CFG桩与水泥搅拌桩毕业设计

摘 要

本次设计的工程来源于湖南沙市，长沙市中天房地产开发有限公司计划修建一栋九层楼高的住宅楼，由于修建地的地基土质较差，不能满足上部荷载组合的要求，需要处理。通过对工程用地的实地了解和勘察，结合各种地基处理方式的适合性，经过综合分析后确定CFG桩和水泥土搅拌桩适合本次工程。CFG桩和水泥土搅拌桩都是常用的地基处理方式，CFG桩的单桩承载力较高且便于施工，水泥土搅拌桩单桩承载力低且造价偏高，不适于本工程，经过复合地基承载力和沉降计算，本工程最终选用CFG桩地基处理方案。令两种地基处理方案满足承载力要求和沉降要求后，进行经济预算，CFG桩方案需要146根桩，总价213499.04元，水泥土搅拌桩需要600根桩，总价134755.488元。最终选用水泥土搅拌桩方案作为此工程的地基处理方案，并为施工提供方案。

关键词: CFG桩处理；水泥搅拌桩处理；复合地基承载力；沉降计算；经济预算

I

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Bama County MCH Public Rental Housing

FoundationTreatment

Student:LUO Jin-yao Teacher:XING XIN-kui

Abstract:The project designed is from Bama County of Hechi City, Guangxi province, , MCH of Bama County planed to construct a six-story public rental building, because the quality of the foundation soil is poor, can not meet the requirements of the upper load combinations, it needs to be addressed. Through examining and learning about the project land on the spot, considering the suitability of the various ground handling ways, CFG piles and cement soil mixing piles is detemined avaiable for this project after a comprehensive analysis . CFG piles and cement soil mixing piles both are common ground handling ways, both the single pile bearing capacity and cost of CFG pile is high, while both the single pile bearing capacity and cost of cement mixing pile is low. In order to find the best solution, through calculating the bearing capacity of complex foundation and sedimentation, two kinds of foundation treatments are made to meet the requirements of the bearing capacity and sedimentation, then economic budget is done to find that CFG pile program needs 146 piles, the total price is 213,499.04 yuan, cement mixing pile needs 600 piles, the total price is 134,755.488 yuan. Finally, cement mixing pile program is selected as the foundation treatment program of this project, and is provided for the construction.

Key words：CFG pile; Single pile；bearing capacity of composite foundation；

Settlement calculation；Economic budget

II

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目 次

摘要 ..................................................................................................................................... I Abstract ............................................................................................................................ II

1 绪论 ................................................................................................................................ 1

1.2地基承载力问题 ................................................................................................ 1 1.3地基沉降 ............................................................................................................. 1 2 地基处理方案选择 ..................................................................................................... 1

2.1 勘察报告 ............................................................................................................ 2

2.1.1 工程概况 ................................................................................................. 2 2.1.2 工程地质和水文地质条件 ............................................................................. 2

2.1.3 场地稳定性和适宜性评价 ..................................................................... 4 2.1.5 场地土的膨胀性分析 ............................................................................. 4 2.1.6 地基岩土层工程地质特性评价 ............................................................ 4 2.1.7 不良地质作用 ......................................................................................... 4 2.1.8 地基均匀性评价 ..................................................................................... 4 2.1.9持力层及基础方案分析 .......................................................................... 4 2.1.10 建议 ....................................................................................................... 5 2.2 常用地基处理方案 ............................................................................................ 5

2.2.1 强夯法与强夯置换 ................................................................................. 5 2.2.2 排水固结法 ............................................................................................. 5 2.2.3 灌浆法 ..................................................................................................... 5 2.2.4换填垫层法 .............................................................................................. 6 2.2.5 水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法 ........................................................ 6 2.2.6 水泥土搅拌桩 ......................................................................................... 6

3 CFG桩处理 .................................................................................................................. 7

3.1 设计参数确定 .................................................................................................... 7

3.1.1 布桩形式： ............................................................................................. 7 3.1.2 桩径 ......................................................................................................... 7 3.1.3 桩长 ......................................................................................................... 7

III

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3.1.4 褥垫层 ..................................................................................................... 7 3.2 单桩竖向承载力设计 ........................................................................................ 7 3.3 置换率与桩数的计算 ........................................................................................ 8 3.4 沉降计算 ............................................................................................................ 9

3.4.1 计算深度的确定 ..................................................................................... 9 3.4.2 沉降计算 ................................................................................................. 9 3.4.3 确定修正系数 ....................................................................................... 10 3.4.4 计算基础中点最终沉降 ....................................................................... 11 3.5 经济预算 .......................................................................................................... 11

3.5.1 单价 ....................................................................................................... 11 3.5.2 CFG桩总体积 .................................................................................... 12 3.5.3 总价 ....................................................................................................... 12

4 水泥土搅拌桩设计 ................................................................................................... 12

4.1 设计参数 .......................................................................................................... 12

4.1.1 布桩形式 ............................................................................................... 12 4.1.2 桩径 ....................................................................................................... 12 4.1.3 桩长 ....................................................................................................... 12 4.1.4 褥垫层 ................................................................................................... 13 4.2 单桩竖向承载力设计 ...................................................................................... 13 4.3 置换率与桩数的计算 ...................................................................................... 13 4.4 沉降计算 .......................................................................................................... 14

