土木工程毕业设计-项城市某小区高层住宅楼cfg桩基优化设计

土木工程毕业设计-项城市某小区高层住宅楼cfg桩基优化设计内容摘要：

响应采用阀板基础。 CFG 桩施工可用振动沉管施工工艺，操作简便，对桩间土的挤实效果好。 也可以采用长螺旋钻管内泵压 CFG 桩施工工艺，施工噪音低， 无泥浆 污染， 成孔制桩不产生振动。 华北水利水电学院 2020届毕业生毕业设计 11 地基处理方案的选择 钻孔灌注桩桩身直径变化较大，因而单桩的承载力不易控制， CFG桩复合地基法方案 造价低 ，施工方便 ， 根据本场地岩土工程特性、埋藏条件及以上诸多因素，最终选择CFG桩复合地基方案 为地基处理方案 ,且 CFG桩复合地基法 方案 本地区已有工程经验可借鉴等优势，具有明显的社会、经济效益。 华北水利水电学院 2020届毕业生毕业设计 12 4 CFG 桩复合地基的优化设计 CFG 桩复合地基设计理论 CFG 桩复合地基设计的指导思想 CFG 桩复合地基通过褥垫层把桩和承台（基础）断开，改变了过分依赖桩 承担垂直荷载和水平荷载的传统思想。 CFG 桩不只是用来加固软弱地基，对于较好的地基土，若建筑物荷载较大，天然地基承载力不够或者变形不能满足要求，就可以用 CFG 桩间进行加固处理。 在设计中， CFG 桩不仅可以采用同一桩长，也可以根据设计条件和地质条件采用不同桩长，不同桩长间作，甚至 CFG 桩与其它的桩型组合，如 CFG 桩和夯实水泥土桩，碎石桩等间作，形成多桩型复合地基。 （ 1） CFG桩的作用 承担基础传来的竖向、水平荷载 : 在群桩复合地基中，桩对桩间土具有阻止土体侧向变形的作用。 相同荷载水平条件下，无侧向 约束时土的侧向变形大，从而使垂直变形加大；由于桩对土体侧向变形的限制，减少了侧向变形，也就减小了垂直变形，使符合地基抵抗垂直变形的能力有所加强。 （ 2） CFG桩间土的作用 ① 承担竖向、水平荷载； ② 对桩体进行约束； ③ 保证桩体正常工作。 （ 3） 褥垫层及其作用 褥垫层： 调整桩土应力比， 使桩间土的变形协调，同时为桩体上刺入提供空间，褥垫层应该 华北水利水电学院 2020届毕业生毕业设计 13 满足规范要求。 若不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。 基础下设置褥垫层，桩间土载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即 使桩端落在好土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩土共同承担荷载。 褥垫层作用： ① 保证桩土共同承担荷载； ② 调整桩土荷载分担比； ③ 减少基础底面的应力集中； ④ 调整桩土的水平荷载的分担。 褥垫层的厚度小 ， 桩间土的承载力不能充分的发挥，要达到设计的承载力。 要增加桩的数量以及长度，造成浪费；厚度大，能够充分发挥桩间土的承载力，如厚度太大，会造成桩土应力比接近或者相等，桩的承担荷载减少，而且建筑物变形大。 考虑到技术和经济上的合理性，褥垫层的厚度取 1530cm。 （ 4） 褥垫层的设置原则 ① 长桩 宜薄、短桩宜厚； ② 桩间距大，宜厚； 否则，宜薄； (s=~5d) ； ③ 桩径大，宜厚；否则，宜薄； （ d=350mm~600mm） ； ④ 桩土的相对刚度大，宜厚； 否则，宜薄； 以上所指的厚 度 不宜超过 30cm，薄不宜小于 15cm，小于 15cm 以后，施工不容易控制。 CFG 桩复合地基设计参数 CFG桩复合地基设计主要确定以下 6 个设计参数 ： （ 1） 桩长 l： 根据工程地质条件，初步确定 CFG 桩的桩长。 桩端最好落在较好的土层上，以较好地发挥 CFG 桩的端承力作用， 进入较好土层 1. 0m左右为宜。 这 是 CFG 桩复合地基设计的一个重要原则。 因此，桩长是首先要确定的参数，它取决于建筑物对承 华北水利水电学院 2020届毕业生毕业设计 14 载力和变形的要求，土质条件和设备能力等因素。 设计时根据《工程地质勘察报告》，分析各土层，确定桩端持力土层和桩长，并按 相应规范 计算单桩承载力。 （ 2） 桩径 d： CFG 桩径的确定取决于所采用的成桩设备，一般设计桩径为350~600mm。 （ 3） 置换率 m： 根据建筑物地基承载力要求，确定 CFG 桩复合地基的面积置换率m。 （ 4） 桩间距 s： 一般根据面积置换率 m确定桩间距 s，可取桩间距 s= (3~5) d,但桩间距的大小还取决于设计要求的 复合地基承载力和变形、土性及所采用的施工机具。 若设计要求的承载力大时 s 取小值，但必须考虑施工时相邻桩之间的影响，因此桩距的大小应综合考虑。 （ 5）桩身强度： 原则上，桩体配合比按桩体强度控制， 标准养护的试块强度应不小于单桩承载力所要求强度的 3 倍。 （ 6）褥垫层厚度及材料： 褥垫层厚度一般取 15~30cm 为宜，当桩径和桩间距过大时，应结合对土层性质的考虑可将褥垫层厚度适当加大。 