1、武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 1 地 基 处 理 课 程 设 计 设计题目 ： 某 中学 体育场地基处理 设计 专业班级 ： 土木工程（岩土方向） 13级 学 号 ： 201308141193 姓 名 ： 何 兴 强 指导教师 ： 杨 泰 华 日 期 ： 2015 年 12月 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 2 目 录 第一单元 课程设计任务书 . 3 地基处理课程设计任务书 4 第二单元 计算说明书 . 8 A CFG桩处理法 . 9 设计参数 . 9 施工 14 质量检验 14 B.排水固结法
2、 . 16 排水系统设计 . 16 加压系统设计 . 17 地基整体稳定性验算 19 预压期间沉降计算 23 施工方法 . 23 第三单元 大样图 25 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 3 第一 单元 地 基 处 理 课 程 设 计 任 务 书 设计题目： 某 中学 体育场地基处理 设计 班级 土木工程（岩土方向） 13 级 学生 何兴强 指导教师 杨泰华 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 2015 年 12 月 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 4 地基处理课程设计任务书 一 、课程设
3、计资料 1. 工程概况 某工程为体育中心的地基加固工程， 总占地面积 34 万 m2，场地地基处理总面积约 23 万m2。 游泳馆、商业用房等建筑采用桩基础，其它场地为 体育馆、运动 场、各类球场、停车场、市民广场、道路及绿地等用地均采用地基处理方式。 本课程设计仅要求对体育馆区进行地基处理，场地范围 30*45m，采用筏板基础， 拟建场地对差异沉降敏感度一般，对施工噪声影响要求不高。根据本工程的规模和性质，该工程为二级工程，场地为二级地基，勘查等级为乙级。 根据区域地质资料，站址处主要岩性为花岗岩，场地范围内未发现活动断裂通过。场地附近未发现坟墓，文物、矿产等存在，场地交通条件较好。 2.
4、岩土工程勘察资料 根据野外钻探取芯肉眼鉴别及原位测试手段，并结合室内试验成果，确定场地内自上而下地基岩土层划分及各特征 参数 分述如下： 岩土层物理力学性质见表 1： 表 1 各土层物理力学指标统计表 层号 指标 土层名称 天然重度 压缩模量 抗剪强度 承载力特征值 Es1-2 Ccu cu Cu u fak KN/m3 NPa kPa o kPa o kPa 耕植土 17.5 10 15 100 粉细砂 18.7.0 8 0 22 110 淤泥 16.7 2.3 8.4 16.0 8.3 6.5 40 粘 性 土 19.2 5.7 16.7 15.3 180 淤泥质土 16.9 3.6 12
5、.1 18.5 9.8 7.9 60 卵石 21 22 0 35 250 中风化花岗岩 22 1000 3. 水文地质条件 （ 1） 地下水类型及埋藏条件 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 5 拟建场地 地下水位 2.5m，地下水主要为赋存于粉细砂、 卵石层 等 松散类 土层，以长期浸水条件判定， 地下水对混凝土结构和钢筋混凝土结构中的钢筋不具腐蚀性 ，对 钢结构具弱腐蚀性。 以干湿交替作用条件判定， 地下水对混凝土结构不具腐蚀性 ，对 钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构具弱腐蚀性。 二、课程设计内容 根据场地的工程地质和水文地质条件， 选择不同的地基
6、处理方案，要求进行二个地基处理设计（每个方案中可以是不同处理的组合），并进行经济、施工周期等各项条件的比选，从而给出推荐的设计方案。 每种地基处理设计方案均要给出施工要求、质量检测和监测的方案。 各种地基处理方法设计内容要求如下： 1. 排水固结 砂井或塑料排水板的布置，包括塑料排水板型号的选择、砂井直径、间距、长度、排列方式等，制定加载预压计划，计算地基固结度，地基整体稳定性验算、计算排水固结法的施工时间，预测沉降量。水平排水砂垫层设计，砂料的选择。 提供的图纸有塑料排水板或砂井的大样图、水 平排水垫层的大样图。 2. CFG 桩 CFG 桩的直径、间距、长度、排列方式、施工工艺、单桩承载力
