武科大地基处理课程设计

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.......................................................................................................................8A．CFG桩处理法.............................................9设计参数.................................................9施工....................................................14质量检验................................................14B.排水固结法...............................................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.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γEs1-2CcuφcuCuφufakKN/m3NPakPaokPaokPa①耕植土17.51015100②粉细砂18.7.08022110③淤泥16.72.38.416.08.36.540④粘性土19.25.716.715.3180⑤淤泥质土16.93.612.118.59.87.960⑥卵石2122035250⑦中风化花岗岩2210003.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》（GB50007-2011）.北京：中国建筑工业出版社，20112.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：中国建筑工业出版社，20123.《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③水平固结系数平均值为322.4310cm/s，垂直固结系数平均值为322.0010cm/s。地基处理后淤泥固结度达90%以上。基础底埋深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①层2.50100粉细砂②层1.530110淤泥土③层12.51840黏性土④层431450180淤泥质土⑤21820060卵石⑥层10601000250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——9A．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350~600mm，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𝑙=6𝑑=3000𝑚𝑚=3𝑚。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ℎ0=300mm，褥垫层材料为中砂。5.桩长由务书可知，基底压力值为P=140𝑘𝑃𝑎，故处理后的复合地基承载力特征值𝑓𝑠𝑝𝑘≥𝑃，而𝑓𝑠𝑝𝑘=𝜆𝑚𝑅𝑎𝐴𝑝+𝛽(1−𝑚)𝑓𝑠𝑘其中，𝑓𝑠𝑘为处理后的桩间土承载力特征值，此处取天然地基承载力100𝑘𝑃𝑎，取𝜆=𝛽=0.9，由于是正方形布桩，所以𝑑𝑒=1.13𝑙=1.13×3𝑚=3.39𝑚，所以置换率𝑚=(𝑑𝑑𝑒)2=(0.53.39)2=0.022桩的截面积：𝐴𝑝=𝜋𝑑24=𝜋0.524=0.196𝑚2所以有0.9×0.022𝑅𝑎0.196+0.9×(1−0.022)×100≥140𝑘𝑃𝑎即:𝑅𝑎≥515.5𝑘𝑃𝑎武汉科技大学城市建设学院———地基处理课程设计——10而又有𝑅𝑎=𝑢𝑝∑𝑞𝑠𝑖𝑙𝑖𝑛𝑖=1+𝛼𝑝𝑞𝑝𝐴𝑝若取桩长15m，则桩端进入第四层土1.30m，𝑢𝑝=πd=0.5π=1.57m，取𝛼𝑝=0.8，则：𝑅𝑎=𝑢𝑝∑𝑞𝑠𝑖𝑙𝑖𝑛𝑖=1+𝛼𝑝𝑞𝑝𝐴𝑝=1.57×(1.20×30+12.5×18+1.30×31)+0.8×450×0.196=543.6𝑘𝑃𝑎≥515.5𝑘𝑃𝑎(合格)此时，𝑓𝑠𝑝𝑘=𝜆𝑚𝑅𝑎𝐴𝑝+𝛽(1−𝑚)𝑓𝑠𝑘=0.9×0.022×543.60.196+0.9×(1−0.022)×100=142.9𝑘𝑃𝑎≥140𝑘𝑃𝑎(合格)CFG桩桩体试块抗压强度平均值应满足(考虑埋深修正)：𝑓𝑐𝑢≥4𝜆𝑅𝑎𝐴𝑝[1+𝛾𝑚(𝑑−0.5)𝑓𝑠𝑝𝑎]其中，基础底面以上土的加权平均重度为𝛾𝑚=17.5𝑘𝑁𝑚3⁄，复合地基承载力特征值的修正值为：𝑓𝑠𝑝𝑎=𝑓𝑠𝑝𝑘+𝜂𝑏𝛾(𝑏−3)+𝜂𝑑𝛾𝑚(𝑑−0.5)(细砂𝜂𝑏取2.0，𝜂𝑑取3.0)=[142.9+2.0×(18.7−10)×(6−3)+3.0×17.5×(2.5−0.5)]𝑘𝑃𝑎=300.1𝑘𝑃𝑎所以𝑓𝑐𝑢≥4𝜆𝑅𝑎𝐴𝑝[1+𝛾𝑚(𝑑−0.5)𝑓𝑠𝑝𝑎]=4×0.9×543.60.196[1+17.5×2300.1]𝑘𝑃𝑎=11.15𝑀𝑃𝑎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11.15𝑀𝑃𝑎。具体的CFG桩布置图见图（1）。需布置的桩数为：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𝐸𝑠1𝐸𝑠2=5.73.6=1.58，𝑧𝑏=1830=0.60.5查表得，应力扩散角θ