4.4.1 搅拌桩群体的压缩变形错误！嵌入对象无效。计算 ...................... 15 4.4.2 复合地基下卧层的沉降计算 ............................................................... 15 4.3 经济预算 .......................................................................................................... 18

4.3.1 单价 ....................................................................................................... 18 4.3.2 桩体总体积 ........................................................................................... 18 4.3.3 总价 ....................................................................................................... 18

5 水泥搅拌桩施工方案 ............................................................................................... 20

5.1 技术指标 .......................................................................................................... 20

5.1.1 深层搅拌桩 ......................................................................................... 20 5.1.2 碎石垫层及土工格栅 ........................................................................... 20 5.2 设计间距及布置形式 ...................................................................................... 20

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5.3 施工工艺 .......................................................................................................... 20

5.3.1 定位 ..................................................................................................... 20 5.3.2 预搅下沉 ............................................................................................... 20 5.3.3 制备水泥浆 ........................................................................................... 20 5.3.4 提升喷浆搅拌 ....................................................................................... 20 5.3.5 重复上、搅拌 ....................................................................................... 20 5.3.6 关闭搅拌机、清洗 ............................................................................... 21 5.3.7 移位 ....................................................................................................... 21

6 总结 ............................................................................................................................ 22

致谢 .................................................................................................................................. 23 参考文献 .......................................................................................................................... 24 附图1........................................................................................................................25

附图2.........................................................................................................................26 附图3........................................................................................................................27

V

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1 绪论

1.1选题依据及研究意义

地基处理的历史可以追溯到古代，许多现代的地基处理技术都可以在古代找到它的雏形，我国劳动人民在地基处理方面有着极其宝贵的丰富经验。根据历史记载，早在三千年前，我国已经开始采用竹子、木头一级麦秸等来加固地基。

地基处理技术在新中国成立后，尤其是近二十余年来取得了迅速的发展。回顾五十余年来我国地基处理技术的发展过程，大体上可以划分为20世纪五六十年代和七十年代末到现在这两个阶段。

如今随着国内外的社会日益发展，许多含有软弱土地的地区也需要修建楼房公路，可是由于地基土的承载力不足以支撑上部楼房的矛盾，许多建设工程将被局限甚至无法进行，这时候地基处理这项技术的重要性就凸显而出。我是一名土木工程专业岩土方向的学生，同时也是一名将要毕业的大四学生，为了能够将将学校所学技术与以后实地工作良好的衔接，在毕业前夕进行了一次具有针对性的毕业实习并完成一次贴合实际的地基处理设计。

1.2地基承载力问题

对于本工程，本工程的基础埋深7.6M,基础尺寸分为①48mx32m（基础底部压力150kN，要求地基承载力达到180kN/㎡）。拟建场地可划分成三种土层:杂填土层①（Q4ml）承载力特征值为50KPa、粉质粘土层②（Q4dl）承载力特征值为120KPa、粉土层③（Q4dl）承载力特征值为140KPa、黏土层④承载力特征值为200KPa、⑤中风化粉砂岩层1000KPa。

基底持力层粉质粘土层②（Q4ml），承载力特征值为120KPa不满足基地压力要求值，需要进行地基处理。通过CFG桩或者水泥土搅拌桩加强拟建场地的复合地基承载力。

1.3地基沉降

在建筑物荷载作用下，地基土主要由于压缩引起的竖直方向的位移称为沉降。主要的沉降计算方法有分层总和法和应力面积法，应力面积法又称规范法，是国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中推荐的一种计算地基最终沉降的方法。本次设计中沉降计算主要使用应力面积法。

2 地基处理方案选择

1

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2.1 勘察报告

2.1.1 工程概况

沙市中天房地产开发有限公司计划修建一栋九层楼高的住宅楼，建筑占地面积为50.00×35.00m2，楼高9层，拟采用框架结构，选用筏板基础，基础埋深7.6m,基础尺寸 。

拟建场地地形较平坦，局部略有起伏，西侧地块略高于东侧地块。拟建场地东面原为一水塘后经回填平整，东南面3.50m为4层民房，西南面2.70m为水泥路、距离9.40m为4～5层民房区，北面为玉米地。（详见勘探点布置平面图01）。地貌上属丘陵地貌。玉米地已经回填且强夯。

2.1.2 工程地质和水文地质条件

根据钻探揭露及现场鉴别，拟建场地在钻探深度内地层由第四系人工填土层（Q4ml）及坡积层（Q4dl）组成。根据岩土的物理力学性质及工程特性可划分为3层，自上而下分述如下：

杂填土层①（Q4ml）：

杂色，稍湿，由粉土、碎石、砼块等建筑垃圾组成，空隙较大，土质松散，属人工堆积形成，堆积年限约5年。该层在整个拟建场地均有分布，层厚度为2.20～3.50m，其层底标高-3.00～-3.70m，取-3.70m。

