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地基处理设计与施工方案1.建设综合研究设计院提供《颐德家园一期岩土工程勘察报告》;
2.北京建设设计研究院提供《颐德家园一期A、B、C、D、E、F楼座基础结构平面图》;
3.北京建设设计研究院提供《颐德家园二期总平面图》;
湖南省公路工程标准勘察设计招标文件(2019年版)(根据湘交基建[2019[246号文修订 湖南省交通运输厅发布2020年1月)7.企业标准《CFG桩复合地基技术规定》〈Q/JY〉;
颐德家园住宅小区位于北京市朝阳区东直门外京顺路5号国营曙光电机厂(又名一二五厂)厂区西南侧,紧临东北三环,处于京顺路和机场路的入口,与南银大厦、国际展览中心隔路相望,距北京中央仅五公里。颐德家园一期工程由A座—F座住宅楼及地下车库组成。其中A座地上28层,地下2层;BCD座地上18层,地下2层;E座地上11.5层,地下1层;地下车库地下2层钢筋混凝土无梁框架结构上部3.0m厚覆盖土。
除地下车库外,结构设计要求A座—F座住宅楼采用复合地基。
钻探深度范围内场区地质共分十三大层,现将与复合地基设计相关的地层地质自上而下描述如下:
③层由③1砂质粉土及③2粉细砂层交互沉积组成,厚度为0.4~3.5m,层底标高为30.21~32.98m。
③1砂质粉土层:黄褐色~褐黄色,含云母及少量氧化铁,局部夹粘性土薄层,湿~饱和,中~中低压缩性,该层在场区内局部缺失。
③2粉细砂层:黄褐~褐黄色,含云母,局部夹粘性土薄层,湿~饱和,中下密,该层在场区内局部缺失。
④粉质粘土层:褐灰色~灰色,含云母、氧化铁及有机质,局部夹砂质粉土层,湿~饱和,可塑,中高压缩性。该层厚度为1.2~5.7m,层底标高为27.65~30.26m。
⑤粉质粘土层:褐黄色~黄褐色,含云母、氧化铁及少量有机质,饱和,可塑,中压缩性。该层厚度为2.5~6.9m,层底标高为23.08~26.89m。
⑥层由⑥1砂质粉土及⑥2粉细砂交互组成,厚度为0.4~4.0m,层底标高为21.68~25.45m。
⑥1砂质粉土层:褐黄色~黄褐色,含云母、氧化铁,局部夹粉质粘土层,饱和,中低~低压缩性。
⑥2粉细砂层:褐黄色~黄褐色,含云、氧化铁,饱和,中密。
⑦粘土层:褐黄色~黄褐色,含云母、局部夹砂质粉土层,饱和,可塑,中压缩性。该层厚度为4.1~7.7m,层底标高为16.74~18.68m。
⑧中砂层:褐黄色~黄褐色,局部夹圆砾及卵石,局部为⑧1粘质粉土层。该层厚度为2.2~4.4m,层底标高为13.64~15.78m。
⑧1粘质粉土层:主要出现在10号、13号及17号孔内,黄褐色,中压缩性。
⑨1粘土层:褐黄~棕褐色,含云母、氧化铁,局部夹粉土层及粉细砂层、饱和,可塑,中压缩性。
⑨2粘质粉土层:褐黄色~黄褐色,含云母、氧化铁,饱和,低压缩性。
⑨3粉质粘土层:褐黄~棕褐色,,含云母、氧化铁,饱和,可塑,中低压缩性。
1.上层滞水:该层地下水以大气降水入渗为主,静止水位埋深为1.30~3.70m,标高为36.14~38.69m。
2.潜水:该层地下水以侧向径流补给和大气降水入流为主,静止水位埋深为5.70~7.70m,标高为32.31~34.00m。
3.微承压水:静止水位埋深为14.40~16.30m,标高为23.70~25.78m。
4.静止水位埋深为21.10~22.80m,标高为16.86~18.71m。
地下水对混凝土无腐蚀性,在长期浸水条件下对钢筋混凝土结构中的钢筋无腐蚀性,但在干湿交替环境下对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性。
五CFG桩地基设计思想:
1.边坡支护与地基处理的关系:
