防灾科技学院毕业设计cfg桩.docx
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防灾科技学院毕业设计cfg桩
防灾科技学院
毕业设计
题 目
廊坊金碧伦小区3#楼CFG桩地基设计
学生姓名
赵玉政
学 号
105021225
系别
防灾工程系
专业
勘查技术与工程
班 级
1050212
开题时间
2014年3月10日
答辩时间
2014年6月8日
指导教师
张建毅
职称
讲师
廊坊金碧伦小区3#楼CFG桩地基设计
作者：
赵玉政
指导教师：
张建毅
摘要:
廊坊金碧伦小区3#楼位于廊坊市和平路西侧，京沪铁路北侧，3#楼为长80.62米，宽13.20米，楼层为11层，为框架结构，基础埋深约为3.00米。
持力层地基土天然承载力为150Kpa，小于设计要求的360Kpa承载力，需进行地基设计。
经方案优选后决定采用CFG桩进行地基设计。
本文主要包括了CFG地基设计计算，施工组织设计两大部分，其中详细阐述了设计计算中的桩径、桩间距、桩长的的确定和沉降计算等内容。
关键词：
地基；CFG桩；设计；施工
TheCFGfoundationdesignof3#buildinginLangfangareaJinbiLun
Candidate：
ZhaoYuzheng
Supervisor：
ZhangJianyi
Abstract:
LangfangJinbiLunarea3#buildingislocatedinHepingRoadwestsideofLangfangCity,theBeijingShanghaiRailwayonthenorthside,3#flooris80.62meterslong,13.20meterswide,11floors,framestructure,foundationdepthisabout3meters.Bearinglayeroffoundationsoilnaturalcarryingcapacitywas150Kpa,lessthanthedesignrequirementsofthebearingcapacityof360Kpa,tothefoundationdesign.TheschemeselectiondecisionoffoundationdesignusingCFGpile.ThispapermainlyincludesthecalculationoftheCFGfoundationdesign,constructionorganizationdesignoftwoparts,whichdetailthedesignandcalculationofpilediameter,pilespacing,pilelengthanddeterminethesettlementcalculationetc..
Kerword：
Foundation；CFGplie；Design；Constructio
5.5主要施工机具安排计划……………………………………………………………...32
6结论….................................................................................................................................33
引言
我国从20世纪70年代起开始利用碎石桩加固地基，这在砂土、粉土中消除地基液化和提高地基承载力方面有比较好的效果。
但后来将其用于粘性土中却发现地基的承载力提高幅度不大。
研究发现其根本原因在于属散体材料桩，本身没有粘结强度，主要靠周围土体的约束来抵抗基础传来的竖向荷载。
土体越软，对桩的约束作用越差，桩传递竖向荷载能力越弱。
而CFG桩正是针对上述碎石桩承载特性的不足加以改进继而发展起来的。
在地基处理技术中CFG桩复合地基技术已经被广泛使用。
因为其具有施工速度快、工期短、质量容易控制工程造价低廉的特点。
本文以廊坊金碧伦小区3#楼为实例,介绍CFG桩加固软土的机理和复合地基的受力性状。
概括CFG桩复合地基设计和计算的基本理论,利用这一原理,分析了桩体模量、桩长、置换率等对CFG桩复合地基承载性状的影响,说明了CFG桩在该地区进行地基处理的适用性和推广普及的可行性。
1概述
1.1CFG桩概述