粉质粘土层②（Q4dl）：

黄褐色，湿，松散，局部稍密，主要由粉粒组成，含少量强风化硅质岩角砾，局部角砾含量较多，黏性差，手捻略有砂感，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应迅速，属坡积形成。该层在整个拟建场地除zk6及zk10钻孔缺失外，其余钻孔均有分布，层厚度为8.00～10.00m，其层顶标高-3.00～-4.00m，层底标高-12.00～-14.00m,。取-13.6m

粉土层③（Q4dl）：

灰白色，黄色，紫红色，稍湿，局部湿，中密，局部密实，主要由粉粒组成，含少量强风化硅质岩角砾，局部角砾含量较多，黏性差，手捻略有砂感，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应迅速，属坡积形成。该层在整个拟建场地均有分布，层厚度为3.50～4.50m，其层顶标高-13.00～-14.00m，层底标高-17.00～-18.00m,。取-17.6m。

黏土层④（Q4dl）：

灰白色，黄色，紫红色，稍湿，局部湿，中密，局部密实，主要由粉粒组成，含少量强风化硅质岩角砾，局部角砾含量较多，黏性较好，手捻略有砂感，无光泽反应，干强度低，韧性低，摇振反应迅速，属坡积形成。该层在整个拟建场地均有分布，层厚度为1.80～2.50m，其层顶标高-17.00～-18.00m，层底标高-19.00～-20.00m,。取-19.6m。

中风化粉砂岩层⑤（Q4dl）：

紫红色，原岩结构完全破坏，尚有残余构造辨认，岩芯呈土状局部含强风化

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碎块。该层在整个拟建场地均有分布，层厚度为5.0～20.0m，其层顶标高-19.6m。

表1 场地各岩土层力学参数推荐值

重 指标 地层 m3) 粉质粘土层② 粉土层③ 19.24 19.30 度 γ (kN/力 Ck(k凝聚内 摩 擦 角 φk (°) 21.0 25.0 承载压 缩 力 模 量 特征值 Es(MPa) fak桩周桩端侧阻力特端阻力特征值 征值 qsia(kPa) qpa(kPa) 50 55 － 700 Pa) 7.85 12.00 (kPa) 7.0 8.0 120 140 黏土层④ 20.00 10.00 23.0 7.5 200 60 1000 中风化粉砂岩层⑤ 22.25 － － 40 1000 － 30000 注：表中含*数值为经验值。 场地水文地质特征及水、土质腐蚀性分析 地表水

拟建场地地势较高，距离当地主要河系较远，且场地及附近无地表水系发育，故无需评价地表水对拟建场地的影响。

地下水及水质腐蚀性评价

在勘察期间，各钻孔钻探深度范围内均未发现地下水，且场地地势高，地层不蓄水，故无需评价地下水对场地的影响以及地下水对建筑材料的腐蚀性。

土质腐蚀性评价

经现场踏勘及对周边的走访调查，未发现垃圾填埋厂、工业废料废水排放等污染源，结合当地多年工作经验及前人资料，综合判定：场地土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

3

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2.1.3 场地稳定性和适宜性评价

据湖南区域地质志资料，场地及附近无深大活动性断裂通过，在勘察范围内未发现有塌陷、地裂、崩塌、土洞等不良地质现象，在无自然灾害如地震影响下场地不会发生崩塌、滑坡、泥石流等地质灾害，且附近房屋使用正常，故场地及地基稳定性较好，适宜兴建拟建建筑物。

2.1.5 场地土的膨胀性分析

根据现场鉴别、室内土工试验以及当地工作经验，拟建场地土属填土及粉土。该拟建场地地基各土层不属膨胀土。

2.1.6 地基岩土层工程地质特性评价

杂填土层①: 该层在整个拟建场地均有分布，厚度变化较大，局部厚度小，空隙较大，土质松散，不稳定，强度低，工程性能差，未经处理，不能作为拟建建筑物的天然地基基础持力层。

粉质粘土层②:土层松散，局部稍密，湿，该层在拟建场地分布较均衡，局部缺失，厚度变化较大，层顶面局部起伏较大，承载力特征值低（fak120KPa），工程性能一般，可作为拟建建筑物地基基础持力层。

粉土层③：土层中密，局部密实，稍湿，局部湿，该层分布于整个拟建场地，分布较均衡，厚度大，无土洞，承载力特征值fak140KPa，工程性能较好，可作为拟建建筑物天然地基基础持力层。

2.1.7 不良地质作用

据区域地质资料及调查访问，场地作为建筑场地前没有发现岩溶塌陷、地裂缝、土洞等不良地质作用，本次勘察也未发现其它不良地质现象。

2.1.8 地基均匀性评价

经勘察，拟建场地地层结构较简单，岩土种类较单一，地基土层虽分布较均衡，厚度大，但层顶面起伏较大，物理力学性质在纵、横方向上差异较大，故场地地基属不均匀地基。

2.1.9持力层及基础方案分析

根据拟建建筑物结构特征、场地岩土层类型、分布特征以及土的物理力学性质，从经济、安全等方面考虑，本工程可以粉质粘土层②作天然地基基础持力层，天然地基承载力承载力较低，需要采用地基处理技术对其进行处理。

