1、课程设计报告书课程名称 _地基处理_设计内容_205 国道桥头软弱地基处理_专业、年级_勘查 121 班 _学生姓名 指导教师 _ _完成时间_2015 年 6 月 26 日_合肥工业大学资源与环境工程学院设计题目 205 国道（高速公路）桥头软弱地基处理 成绩课程设计主要内容通过地基处理课程的学习，对 205 国道（高速公路）桥头软弱地基处理进行设计，设计内容为：1，布桩形式，桩径，桩距；2 ，桩长；3，复合地基承载力；4，荷载计算（车辆，及路堤自重） ；5，复合地基的沉降量计算；6，下卧层承载力和沉降量的计算； 7，工后沉降的计算；8，沉降稳定时间；9，方案选择及判别； 10，造价等。理论
2、联系实际，了解地基处理设计有多种选择，从质量，进度和投资等方面综合考虑，选择一个最佳方案。通过课程设计，掌握设计的方法和步骤。指导教师评语建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。签名： 2015 年 06 月 29 日205 国道（高速公路）桥头软弱地基处理的课程设计一、 工程简况东环路是 205 国道在马鞍山境内的一段，是一级汽车专用公路，长 19.6Km, 双向 4 车道，设计车速 110Km/h, 路面宽 24.5m, 路堤平均堆高 4.0m，基底宽36.0 42.0m。其中在五亩山大桥和丰收桥之间为大面积灌溉渠，地基极为软弱：从
3、地表向下依次为 0.8m 厚耕植土，8.09.0m 厚流塑和软塑淤泥质亚粘土，再往下是 10.0m 厚软塑和硬塑亚粘土等（表 1） ，地下水位离地表 0.50.8m 。表 1 各层土的物理力学指标值土层名称（状态）（）（t/m 2）e IL a(Mpa-1)Es(Mpa)Cu(kPa)u(。 )淤泥质亚粘土（流塑）40.2-95.11.78 1.11 1.15 0.93 1.9 6 3淤泥质亚粘土（软塑）38.5 1.81 1.10 0.73 0.76 2.6 12 6亚粘土（软塑） 29.5 1.90 0.85 0.65 0.44 4.0 9 6亚粘土（硬塑） 23.6 2.01 0.67
4、0.15 0.19 8.9 68 18含碎石亚粘土 21.7 1.99 0.69 0.37 0.24 7.1注 淤泥质亚粘土渗透系数4.2310 -7cm/s二、 地基处理方法选择由于该段地基极为软弱，初步计算。其路堤临界高度仅 3.0m，在设计的路堤作用下地基固结沉降量为 50.5cm。按两年工期则工后沉降超过 20cm，不能满足工后沉降 Sr10cm 的规范要求，必须对地基进行处理。处理方法有以下四种：砂垫层法；砂井法；粉喷桩法和二灰桩法。砂垫层法虽然施工简单，造价低，但此法不能满足工后沉降的设计要求及存在压路机下陷，难以施工的问题。砂井法有利于软粘土排水，能加速固结沉降，但施工要求高而且
5、对工期有严格限制。粉喷桩法有利于固化软土，亦能满足工期要求，但工程造价高。二灰桩法是马鞍山矿山研究院为加固软弱地基而开发的一项土工新技术，以成功地用于危楼地基加固和重载铁路软基处理。马鞍山发电厂有大量粉煤灰（工业废渣）可供利用，故二灰桩成本较低。从路堤稳定，工后沉降，工期及经济诸方面考虑，确定采用二灰桩技术对桥头软弱地基进行加固处理(同学们也可另选其他地基处理方法)。三、 课程设计要求画剖面图，选出方案，作出设计（桩径，桩长，桩距，平面布桩，沉降量，复合地基承载力） ，写出计算步骤。如有可能，算出沉降稳定的时间，工后沉降以及造价。 设计报告装订顺序：封面任务书（成绩）设计计算图纸注：二灰桩的抗
