水泥土搅拌桩复合地基设计(计算例题)
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二、有关水泥土搅拌桩的计算(一)搭接的水泥土搅拌桩每幅桩截面积的计算:见每幅搅拌桩的截面积计算表(SMW工法)。
(二)水泥土搅拌桩水泥用量的计算:土的重度按16.7KN/m3来计算水泥土搅拌桩的水泥用量。
换算公式:1tf/m3=9.80665KN/m3≈10KN/m316.7KN/m3÷10KN/m3=1.67tf/m3加固土体的水泥用量=被加固土体的重度×水泥掺量如:常用的水泥掺量为13%或15% 1、当水泥掺量为20%,土的重量按1.67t/m3 水泥用量=1.67t/m3×20%=0.330t/m3=334kg/m3即:加固1m3土体的水泥用量为334kg(三)每幅水泥土搅拌桩每m段的水泥用量计算:根据每幅搅拌桩的截面积计算表(SMW工法),φ500mm的每幅桩截面积为0.196㎡,计算时按0.196㎡。
1、当水泥掺量为20%,截面积按0.196㎡每m段的水泥用量=334kg/m3×0.196㎡×1m=65.464kg(四)水泥土搅拌桩的灰浆密度计算:水泥密度3t/m3水的密度1t/m3 1、当水灰比为1即:1t水泥:1t水两体拌和后的重量为2t两体拌和后的体积=1/3m3+1/1m3=1.333m3灰浆密度=重量÷体积=2t÷1.333m3=1.5t/m3(五)每幅水泥土搅拌桩每m段的浆量计算:根据上述(三)和(四)可得知1、当水灰比1,水泥掺量20%,每幅桩截面积按0.196㎡时,每m段的水泥用量为65.46kg。
1t水泥可拌制灰浆1.333m3即:1kg水泥可拌制灰浆1.33L输浆量=(桩长*65*1.33)/1000=输浆量单位为m³。
浅论水泥土搅拌桩复合地基的设计和计算摘要:本文主要结合珠海市斗门区某市政工程实例介绍道路工程中水泥搅拌桩复合地基处理的设计和计算。
关键词:水泥土搅拌桩;路堤基底压力;复合地基承载力;桩土应力与沉降计算引言水泥土搅拌桩作为复合地基处理方式的一种,具有适用土质类型广、加固深度大、施工速度快等特点,被广泛用于城市道路及公路的路基下存在深厚淤泥、淤泥质土、淤泥层、素填土、黏性土(软塑、可塑)、粉细砂、中粗砂、饱和黄土等土层的地基处理。
特别是市政道路地下排水管道或箱涵位于软土层中时,用水泥土搅拌桩对管(涵)基底部进行地基处理,也往往能取得比较好的效果。
根据施工工艺分为浆液搅拌法(简称湿法)和粉体搅拌法(简称干法)。
可采用单轴、双轴、多轴搅拌或连续成槽搅拌形成柱状、壁状、格栅状或块状水泥土加固体。
本篇文章就水泥土搅拌桩处理软土路基的设计过程中的复合地基承载力、桩长及桩的布置、桩土应力比与沉降计算的关系等方面进行探讨。
一项目概况本项目位于珠海市斗门区白蕉镇,道路等级为城市主干路、路基宽度50m、双向八车道;场地现状主要为鱼塘,塘底平均标高约-2.1m,塘埂标高约1.0m,周边地块为了建筑施工,已将鱼塘填筑整平至标高面1.0m;道路平均设计标高约3.2m;路堤填高2.2m,路面结构层0.89m,填方边坡坡率1:1.5。
水泥土搅拌桩设计过程分为以下四部分:(1)地基岩土参数;(2)软土路堤的极限高度(临界高度);(3)复合地基承载力的确定;(4)沉降计算。
二地基岩土参数根据项目地质勘察报告,场地属于珠江三角洲冲积平原地貌,地势低洼平坦,地基为软弱土,从上至下土层分别为素填土、淤泥、淤泥质砂、淤泥质土、粉细砂,各土层的厚度变化不大。
路基土层中淤泥层的孔隙比大,压缩性高,变形模量低。
场地土层的岩土参数详见下表:表 1 地基土层设计参数表备注:场地土层取填土高度最高处路段的平均层厚;三软土路堤的极限高度考虑场地平整的填土并经分层压实,不能算严格意义上的硬壳层。
水泥土搅拌桩复合地基设计(计算例题)一.建筑条件某七层框架结构建筑物,采用钢筋混凝土条形基础,基础埋深 1.9d m =,基础宽度 3.8b m =。
