碎石桩复合地基算例(参考)

碎石桩加固地基设计计算示例一、设计资料1、工程概况某高速公路有一段长度360m的软土地基。设计路堤高度4.00m，顶面宽度28m，路堤边坡坡比为1:1.5。为保证地基承载力以及路堤稳定性和沉降满足工程要求，试对该路段软土地基进行加固设计。2、工程地质概况1）地形地貌概况该路段位于冲积平原区，地势低平开阔，地下水位高，埋深0.6～1.0m，地表洼淀、苇塘密布，排灌渠道纵横交织。2）工程地质条件(1)成因类型与土质特点：本区属河、海、湖相交替沉积区。地基可压缩性高，承载力低，抗剪能力差，排水固结慢，有机质含量高，属典型软土地基。旱季勘察水位约为2m，秋季水位约为1m（部分区段仅为0.6m）。(2)土层及试验指标：如表1。表1土层及其土工试验指标值序号土名土层埋深/kN/m3w/%eSrIp/%a1-2/MP-1acu/kPaEs/MPafk/kPa①亚粘土0.0~2.019.59.80.690.79160.20408.4570②粘土2.0~2.919.133.70.980.95200.50353.9665③淤泥质土2.9~10.218.545.81.201.0017.10.80252.7250④亚粘土10.2~17.019.234.00.920.969.20.45304.9560⑤粘土17.0~19.334.00.840.9810.90.40355.6370二、一般设计（1）加固方法：采用振动沉管碎石桩．．．．．．．复合地基加固。（2）加固范围：在路堤两边外缘扩大2～3排桩。（3）桩位布置：采用等边三角形布桩形式。（4）加固深度：根据土层的分布特征（如表1），第5层土相对于前两层土性质较好，因此，初步选定加固深度穿过土层④到土层⑤顶面，即取H=17.0m。（5）桩径：根据地基土质情况和成桩设备等因素确定，桩径为0.5m。（6）面积置换率m和桩距l：碎石桩复合地基一般m＝0.15～0.4，本例路堤高度不是很高，荷载相对较小，可先取m＝0.20进行计算。∵22pemdd，1.05edl(等边三角形布桩)已知桩的直径dp和面积置换率m，则可反算出桩的间距l＝1.06m。可初步设计l=1.10m，此时的m=0.19，整个加固区所需桩数为13193根。（7）材料：可就地取材，可使用卵石、砂砾石材料，含泥量不大于5％，常用的粒径为2～5cm，最大不超过8cm。（8）垫层：基础底面与碎石桩复合地基顶面之间应铺设30～50cm厚度的碎(砂)石垫层，分层铺设，振动密实。三、承载力验算（1）单桩承载力fp,k：可按下式计算2p,k16tan452pufcK式中，K为安全系数，一般取K＝2.0；φp为碎石桩的内摩擦角，据统计φp＝35～45，计算时可取其平均值φp=38；cu为碎石桩加固范围内桩间土的不排水抗剪强度，对于多层土，可按厚度加权平均值求出，得cu＝29.29kPa。代入公式有2p,k138629.29tan45369.38kPa22f（2）复合地基承载力fsp,k：按下式计算sp,kp,ks,k1fmfmf式中，fs,k—桩间土天然地基承载力标准值，kPa，可近似取用处理前地基土的承载力标准值，对多层土可取加权平均值，即有fs,k＝60.59kPa；—桩间土承载力发挥系数，与桩、土的强度以及桩的破坏形式等有关，对于碎石桩复合地基，可取＝1.0。代入上式，有sp,k0.19369.381.010.1960.59119.26kPaf（3）作用于地基上的荷载p：路堤实际高度HD=4.0m，加上汽车荷载近似换算高度1.0m。取路堤填土重度为20kN/m3，则路堤作用于地基上的实际荷载为p＝100kPa。所以，p＜fsp,k，满足设计要求。于是，可取置换率m＝0.19、桩间距l＝1.1m作为最终设计值。四、沉降验算地基总沉降S＝加固区压缩量S1+下卧土层压缩量S2。（1）S1按复合模量法计算。先求复合模量Eccs[1(1)]EmnE式中，Es为桩间土的压缩模量，按土层厚度加权平均求得Es＝4.35MPa；n为桩土应力比，与荷载水平、桩土模量比和面积置换率、原地基土强度、桩长、固结时间和垫层性质等因素有关，一般n＝2～4，取n＝4.0。于是，可得复合地基的压缩模量Ec=6.83MP。然后，按分层综合法计算得S1=226.50mm。（2）S2采用应力扩散法计算。取应力扩散角＝20，最终计算得加固区下卧层压缩量S2＝214.25mm。于是总的沉降S=S1+S2=226.50+214.25＝440.75(mm)五、稳定性计算依据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范(JTJ017-96)》规定，对于一般性工程，可用综合抗剪强度指标按毕肖普法计算。本例按下式确定cspcsp(1)tantan(1)tanccmmcmm加固区土体未加固时平均粘聚力29.29uckPa，平均摩擦角0u；桩体的粘聚力cp=0，φp=38ﾟ。由上式可计算得：csp=23.72kPa，tanφsp=0.15再利用优化计算方法，按简化毕肖普法计算路堤边坡稳定性安全系数值为1.84，大于规范要求的1.4。满足工程要求。