6、剪强度为 130 Kpa。加固后桩周土的承载力标准值为 40 Kpa。四、 二灰桩（粉煤灰生石灰=37）复合地基设计计算亚()亚亚()亚()亚亚图 1 桥头地层剖面图设计方案（一）：三角形布桩：1. 桩径、桩距及布桩形式1) 根据设计要求、当地施工条件以及对成孔机械的要求，成孔桩径 d 一般选用 300600mm。此处选用 400mm。2) 桩距此处取 L=900mm。2、桩长、桩土应力比及面积置换率石灰桩桩端宜选在承载力较高的土层中，故而本设计选择软塑亚粘土为持力层。初步确定桩长为 8m，但在施工中桩顶标高应高出设计标高 0.1m，上部 0.8m 的耕植土挖去，换成 0.6m 厚粉煤灰和 0
7、.2m 厚的砂石褥垫层。桩土应力比一般为 25，此处取 n=3。正三角形布桩面积置换率为： 18.032ldm二灰桩的粉煤灰：石灰=3：7，算得石灰桩膨胀率 =1.1膨胀后的面积置换率 9.18.03、复合地基承载力计算公式： kskpksp fmfmf , 1式中： 桩身强度,加固后的桩周土承载力标准值ksf,膨胀后的置换率m初步设计时取 =350kPa，加固后的桩周土承载力标准值 =40kPakpf,ksf,（初步设计时，取 =350500kPa，土质好，施工条件号时取高值；土质差，kf,地下水较丰富时，取低值； =40kPa 为已知条件） ，所以：ksf,kPa38.1040198.05
8、9, kskpksp fmfmf4、荷载计算公路级汽车荷载的车辆荷载以一辆标准车表示，其主要技术指标应符合下表规定。项目 单位 技术指标车辆重力标准值 kN 550前轴重力标准值 kN 30中轴重力标准值 kN 230后轴重力标准值 kN 2140轴距 m 3+1.4+7+1.4轮距 m 1.8前轮着地宽度及长度 m 0.30.2中、后轮着地宽度及长度 m 0.60.2车辆外形尺寸（长宽） m 152.5公路纵向取 15m，宽 42m，考虑四车道有六辆车的最不利情况，其中有四辆行驶，两辆车由于故障而停下，另有载荷分项系数：永久荷载， G=1.2 可变荷载， Q=1.4。假设每国辆车的载重加自重
9、为 550kN，则：P 车 =65501.4/(1542)=7.3kPaP 路基 =1/2(24.542) 415201.2/(1542)=76kPaP= P 车 + P 路基 =7.3+76=83.3 kPa =101.38kPakspf,满足承载力的要求。5、下卧层承载力的验算下卧层以上的自重应力：Pcz=(17.8-10) 4+(18.1-10) 4=63.6kPaPz=P=0.243883.3=20.3kPa：为附加应力系数，由查表得 =0.244P= Pcz+ Pz=83.9kPa桩底土层承载力进行深度修正公式： cqNdbN021f、 、 承载力系数，无量纲，仅与内摩擦角 u有关，
10、可查表得：qc太沙基公式承载力系数表 u 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45N0 0.51 1.20 1.80 4.00 11.0 21.8 45.4 125 326q1.00 1.64 2.69 4.45 7.42 12.7 22.5 41.4 81.3 173.3c5.71 7.32 9.58 12.9 17.6 25.1 37.2 57.7 95.7 172.2下卧层亚粘土分软塑、硬塑两层，其内摩擦角分别为 6、18，粘聚力分别为 9kPa、68kPa，由此查表可得：=0.648， =1.85， =7.772NqcN、 分别为复合地基土层、下卧层的平均重度：0kPa/
11、m95.78/410.84108.7 kPa/m65259b=42m,d=8m,c=9kPa所以修正后桩底土层承载力为：Pu=1/29.6420.648+7.9581.85+97.772=318.2448 kPa取安全系数 K=3,则 Pu/P=318.2448/83.9=3.793，故地基承载力满足。6、沉降量计算沉降计算分为复合地基沉降计算和下卧层沉降计算两部分。复合地基部分采用复合模量法，下卧层采用分层总和法。复合模量公式： sispi EnmE11修正系数，由经验确定，此处取为 1.2淤泥质亚粘土（流塑）:=1.21+0.18（3-1）1.9=3.10MPasispi EnmE11淤泥
