地基处理课程设计学院土木工程学院专业土木工程班级土木0810指导老师张永谋姓名白安生学号*********设计说明及计算步骤一、 任务来源根据铁道部建设函[2000]103号文下达的标准设计任务进行编制二、 设计依据本设计依据的主要标准和规范有：（1）《铁路工程结构可靠度设计统一标准》（GB50216-94）（2）建筑地基基础设计规范(GB50007-2002). 中华人民共和国国家标准. 北京：中国建筑工业出版社，2002（3）建筑地基处理技术规范(JGJ79-2002). 中华人民共和国行业标准. 北京：中国建筑工业出版社，2002（4）池淑兰，徐凤华. 路基工程计算及程序设计. 成都：西南交通大学出版社，1993三、 设计范围及内容本设计是对此工程段内331822~831821++DK DK 段进行地基处理设计，对桩基础进行必要的处理和 一定的设计，主要目的是为了提高地基承载力以及减少地基沉降，将其控制在有关规范规定范围内四、设计原则（1） 本设计应用可靠度理论和概率极限状态法进行桩结构设计和检算。

（2）桩身应检算桩基础的抗压承载力和抗裂能力（3）。

根据牛“志荣. 地基处理技术及工程应用. 北京：中国建材工业出版社，2004”设计其使用材料一、桩径的设计计算：（4）CFG 桩常采用振动沉管法施工，其桩径根据桩管大小而定，一般为350~600mm 。

在此选择桩径d=500mm 。

（5）桩距的选用需要考虑承载力提高幅度要能满足设计要求，且施工方便、桩作用的发挥、场地地质条件以及造价等因素。

对挤密性好的土，如砂土、粉土和松散填土等，桩距可取得较小。

（6）对单、双排布桩的条形基础和面积不大的独立基础等，桩距可取较小值，反之，满堂布桩的筏基、箱基以及多排布桩的条基、设施基础等，桩距可适当放大。

（7）地下水位高、地下水丰富的建筑场地，桩距也应适当放大。

五、施工要准备的材料和资料1.建筑材料（1）桩身采用C20混凝土。

（2）沙子。

（3）沙石，一般是就地取材（4）一定防碱化的的新型材料，粉煤灰（5）用M10水泥砂浆勾平缝。

桩身采用C20混凝土整体灌注。

2施工资料：（1）工程地质考察报告。

（2）建筑场地的高压电缆、地下管线、地下障碍物及构筑物等调查资料。

（3）地基处理方案。

（4）施工组织方案。

（5）水泥粉煤灰碎石桩复合式地基施工图。

（6）施工中各种记录、报审、报验表格。

六、简述CFG桩的性能水泥粉煤灰碎石桩简称CFG桩，是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一种具有一定粘度的桩，也是近年来新开发的一种基础处理技术。

这种地基加固方法吸取了振冲碎石桩和水泥搅拌桩的优点。

第一，施工工艺与普通振动沉桩注桩一样，工艺简单，与振冲碎石桩相比，无场地污染，振动影响也较小。

第二，所用材料仅需少量的水泥，便于就地取材，基础工程不会与上部结构争“三材”，这也是比水泥搅拌桩优越之处。

第三，受力特性与水泥搅拌桩类似七、分层及自重应力计算1、土层厚度的计算根据设计要求，土层厚度取其厚度的平均值h0为种植土要剥蚀掉。

因此不管其厚度h 1=8m 粉质粘土 σ0=100kpa E s =6Mpa h 2=3m 粉土 σ0=100kpa E s =6Mpa h 31m 粉砂 σ0=120kpa E s =6Mpa h 415m 粉质粘土 σ0=150kpa E s =6Mpa h 5=5m 粉土 σ0= 150kpa E s =6Mpa h 6=8m 粉砂 σ0=135kpa E s =8 Mpa h 7=8m 细沙 σ0=175kpa E s =10 Mpa h 8=3m 粗砂 σ0=300kpa E s =12 Mpa h 9=3m 砾砂 σ0=350kpa E s =15 Mpa h 10=2m 细圆砾土 σ0=450kpa E s =18 Mpa2自重应力的计算根据设计资料得知基础的埋深为11.60m 。

计算各薄层分界面上的原存压力q zi 按公式（1－1）q zi ＝H γ+1nii i h γ=∑ (1-1)γ——为基地以上土的平均重度；H ——基础埋深；i γ——为第i 层土的天然重度；i h ——为第i 层厚度；基础埋深11.60m,水位线在距二层土下底面2m的高度。