7、的计算、复合地基承载力计算、置换率的确定、下卧层地基强度的验算、沉降计算、褥垫层的设计。 提供的图纸有 CFG 桩平面布置图、竖向剖面图及必要的施工工艺说明。 3. 换填法 垫层厚度和宽度的确定、软弱下卧层计算、垫层材料，选择提供垫层的剖面大样图。 4. 强夯法 夯锤、落距、锤的底面积、夯击次数、遍数、夯击顺序的确定、夯击点布置方式、处理范围，有效加固深度的确定、地基的竖向沉降量。 是否置换、置换材料选择、桩径、桩距 、桩长的选择、复合地基承载力计算。 提供的图纸有强夯的大样图，布置方式。 表层素填土是否进行处理，请给出详细的施工方案。 以上设计方案仅供参考。 武 汉 科 技 大 学 城 市
8、建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 6 三 、提交的课程设计成果 及考核方法 1. 设计说明书 要求写出完整的计算说明书 ，内容可参考上述要求，讲述清楚设计的每个过程，要求用A4 幅面打印 。 2. 图纸 图纸要求（要求 CAD 绘图， A4 页面）。 3. 考核办法 成绩考核按照优，良，中，及格，不及格五级给分。 特别强调自我设计的独创性。 四、参考文献 1. 中华人民共和国国家标准，建筑地基基础设计规范（ GB 50007-2011） . 北京：中国建筑工业出版社， 2011 2. 中华人民共和国国家标准， 建筑地基处理技术规范 （ JGJ79-2012） . 北京：中国建筑工
9、业出版社， 2012 3. 地基处理 叶书麟、叶观宝编 中国建筑工业出版社 2004 年 4 地基处理技术与工程实例 徐至钧 赵锡宏主编 科学出版社 2008 年 5 地基处理技术发展与展望龚晓南主编 水利水电出版社 2004 年 6 地基处理龚晓南编著 中国建筑工业出版社 2005 年 7地基处理手册 龚晓南主编 中国建筑工业 出版社 2000 年 五、完成时间 2 周 六、 任务 分组： 各土层情况如下（自天然地面算起）： 淤泥层水平固结系数平均值为 322.4 3 10 cm / s ，垂直固结系数平均值为322.0 0 10 c m / s 。 地基处理后淤泥固结度达 90%以上。 基
10、础底 埋深 2.5m，基底压力： 140kPa。 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 7 圆弧滑动条分法 土层名称编号厚度hi（m）极限侧摩阻力标准值qsi(KPa)极限端阻力标准值qp(KPa)承载力标准值fka(KPa)耕植土层 2.5 0 100粉细砂层 1.5 30 110淤泥土层 12.5 18 40黏性土层 4 31 450 180淤泥质土 2 18 200 60卵石层 10 60 1000 250武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 8 第二 单元 计算说明书 根据任务书可知，需处理的场地下有较
11、厚的软弱土层， 且软弱土层主要为淤泥质土，故不适宜用换填法和强夯法来处理，选择 CFG 桩法和排水固结法进行地基加固较为合理，所以本课程设计主要以 CFG 桩法和排水固结法进行设计说明。 A . CFG 桩处理 法 B . 排水固结法处理 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 9 A CFG 桩处理 法 一、 设计参数 1. 桩径 CFG 桩采用 振动沉管法施工，其桩径根据桩管大小一般为 350600mm，本设计 初步 取 桩径 d=500mm。 2. 桩距 由务书可知，体育场馆的基础为筏板基础， CFG 桩采用满堂布桩，地下水位为 -2.5m，地下水
12、位较高，主要处理的土层为细砂层、淤泥质土层、粘性土土层等，根据地基处理（第三版，叶观宝编）表 7-4，初步选取桩距 为 = 6 = 3000 = 3。 3. 布桩形式 采用正方形布庄桩。 4. 褥垫层 厚度 取褥垫层厚度为 0 = 300mm，褥垫层材料为中砂。 5. 桩长 由务书可知，基底压力值为 P = 140，故处理后的复合地基承载力特征值 ，而 = +(1) 其中， 为处理后的桩间土承载力特征值，此处取天然地基承载力 100 ，取 = = 0.9，由于是正方形布桩，所以 = 1.13 = 1.133 = 3.39，所以置换率 = ()2 = ( 0.53.39)2 = 0.022 桩的
13、截面积： = 24 =0.524 = 0.1962 所以有 0.90.022 0.196 +0.9(10.022) 100 140 即 : 515.5 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 10 而又有 = =1+ 若取桩长 15m，则桩端进入第四层土 1.30m， = d = 0.5 = 1.57m，取 = 0.8，则： = =1+ = 1.57(1.2030 +12.518 +1.3031)+0.8 450 0.196 = 543.6 515.5(合格 ) 此时， = +(1) = 0.90.022 543.60.196+0.9(10.022)10
