量Z1Z2压缩量应力系数积分值（m）（MPa）（m）（m）（mm）（z2a2-z1a1）14.256.9160.004.2557.752.707922.706.9164.256.9510.080.472730.9018.5636.957.850.740.092941.3530.4757.859.200.520.107950.0520.0009.209.250.030.003460.8010.2809.2510.050.730.05071372.9020.00010.0512.951.000.135680.5018.85012.9513.450.140.0181916.5525.00013.4530.001.490.2526压缩模量的当量值：

7.819（MPa）沉降计算经验系数：

0.669总沉降量：

0.669*72.47=48.48（mm）***Z1--基础底面至本计算分层顶面的距离***Z2--基础底面至本计算分层底面的距离（3）C座西南角（钻孔3）地基处理计算计算项目:

地基处理计算1[计算条件][基本参数]地基处理方法：

载体桩法[基础参数]基础类型：

矩形基础基础埋深：

2.300（m）基础宽度：

3.600（m）基础长度：

3.600（m）基础覆土容重：

20.000（kN/m3）基底压力平均值：

170.0（kPa）基底压力最大值：

170.0（kPa）[土层参数]土层层数：

7地下水埋深：

14.000（m）压缩层深度：

30.000（m）沉降经验系数：

0.654地基承载力修正公式：

承载力修正基准深度d0：

0.500（m）序号土类型土层厚容重饱和容重压缩模量承载力nb（m）（kN/m_）（kN/m_）（MPa）（kPa）14nd1素填土2.30018.0---3.00080.00.0001.0002杂填土5.20018.0---3.00080.00.0001.0003粉土2.50018.5---11.670170.00.0001.5004细砂1.40018.0---20.000190.00.0003.0005粘性土0.70019.8---10.550170.00.0001.6006粉土1.40020.5---18.850190.00.0001.5007粉砂30.00018.021.025.000220.00.0003.000***nb--基础宽度地基承载力修正系数***nd[载体桩参数]桩布置形式：

矩形桩竖向间距：

1.800（m）桩水平间距：

1.800（m）桩直径：

430（mm）桩长：

9.000（m）承载力计算公式：

--基础深度地基承载力修正系数单桩承载力特征值：

350.000（kN）桩间土承载力折减系数：

1.000垫层厚度：

200（mm）垫层超出桩外侧的距离：

300（mm）基础边缘外桩的排数（横向）：

基础边缘外桩的排数（竖向）：

[处理土层参数]土层天然土层ff提高系数k桩间土fsk天然土层Es复合地基Es天然土层复合地基è280.01.00080.03.0006.91623.018.53170.01.000170.011.670