本期工程分为地下车库、高层住宅及配套商业房三个不同埋深的基底标高,而且相对距离较小,边坡支护应考虑不扰动地基持力层这一因素,同时还应有效地降低地下水位,保证CFG桩的施工质量,以满足地基的承载力要求。
建筑荷载不同,复合地基的承载力要求及沉降控制也不同,应分别进行设计计算,使设计方案更具针对性,且经济合理。按照“疏桩理论”进行大桩距布置,充分发挥桩间土的作用,以降低施工成本。资料显示,其它条件相同时,桩距越小,复合地基承载力越大。当桩距小于4倍桩径时,随着桩距的减小,复合地基的承载力增长率明显下降,从桩与桩间土共同发挥作用考虑,桩距以不小于4倍桩径为宜。
CFG桩不宜从基坑四周转圈向内推进施工,因为这样施工会限制桩间土向外的侧向变形,容易造成大面积土体隆起或断桩,宜采取从基坑中心向外推进,或从一侧向另一侧推进的施工办法。
六CFG桩复合地基设计方案:
1.A座复合地基设计方案:
布桩范围:基础平面内,边桩不超过基础边线d/2(d为桩径)
桩长:L=25.0m(桩端进入粘土⑨层8.63m)
桩间距:S=1.80m
布桩形式:等边三角形排列
桩体强度:C20混凝土(ƒck=13.4N/mm2)
褥垫宽度:大于基础300mm
压实系数:λc =0.88(虚铺230mm,压实后200mm)
2.BCD座复合地基设计方案:
布桩范围:基础平面内,边桩不超过基础边线d/2(d为桩径)
桩长:L=17.0m(桩端进入中砂⑧层1.36m)
桩间距:S=1.60m
布桩数量:B座232根,C座230根,D座235根
桩体强度:C20混凝土,ƒck=13.4N/mm2
褥垫宽度:大于基础300mm
压实系数:λc =0.87(虚铺230mm,压实后200mm)
3.EF座复合地基设计方案:
布桩范围:基础平面内,边桩不超过基础边线d/2(d为桩径)
桩长:L=17.0m(桩端进入中砂⑧层1.36m)
桩间距:S=1.80m
布桩数量:E座182根,F座181根
桩体强度:C20混凝土,ƒck=13.4N/mm2
褥垫宽度:大于基础300mm
压实系数:λc =0.87(虚铺230mm,压实后200mm)
七CFG桩复合地基施工方案:
⑴绘制布桩图,注明桩位编号。
⑵确定施工场区内水准控制点及建筑物位置控制坐标点。
⑶确定施工机具和配套设备,试成孔不少于2个,以复核地质资料、设备及工艺是否适宜,核定选用的技术参数上否符合实际。
⑷修筑道路,接通电源、水源,搭设必要的临时设施。
⑸确定钻机施工作业面,基坑底边线距离边桩外皮不得小于0.8m(如基坑开挖坡度较大,外放尺寸可适当减少)。
⑹土方开挖至设计基底标高以上0.2m时,整平工作面,按桩位图放线定桩位,设置桩位标志。
⑺原材料进场、试验,所需材料均应符合设计要求及施工规范的规定;进行混凝土配合比申请。
采用螺旋钻机成孔泵压混凝土灌桩工艺。
⑴场地平整,放线定桩位,在基础平面内布桩,边桩距基础平面内第一排桩的距离可适当调整,但不应超出基础平面外d/2(d为桩径);
⑵确定桩的钻孔深度:桩的钻孔深度应为:设计有效桩长+0.2m(褥垫厚度)+0.3m(保护桩长度);
⑶螺旋钻机就位,利用水准尺调直钻杆,对准桩位下钻;
⑷钻机中心管压灌混凝土与提钻同步,并连续进行;混凝土灌至孔满为止,充盈系数(实际灌注混凝土体积与桩体设计计算体积加预留长度体积之比)不得小于1,也不宜大于1.2;
⑸优先选用PO32.5水泥,粗骨料为5~20mm石子,细骨料为中粗砂。
⑹首盘混凝土灌注前,输送泵管道应用与混凝土成分相同的砂浆或灰浆进行冲洗润滑,停止灌注时间超过45min时,泵管应用清水
⑺灌注时边提钻杆边压灌注混凝土,应匀速提钻,每次提钻高度不可超过25cm,钻杆在混凝土中掩埋深度不得小于0.5m;
⑻截桩头:灌注混凝土后3~7d后,截去桩顶0.5m至桩顶设计标高,桩顶应找平,并与桩间土处在同一平面,桩顶不可出现斜面;