CFG桩是英文CementFly-ashGravelPile的缩写，意为水泥粉煤灰碎石桩，由碎石、石屑、砂、粉煤灰掺水泥加水拌和，用各种成桩机械制成的可变强度桩，和桩间土、褥垫层一起组成CFG桩复合地基。
（如下图）通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C15-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。
CFG桩和桩间土一起，通过褥垫层形成CFG桩复合地基共同工作，故可根据复合地基性状和计算进行工程设计。
CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价。
CFG桩中的水泥经水解和水化反应以及与粉煤灰的凝硬反应，生成了主要成分为铝酸钙和硅酸钙水化物等不溶于水的纤维状结晶化合物，并不断延伸充填到碎石和石屑的孔隙中，将原来由点—点和点—面接触的骨料紧绕粘结在一起，使桩体的抗剪强度和变形模量大大提高。
理论分析和三轴压缩试验表明，与碎石桩或石灰桩等低粘结强度桩相比，CFG桩具有较高的桩体模量、强度和承载力；桩体的置换作用显著承载力提高幅度较大。
CFG桩长由几米到二十多米，并且可全长发挥桩的侧阻力，桩承担的荷载占总荷载的百分比可在40～75％之间变化，使得复合地基承载力提高幅度大并具有很大的可调性。
当地基承载力较高时，荷载又不大，可将桩长设计得短一点，荷载大时桩长可设计得长一些。
特别时天然地基承载力较低而设计要求得承载力较高，用柔性桩复合地基一般难以满足设计要求，CFG桩复合地基则比较容易实现。
如下图：
图1.1CFG桩示意图
1.2CFG桩设计流程
2工程概况
2.1工程概述
廊坊金碧伦小区位于廊坊市和平路西侧，京沪铁路北侧，廊坊市市政设施管理处东北角。
东北角场地1#、2#楼位置原为水坑，现已填回，勘探查明最大深度3.90。
拟建建筑物1#楼为长38.18米，宽13.00米，楼层为6层，基础埋深约为2.50米；2#楼为长40.25米，宽13.00米，楼层为6层，基础埋深约为2.50米；3#楼为长80.62米，宽13.20米，楼层为11层，上述拟建建筑物均为框架结构，基础埋深约为3.00米。
图2.1金碧伦小区地理位置图
2.2技术参数
2.2.1场地地质背景
廊坊市属永定河流域冲击平原。
地势西北略高，东南低洼，自然坡度约为0.5%，海拔7.0-23.0米。
20.0米以上地层属第四系全新统沉积。
沉积物主要来源于永定河流域泛滥沉积。
由于河流多次泛滥，故沉积物层次繁多，大都呈薄层、交互层和透镜体状。
地层岩性以粘性土、粉土与砂类土为主。
廊坊市主体地质构造为早第三季前的断裂及其控制的断块构造。
主要断裂带有三组，主干断裂带为北北东向，其次为北东向和北西向断裂带。
2.2.2地层岩性及工程地质性质
根据勘察报告钻探揭露地下45.00米深度范围内，
层至
层属第四系全新统河湖相沉积，
层以下地层属上更新统陆相沉积。
岩性以粘性土、粉土和粉细砂为主，依据地层成因及工程性质将所揭露地层划分为14个地层单元，14个工程地质层，现自上而下简述如下：
1、第四系全新统沉积地层
①-1层素填土:
黄褐色，稍密，湿,以粉土为主,土质不均，含少量建筑垃圾。
层厚1.00〜1.80米，层底标高-4.52〜-1.86米。
②层粉土：
黄色，中密〜密实，湿，干强度低，低韧性，摇振反应中等，无光泽，夹粉质粘土薄层，该层在I#、2#楼处仅在场地东侧有―分布。
层厚1.20〜3.00米，层底标高-4.60〜1.52米。
③层粉土：
灰色，稍密〜中密,局部密实，湿，干强度低，低韧性，摇振反应屮等，无光泽，含云母，夹粉质粘土薄层，夹砂。
层厚0.60〜2.50米，层底标高州-6.38〜-5.16米。
④层粘土：
灰色，软塑〜可塑，干强度屮等，中等〜高压缩性，中等韧性，稍有光泽，夹粉质粘土、粉土薄层，见碳斑。
层厚2.20〜3.30米，层底标高-8.72〜-7.96米。
⑤层粉土：
灰黄色，湿，局部稍湿，中密-密实，干强度低，低韧性，摇振反应中等，无光泽，含云母，夹砂，见锈染，含礓石。
层厚0.40〜120米，层底标高-12.96〜-9.06米。
⑤-1层粘土：
灰黄色，可塑，干强度中等，中等〜高压缩性，中等韧性，稍有光泽，局部夹粉土薄层。
该层位于⑤层粉土中上部。
层厚0.60〜2.70米，层底标高-11.82〜-10.08米。
⑥层粉质粘土：
灰色，可塑，干强度中等，中等压缩性，中等韧性，稍有光泽，夹粉土薄层。