综上所述 ：

拟建场地位于抗震设防烈度为6度。通过此次岩土工程勘察：认为场区及附近无全新活动断裂通过，区域稳定性良好，场地水文地质条件简单，无不良工程地质作用，场地稳定，场地等级为三级，地基等级为三级，适宜拟建构筑物的兴建。

场地建筑抗震设防烈度为6度，区域稳定性较好，建筑抗震设防可按规范及设计进行设防。

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拟建场地各土层不属于膨胀土。

拟建场地土对混凝土结构具微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

场地属可进行建设的一般场地。

2.1.10 建议

根据拟建建筑物结构特征、场地土类型、岩土层分布特征以及土的物理力学性质，从经济、安全等方面考虑，建议拟建高层住宅以粉质粘土层②作天然地基基础持力层，采用筏板基础，基础进入持力层不小于0.50m。

基槽开挖至设计标高后，应对地基土层进行钎探测试，以了解基础底面以下是否存在土洞或软弱层，确保基础稳定安全。

基槽（坑）开挖时如发现与勘察文件不符之处，应及时通知勘察单位进行验证处理或施工勘察处理。

基槽（坑）全部开挖符合勘察文件与设计要求后，应及时通知有关单位进行验槽。

2.2 常用地基处理方案

2.2.1 强夯法与强夯置换

强夯法，又名动力压实法（Dynamic CoMPaction Method）和动力固结法（Dynamic Consolidation Method）,进过这几年的发展，强夯法已经可以实现大面积的加固，最大加固深度可以达到30m。强夯法处理地基主要靠动力密实（Dynamic CoMPaction）、动力置换（Dynamic Replacement）、动力固结（Dynamic Consolidation）三种原理。适用处理砂土、碎石土、低饱和度的粉土和粘性土、素填土、湿陷性黄土和杂填土，有简单、加固效果好、经济的优点。

2.2.2 排水固结法

排水固结法也叫做预压法（Preloading Method）。是由排水系统和加压系统组成，在需要处理的地基上加压，产生水力梯度，将地基中的自由水从排水系统中排出，使得孔隙比减小。排水固结法的加固方法主要有堆载预压法、真空预压法、降低低下水位法、电渗法。堆载预压法是利用填土等堆载体对地基进行预压，加大总应力令孔隙水压力减小增大有效应力。真空预压法是在需要加固的地基表面先铺上砂垫层，然后再土中设置垂直排水管道，把不透气的薄膜埋入四周的土中，最后利用真空装置抽气令地基真空，加大地基有效应力。降低地下水位法是利用井点抽水，降低地下水令土的自重应力增加达到加固的效果。电渗法是在土中插入金属电极通直流电适，在土中产生电场，土中的水分将从阳极流向阴极，我们称这种现象叫电渗，水分将在阴极排出，使得土固结压缩。排水固结法适合对淤泥质土，淤泥，饱和粘土地基进行处理。

2.2.3 灌浆法

灌浆法是把浆液均匀的注入需要处理的地基中，通过填充、渗透与挤密等方式排开土或岩石

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中的水分和空气。经过一段时间后，浆液将原本的软弱地基结成一个强度大、防水性能好的结石体，是沿用至今的一种传统方法，它用于处理黄土、砂土以及洞穴、裂缝等均能获得很好的效果，

2.2.4换填垫层法

适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等的浅层处理。其主要作用是提高地基承载力，减少沉降量和湿陷量，加速软弱土层的排水固结，防止冻胀和消除膨胀土的胀缩。

2.2.5 水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法

CFG桩是是在碎石桩里加入一些粉煤灰、石灰、和少量水泥，加水拌合后形成一种有一定粘结强度的桩，具有工艺简单、无场地污染、便于取材等优点。CFG桩适合处理粉土、淤泥质土、人工填土、粘性土、松散砂土。特别对于松散的粉土、粉细砂有特别好的处理效果。

2.2.6 水泥土搅拌桩

水泥土搅拌桩是用石灰或者水泥等材料固化，再加入搅拌机器中，令固化剂和软土在地基深处搅拌，产生物理和化学的反应。之后软土会硬结成强度更高的水泥加固土，达到水泥土搅拌桩对于正常固结的淤泥与淤泥质土、粉土、粘性土、素填土、饱和黄土地基有很好的处理效果。

由此可见，换土垫层法，振密、挤密法和置换法主要适用于浅层加固，而本工程需加固的软土层较深，浅层加固显然不能满足工程需要，而且场地周围有建筑物且距离较近，不能选用。由于材料选用不容易，不适合选用灌浆法。又由于预压排水固结法所需时间较长，不能满足工期要求。所以初步选用CFG桩与水泥搅拌桩。

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3 CFG桩处理

3.1 设计参数确定

3.1.1 布桩形式：

本工程选用正方形满堂处理。

3.1.2 桩径

CFG桩径根据桩管大小而定，一般为350-600mm[1] ,本次处理桩径初步定为D=0.5m；截面积：0.1962m²;

3.1.3 桩长

根据勘察报告的土层分析，可以知道拟建场根据岩土的物理力学性质及工程特性可划分为三层，分别为杂填土①、粉质粘土层②、粉土层③、黏土层④、中风化砂岩⑤。从经济、安全等方面考虑，建议以粉质粘土层②作为地基持力层。为了满足上部荷载对地基承载力的要求，桩长取h=8m。