采用深层搅拌桩处理地基,要求处理后复合地基承载力特征值150spk f KPa =,取桩身水泥土强度 1.8cu f MPa =,基底平均压力0164.4P KPa =,二.土质条件 ①粉质粘土27.1%ω= 318.6kN m γ= 0.826e = 0.59L I =3.55S E MPa = 20c kPa = 06.2φ= 65ak f kPa =1 1.4h m =②粉土28.2%ω= 318.9kN m γ= 0.826e = 0.59L I =3.55S E MPa = 20c kPa = 06.2φ= 85ak f kPa =20.8h m =③粘土39.4%ω= 317.7kN m γ= 1.129e = 0.53L I =4.73S E MPa = 44c kPa = 05.9φ= 95ak f kPa =3 3.7h m =④粉土夹粉质粘土25.3%ω= 319.1kN m γ= 0.730e = 0.60L I =10.7S E MPa = 10c kPa =028.7φ=110ak f kPa =4 5.4h m =⑤粉质粘土25.4%ω= 319.2kN m γ= 0.743e = 0.59L I =5.5S E MPa = 22c kPa = 013.2φ= 100ak f kPa =5 4.0h m =⑥粉砂21.8%ω= 319.8kN m γ= 0.624e = 0.57L I = 6 2.6h m =9.28S E MPa = 10c kPa = 030.7φ=160ak f kPa =⑦粉土夹粉质粘土23.8%ω= 319.0kN m γ=0.686e = 0.47L I =9.12S E MPa = 35c kPa = 017.3φ= 130ak f kPa =地质勘察未穿透三.设计计算1.确定复合地基承载力特征值sp f 基础地面以上土的加权平均重度318.60.9(18.610)0.5(18.910)0.513.4/1.9m KN m γ⨯+-⨯+-⨯==,基础埋深承载力修正系数=d η 1.0()0.5150 1.013.4(1.90.5)168.8sp spk d m f f d KPa ηγ=+⋅-=+⨯⨯-= 2.确定桩径d ,桩长l ,褥垫层厚度'd取褥垫层厚度'300d mm =,桩径500d mm =,桩长10.0l m =,桩端落在土层⑤上。
---------------------------------------------------------------------- 计算项目: 地基处理计算 1---------------------------------------------------------------------- [ 计算简图 ]---------------------------------------------------------------------- [ 计算条件 ]---------------------------------------------------------------------- [ 基本参数 ]地基处理方法:水泥土搅拌桩法[ 基础参数 ]基础类型:条形基础基础埋深: 0.500(m)基础宽度: 28.000(m)基础覆土容重: 20.000(kN/m3)竖向荷载: 40.0(kN)[ 土层参数 ]土层层数: 7地下水埋深: 1.000(m)压缩层深度: 20.400(m)沉降经验系数: 1.000地基承载力修正公式:承载力修正基准深度d0: 0.500(m)序号土类型土层厚容重饱和容重压缩模量承载力鏱鏳(m) (kN/m^3) (kN/m^3) (MPa) (kPa)1 粘性土 2.800 17.9 18.6 4.290 90.0 0.000 1.0002 淤泥质土 4.200 17.3 17.8 3.550 65.0 0.000 1.0003 粉土 2.500 17.9 18.7 5.930 110.0 0.000 1.0004 淤泥质土 3.700 17.3 17.8 3.550 65.0 0.000 1.0005 粉土 2.800 17.9 18.7 5.930 110.0 0.000 1.0006 淤泥质土 3.000 17.5 18.2 4.650 70.0 0.000 1.0007 粉砂 20.000 18.1 18.7 8.140 130.0 0.000 1.000***鏱-- 基础宽度地基承载力修正系数***鏳-- 基础深度地基承载力修正系数[ 水泥土搅拌桩参数 ]桩布置形式:正三角形桩间距: 