⑼褥垫施工:自设计基底标高以上0.30m采用人工下挖0.5m,铺设褥垫,铺设宽度大于基础30cm;材料采用级配砂石或中粗砂,碎石或卵石最大粒径不宜大于30mm;虚铺厚度23cm,压实厚度0cm。
⑽CFG桩施工中,应抽样制做混凝土试块,每台班制做一组,一组3块(边长为150mm立方体),测定28d强度。
⑾施工过程中,应观测新灌桩对邻桩的影响,当发现桩断裂并脱开时,必须进行逐桩静压,静压时间一般为3min。静压荷载以能保证使断桩衔接起来为准。
⑿现场拌制混凝土应严格进行原材料计量,每盘称量的偏差不得超过以下规定:水泥:±2%;、粗细骨料:±3%、水:±2%;
1.CFG桩施工质量控制与检验:
⑴桩的施工质量允许偏差:
桩长:≦100mm;桩径:±20mm;垂直度:≦1%;桩位:<d/2(d为桩径);
⑵钻孔时,钻杆应保持垂直、稳固,位置正确,防止因钻杆晃动引起孔径扩大;钻孔过程中,应及时清理孔口积土,防止散土掉入桩孔中。
⑶利用吊放十字园环方法检查孔的垂直度和孔径,利用有长度标记的线锤检查孔深。
⑷施工中应时刻观察桩与桩之间的相互影响,如发现问题及时采取补救措施。
2.褥垫施工质量与检验:
⑴褥垫选用碎石材料时,级配应均匀,最大粒径不宜大于30mm;
⑵褥垫施工宜采用1.55~2.20kW的平板振捣器振实;
⑶褥垫层施工前必须首先验槽,浮土必须清除干净,边坡必须稳定;垫层底面应设在同一标高上,如深度不同,可挖成阶梯或斜坡搭接,搭接处应夯压密实,并按先深后浅的须序进行施工。
⑷褥垫层分段施工时,接头处应做成斜坡,每层错开0.5~1.0m,并应充分捣实。
施工结束,一般28d后进行桩与土以及复合地基检验,对砂性较大的土层可以缩短恢复期,可不强调28d;复合地基承载力可用单桩静载试验确定。
⑴采用单桩静载试验测定桩的承载力,单桩静载试验按《建筑桩基技术规范》JGJ94—94规定执行,静载试验要达到桩的极限承载力,试验数量为总桩数的0.5%~1%,且不应少于3个试验点。
⑵采用动测法(小应变)检验桩的完整性,检测数量为总桩数量的20%。
单桩复合地基静载试验方法按《建筑地基处理技术规范》JGJ79—91执行,试验数量不应少于3个试验点。
3.施工验收:CFG桩复合地基验收时应提交下列技术资料:
⑴桩位测量放线图(图有桩位编号);
⑵材料检验及混凝土试块试验报告书;
⑷CFG桩施工原始记录;
⑸设计变更通知书、事故处理记录;
⑹复合地基静载及动载试验检测报告;
1.桩间土强度因受扰动而降低:
CFG桩施工过程中,桩间土常会受扰动,扰动后的桩间土会大大降低强度。此类问题的出现,常常是予留土层太薄,或是予留土层为饱和土,在清除予留土时采用了机械,由于机械碾压及振动所造成。扰动严重的桩间土应进行处理,不得直接作为复合地基。
予防这类问题有效的办法是,桩间土如果饱和,灵敏度高,予留土层不宜低于50~70cm,清除予留土层时,最好用人工。最好用人工,尽量不采用机械。
在饱和软土中成桩时,桩机的振动较小,当采用连打作业时,新打桩对已打桩产生挤压作用,使已打桩被挤成椭园形或不规则形状,造成缩颈和断桩。在较硬土层中成桩时,桩机的振动较大,对已打桩的影响主要为振动破坏,采用隔桩跳打时,若已打桩硬结强度不太高,在两桩之间打桩时,已打桩有时被振裂,且裂缝一般与水平成0~300夹角。
根据土质条件及施工工艺布桩,且布桩间距不宜太小,即是予防缩颈或断桩的一种措施。根据土质情况,当采用隔桩跳打工艺,补打中间桩时,要考虑两旁已打桩的强度,必要时可适当延缓一下时间。
钻机中心管泵压混凝土成桩时,钻机提升速度太快也会导致缩颈或断桩,但钻机提升太慢时,桩的端部水泥含量较少,桩顶浮浆过多,而且混凝土也容易产生离析,进而形成桩体强度不均匀。
控制钻机提升速度均匀,与泵压混凝土保持同步,是必须遵守的施工规则。避免此类问题发生,很大程度上依靠施工经验,所以,灌注混凝土时,钻机要由经验丰富的机手操作。
1.桩侧摩阻力标准值qsik:
④=40kpa、⑤=40kpa、⑥=40kpa、⑦=40kpa、⑧=70kpa、⑨=50kpa
2.桩端承阻力标准值qpk:⑨=400kpa
3.桩间天然土承载力标准值ƒka:③=160kpa
4.复合地基承载力标准值:ƒsp,k=550kpa
二自由单桩承载力标准值:
Rk=(up∑qsihίί+qp·Ap)╱k
=[1.885(2.36×40+4.57×40+1.4×40+4.94×40
+3.10×70+8.63×50)+(400×0.283)]╱2
=[2223.0+113.2]╱2
式中:k——安全系数(取k=2)
hίί——第hί层土的厚度
三复合地基承载力标准值:
m=d2╱de2=0.62╱(1.05×1.80)2=0.1
式中:de——桩的等效影响圆直径,当桩为等边三角形排时,de=1.05S,(S为桩间距)
ƒsp,k=m·Rk╱Ap+α·β(1-m)ƒka
=0.1×1168.1/0.283+1.1×0.9(1-0.1)×160
=409.9+142.6=552.5kpa>fk(550kpa)
式中:α——桩间土强度提高系数(即加固后桩间土承载力标准值与天然地基承载力标准值之比),一般取α=1.0~1.2;
β——桩间土强度发挥系数,β=0.75~1.0,对变形要求较高的建筑物取低值。
n=[(ƒsp,k╱αβƒka)-1]╱m+1
=[(552.5╱1.1×0.9×160)-1]╱0.1+1
σp=nαβƒka=25.9×1.1×0.9×160=4102.6kpa
⑶桩体强度(混凝土:C20):
13.4N/mm2>3×4102.6╱103=12.3N/mm2(可)
式中:ƒck——混凝土轴心抗压强度标准值。
Pp=nαβƒkaAp
=25.9×1.1×0.9×160×0.283=1164.0kpa
ι′=(Pp-qpAp)╱upqs
=(1164-400×0.283)╱1.885×40
=13.94<25.0m(可)
A=AP╱m=0.283╱0.1=2.83m2
三角形排列:S=1.05√A=1.05×√2.83=1.77m(可)
六褥垫层虚铺厚度计算:
H′=H╱λ=200╱0.88=227mm
式中:H′——褥垫层虚铺厚度
λ——夯填度,一般取0.87~0.9
BCD座复合地基设计计算
1.桩侧摩阻力标准值qsik:
③=40kpa、④=40kpa⑤=40kpa⑥=40kpa⑦=40kpa⑧=70kpa
2.桩端承阻力标准值qpk:⑧=900kpa
3.桩间天然土承载力标准值ƒka:③=160kpa
4.复合地基承载力标准值:ƒsp,k=330kpa
二自由单桩承载力标准值:
Rk=(up∑qsihίί+qp·Ap)╱k
=[1.26(2.17×40+2.55×40+4.57×40+1.4×40
+4.94×40+1.37×70)+(900×0.126)]╱2
=[908.6+113.4]╱2=511.0kN
式中:k——安全系数(取k=2)
hίί——第hί层土的厚度
三复合地基承载力标准值:
m=d2╱de2=0.42╱(1.13×1.60)2=0.049
式中:de——桩的等效影响圆直径,当桩为四边形排时,de=1.13S,(S为桩间距)
ƒsp,k=m·Rk╱Ap+α·β(1-m)ƒka
=0.049×511.0/0.126+1.1×0.9(1-0.049)×160
=198.7+150.6=349.3kpa>fk(330kpa)
式中:α——桩间土强度提高系数(即加固后桩间土承载力标准值与天然地基承载力标准值之比),一般取α=1.0~1.2;
β——桩间土强度发挥系数,β=0.75~1.0,对变形要求较高的建筑物取低值。
n=[(ƒsp,k╱αβƒka)-1]╱m+1
=[(349.3╱1.1×0.9×160)-1]╱0.049+1
σp=nαβƒka=25.6×1.1×0.9×160=4055.0kpa