3.1.4 褥垫层

褥垫层的厚度一般在桩径的40%~60%之间，褥垫层材料宜采用中砂、粗砂、级配砂石和碎石，本工程褥垫层厚度取值：200mm，材料选用级配砂石。

3.2 单桩竖向承载力设计

CFG桩单桩承载力如公式（3-1）计算，且单桩承载力需满足公式（3-2）[2]

RaupqsiliqpApi1n(31)

Ra1.570(506.0552.0)7000.1962781.04kN

fcu425Mpafcu4RaAp(32)

Ra781.0440.914330KPa14.33MPa Ap0.1962式中：——单桩承载力发挥系数；

Ra——单桩竖向承载力特征（kN）；

Ap——桩截面积，取Ap=0.1962m2，；

n——桩长范围内所划分的土层数；

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值。按“规范”，对杂填土层取0kPa； 对粉质粘土层取50kPa；对粉土层取55kPa；

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up——桩的周长，取up=1.570m

qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值，取qp=700kPa。 li——桩长范围内第i层土层厚度（m）；

fcu——桩体混合料试块（边长150mm立方试块）标准养护28天立方抗压强度平均值，取

fcu.c25=25MPa

3.3 置换率与桩数的计算

fspkmRa (1m)fsk （3-3）

Ap 式中：——单桩承载力发挥系数；

； 错误！嵌入对象无效。——复合地基承载力特征值,根据要求取180（KPa） m——面积置换率；

错误！嵌入对象无效。——单桩竖向承载力特征值（kN）；

——桩的截面积（m²）；

错误！嵌入对象无效。

错误！嵌入对象无效。—— 此工程取1.0；

错误！嵌入对象无效。——处理后桩间土承载力特征值（kPa），可取天然地基承载力

特征值。本工程取120kPa。

fspkfsk1801.0120m0.017 Ra781.041.0120fsk0.90.1962AP取m=0.017

n'mA （3-4） Ap 取n=146根

0.0984210n'145.6

0.2826式中：A——地基加固面积（错误！嵌入对象无效。）；其他符号同上。 又，对于正方形布置的搅拌桩，

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22置换率 md2deddem0.52(35) 3.8340.017

de1.13ss 取l=3.0m

de3.8343.40 （3-6） 1.131.133.4 沉降计算

3.4.1 计算深度的确定[3]

s'n0.025s'i

i1ns'n——自试算深度向上z厚度范围的压缩量，z的取值按下表定(取0.6)

表2 ΔZ值

b/m b2 2b44b88b z/m 0.6 0.8 1.0 0.3 3.4.2 沉降计算

CFG桩复合地基的沉降应包括加固区的压缩变形错误！和桩端下未加固土下嵌入对象无效。卧层的压缩变形错误！嵌入对象无效。之和：

SS1S2 n1 (3-7)

n2p0p0sp((ziaizi1ai1)(ziaizi1ai1))i1Esiin11Esi n1加固区分层数 n2土层总分层数

Esii层土的压缩模量（MPa）

P0相应于作用的准永久组合时的附加压力（KPa）； 错误！嵌入对象无效。复合土层的压缩模量提高系数： sp复合地基沉降计算经验系数；

fspkfak

；

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zi基础底面至第i层土底面的距离（m）； zi1基础底面至第i-1层土底面的距离（m）；

表3 应力面积法计算地基沉降

Z(m) L/b Z/b a za ziaizi1ai1Esi/Mpa s'i/mm s'i/mm 0.0 24/16 =1.5 6.0 1.5 0.0 4×0.2500 =1.0000 6/16=0.374×0.2484 5 8.0 1.5 8/16 =0.5 10.0 1.5 10/16 =0.625 12.0 1.5 12/16 =0.75 13.0 1.5 13/16 =0.8125 =0.9936 4×0.2463 =0.9852 4×0.2437 =0.9748 4×0.2403 =0.9612 4×0.2346 =0.9384 11.5344 12.1992 0.68 40 2.493 107.333 1.78 7.5 35.73 104.84 9.748 1.86 7.8816 6.888 0.9936 0.9936 7×1.5 =10.5 8×1.5 =12 8 35.00 69.12 16.21 34.12 14.19 14.19 0.0000 10

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3.4.3 确定修正系数

fspk/fak180/1201.5AAinmjEsi1A/Eii1nspiAj/Esjj1j1m(38)(znan0a0) zanzn1an1 (za10a0)(z2a2z1a1)(1n)Esp1Esp2Esn

(12.19920)0.99366.8881.861.780.68()10.51287.54010.545

表4 复合地基沉降计算经验系数sp

4.0 7.0 15.0 20.0

35.0 Es(MPa)  sp 查表用内插法求得

1.0 0.7 0.4 0.25 0.2 sp0.5688

3.4.4 计算基础中点最终沉降

s'n0.025s'ii1n

2.4930.025s'i0.025107.332.683i1

n sss'0.5688107.3361.04

根据规范 GB50007-2001表5.3.4 高层建筑基础的平均筑沉降不大于200mm(满足要求)