1.500(m)桩直径: 500(mm)桩长: 12.000(m)承载力计算公式:单桩承载力特征值: 198.490(kN)桩间土承载力折减系数: 0.300垫层厚度: 0(mm)垫层超出桩外侧的距离: 0(mm)基础边缘外桩的排数(横向): 1基础边缘外桩的排数(竖向): 1[ 处理土层参数 ]土层天然土层f f提高系数k 桩间土fsk 天然土层Es 复合地基Es 天然土层复合地基è1 90.0 1.100 99.0 4.290 3.979 0.0 0.02 65.0 1.100 71.5 3.550 3.313 0.0 0.03 110.0 1.100 121.0 5.930 5.453 10.9 10.94 65.0 1.100 71.5 3.550 3.313 19.8 18.1***f -- 表示原始土层承载力特征值(kPa)***fsk -- 表示桩间土承载力特征值(kPa)***Es -- 表示压缩模量(MPa)***-- 表示压力扩散角(度)*** 承载力提高系数和复合地基压力扩散角为交互参数;*** 天然土层的承载力、压缩模量为土层参数,列在这里便于对比;*** 天然土层的压力扩散角、桩间土fsk和复合地基压缩模量为计算中间结果。
嘉兴宝湾物流有限公司国际物流供应链中心一期工程项目1号库和室外水泥搅拌桩地基处理计算一、项目概况嘉兴宝湾物流一期项目建设地点位于嘉兴市经济技术开发区吉祥西路与纬十路交叉口位置,由1号库、综合楼和门卫等单体构成。
1号库平面尺寸为154.0x154.0m,标准柱网11.0x26.0m,檐口标高约10.3m,单层轻型门式刚架结构(局部带夹层)。
室内士0.00标高相当于黄海高程4.60m,库房下方场地自然地面标高约2.60~3.40m。
地坪使用设计载荷3.0t/m2,地坪绝对沉降量要求不大于60mm,沉降平整度要求为<3/1000。
二、地基概况拟建场地地质构造属第四纪全新世湖湘海相沉积物,浅层全场分布有较厚软土(第1层填土和第3层淤泥质土),且厚度不均,约为3.8m~9.7m厚, 并分布有暗塘和暗浜(深约4~5m)。
软土具有蠕变性,会引发前期沉降及桩侧负摩阻力。
地下水位浅,软土均呈弱透水性。
场地土无液化问题。
三、计算依据3.1国家及地方强制性建设标准:<<建筑结构可靠度设计统一标准>> (GB50068-2001<<建筑结构荷载规范>> (GB50009-2012<<建筑地基基础设计规范>> (GB50007-2011<<建筑地基处理技术规范>> (JGJ79-2012<<复合地基技术规范>> (GB/T50783-2012<<浙江省建筑地基基础设计规范>> (DB33/T1001-2003)<<浙江省复合地基技术规程>> (DB33/T1051-2008)3.2业主提供的《岩土工程勘察报告》(浙江恒欣建筑设计股份有限公司)3.3业主库房使用要求四、计算过程4.1地坪天然地基沉降以相对不利钻孔J24孔为参数,计算天然地基在库房地坪使用荷载、地坪自重和回填土附加载荷作用下的压缩变形。
7.3 水泥土搅拌桩复合地基水泥土搅拌桩是利用水泥或水泥系材料为固化剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将原位土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,形成水泥土圆柱体。
由于固化剂和其它掺合料与土之间产生一系列物理化学反应,使圆柱体具有一定强度,桩周土得到部分改善,组成具有整体性、水稳性和一定强度的复合地基,也可做成连续的地下水泥土壁墙和水泥土块体以承受荷载或隔水。
一、发展概况自1824年英国人阿斯琴首先制造出硅酸盐水泥并取得专利以来,利用水泥灌浆止水,利用水泥和土拌合作为道路基层已得到应用,但主要是作土的浅层处理。
美国在第二次世界大战后研制成功一种就地搅拌桩(MIP),即从不断回转的螺旋钻中空轴的端部向周围已被搅松的土中喷出水泥浆,经叶片的搅拌而形成水泥土桩,桩径0.3~0.4m,长度10~12m。
1953年日本清水建设株式会社从美国引进这种方法,继而又开发出以螺旋钻机为基本施工机械的CSL法,MR—D法(以开发公司名称的首字母命名)。