如图（1）所示米桩一层二层四层15六层8m七层8m八层九层五层十层水位线每层土体的自重压力分别为：q z1=8×19=152kpaq z21=152+1×19=171kpa由于水位线位于第二层内,所以将第二层分为1和2两层以便于计算。

q z22=171+2×（20-9.8）=191.4kpaq z3=191.1+1×（20-9.8）=201.3kpaq z4=201.3+15×（20-9.8）=354.3kpaq z5=354.3+5×(20-9.8)=405.3kpaq z6=405.3+8×（20-9.8）=486.9kpaq z7=486.9+8×（20-9.8）=568.6kpaq z8=581.6+3×（21-9.8）=615.2kpaq z9=615.2+3×（21-9.8）=648.8kpaq z10=648.8+2×（22-9.8）=673.2kpa八、桩的设计计算1.基底附加应力的计算地基承载力标准值为p =120kPa, 下卧层土层上的荷载分布形式为竖直梯形分布荷载，因此竖直分布荷载σz 可用下式计算：σz =（K z1L +K Z2L）p (1-2)式中K z1L ——条形面积梯形荷载I 的应力分布系数K Z2L ——条形面积梯形荷载II 的应力分布，系数；K z1L ——根据(a 1z)和(b1z)，查土力学p84页3-26曲线K Z2L --根据(a 2z )和(b2z )，查土力学p84页3-26曲线根据规范及要求，查表得取桩的直径为3m ，根据CFG 桩桩距选用参考值取的l=4d=12m ，复合地基基础的加固区厚度h=11.6，由路基工程知1a =17.3 1b =0 2a =10.5 2b =6.8由公式（1-2）可以得出σz 由已知σ1=（K z1L +K Z2L）p =（0.34+0.48）×120=98.4kpa σ2=（K z1L +K Z2L ）p =（0.23+0.40）×120=75.6kpa σ3=（K z1L +K Z2L ）p =（0.18+0.32）×120=60kpa σ4=（K z1L +K Z2L ）p =（0.16+0.30）×120=55.2kpa <q z45=70.86kpaσ5=（K z1L +K Z2L ）p=（0.025+0.15）×120=21kpa σ6=（K z1L +K Z2L ）p=（0.01+0.14）×120=18kpa σ7=（K z1L +K Z2L ）p=（0.01+0.0.07）×120=9.6kpa可见，下卧层应计算到第4底面处2．沉降量的计算一般情况CFG 桩复合地基沉降有三部分组成，其一为加固深度范围内的压缩变形1s ，其二为下卧层变形2s ，其三为褥垫层变形3s 。

由于3s 数量很小可以忽略不计，则有 s =1s +2s （1-3）将复合地基加固区中增强体和基体两部分视为－复合土体，采用复合压缩模量cs E 来评价复合土体的压缩性，并采用分层总和计算加固区土层压缩量。

在复合模量法中，将加固区土层分成n 层，每层复合土体的复合压缩模量为csi E ，加固区土层压缩量1S 表达式为S 1=∑∇pi ζEsin 1i=1 h iS 2= ∑∇p i ζE si n 1i=n+1 h i (1-4)式中 n 1——加固区分层数；n 2——总的分层数；△pi ——荷载p 0在第i 层产生的平均附加应力（Kpa ）； E si ——第i 层土的压缩模量（MPa ）； h i ——第i 层土层厚度（m ）； ζ——模量提高系数：ζ=f spk f ak，式中，f ak 是基础底面下天然地基承载力特征值（Kpa ）；f spk ——复合地基承载力特征值 (Kpa);由于复合地基承载力是在基础底面下天然地基承载力的土层上使用的，因此复合地基承载力特征值在有桩的部分取桩低的土层极限承载力，下卧层取极限承载力根据上表的ζ1=1.2=ζ2=1.2 ζ3=ζ4=ζ5=ζ6=ζ7=1.0ψs ——沉降计算经验修正系数，总沉降量表达式为S=ψs （s 1+s 2）= ψs (∑△pi ζE si n 1i=1h i +∑△pi E si n 2i=n 1+1)ψs——加固区、下卧层沉降经验修正系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，或根据压缩层内平均压缩模量s E ，并参考地基承载力标准值k f ，由表中查的，s E 可采用加权平均值，即11nii s ni i siAE A E ===∑∑ (1-5)沉降计算经验系数s ψ竖向增强体复合地基复合土压缩模量cs E 通常采用面积加权平均法计算，即 (1)cs ps ss E mE m E =+- (1-6) 式中 ps E ——桩体压缩模量； ss E ——桩间土压缩模量； m ——复合地基置换率。