12、质亚粘土（软塑）:=1.21+0.18(3-1) 2.6=4.24MPasispi EnmE11（由于 0.8m 耕植土换为 0.2m 的砂石褥垫层和 0.6m 厚粉煤灰，在施工中已经密实，故该层沉降可忽略）1) 复合模量法计算复合地基沉降量 ：sinipsiHE1加固区土层变形量；s第 i 层复合土体上附加应力增量；ip第 i 层复合地基的压缩模量；psiE第 i 层土体的厚度；iH复合土体的总层数。n计算结果列表如下：点号Z(m)层号 z/b Espi(MPa)Pi(kPa)p i(kPa)s i(cm)s i(cm)0 0 0 1 83.31 4 0.10 0.984 3.10 82.0
13、 82.7 10.6 10.62 8 0.19 0.970 4.24 80.8 81.4 7.7 18.3加固区沉降 s1=18.3cm。2) 下卧层地基沉降计算计算公式同复合模量法： ，但 为第 i 土层的压缩模inipsiHEs1psiE量，计算结果如表：点号Z(m)层号 z/b Espi(MPa)P0 (kPa)Pi(kPa)p i(kPa)s i(cm)s i(cm)3 13 0.31 0.926 4.0 108.6 77.1 79.0 9.94 18 0.43 0.859 8.9 159.1 71.6 74.4 4.2 14.15 23 0.55 0.790 7.1 208.6 65
14、.8 68.7 4.8 18.96 28 0.67 0.718 7.1 258.1 59.8 62.8 4.4 23.37 33 0.79 0.650 7.1 307.6 54.1 57.0 4.0 27.3下卧层沉降 s2=27.3cm。3) 总沉降量 s= s1+ s2=18.3+27.3=45.6cm。7、工后沉降计算淤泥质亚粘土平均压缩系数 a=0.85MPa-1 ；平均孔隙比 em=1.11；质亚粘土渗透系数 k=4.2310-7cm/s；单面排水 H=8m。固结系数：=4.2310-7 （1+1.11）/0.8510=3.3710 5cm2/awmvaekc1时间因子： （其中 t
15、 为 1.2 年）63.0/2HtcTvv固结度 %881422vTteU工后沉降为：s r=45.6(1-83%)=7.752cm10cm，符合要求。8、沉降稳定时间若固结度达到 90%则算沉降稳定，查表得时间因子 Tv 为 0.85，由 得2/HtcTvacTtvv6.1/2沉降稳定时间大概是 1.6 年。9、造价计算造价采用工料单价法进行计算。工料单价法的分部分项工程量的单价为直接工程费。直接工程费由人工、材料、机械的消耗量及其相应价格确定。构成工程造价的其他费用按照有关规定另行计算。工料单价的内容由两部分组成：一是工、料、机数量，即合计用工数、各种材料消耗量、施工机械种类和台班消耗量；
16、二是与工、料、机数量这三种“量”相应的日工资单价、材料预算价格和机械台班预算价格。工料单价法的具体计算方法如下：工程单价=人工费单价+材料费单价+施工机械使用费单价人工费=工日消耗量*日工资单价材料费=材料消耗量*材料预算价格+检验测试费施工机械使用费=施工机械台班消耗量*机械台班预算价格具体如下：人工费=30*（20*120）=7.2 万布桩中心距为 0.9,则排距为 0.78m，42 米路堤布桩 53 排，每百米每排平均布桩 110 根,所以公路每百米布桩 5830 根,每根桩长 8m.直径 400mm,故每百米总用灰量为: 5830*8* *0.2 =5860m ， 石灰的密度为 1.1