CSL法和MR—D,都是采用螺旋钻杆上带有特殊形状的搅拌翼片,并通过钻杆供给水泥浆,与土进行强制搅拌。
以上采用喷射水泥浆的湿法工艺成桩的统称CDM法。
由CDM法派生的DLM工法、HCM工法、SMW工法、TRD工法等,均由日本首先研发。
所谓DLM法,是1965年日本运输省港湾技术研究所开发的将石灰掺入软弱地基中加以原位搅拌,使之固结的深层搅拌工法。
1974年由于大面积软土加固工程的需要,由日本港湾技术研究所、川崎钢铁厂等对石灰搅拌机械进行改造,合作研制开发成功水泥搅拌固化法(CMC),用于加固钢铁厂矿石堆场地基,加固深度达32m。
此外还有类似的DCM法、POCM法等。
DLM施工法,如其名称中所指明的那样,是一种以生石灰为固化剂的施工法,由两根带有旋转翼片的回转轴及在其中间部位兼作导向柱的固化剂输入管组成,固化剂是从两个搅拌面的交叉部位输入地基中的,通常形成两个圆叠合形状断面的双柱状加固体。
水泥土搅拌桩复合地基设计(计算例题)
一.建筑条件
某七层框架结构建筑物,采用钢筋混凝土条形基础,基础埋深 1.9d m =,基础宽度 3.8b m =。
采用深层搅拌桩处理地基,要求处理后复合地基承载力特征值
150spk f KPa =,取桩身水泥土强度 1.8cu f MPa =,基底平均压力0164.4P KPa =,
地下水位0.9m 。
二.土质条件 ①粉质粘土
27.1%ω= 318.6kN m γ= 0.826e = 0.59L I =
3.55S E MPa = 20c kPa = 06.2φ= 65ak f kPa =
1 1.4h m =
②粉土
28.2%ω= 318.9kN m γ= 0.826e = 0.59L I =
3.55S E MPa = 20c kPa = 06.2φ= 85ak f kPa =
20.8h m =
③粘土
39.4%ω= 317.7kN m γ= 1.129e = 0.53L I =
4.73S E MPa = 44c kPa = 0
5.9φ= 95ak f kPa =
3 3.7h m =
④粉土夹粉质粘土
25.3%ω= 319.1kN m γ= 0.730e = 0.60L I =
10.7S E MPa = 10c kPa =
028.7φ=
110ak f kPa =
4 5.4h m =
⑤粉质粘土
25.4%ω= 319.2kN m γ= 0.743e = 0.59L I = 5 4.0h m =
5.5S E MPa = 22c kPa = 013.2φ= 100ak f kPa =
⑥粉砂
21.8%ω= 319.8kN m γ= 0.624e = 0.57L I =
9.28S E MPa = 10c kPa = 030.7φ=
160ak f kPa =
6 2.6h m =
⑦粉土夹粉质粘土
23.8%ω= 319.0kN m γ=
0.686e = 0.47L I =9.12S E MPa = 35c kPa = 0
17.3φ= 130ak f kPa =
地质勘察未穿
透
三.设计计算
1.确定复合地基承载力特征值sp f 基础地面以上土的加权平均重度
318.60.9(18.610)0.5(18.910)0.5
13.4/1.9
m KN m γ⨯+-⨯+-⨯=
=,
基础埋深承载力修正系数=d η 1.0
()0.5150 1.013.4(1.90.5)168.8sp spk d m f f d KPa ηγ=+⋅-=+⨯⨯-= 2.确定桩径d ,桩长l ,褥垫层厚度'd
取褥垫层厚度'300d mm =,桩径500d mm =,桩长10.0l m =,桩端落在土层⑤上。
3.确定单桩承载力a R (1)按a cu R f Ap η=确定
查表,水泥土搅拌桩(湿法)桩身强度折减系数0.250.33η=,取
0.30η=,则20.303600 3.140.25212a R KN =⨯⨯⨯=。
(2)按桩端、桩侧摩阻力计算,由公式1n
a a p p si i p p i R R R u q l q A α==+=+∑确定
I.确定总桩侧阻力值Rs
土层③:粘土 0.53L I = 可塑状态粘土 1218s q KPa = 取15s q KPa =
2 3.140.251510235.5s p s R u q l KN ==⨯⨯⨯⨯=