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3.5 经济预算

3.5.1 单价

根据巴马当地预算单位预算，提供每1m³的CFG桩所用含量。

表5 预算单价

项目 材料费 人工费 机械费（包含电费） 管理费 总计 价格（元） 406.48 26.88 183.67 29.76 6.81 3.5.2 CFG桩总体积

V桩Aphn0.28268146330.08m3

3.5.3 总价

V桩330.086.81213499.04（元）

4 水泥土搅拌桩设计

4.1 设计参数

4.1.1 布桩形式：

对于大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置，此工程选用等边三角形满堂处理。

4.1.2 桩径：

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本次设计，通过选择桩径D=0.5m并且对这种方案从满足复合地基承载力、稳定性要求、沉降变形的要求程度上进行分析，截面积：0.196m²;

4.1.3 桩长：

根据勘察报告的土层分析，可以知道拟建场根据岩土的物理力学性质及工程特性可划分为三层，分别为杂填土①、粉土层②、粉土层③。从经济、安全等方面考虑，建议以粉土层②或粉土层③作为天然地基持力层。为了满足上部荷载对地基承载力的要求，桩长取h=6m。

4.1.4 褥垫层

褥垫层的厚度一般在150-300mm之间，桩径和桩距过大的时候取值往大值取，本工程褥垫层厚度取值：200mm，采用级配碎石垫层。

4.2 单桩竖向承载力设计

进行设计时，单桩竖向承载力特征值应按式（4-1）估算，并应同时满足式（4-2）的要求，应使由桩身材料强度确定的单桩承载力大于（或等于）由桩周土和桩端土的抗力所提供的单桩承载力，并取其中较小值[4]。

n

RaupqsiliApqp （4-1）

i1Ra1.57(204.9350.4550.7)0.45000.196275.485kN

RafcuAp （4-2）

Ra0.332.2701030.196146.8kN 式中：Ra——单桩竖向承载力特征（kN）；

fcu——与搅拌桩桩身水泥土配比相同的室内加固土试块（边长为70.7mm的立方体，也可采用边长为50mm的立方体）在标准养护条件下90d龄期的方体抗压强度平均值（kPa）根据经验取2.27MPa；

——强度折减系数,可取0.3~0.4，取=0.35； Ap——桩截面积，取Ap=0.196m2，； n——桩长范围内所划分的土层数；

qsi——桩周第i层土的侧阻力特征值。按“规范”，对淤泥可取4～7kPa； 对淤泥质粘土可取6～12kPa；对软塑状态的粘性土可取10～15kPa；对可塑状态的粘性土可取12～18kPa；

up——桩的周长，取up=1.57m

qp——桩端地基土未经修正的承载力特征值，取qp=250kPa。

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li——桩长范围内第i层土层厚度（m）；

——桩端天然地基土的承载力折减系数,可取=0.4～0.6，承载力高时取低值，反之取高值。本次工程取0.5；

搅拌桩复合地基承载力特征值的计算

4.3 置换率与桩数的计算

根据：

（4-3）

式中：错误！嵌入对象无效。——复合地基承载力特征值（kPa）根据要求必须大于233kN/m²，

fspkmRa(1m)fskAp 取233kN/m²； m——面积置换率；

错误！嵌入对象无效。——单桩竖向承载力特征值（kN）；

——桩的截面积（m²）； 错误！嵌入对象无效。

错误！嵌入对象无效。——桩周土承载力折减系数，当桩端土为软土时，可取 0.5~1.0，当桩端土为硬土时，

可取0.1~0.4，本工程取0.5；

错误！嵌入对象无效。——处理后桩间土承载力特征值（kPa），可取天然地基承载力特征值。本工程取50kPa。

fspkfsk2230.550m0.273Ra146.8

0.550fsk0.196APmA （4-4） Ap取m=0.28

n'

0.284210n'600

0.196式中：A——地基加固面积（错误！嵌入对象无效。）；其他符号同上 又，对于等边三角形布置的搅拌桩，

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2d置换率 m2deded2m0.250.944 90.28 de1.05ll取l0.9m。

de0.94490.99m 1.051.054.4 沉降计算

水泥深层搅拌桩复合地基的沉降应包括搅拌桩群体的压缩变形错误！嵌入对象无效。和桩端下未加固土下卧层的压缩变形S2之和：

错误！嵌入对象无效。 (4-6）

4.4.1 搅拌桩群体的压缩变形错误！嵌入对象无效。计算

将复合地基加固区增强体连同地基土看作一个整体，采用置换率加权模量作为复合模量进行压缩变形计算。

桩群体的压缩变形错误！嵌入对象无效。可按下式计算:

（4-7）

错误！嵌入对象无效。

式中：

S1(233138.182)616.84mm

266.14错误！嵌入对象无效。——群桩体顶面的平均压力(kPa)，取233kPa 错误！嵌入对象无效。——群 桩 体底面的附加压力(kPa)，00.753

PCa0qsilii1n P0=lb(48)

2330.7534210(4210)2(204.9350.4550.7) 421013.818k2Pa 错误！嵌入对象无效。——实际桩长（m）；

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错误！嵌入对象无效。——群 桩 体的变形模量，可按式(4-9)计算：