17、kg/m3,单价5000 元/t,粉煤灰的密度为 2.2 kg/m3,单价 50 元/t，计算总费用 =（5860*0.7*1.1*5+5860*0.3*2.2*0.05）*196=460 万施工机械使用费=（3*3000）*30=27 万措施费：环境保护费=直接工程费*1%文明施工费=直接工程费*1%安全施工费=直接工程费*1%具体如下：环境保护费=（7.2+460+27）*1%=5 万文明施工费=（7.2+460+27）*1%=5 万安全施工费=(7.2+460+27)*1%=5 万总计 15 万直接费计算方法按取费基数的不同分为以下三种：间接费=直接费合计*相应的间接费费率间接费=人工费
18、和机械合计*相应的间接费费率间接费=人工费合计*相应的间接费费率具体如下：间接费=（7.2+460+27+15）*0.5%+（7.2+27）*1%+7.2*1%=3 万利润利润=直接合计费用*相应的间接费费率+人工费和机械合计*相应的间接费费率+人工费合计*相应的间接费费率具体如下：利润=（7.2+460+27+15）*1%+（7.2+27）*2%+7.2*2%=5.92 万税金税金=（直接费+间接费+利润）*税金率具体如下：税金=（7.2+460+27+15+3+5.92）*5%=26 万工程造价=直接费+间接费+利润+税金具体如下：工程总造价=7.2+460+27+15+3+5.92+26
19、=545 万设计方案（二）：正方形布桩1 桩径、桩距及布桩形式1）根据设计要求、当地施工条件以及对成孔机械的要求，成孔桩径 d 一般选用 300600mm。此处选用 400mm。2）桩距此处取 L=900mm。2、桩长、桩土应力比及面积置换率石灰桩桩端宜选在承载力较高的土层中，故而本设计选择软塑亚粘土为持力层。初步确定桩长为 8m，但在施工中桩顶标高应高出设计标高 0.1m，上部 0.8m 的耕植土挖去，换成 0.6m 厚粉煤灰和 0.2m 厚的砂石褥垫层。桩土应力比一般为 25，此处取 n=3。正三角形布桩面积置换率为： 16.042ldm二灰桩的粉煤灰：石灰=3：7，算得石灰桩膨胀率 =1
20、.1膨胀后的面积置换率 7.16.3、复合地基承载力计算公式： kskpksp fmfmf , 1式中： 桩身强度,加固后的桩周土承载力标准值ksf,膨胀后的置换率m初步设计时取 =350kPa，加固后的桩周土承载力标准值 =40kPakpf,ksf,（初步设计时，取 =350500kPa，土质好，施工条件号时取高值；土质差，kf,地下水较丰富时，取低值； =40kPa 为已知条件） ，所以：ksf,kPa56.9440176.03170, kskpksp fmfmf4、荷载计算公路级汽车荷载的车辆荷载以一辆标准车表示，其主要技术指标应符合下表规定。项目 单位 技术指标车辆重力标准值 kN 5
21、50前轴重力标准值 kN 30中轴重力标准值 kN 230后轴重力标准值 kN 2140轴距 m 3+1.4+7+1.4轮距 m 1.8前轮着地宽度及长度 m 0.30.2中、后轮着地宽度及长度 m 0.60.2车辆外形尺寸（长宽） m 152.5公路纵向取 15m，宽 42m，考虑四车道有六辆车的最不利情况，其中有四辆行驶，两辆车由于故障而停下，另有载荷分项系数：永久荷载， G=1.2 可变荷载， Q=1.4。假设每国辆车的载重加自重为 550kN，则：P 车 =65501.4/(1542)=7.3kPaP 路基 =1/2(24.542) 415201.2/(1542)=76kPaP= P