褥垫层材料可采用粗砂、中砂、碎石、级配砂石 (最大粒径不大于 20mm)。 CFG 桩设计计算步骤 CFG 桩复合地基 承载力设计与计算 复合地基承载力是由桩间土和桩共同承担荷载。 CFG 桩复合地基承载力取决于桩距、桩径、桩长、上部土层和桩尖下卧层土体的物理力学指标以及 桩间土内外面积的比值等因素。 现有的复合地基承载力计算通常有两种思路：一种是先分别确定桩体的承载力和桩间土承载力，根据一定的原则叠加这两部分承载力得到复合地基承载力；另一种是把桩体和桩间土组成的复合土体作为整体来考虑，确定复合地基的承载力。 复合地基承载力不是由天然地基承载力和单桩承载力的简单叠加，需要对以下一些因素给予考虑 ： （ 1） 施工时对桩间土是否产生扰动和挤 密，桩间土承载力有无降低或提高 ； （ 2） 桩对桩间土有约束作用，使土的变形减少 ； （ 3） 桩和桩间土承载力的发挥都与变形有关，变形小时桩和桩间土的承载力的发挥都不充分 ； （ 5） 复合地基桩间土的发挥与褥垫层的厚度有关。 华北水利水电学院 2020届毕业生毕业设计 15 综合以上因素，结合软土地区 CFG桩复合地基的工程实践， 《建筑地基基础处理技术规范》 （ JGJ792020） 中规定， CFG桩复合地基承载力特征值， 应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时按下式估算： (1 )as p k s kpRf m m fA    （ 41） 图 41 CFG 桩复合地基设计流程图 m —— 面积置换率； aR —— 单桩竖向承载力特征值（ kN）； pA —— 桩的截面积（ m2）； 根据勘察报告，确定桩间土承载力 根据勘察报告，确定桩端持力土层 初步确定桩长，并计算单桩承载力 根据施工工艺，确定桩径 计算不同桩间距时的复合地基承载力 根据复合地基承载力要求确定桩间距 桩间距是否合理 计算复合地基变形 变形是否满足要求 设计桩身强度等级 设计褥垫层 根据基础平面图和上述参数进行布桩 调整桩长 N 调整桩间距 调整桩间距 调整桩长 Y 华北水利水电学院 2020届毕业生毕业设计 16  —— 桩间土承载力折减系数，宜按地区经验取 值，如无经验时可取 ~，天然地基承载力较高时取最大值； skf —— 处理后桩间土承载力特征值（ kPa）， 宜按当地经验取值，如无经验时，可取地基承载力特征值。 其中，单桩承载力特征值 aR 的取值，在无单桩载荷试验资料时，可按下式估算： 1na p s i i p piR u q l q A （ 42） 式中 pu —— 桩的周长（ m）； n —— 桩长范围内所划分的土层数； siq 、 pq —— 桩周第 i 层土的侧阻力、桩端阻力特征值（ kPa） il —— 第 i 层土的厚度（ m）。 CFG 桩复合地基沉降的设计与计算 在荷载作用下， CFG 桩复合地基的桩体由于自身模量较大，将分别向褥垫层和下卧层刺入，加固区桩间土和下卧层也相应的发生沉降，如图 42 所示。 图 42 CFG 复合地基变形 由图 42 可知，若桩顶沉降为 pS ，桩端沉降为 39。 pS ，桩顶土的位移为 sS ，则复合地基加固区的沉降量为 1S 等于桩向褥垫层中的刺入变形量 uS 和向下卧层中的刺入变形量 dS 之和： 1 udS S S (43) 华北水利水电学院 2020届毕业生毕业设计 17 其中 : u s pS S S 39。 39。 d p sS S S 若下卧层变形为 2S ，则复合地基的沉降量 S 为加固区变形量和下卧层变形量之和，即： 12S S S （ 44） 需要说明的是上述公式中 未考虑桩自身的压缩变形量，因为 桩 身 模量很大，变形很小，可以忽略不记，即 39。 ppSS ，此外，也未考虑褥垫层的压缩量，因为褥垫层较薄，而且较为密实， 模量也比土体大很多 ，因此可以忽略其变形量。 现行国家标准《建筑地基处理技术规范》 (JGJ 792020)中给出了 CFG 桩复合地基沉降变形计算方法 ： 假定加固区的复合土体为与天然地基分层相同的 若干层均质 土体，不同的是压缩模量都相应扩大  倍，这样加固区和下卧层均按分层综合法进行 沉降计算。 当荷载不超过复合地基承载力时，总沉降量 S 表达式为：    121001 2 1 1 1 111nni i i i i i i ii i ni S i S iPPS S S z a z a z a z aEE            （ 45） 式中 S—— 复合地基总的沉降量（ mm）； 桩褥 垫 层 基 础 基 础ζ E s1ζ E s2ζ E s3ζ E s4ζ E s5①②③④⑤E s5E s4E s3E s2E s1⑤④③②① (a) 复合地基土层模量示意图 (b)天然地基土层模量示意图 图 43 各土层综合模量示意图 华北水利水电学院 2020届毕业生毕业设计 18  —— 沉降修正系数，根据地区沉降量观测资料及经验确定，无地区经验时按表 41取值； 1n —— 加固区土分层数； 2n —— 沉降计算深度范围内土层总的分层数； 0P —— 对应于。