⑶桩体强度(混凝土:C20):
13.4N/mm2>3×4055╱103=12.2N/mm2(可)
式中:ƒck——混凝土轴心抗压强度标准值。
Pp=nαβƒkaAp
=25.6×1.1×0.9×160×0.126=510.9kpa
ι′=(Pp-qpAp)╱upqs
=(510.9-400×0.125)╱1.26×40
=9.15<17.0m(可)
A=AP╱m=0.126╱0.049=2.57m2
四边形排列:S=1.13√A=1.13×√2.57=1.81m(可)
六褥垫层虚铺厚度计算:
H′=H╱λ=200╱0.88=230mm
式中:H′——褥垫层虚铺厚度
λ——夯填度,一般取0.87~0.9
EF座复合地基设计计算
1.桩侧摩阻力标准值qsik:
③=40kpa、④=40kpa⑤=40kpa⑥=40kpa⑦=40kpa⑧=40kpa
2.桩端承阻力标准值qpk:⑧=900kpa
3.桩间天然土承载力标准值ƒka:③=160kpa
4.复合地基承载力标准值:ƒsp,k=260kpa
二自由单桩承载力标准值:
Rk=(up∑qsihίί+qp·Ap)╱k
=[1.26(2.17×40+2.55×40+4.57×40+1.4×40
+4.94×40+1.37×70)+(900×0.126)]╱2
=[908.6+113.4]╱2=511.0kN
式中:k——安全系数(取k=2)
hίί——第hί层土的厚度
三复合地基承载力标准值:
m=d2╱de2=0.42╱(1.13×1.80)2=0.039
式中:de——桩的等效影响圆直径,当桩为四边形排时,de=1.13S,(S为桩间距)
ƒsp,k=m·Rk╱Ap+α·β(1-m)ƒka
=0.039×511/0.126+1.1×0.9(1-0.039)×160
=158.2+164.6=322.8kpa>fk(260kpa)
式中:α——桩间土强度提高系数(即加固后桩间土承载力标准值与天然地基承载力标准值之比),一般取α=1.0~1.2;
β——桩间土强度发挥系数,β=0.75~1.0,对变形要求较高的建筑物取低值。
n=[(ƒsp,k╱αβƒka)-1]╱m+1
=[(322.8╱1.1×0.9×160)-1]╱0.039+1
σp=nαβƒka=27.6×1.1×0.9×160=4371.8kpa
⑶桩体强度(混凝土:C20):
13.4N/mm2>3×4371.8╱103=13.1N/mm2(可)
式中:ƒck——混凝土轴心抗压强度标准值。
Pp=nαβƒkaAp
=27.6×1.1×0.9×160×0.126=550.9kpa
ι′=(Pp-qpAp)╱upqs
=(550.9-400×0.126)╱1.26×40
=9.93<17.0m(可)
A=AP╱m=0.126╱0.039=3.23m2
四边形排列:S=1.13√A=1.13×√3.23=1.80m(可)
六褥垫层虚铺厚度计算:
H′=H╱λ=200╱0.88=230mm
式中:H′——褥垫层虚铺厚度
λ——夯填度,一般取0.87~0.9
A座基础最终沉降量计算
1.桩长范围内各分层土的压缩模量:
6.6Mpa、8.5Mpa、15.0Mpa、9.5Mpa、35.0Mpa、10.3Mpaa
2.桩长范围内各分层土的厚度:
2.35m、4.57m、1.40m、4.94m、3.10m、13.64m
ζ=α[1+m(n-1)]
=1×[1+0.1×(25.9-1)]
三分层计算各层土的压缩量:
1.粉质粘土④层:该层顶面及底面各位于基础底面下Z=0及Z1=2.35m处。
A/B=50/25=2.0Z0/B=0查表C0=0.25
Z1/B=2.35/25=0.1查表C1=0.2499
ΔS1=P0/ES1ζ(C1Z1-C0Z0)
=0.55/6.6×3.49(0.2499×235-0.25×0)