14、0 = 142.9 140(合格 ) CFG 桩桩体试块抗压强度平均值应满足 (考虑埋深修正 )： 41+( 0.5) 其中，基础底面以上 土 的加权平均重度为 = 17.5 3 ，复合地基承载力特征值的修正值为： = + ( 3)+( 0.5)(细砂 取 2.0， 取 3.0) = 142.9+2.0 (18.710) (63)+3.017.5(2.50.5) = 300.1 所以 41+( 0.5) = 4 0.9543.60.196 1+17.52300.1 = 11.15 即桩身材料标准养护 28天后的立方抗压强度平均值不小于 11.15。 具体的 CFG桩布置图见图（ 1）。 需布置
15、的桩数为： 17 12 = 204 根。 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 11 图 （ 1） CFG桩平面布置图 6. 软弱下卧层验算 由 12 =5.73.6 = 1.58， =1830 = 0.6 0.5 查表得，应力扩散角 = 23， 软弱下卧层顶面处的附加应力值为 ： = ( )( +2tan23)( +2tan23) = 30 45 (14017.52.5)(30+218tan23)(45+218tan23) = 47.6 软弱下卧层顶面处土的自重应力值为 ： = =1 = 17.52.5+(18.710)1.5+(16.710) 12
16、.5+(19.210)4= 177.35 软弱下卧层顶面以上土的加权平均重度为： 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 12 = 17.52.5+(18.710)1.5+(16.710)12.5+(19.210) 420.5 3= 8.65 3 修正后的软弱下卧层地基承载力为 ： = +( + 0.5) = 60 +1.08.65 (2.5+18 0.5) = 233 + = (177.35+47.6) = 224.95 8m,根据规范，取 z = 1.0，计算出 = 0.60，而 =0.60216.40 0.0028 0.025(满足要求 ) （ 4
17、） 确定沉降经验系数 1） 计算 值 = ( )= 0 ( 11)0 11= 1199.52 +11681.77 +1035.71 +1988.93 +1348.32+6756.60+370.261199.5281.299 +11681.772.33.573 +1035.715.70.794 +1988.935.7 +1348.323.6 +6756.6022 +370.2622= 8.667 2) 值确定 根据内插法求得： = 0.637 0.64，所以，最终沉降量为： s = = (0.64 216.40) = 138.5 80%(满足要求 )， 所以第 二 级加载时间为8d，恒载时间为
18、25d。 3. 第三级荷载 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第 三 级容许施加的荷载 3。 经过第一级加荷后的土的抗剪强度为： 2 = 1 +22 = 23.67 +600.89515 = 38.1 所以 , 3 = 5.52 = 5.5238.11.2 = 210.3 取 3 = 40,加载速率为 10/，则加载时间为 3 = 3 10 = 4d. 第 三 级可施加高度 为 ： 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 19 3 = 3 +2 = 8.5 3荷载作用后的固结度计算： 3 = ( 1)( 1)=1= 10160(60)0.810.050.0
19、5(0.056 0)+ 10160(4337)0.810.050.05(0.0543 0.0537) + 10160(74 70) 0.810.05 0.05(0.0574 0.0570) = 1 10.030.05 取 =100d，则 3 = 110.030.05100 = 0.932 90%(满足要求 )，所以第 三 级加载时间为 4d，恒载时间为 26d。 三级荷载施加完后，总荷载 为： = 1+2+3 = 60 +60 +40 = 160 140 所以承载力满足要求，三级堆载预压时间为 100d。 三、 地基整体稳定性验算 地基稳定性验算采用圆弧滑动条分法 。 地基分级加载图如图（ 4