（1）．当置换率是m =5%时a.加固区沉降量计算加固区每层土与桩的复合压缩模量： 第1层土体与桩的复合模量1cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.05×270+（1-0.05）×18=30.6MPa第2层土体与桩的复合模量2cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.05×270+（1-0.05）×18=30.6MPa第3层土体与桩的复合模量31cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.05×375+（1-0.05）×2=42.5MPa加固区每层土的沉降量：s 11=∑∇p i ζE si n 1i=1 h i =98.41.2×30.6×103×8×103=25.73mm12S =∑∇p iζE si n1i=1 h i =75.61.2×30.6×103×3×103=7.41mm13S =∑∇p i ζE sin1i=1h i =6042.5×103×1×103=1.41 mm加固区沉降量1S =1nii csip H E ∆∑=111213s s s ++ =25.73+7.14+1.41 =34.28mmb.下卧层沉降量计算21S =i csi p H E ∆==556×103×15×103=138mm 22S =i csip H E ∆=216×103×5×103=17.5mm 23S =i csip H E ∆=188×103×8×103=18mm 24S =i csip H E ∆=9.810×103×8×103=7.84mm 下卧层沉降量2S =1nii csip H E ∆∑=21S +22S +24S +23S=138+17.5+18+7.84=181.31mm那么桩长为11.6时的 加固区11nii s ni i siAE A E ===∑∑=98.4×8+75.6×3+60×198.4×8+75.6×330.6+60×142.5=31.09MPa下卧层'11nii sni i siAE A E ===∑∑=55.2×15+21×5+18×8+9.8×855.2×15+21×5+6+9.8×810+18=5.3MPa总沉降量1122S S S ψψ=+1ψ，2ψ由下表查取，用内插法取沉降计算经验修真修正系数φ表据上表计算的1ψ=0.151，2ψ=0.821122S S S ψψ=+=34.28×0.151+181.31×0.82=153.85mm（2）．当置换率是m =10%时a.加固区沉降量计算加固区每层土与桩的复合压缩模量： 第1层土体与桩的复合模量1cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.10×270+（1-0.10）×18=43.2MPa第2层土体与桩的复合模量2cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.10×270+（1-0.10）×18=43.2MPa第3层土体与桩的复合模量31cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.10×375+（1-0.10）×25=60MPa加固区每层土的沉降量：11S =∑∇p i ζE sin 1i=1h i =98.41.2×43.2×103×8×103=18.22mm12S =∑∇p iζE sin 1i=1 h i =75.61.2×43.2×103×3×103=5.25mm 13S =∑∇p iζE si n 1i=1 h i =6060×103×1×103=1mm加固区沉降量1S =1ni i csip H E ∆∑=111213s s s ++ =18.22+5.25+1=24.34mmb.下卧层沉降量计算21S =i csip H E ∆==556×103×15×103=138mm 22S =i csip H E ∆=216×103×5×103=17.5mm 23S =i csi p H E ∆=188×103×8×103=18mm 24S =i csip H E ∆=9.810×103×8×103=7.84mm 下卧层沉降量2S =1n i i csip H E ∆∑=21S +22S +24S +23S =138+17.5+18+7.84=181.31mm加固区11nii s n i i siA E A E ===∑∑=98.4×8+75.6×3+60×198.4×8+75.6×343.2+60×160=43.89MPa 下卧层'11n i i s n i i si A E A E ===∑∑=55.2×15+21×5+18×8+9.8×855.2×15+21×5+6+9.8×810+18 =5.3MPa总沉降量由上表内插可得：1ψ=0.142，2ψ=0.82总沉降量1122S S S ψψ=+=0.142×23.34+0.82×181.31=152.0mm（3）．当置换率是m =15%时a.加固区沉降量计算加固区每层土与桩的复合压缩模量：第1层土体与桩的复合模量1cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.15×270+（1-0.15）×18=55.8MPa第2层土体与桩的复合模量2cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.15×270+（1-0.15）×18=55.8MPa第3层土体与桩的复合模量31cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.15×375+（1-0.15）×25=77.5MPa加固区每层土的沉降量：11S =∑∇p i ζE si n 1i=1h i =98.41.2×55.8×103×8×103=14.11mm 12S =∑∇p i ζE si n 1i=1h i =75.61.2×55.8×103×3×103=4.07mm 13S =∑∇p iζE si n 1i=1 h i =6077.5×103×1×103=0.78mm加固区沉降量1S =1ni i csip H E ∆∑=111213s s s ++ =14.11+4.07+0.78=18.96mmb.