22、车 + P 路基 =7.3+76=83.3 kPa =94.56kPakspf,满足承载力的要求。5、下卧层承载力的验算下卧层以上的自重应力：Pcz=(17.8-10) 4+(18.1-10) 4=63.6kPaPz=P=0.243883.3=20.3kPa：为附加应力系数，由查表得 =0.244P= Pcz+ Pz=83.9kPa桩底土层承载力进行深度修正公式： cqNdbN021f、 、 承载力系数，无量纲，仅与内摩擦角 u有关，可查表得：qc太沙基公式承载力系数表 u 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45N0 0.51 1.20 1.80 4.00 11.0 21.8
23、45.4 125 326q1.00 1.64 2.69 4.45 7.42 12.7 22.5 41.4 81.3 173.3c5.71 7.32 9.58 12.9 17.6 25.1 37.2 57.7 95.7 172.2下卧层亚粘土分软塑、硬塑两层，其内摩擦角分别为 6、18，粘聚力分别为 9kPa、68kPa，由此查表可得：=0.648， =1.85， =7.772NqcN、 分别为复合地基土层、下卧层的平均重度：0kPa/m95.78/410.84108.7 kPa/m65259b=42m,d=8m,c=9kPa所以修正后桩底土层承载力为：Pu=1/29.6420.648+7.95
24、81.85+97.772=318.2448 kPa取安全系数 K=3,则 Pu/P=318.2448/83.9=3.793，故地基承载力满足。6、沉降量计算沉降计算分为复合地基沉降计算和下卧层沉降计算两部分。复合地基部分采用复合模量法，下卧层采用分层总和法。复合模量公式： sispi EnmE11修正系数，由经验确定，此处取为 1.2淤泥质亚粘土（流塑）:=1.21+0.16（3-1）1.9=3.01MPasispi EnmE11淤泥质亚粘土（软塑）:=1.21+0.16(3-1) 2.6=4.12MPasispi EnmE11（由于 0.8m 耕植土换为 0.2m 的砂石褥垫层和 0.6m
25、厚粉煤灰，在施工中已经密实，故该层沉降可忽略）1）复合模量法计算复合地基沉降量 ：sinipsiHE1加固区土层变形量；s第 i 层复合土体上附加应力增量；ip第 i 层复合地基的压缩模量；psiE第 i 层土体的厚度；iH复合土体的总层数。n计算结果列表如下：点号Z(m)层号 z/b Espi(MPa)Pi(kPa)p i(kPa)s i(cm)s i(cm)0 0 0 1 83.31 4 0.10 0.984 3.01 82.0 82.7 11.0 11.02 8 0.19 0.970 4.12 80.8 81.4 7.9 18.9加固区沉降 s1=18.9cm。2）下卧层地基沉降计算计算
26、公式同复合模量法： ，但 为第 i 土层的压缩模inipsiHEs1psiE量，计算结果如表：点号Z(m)层号 z/b Espi(MPa)P0 (kPa)Pi(kPa)p i(kPa)s i(cm)s i(cm)3 13 0.31 0.926 4.0 108.6 77.1 79.0 9.94 18 0.43 0.859 8.9 159.1 71.6 74.4 4.2 14.15 23 0.55 0.790 7.1 208.6 65.8 68.7 4.8 18.96 28 0.67 0.718 7.1 258.1 59.8 62.8 4.4 23.37 33 0.79 0.650 7.1 307
27、.6 54.1 57.0 4.0 27.3下卧层沉降 s2=27.3cm。3）总沉降量 s= s1+ s2=18.9+27.3=46.2cm。7、工后沉降计算淤泥质亚粘土平均压缩系数 a=0.85MPa-1 ；平均孔隙比 em=1.11；质亚粘土渗透系数 k=4.2310-7cm/s；单面排水 H=8m。固结系数：=4.2310-7 （1+1.11）/0.8510=3.3710 5cm2/awmvaekc1时间因子： （其中 t 为 1.2 年）63.0/2HtcTvv固结度 %881422vTteU工后沉降为：s r=46.2(1-83%)=7.854cm10cm，符合要求。8、沉降稳定时间