II.确定总桩端阻力值p R 取桩端阻力折减系数0.5α=
20.5110 3.140.2510.8p p p R q A KN α==⨯⨯⨯=
235.510.8246.3a a p R R R KN =+=+=
III.确定a R
所以按212.0a R KN =进行设计。
4确定桩土面积置换率m 取桩间土承载力折减系数0.3β=
由公式(1)a
spk sk p
R f m
m f A β=+- 可得:2168.80.395
0.114246.3
0.3953.140.25spk sk a sk
p
f f m R f A ββ--⨯=
==-⨯-⨯,
按0.12m =布桩。
5.桩位布置
桩距 1.31.13 1.130.12
s m =
==,条形基础沿长度方向每1.3m 需要布桩数
量2
0.12 1.3 3.8
3.03.140.25
p m A n A ⋅⨯⨯=
==⨯。
四. 持力层承载力验算:
将基础和桩端范围内的搅拌桩和桩间土视为由复合土层组成的假想的实体基础。
搅拌桩桩体的压缩模量(100
200)p cu E f =。
取(1)0.12180 3.6(10.12) 4.7381.1p p s E mE m E MPa =+-=⨯⨯+-⨯=, 则122//81.1/10.77.6s s sp s E E E E === / 3.1/3.80.8h b == 查表,确定地基压力扩散角25o θ=。
基础底面处土的自重应力
18.60.9(18.610)(1.40.9)(18.910)(1.9 1.4)
13.41.9c p KPa ⨯+-⨯-+-⨯-=
=
桩端处的附加压力值
00
() 3.8(164.413.4)
51.82tan 3.828.0tan 25c z b p p p KPa b h θ⨯-⨯-=
==++⨯⨯
桩端以上土的自重压力值
()18.60.9(18.610) 1.40.9(18.910)0.8(1.7710) 3.7(19.110) 5.4(19.210)0.9114.1cz p KPa =⨯+-⨯-+-⨯+-⨯+-⨯+-⨯=
桩端以上土的平均重度
3012345114.1
9.35/1.40.8 3.7 5.40.9
cz p KN m h h h h h γ=
==++++++++
桩端处经深度修正后的地基承载力特征值
0(0.5)100 1.09.35(1.40.8 3.7 5.40.90.5)209.4z ak d f f d KPa
ηγ=+-=+⨯⨯++++-=
所以51.8114.1165.9209.4z cz z p p KPa f KPa +=+=<= 因此,桩端持力层承载力满足要求。
五. 沉降计算
水泥土搅拌桩复合地基的变形由复合土层的变形S 1和桩端以下未加固土层的变形S 2两部分组成,即S=S 1+S 2。
1.复合土层的变形S 1计算
加固区底面的附加压力P zl 用下卧层强度验算的应力扩散法中P z 复合土层顶面的附加压力值0164.413.4151z c p p p KPa =-=-=
因此13
()(15151.8)3600
2.02218010z zl sp p p l s mm E ++⨯=
==⨯⨯
2.桩端以下未加固土层的变形S 2计算
依<<建筑地基基础设计规范>>GB50007—2002,第5.3.7条规定,地基变形计算深度(2.50.4ln ) 3.8(2.50.4ln 3.8)7.47n Z b b m =-=⨯-⨯= 计算至土层⑤底部,则13.1,n Z m =满足要求。
取沉降计算系数0.7s ψ=,由/13.1/3.8 3.4Z b == 查得附加应力0.116α= 则2113151.8()0.754300.116 4.25.510
n
z s i i i i i si p s Z Z mm E ϕαα--==-=⨯⨯⨯=⨯∑
因此水泥土搅拌桩复合地基的总沉降12 2.0 4.2 6.2s s s mm =+=+=
<<建筑地基基础设计规范>>GB50007—2002,表 5.3.4规定地基变形允许值s l s mm
==⨯=>=,其中l为相邻柱基的中心距离,本[]0.0020.002720014.4 6.2
工程7.2
=。
所以,复合地基变形计算符合要求。
l m。