层厚1.30〜230米，层底标高-14.82〜-13.36米。
⑥-1层细砂夹粉土：
灰色，中密〜密实，饱和，主要成分：
石英、长石、云母，颗粒级配良好，夹粉土。
层厚0.70〜1.70米，层底标高-16.06〜-14.32米。
⑦层粉质粘土夹粘土：
灰黄色，可塑〜硬塑，干强度高，中等压缩性，局部高压缩性，高韧性，切面光滑，夹粉土薄层，夹砂，含礓石，见锈染。
层厚1.20〜3.50米，层底标高-18.12〜-16.21米。
⑧层粉土：
黄色，中密〜密实，湿，干强度低,低韧性，摇振反应中等,无光泽，含云母。
层厚1.20〜3.80米,层底标高-20.56〜-18.82米。
2、第四系上更新统地层
⑨层粉质粘土：
褐色，可塑，干强度高，中等压缩性，中等韧性，无光泽，见锈染，夹粉土、粘土薄层。
层厚1.60〜3.30米，底层标高-22.84—-21.62米。
⑩层细砂：
黄色，密实，局部中密，饱和，主要成分：
石英、长石、云母，颗粒级配良好，夹粉土薄层。
层厚2.10〜4.10米，层底标高-26.26〜-24.62米。
⑪层粉土：
黄色,中密〜密实，局部稍密，湿，干强度低，低韧性，摇振反应中等，无光泽，含云母。
层厚2.70〜2.80米，层底标高-28.52〜-28.36米^
⑪-1层粉土：
黄色，软塑〜可塑，干强度高，中等压缩性，高韧性，切面光滑，夹粉土薄层。
层厚0.90〜1.90米，层底标高-29.52〜-28.00米。
⑫层粉土：
黄色，屮密〜密实，湿,干强度低，低韧性，摇振反应中等，无光泽，含云母。
该层部分孔未钻穿，揭露最大厚度3.60米。
⑬层粘土：
黄褐色，可塑〜硬塑，干强度高，中等压缩性，局部高压缩性，高韧性，切面光滑，夹粉土薄层。
该层部分孔未钻穿，揭露最大厚度3.60米。
⑭层细砂：
黄色，密实，饱和，主要成分：
石英、长石、云母，颗粒级配良好。
该层未钻穿，揭露最大厚度2.00米。
2.2.3场区水文地质条件
廊坊市境内主要河流有永定河、龙河，属海河水系，均为季节性河道。
市区内地下水流向与地势基本相同，自西北向东南。
根据勘察报告，实测稳定水位埋深为11.20~12.60米，高程为-12.11~14.81米，高差2.70米。
根据水质分析报告，场区内地下水PH值为7.70、7.80，属弱碱性水，根据土质分析资料可知该场地土PH值为8.00，属弱碱性。
依据《岩土工程勘察规范》中环境水和土对混凝土的腐蚀性标准进行评价，按
类环境考虑，该场地地下水对混凝土无腐蚀性，场地土对混凝土无腐蚀性。
2.2.4场地地震效应及不良地质作用
根据《建筑抗震设计规范》可知拟建场区的建筑场地类别为
类，抗震设防烈度为8度，地震加速度为0.20g。
另据其第4.3.3条规定，对场地20.0米深度内饱和粉土和沙土进行了液化判别，判别结果表明场地内无液化土层存在，该场地不液化。
场地20米深度范围内的平均剪切波速为173.8m/s，182.9m/s。
据此判定该场地的场地土类别为中软场地土。
2.2.5承载力特征值及压缩模量成果和CFG桩极限侧阻力及极限端阻力成果
表2.1承载力特征值及压缩模量成果表
层号
岩土名称
建议值
压缩模量
压缩模量
压缩模量
压缩模量
压缩模量
地基承载力特征值
Es
Es
Es
Es
Es
fak
100
200
300
400
800
（kPa）
1
粉土夹粉沙
6.94
7.93
9.27
9.64
13.54
110
2
粉土夹粉沙
6.72
8.32
10.41
12.23
120
3
粉土
6.60
7.78
9.10
10.43
12.86
120
4
粉质粘土夹粘土
4.21
4.59
5.03
5.77
6.9
110
5
细砂
17.69（经验值）
160
6
细砂
20.87（经验值）
180
⑦
粉质粘土夹粘土
4.02
4.51
5.20
6.02
8.04
130
⑧
粉细砂
21.48（经验值）
220
粉质粘土夹粘土
3.74
4.33
5.06
5.81
8.03
130
⑩
细砂
22.76（经验值）
260
⑪
粘土
6.87
7.14
7.96
8.88
9.35
160
⑫
粉土
5.64
6.84
8.36
9.78
12.94
200
⑬
粉质粘土夹粘土
4.77
5.91
7.04
7.63
9.58
180
⑭
细砂
27.17（经验值）
300
表2.2CFG桩极限侧阻力及极限端阻力成果表
地层单元
CFG桩
预制桩
桩的极限侧阻力标准值（qsik）（kPa）