错误！嵌入对象无效。 （4-9） E00.28227(10.28)3.4466.14Mpa 式中：

qu（MPa） 取227MPa； ——搅拌桩的变形模量，可取（100~120）错误！嵌入对象无效。

，取加权平均值错误！嵌入对象无效。——桩间土的变形模量（MPa）(2.54.9+70.4+80.7)/6=3.44。

4.4.2 复合地基下卧层的沉降计算

地基沉降计算分层第i层计算分层厚度，分层厚度不宜大于0.4b=0.4×2.6=1.04m, 基底附加压力p0223kPa 4.4.2.1 计算深度的确定

s'n0.025s'i

i1ns'n——自试算深度向上z厚度范围的压缩量，z的取值按下表定(取0.6)

表6 ΔZ值

b/m b2 2b44b88b z/m 0.6 0.8 1.0 0.3 4.4.2.2 沉降计算

表7 应力面积法计算地基最终沉降

Z/m L/b Z/b a za ziaizi1ai1 ESISi'/Mpa/mm s'i/mm 7 2.6/2.6 7/2.6 =1 =2.692 4×0.14704.1182 0.5883 8 1 8/2.6 =3.077 40.134.3081 0.53850.1760 8.0 5.3591 5.3591

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续表7 应力面积法计算地基最终沉降

Z/m L/b Z/b a za ziaizi1ai1 ESISi'/Mpa/mm s'i/mm 9 1 9/2.6 =3.462 40.12404.47 0.49610.1566 8.0 4.7684 10.1275 10 1 10/2.63.84611 1 11/2.6 =4.231 12 1 12/2.6 =4.615 12.6 4x0.1148 4.5915 =0.4592 4x0.1067 4.6953 =0.4268 4x0.0998 4.7881 =0.3990 0.1268 8.0 3.8610 13.9885 0.1038 8.0 3.1606 17.1491 0.0928 8.0 2.8263 19.9754 1 12.6/2.6 4x0.0960 4.8383 =4.846 =0.3840 0.0502 8.0 1.5293 21.5047 13.2 1 13.2/2.6 4x0.0925 4.8827 =5.077 =0.3699 4x0.0881 4.9340 =0.3524 4x0.0832 4.9902 =0.3327 4x0.0788 5.0437 =0.3152 4x0.0748 5.0874 =0.2993 4x0.0712 5.1258 =0.2848 0.0444 8.0 1.3525 22.8572 14.0 1 14/2.6 =5.3846 0.0513 8.0 1.5633 24.4205 15.0 1 15/2.6 =5.7692 0.0562 8.0 1.7105 26.1310 16.0 1 16/2.6 =6.1538 0.0535 8.0 1.6290 27.7600 17.0 1 17/2.6 =6.5385 0.04372 8.0 1.3312 29.0912 18.0 1 18/2.6 =6.9231 0.03843 8.0 1.1702 30.2614 18.6 1 18.6/2.6 4x0.0692 5.1479 =7.1538 =0.2768 0.02214 8.0 0.6741 <0.025x 30.9355 =0.7734 30.9355 17

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4.4.2.3 确定修正系数

E8.0

p0fsk223kpa

表8 沉降计算经验系数

基底附加压力 E/MPa 2.5 1.4 1.1 4.0 1.3 1.0 7.0 1.0 0.7 15.0 0.4 0.4 20.0 0.2 0.2 p0fsk p00.75fak 查表用内插法求得

0.5618 4.4.2.4 最终沉降计算

S2SS'0.82530.935525.5218mm

S1S216.84+25.5218=42.36MM

根据规范 GB50007 砌体墙的民用建筑沉降不大于200mm(满足要求)

4.3 经济预算

4.3.1 单价

经过巴马县当地预算单位预算，提供每1m³搅拌桩费用。

表9 单价

项目 人工费 材料费 机械费（包含电费） 管理费 总和 价格 33.12 91.19 54.31 12.36 190.98 4.3.2 桩体总体积

V桩Aphn0.1966600705.6

4.3.3 总价

705.6190.98134755.488(元)

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经过对比水泥搅拌桩更经济，推荐使用水泥搅拌桩。

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5 水泥搅拌桩施工方案

5.1 技术指标

5.1.1 深层搅拌桩

本次设计中水泥搅拌桩桩径定为D=50cm，水灰比0.45~0.5，设计水泥掺灰量15%。所购置的水泥应是强度等级为42.5的普通水泥，不能使用不正规的劣质水泥。如果因为工程需要，要使用固化剂，要对产品进行检测，达到要求。

桩身设计90d无侧限设计抗压强度qu2.27Pa，单桩设计承载力146.8kN。

5.1.2 碎石垫层及土工格栅

在次水泥搅拌桩地基处理方案中，垫层采用级配碎石垫层，垫层材料中不能含有植物、杂物，碎石垫层的含泥量不得大于百分之三，渗透系数不能小于103cm/s。级配碎石垫层摊铺厚度20cm。垫层两端采用土工格栅包裹。土工格栅采用双向聚合土工格栅。设计采用土工格栅双向抗拉强度》50kN/m，纵、横向伸长率<10%