=0.0239×58.73=1.40cm
2.粉质粘土⑤层:该层顶面及底面各位于基础底面下Z2=2.35m及Z3=6.92m处。
A/B=2.0Z4/B=6.92/25=0.28查表C4=0.2473
ΔS1=P0/ES1ζ(C3Z3-C2Z2)
=0.55/8.5×3.49(0.2473×692-0.2499×235)
=0.01854×112.4
3.砂质粉土—粉细砂⑥层:该层顶面及底面各位于基础底面下Z4=6.92m及Z5=8.32m处。
A/B=2Z4/B=8.32/25=0.33查表C4=0.248
ΔS1=P0/ES1ζ(C4Z4-C3Z3)
=0.55/15×3.49(0.248×832-0.2473×692)
=0.0105×35.2
4.粉细砂⑦层:该层顶面及底面各位于基础底面下Z5=8.32m及Z6=13.26m处。
A/B=2Z4/B=13.26/25=0.53查表C4=0.2442
ΔS1=P0/ES1ζ(C4Z4-C3Z3)
=0.55/9.5×3.49(0.2442×1326-0.248×832)
=0.01689×117.47
5.中砂⑧层:该层顶面及底面各位于基础底面下Z7=13.26m及Z8=16.36m处。
A/B=2Z4/B=16.36/25=0.65查表C4=0.2428
ΔS1=P0/ES1ζ(C4Z4-C3Z3)
=0.55/35×3.49(0.2428×1636-0.2442×1326)
=0.0045×73.41
6.粘土⑨层:该层顶面及底面各位于基础底面下Z7=16.36m及Z8=32.0m处。
A/B=2Z4/B=32/25=1.28查表C4=0.2237
ΔS1=P0/ES1ζ(C4Z4-C3Z3)
=0.55/10.3×3.49(0.2237×3200-0.2428×1636)
=0.0153×318.62
首先计算在深度Z=32m处向上取计算层厚为1.0m的土层压缩量△Sn′:
A/B=1.52Z′/B=31/25=1.24查表C′=0.2253
ΔSn′=P0/ES1ζ(C4Z4-C3Z3)
=0.55/10.3×3.49(0.2237×3200-0.2253×3100
=0.0153×17.41=0.266cm
ΔSn′/∑△Sί′=0.266/(1.40+2.08+0.37+1.95+0.33+4.88)=0.2944/11.01=0.0242
∵ΔSn′/∑ΔSί′=0.024<0.025
∴基础底面下32.0m即为压缩层厚度
1.压缩层范围内各土层压缩模量加权平均值:
ESP=(23.03×2.35+29.67×4.57+52.35×1.4+33.16
×4.94+122.15×3.1+35.95×15.64)/32
∵ESP=42.74Mpa>20.0Mpa
∴ΨS=0.2(1.40+2.08+0.37+1.95+0.33+4.88)
BCD座基础最终沉降量计算
1.基底压缩厚度范围内各分层土的压缩模量:
7.0Mpa、6.6Mpa、8.5Mpa、15.0Mpa、9.5Mpa、35.0Mpa、10.3Mpa
2.基底压缩厚度范围内各分层土的厚度:
2.17m、2.35m、4.57m、1.40m、4.94m、3.10m、1.27m
ζ=α[1+m(n-1)]
=1×[1+0.049×(25.6-1)]
某土方及基坑施工组织设计-secret三分层计算各层土的压缩量:
1.砂质粉土—粉细砂③层:该层顶面及底面各位于基础底面下Z=0及Z1=2.17m处。
A/B=34.0/16=2.1Z0/B=0查表C0=0.25
Z1/B=2.17/16=0.14查表C1=0.2498
ΔS1=P0/ES1ζ(C1Z1-C0Z0)
【河北图集】12S5:水处理工程=0.33/7×2.21(0.2498×217-0.25×0)
=0.0213×54.2=1.16cm