20、）所示。 图（ 4） 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 20 1. 先假设 R=75m 计算简图如图（ 5），计算数据见表 B-1。 图（ 5） R=75m时的计算简图 表 B-1 所以，有： 1 = ( cos tan +) = 75 (2511.86+864.03)160 45 (45 0.5+3) = 1.38 1.2(满足 要求 ) 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 21 2. 假设 R=85m 计算简图如图（ 6），计算数据见表 B-2。 图（ 6） R=85m时的计算简图 表 B-2 所以，
21、有： 2 = ( cos tan +) = 85 (1630.52 +787.7)160 45 45 0.5 = 1.27 1.2(满足 要求 ) 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 22 3. 假设 R=95m 计算简图如图（ 7），计算数据见表 B-3。 图（ 7） R=95m时的计算简图 表 B-3 所以，有： 3 = ( cos tan +) = 95 (1776.52 +874.0)160 45 (45 0.5+5) = 1.27 1.2(满足 要求 ) 综上所述， 1、 2、 3均满足要求， = 1.27 1.2,地基整体稳定性满足要求。
22、 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 23 四、 预压期间 沉降计算 三级加载知： 0 = 160 ，忽略第一层耕植土的沉降量，从第二层土开始算起。 第二层土附加应力为： 2 = 0 22 = 160 (18.710)1.5 = 146.95 沉降量为： 2 = 2 +0222 = (146.95+160)1.528 = 28.8 其他土层的沉降计算见表 B-4 表 B-4 土层号 土层厚度(m) 土的重度( 3 ) 附加应力() 平均附加应力() 土层压缩模量 () 土层沉降量() 总沉降量 () 1 2.5 17.5 160 2 1.5 18.7
23、 146.95 153.5 8 28.8 3 12.5 16.7 63.2 105.1 2.3 571.2 4 4 19.2 26.4 44.8 5.7 31.4 5 2 16.9 12.6 19.5 3.6 10.8 6 1.5 21 0 6.3 22 0.4 642.6 所以堆载预压下的地基沉降量为 = 642.6，加载的总高度为： = 3 = 7.86 五、 施工 方法 1. 水平排水垫层施工 根据设计要求，水平排水垫层使用级配良好的中粗砂垫层，渗透系数不低于 103 ，含泥量小于 3% ，垫层厚度为 500mm，垫层宽度延伸出砂井布置区外边线 600mm。 在铺设砂垫层前，应清除干净砂
24、井顶面的淤泥或其他杂物，以利砂井排水。 2. 竖向排水体施工 砂井施工要求：保持砂井连续和密实，并且不出现颈缩现象；尽量减少对周围土的扰动；砂井的施工长度需达到设计长度，即 16.5m，砂井的直径为 300mm，间距为 1.7m，呈正三角 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 24 形布置。 砂井布置范围为覆盖整个 45x302的需处理场地，且每边向外延伸 3m。 砂井施工采用 振动打入的成孔方法， 灌砂采用压缩空气的振动提拔套管法。砂井的灌砂量，应按砂在中密状态时的干重度和井管外径所形成的体积计算，其实际灌砂量按质量控制要求，不得小于计算值的 95%
25、，灌砂时可适当灌水，以利密实。 砂井 位置 的允许偏差值为该井的直径 ，即 300mm，垂直度的允许偏差值为 1.5% 。 3. 预压荷载的施工 堆载预压的材料为重度为 = 20 3 的砂石，采用自卸汽车与推土机联合作业。施工时注意以下几点： （ 1） 堆载面积要足。本工程堆载面积为 47mx32m，即由预定的基础面积向外扩展 2m，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。 （ 2）堆载要严格控制加荷速率，一级加荷速率、二级加荷速率和三级加荷速率均为10/。 武 汉 科 技 大 学 城 市 建 设 学 院 地 基 处 理 课 程 设 计 25 第 三 单元 施工详图 A. CFG 桩平面布置图 及竖向剖面图 B. 砂井平面布置图 及竖向剖面图