5.2 设计间距及布置形式

据稳定及沉降计算的要求，水泥搅拌桩桩距采用0.9m，桩位在平面上呈三角形布置，布置图如附图1。

5.3 施工工艺

5.3.1 定位

起重机（或塔架）悬吊搅拌机到达指定桩位对中。当地面起伏不平时，应使起吊设备保持水平。

5.3.2 预搅下沉

待搅拌机的冷却水循环正常后，启动搅拌机电机，放松起重机钢丝绳，使搅拌机沿导向架搅拌切土下沉，下沉的速度可由电机的电流监测表控制。工作电流不应大于70A。如果下沉速度太慢，可从输浆系统补给清水以利钻进。

5.3.3 制备水泥浆

待搅拌机下沉到一定深度时，即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，待压浆前将水泥浆倒入集料中。

5.3.4 提升喷浆搅拌

当水泥浆液到达出浆口后，应喷浆搅拌30s，在水泥浆与桩端土充分搅拌后，再开始提升搅拌头。

5.3.5 重复上、搅拌

搅拌机提升至设计加固深度的顶面标高时，集料斗中的水泥浆应正好排空。为使软土和水泥浆搅拌均匀，应重复搅拌下沉。

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5.3.6 关闭搅拌机、清洗

向集料斗中注入适量清水，开启灰浆泵，清洗全部管路中的残存的水泥浆，直至基本干净，并将粘附在搅拌头上的软土清洗干净。

5.3.7 移位

重复以上1~6步骤，再进行下一根桩的施工。

8：深层搅拌机定位→预搅下沉→制配水泥浆→喷浆搅拌、提升→重复搅拌下沉→关闭搅拌机、清洗→位移至下一根桩、重复以上工序。

① 场地整平

场地施工前应先整平，场地整平标高应比设计标高再高出0.5m，待桩体施工完毕后，再清理开挖至原地面高度。

②搅拌、喷浆

待搅拌机冷却水循环正常后，进行预搅下沉，下沉速率控制在0.38~0.75m/min，沉至设计加固深度后，以0.3~0.5m/min的均匀速度提升喷浆至地面顶，注浆压力保持在0.4~0.6MPa。为使软土和水泥浆搅拌均匀，应再次将搅拌机边旋转边沉入土中，至设计加固深度后再搅拌提升出地面

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6 总结

本设计选用两种比较贴合实际的方案（CFG桩方案和水泥土搅拌桩方案）进行对比，发现虽然由于水泥土搅拌桩的单桩承载力底，照成水泥土搅拌桩的桩数多，但是水泥搅拌桩的造价便宜，最后发现水泥土搅拌桩方案的总价低。出于经济考虑，选择水泥土搅拌桩作为最终处理方案。方案的基本参数如下。

表10 基本参数

处理方案 水泥土搅拌桩 基础埋深 m -2.5 桩径 mm 500 桩数 600 桩间距m 0.84 置换率 0.28 布桩方式 等边三角形布桩 褥垫层厚度mm 200 褥垫层材料 级配砂石 经过计算此方案满足地基承载力要求值（233KPa）,且沉降量小于规范要求量200mm。此工程可行。

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致谢

我是一名大四的毕业生，我即将走向社会，以前在学校所学到的知识都是片面的，如果我就这样步入社会我肯定不能适应严禁而且全面的实际工程，我很感谢学校在我毕业前给我这一次机会，让我在毕业前能接触并设计实际工程，让我逐步适应从学校学术型的知识转变成我以后在毕业后工作中所需要的应用型的知识。

对于这次毕业设计，我十分感谢我的导师邢心魁老师，由于我以前没有接触过实际地基处理工程的设计，许多方面都考虑不周，是我的导师在百忙之中抽出宝贵的时间一步步指导我，在我有疑问的时候不厌其烦的指导我，一步步教导我完成本次设计。还有那些指导给我的建议的老师，我十分感谢你们，没有你们我不可能如此顺利的完成此次设计。我可能还在原地踏步，找不到方向。你们交给我的知识将会指导我走向这个社会，对我的影响将是重大的，特别是我翻过的错误，如果在以后实际工程中遇到，我一定能想起你们教导我时的叮嘱。

最后我还要感谢一群人，他们是我的同学，虽然他们有他们自己的设计需要制作，十分紧张忙碌，可是不论什么时候，我需要帮忙他们总是能助我一臂之力，一本课本，一本规范，一句解答，一句鼓励，他们对我的帮助点点滴滴。

经过这几个月的实习和设计，我完成了我人生的第一次工程设计，望着我手上的设计，拥有成就感的同时，我也感觉到了肩上的责任，原来设计实际工程是这样的不容易，这次设计中我犯了许多的错误，是老师的指导同学的帮助让我一次次修改，可是以后的工程中，我没有那么多的机会去改正错误，我必须每次计算，每次设计都仔仔细细，不然我设计出来的工程将给他人自己带来灾难。

再次感谢我的知道老师刑老师和其他给我指点的老师以及其他帮助过我的人，没有你们就没有我的这次设计！谢谢你们！

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参考文献

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[4] 李镜培，梁发云，赵春风.土力学(第2版)[M].北京：高等教育出版社，2008.119-123. [5] JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[s]

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