下卧层沉降量计算21S =i csip H E ∆==556×103×15×103=138mm 22S =i csip H E ∆=216×103×5×103=17.5mm 23S =i csip H E ∆=188×103×8×103=18mm 24S =i csi p H E ∆=9.810×103×8×103=7.84mm 下卧层沉降量2S =1n i i csip H E ∆∑=21S +22S +24S +23S=138+17.5+18+7.84=181.31mm加固区11ni i s n i i siA E A E ===∑∑=98.4×8+75.6×3+60×198.4×8+75.6×355.8+60×177.5=56.68MPa 下卧层'11n i i s n i i si A E A E ===∑∑=55.2×15+21×5+18×8+9.8×855.2×15+21×5+6+9.8×810+18 =5.3MPa查表可得：1ψ=0.140，2ψ=0.82总沉降量1122S S S ψψ=+=0.140×18.96+0.82×181.31=151.33mm（4）．当置换率是m =20%时a.加固区沉降量计算加固区每层土与桩的复合压缩模量：第1层土体与桩的复合模量1cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.20×270+（1-0.20）×18=68.4MPa第2层土体与桩的复合模量2cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.20×270+（1-0.20）×18=68.4MPa第3层土体与桩的复合模量31cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.20×375+（1-0.20）×25=95MPa加固区每层土的沉降量：11S =∑∇p i ζE si n 1i=1h i =98.41.2×68.4×103×8×103=11.51mm 12S =∑∇p i ζE si n 1i=1h i =75.61.2×68.4×103×3×103=3.32mm 13S =∑∇p iζE si n 1i=1 h i =6095×103×1×103=0.64mm加固区沉降量1S =1ni i csip H E ∆∑=111213s s s ++=15.51+3.32+0.64=15.47mmb.下卧层沉降量计算21S =i csip H E ∆==556×103×15×103=138mm 22S =i csip H E ∆=216×103×5×103=17.5mm 23S =i csip H E ∆=188×103×8×103=18mm 24S =i csi p H E ∆=9.810×103×8×103=7.84mm 下卧层沉降量2S =1n i i csip H E ∆∑=21S +22S +24S +23S =138+17.5+18+7.84=181.31mm加固区11nii s n i i siA E A E ===∑∑=98.4×8+75.6×3+60×198.4×8+75.6×368.4+60×195=69.47MPa 下卧层'11n i i s n i i si A E A E ===∑∑= 55.2×15+21×5+18×8+9.8×855.2×15+21×5+6+9.8×810+18 =5.3MPa查表可得：1ψ=0.136，2ψ=0.82总沉降量1122S S S ψψ=+=0.136×15.47+0.82×181.31=150.78mm（5）．当置换率是m =25%时a.加固区沉降量计算加固区每层土与桩的复合压缩模量：第1层土体与桩的复合模量1cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.25×270+（1-0.25）×18=81MPa第2层土体与桩的复合模量2cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.25×270+（1-0.25）×18=81MPa第3层土体与桩的复合模量31cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.25×375+（1-0.25）×25=112.5MPa加固区每层土的沉降量：11S =∑∇p i ζE si n 1i=1h i =98.41.2×81×103×8×103=9.72mm 12S =∑∇p i ζE si n 1i=1h i =75.61.2×81×103×3×103=2.8mm 13S =∑∇p i ζE si n 1i=1 h i =60112.5×103×1×103 =0.54mm加固区沉降量1S =1n i i csip H E ∆∑=111213s s s ++ =9.72+2.8+0.54=13.06mmb.