28、若固结度达到 90%则算沉降稳定，查表得时间因子 Tv 为 0.85，由 得2/HtcTvacTtvv6.1/2沉降稳定时间大概是 1.6 年。9、造价计算造价采用工料单价法进行计算。工料单价法的分部分项工程量的单价为直接工程费。直接工程费由人工、材料、机械的消耗量及其相应价格确定。构成工程造价的其他费用按照有关规定另行计算。工料单价的内容由两部分组成：一是工、料、机数量，即合计用工数、各种材料消耗量、施工机械种类和台班消耗量；二是与工、料、机数量这三种“量”相应的日工资单价、材料预算价格和机械台班预算价格。工料单价法的具体计算方法如下：工程单价=人工费单价+材料费单价+施工机械使用费单价人工
29、费=工日消耗量*日工资单价材料费=材料消耗量*材料预算价格+检验测试费施工机械使用费=施工机械台班消耗量*机械台班预算价格具体如下：人工费=30*（20*120）=7.2 万布桩中心距为 0.9,则排距为 0.9m，42 米路堤布桩 46 排，每百米每排平均布桩 110 根,所以公路每百米布桩 5060 根,每根桩长 8m.直径 400mm,故每百米总用灰量为: 5060*8* *0.2 =5086m ， 石灰的密度为 1.1kg/m3,单价5000 元/t,粉煤灰的密度为 2.2 kg/m3,单价 50 元/t，计算费用 =（5086*0.7*1.1*5+5086*0.3*2.2*0.05）
30、*196=390 万施工机械使用费=（3*3000）*30=27 万措施费：环境保护费=直接工程费*1%文明施工费=直接工程费*1%安全施工费=直接工程费*1%具体如下：环境保护费=（7.2+390+27）*1%=4.3 万文明施工费=（7.2+460+27）*1%=4.3 万安全施工费=(7.2+460+27)*1%=4.3 万总计 13 万直接费计算方法按取费基数的不同分为以下三种：间接费=直接费合计*相应的间接费费率间接费=人工费和机械合计*相应的间接费费率间接费=人工费合计*相应的间接费费率具体如下：间接费=（7.2+390+27+13）*0.5%+（7.2+27）*1%+7.2*1%
31、=2.6 万利润利润=直接合计费用*相应的间接费费率+人工费和机械合计*相应的间接费费率+人工费合计*相应的间接费费率具体如下：利润=（7.2+390+27+13）*1%+（7.2+27）*2%+7.2*2%=5.2 万税金税金=（直接费+间接费+利润）*税金率具体如下：税金=（7.2+390+27+13+2.6+5. 2）*5%=22.25 万工程造价=直接费+间接费+利润+税金具体如下：工程总造价=7.2+390+27+13+2.6+5. 2+22.25=470 万综合比较两种方案：从布桩效果来看，三角形布桩能使地基土更加均匀挤密，从而地基更加稳定，效果更好；但是两种方案，从施工的简易性来看，正方形布桩更方便一点；从经济角度来看，明显正方形布桩更省钱，所以建议选用方案（二） 。参考文献：【1】 崔可锐 地基处理 北京 化学工业出版社 2009.【2】 袁聚云等 土质学与土力学 北京 人民交通出版社 第四版 2009【3】 中华人名共和国国家标准 GB 50021-2001 岩土工程勘查规范【S】. 北京 中国建筑工业出版社 2002【4】 中华人名共和国国家标准 GB 50007-2002 建筑地基基础设计规范【S】 北京 中国建筑工业出版社 2002【5】 中华人名共和国国家标准 JTG D30-2004 公路路基设计规范【S】 北京 人民交通出版社 20042. 附图：