桩的极限端阻力标准值（qpk）（kPa）
桩的极限侧阻力标准值（qsik）（kPa）
桩的极限端附力标准值（qpk）（kPa）
①-1层素填土
-----
20
①层杂填土
-----
15
②层粉土
30
30
③层粉土
28
28
④层粘土
35
35
⑤-1居粘土
50
50
⑤层粉土
40
45
⑥层粉质枯土
50
55
1100
⑥-1层细砂夹粉土
45
50
⑦层粉质粘土夹粘土
60
800
60
1600
⑧层粉土
60
1500
60
1800
⑨层粉质粘土
60
1800
细砂
60
2200
3CFG桩设计计算
3.1CFG桩设计计算公式
3.1.1CFG桩复合地基承载力计算：
1．根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），计算单桩承载力特征值：
（公式3.1.1）
式中：
—桩的周长（m）；
—桩周第i层土的极限侧阻力特征值，可按地区经验确定；
—桩长范围内第i层土的厚度（m）；
—桩端端阻力发挥系数，应按地区经验确定；
—桩端端阻力特征值（kPa），可按地区经验确定；
2．根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），计算复合地基承载力特征值fspk为：
（公式3.1.2）
式中：
fspk—复合地基承载力特征值（kPa）；
λ—单桩承载力发挥系数，宜按当地经验取值，无经验时可取0.7~0.90；
m—面积置换率；
Ra—单桩承载力标准值（KN）（公式一）；
Ap—桩的截面面积（㎡）；
β—桩间土承载力发挥系数，按当地经验取值，取0.85；
Fsk—处理后桩间土承载力特征值（kPa），取天然地基承载力特征值；
3．确定桩间距
选取桩间距，使fa>设计要求复合地基承载力特征值,并符合规范要求（宜取3~5倍桩径）。
4．桩身强度计算
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），计算桩身强度
为：
（公式3.1.3）
式中：
—桩体试块（边长150mm立方体）标准养护28d的立方体抗压强度平均值；
—单桩承载力发挥系数，可按地区经验取值；
根据计算选取桩身混凝土等级。
5．确定褥垫层厚度
根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012），选取褥垫层厚度。
3.1.2沉降验算
1．根据《建筑地基基础设计规范》GB50007-2011，依据复合模量法计算地基最终变形量s：
（公式3.1.4）
式中：
—地基最终变形量（㎜）；
—按分层总和法计算出的地基变形量；
—沉降计算经验系数；
—地基变形计算深度范围内所划分的土层数；
—对应于荷载效应准永久组合时基础底层处的附加压力（KPa）；
—基础底面以下第i层土的压缩模量（Mpa）；
—基础底面至第i层土、第i-1层土底面的距离（m）；
—基础底面计算点至第i层土、第i-1层土底面范围内平均附加应力系数。
2．地基变形计算深度验算
（公式3.1.5）
式中：
—在计算深度范围内，第i层土的计算变形值（mm）；
—在有计算深度向上取厚度为Δz的土层计算变形值（mm）。
按表3.1.1取值。
表3.1.1
取值表
0.3
0.6
0.8
1.0
复合地基压缩量的提高倍数ξ
（公式3.1.6）
沉降计算经验系数取值
表3.1.2沉降计算经验系数
4.0
7.0
15.0
20.0
35.0
1.0
0.7
0.4
0.25
0.2
注：
为变形计算深度范围内压缩模量的当量值，应按下式计算：
（公式3.1.7）
式中：
—加固土层第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值；
—加固土层下第i层土附加应力系数沿土层厚度的积分值；
3.2CFG桩设计计算（手算）
设计要求：
主楼承载力要求达到230KN/m2，核心区承载力要求达到560KN/m2，最终沉降量不大于5cm，倾斜变形许值可为0.0015。
3.2.1计算通用数据：
1、±0.00标高为25.5m。
2、基础埋深为-7.3m,相当于绝对标高为18.2m，
3、褥垫层厚度为200mm，桩顶标高为17.82m
4、桩径取D=410mm（北京地区一般选取φ400~450之间）
5、桩身截面积为Ap=πr2=3.14×0.2052=0.132m2
6、桩身截面周长Up=πD=3.14×0.41=1.287m