下卧层沉降量计算21S =i csip H E ∆==556×103×15×103=138mm 22S =i csip H E ∆=216×103×5×103=17.5mm 23S =i csip H E ∆=188×103×8×103=18mm 24S =i csi p H E ∆=9.810×103×8×103=7.84mm 下卧层沉降量2S =1n i i csip H E ∆∑=21S +22S +24S +23S =138+17.5+18+7.84=181.31mm加固区11n i i s n i i si AE A E ===∑∑=11n i i s n i i si A E A E ===∑∑=98.4×8+75.6×3+60×198.4×8+75.6×381+60×1112.5=81.98MPa下卧层'11n i i s n i i si A E A E ===∑∑= 55.2×15+21×5+18×8+9.8×855.2×15+21×5+6+9.8×810+18 =5.3MPa查表可得：1ψ=0.132，2ψ=0.82总沉降量1122S S S ψψ=+=0.132×13.06+0.82×181.31=150.400mm（6）．当置换率是m =30%时a.加固区沉降量计算加固区每层土与桩的复合压缩模量：第1层土体与桩的复合模量1cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.30×270+（1-0.30）×18=93.6MPa第2层土体与桩的复合模量2cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.30×270+（1-0.30）×18=93.6MPa第3层土体与桩的复合模量31cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.30×375+（1-0.30）×25=130MPa加固区每层土的沉降量：11S =∑∇p i ζE si n 1i=1h i =98.41.2×93.6×103×8×103=8.41mm 12S =∑∇p i ζE si n 1i=1h i =75.61.2×93.6×103×3×103=2.43mm 13S =∑∇p iζE si n 1i=1 h i =60130×103×1×103=0.46mm加固区沉降量1S =1ni i csip H E ∆∑=111213s s s ++ =8.41+2.43+0.46=11.3mmb.下卧层沉降量计算21S =i csip H E ∆==556×103×15×103=138mm 22S =i csi p H E ∆=216×103×5×103=17.5mm23S =i csip H E ∆=188×103×8×103=18mm 24S =i csi p H E ∆=9.810×103×8×103=7.84mm 下卧层沉降量2S =1n i i csip H E ∆∑=21S +22S +24S +23S =138+17.5+18+7.84=181.31mm 加固区11n i i s n i i si AE A E ===∑∑=11n i i s n i i si A E A E ===∑∑=98.4×8+75.6×3+60×198.4×8+75.6×393.6+60×1130=95.1MPa 下卧层'11n i i s n i i si A E A E ===∑∑= 55.2×15+21×5+18×8+9.8×855.2×15+21×5+6+9.8×810+18 =5.3MPa查表可得：1ψ=0.130，2ψ=0.82总沉降量1122S S S ψψ=+=0.130×11.3+0.82×181.31=150.14mm（7）．当置换率是m =35%时a.加固区沉降量计算加固区每层土与桩的复合压缩模量：第1层土体与桩的复合模量1cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.35×270+（1-0.35）×18=106.2MPa第2层土体与桩的复合模量2cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.35×270+（1-0.35）×18=106.2MPa第3层土体与桩的复合模量31cs E =(1)ps ss mE m E +-=0.35×375+（1-0.35）×25=147.5MPa加固区每层土的沉降量：11S =∑∇p iζE sin 1i=1 h i =98.41.2×106.2×103×8×103=7.42mm 12S =∑∇p iζE sin 1i=1 h i =75.61.2×106.2×103×3×103=2.14mm 13S =∑∇p iζE si n 1i=1 h i =60147.5×103×1×103=0.41mm加固区沉降量1S =1ni i csip H E ∆∑=111213s s s ++ =7.42+2.14+0.41=9.97mmb.下卧层沉降量计算21S =i csip H E ∆==556×103×15×103=138mm 22S =i csip H E ∆=216×103×5×103=17.5mm 23S =i csip H E ∆=188×103×8×103=18mm 24S =i csi p H E ∆=9.810×103×8×103=7.84mm 下卧层沉降量2S =1n i i csip H E ∆∑=21S +22S +24S +23S =138+17.5+18+7.84=181.31mm加固区11ni i s n i i siA E A E ===∑∑=98.4×8+75.6×3+60×198.4×8+75.6×3106.2+60×1147.5=108MPa 下卧层'11n i i s n i i si A E A E ===∑∑=55.2×15+21×5+18×8+9.8×855.2×15+21×5+6+9.8×810+18 =5.3MPa查表可得：1ψ=0.127，2ψ=0.82总沉降量1122S S S ψψ=+=0.127×9.97+0.0.82×181.31=149.94mm根据不同的置换率算得总沉降量，求的沉降量的平均值为s =153.85+152.0+151.33+150.78+150.40+150.14+149.947=151.20 mm根据设计要求，选用11.6米桩，桩径300mm,桩间距1200mm 。