7、土的重度γ0—近似取20KN/m3
8、槽底位于②层，②层地基承载力为170KN/m2
9、桩间土承载力折减系数β—取0.85
10、桩间距：
宜取3~5倍桩径，经试算满足设计要求的前提下，取大值。
11、基础宽度的承载力修正系数ηb—取0.3
12、基础深度的承载力修正系数ηd—取1.5
13、承载力修正时基础底面宽度b—取6m
14、基础底面以下土的平均重度γ—取10KN/m2
15、基础面积为35.4×35.4m2。
3.3.23#楼CFG桩复合地基设计
1．土层参数
根据1#勘察孔取值，该孔具有代表性，并作为相对最不利地层考虑计算。
依据《地质勘察报告》，土层参数如下：
表3.1土层参数
土层
土层厚度Li（m）
桩侧阻力标准值qsik（KPa）
桩端阻力标准值qpk（KPa）
压缩模量
Es（MPa）
2
1.6
45
17.5
3
4.4
55
22.5
4
5.5
65
800
30
51
2.08
55
600
11.4
5
0.93
60
700
19
53
1
60
800
35.6
54
1.2
60
1000
40
6
16.1
15.1
2．CFG桩参数
根据土层分布，较好的持力层为④层，有效桩长取10.5m，桩端进入持力层的最小深度为4.5m，桩径0.41m，桩间距1.7m。
地面标高21.82m，水位标高19.62m。
基础埋深h=3.8m。
车库一侧等效土层埋深h’=7.3-6.8+1.5=2m。
3．单桩承载力计算
=1.287×[45×1.6+55×4.4+65×4.5]+800×0.132
=886.77KN
4．面积置换率
m=d^2/de^2de=1.13s
m=0.4^2/（1.13×2）^2=0.0313
5．CFG桩复合地基承载力计算
=0.04568×443/0.132+0.85（1-0.04568）×170
=291.3Pa满足承载力要求
6．桩身强度计算
fcu≥3Ra/Ap=3×443÷0.132=10066KPa=10.1MPa
CFG桩身混凝土强度选用C20
7．确定褥垫层厚度
选取褥垫层厚度:
200mm。
自然级配碎石，最大粒径不超过30mm，夯填度不大于0.90。
8．沉降计算
采用16.5m的CFG桩进行地基加固，置换率为0.0724。
复合地基压缩量的提高倍数ξ=fspk/fak=575.1/170=3.383
基础埋深：
h=3.79mγ0=20
基底附加压力：
po=560-h×γ0=560-3.79×20=484.2KPa
取Zn＝32m,基础中心点O的沉降量为：
s’=∑si’=138.5mm
/s’=0.0023<0.025满足要求。
压缩模量当量值Es=∑Ai/∑（Ai/Esi）=43.02MPa
沉降计算经验系数ψs=0.2。
s=ψs*s’=138.5×0.2=27.7mm
3.3CFG桩设计计算（理正软件）
理正岩土软件目前已被很大程度上认可，在岩土设计上被广泛应用，在边坡支护、基坑支护及地基处理中已被广泛应用。
本工程天然地基承载力偏小，不满足场地内10-12层建筑物的持力层要求，因此根据基础设计规范要求，必须对地基进行处理，筛选后认为CFG桩复合地基比较合适，建筑基础类型为筏板基础。
本计算选用A3座楼计算，楼高10层，根据理正岩土6.0软件要求，需输入以下参数：
桩直径350mm；桩水平间距1.5m；桩竖向间距1.5m；桩长19.00m；桩间土承载力折减系数0.800m；褥垫层厚度300mm；基础埋深3.50m；宽度11.00m；长度62.00m；基础覆土容重20KN/m3；地下水埋深5.00m；沉降经验系数0.2。
用理正岩土6.0计算结果如下:
3.3.1基础底面处承载力计算
基底平均压力pk：
220.0（kPa）
基底最大压力pkmax：
220.0（kPa）
基底最小压力pkmin：
220.0（kPa）
基底自重压力pc：
70.0（kPa）
置换率m：
0.043
桩间土承载力fsk：
121.0（kPa）
复合地基承载力特征值fspk：
572.8（kPa）
修正后复合地基承载力特征值fz：
632.9（kPa）
pk<=fz,满足！
pkmax<=1.2*fz,满足！
因此复合地基承载力满足要求！
3.3.2地基处理深度范围内土层的承载力验算
表3.3地基处理深度范围内土层的承载力验算
土层号
深度（m）
θ
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