毕业设计论文拌桩复合地基工程设计.docx
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毕业设计论文拌桩复合地基工程设计
江苏晨风服饰有限公司综合楼C幢深层搅拌桩复合地基工程设计
摘要
本工程是江苏晨风服饰有限公司综合楼C幢深层搅拌桩复合地基工程设计。
依据江苏晨风服饰有限公司综合楼C幢岩土工程勘察报告,该建筑场地地基土工程地质条件较差,地下水埋藏较浅,水位埋深为0.5m,该施工场地位于昆山市花桥镇兆丰路西新东村,原为茭白地,场地地势平整。
施工用水、电需自己解决,设备进出场地较好,施工道路已经铺设。
临时设施、浆液配置房、泵房、材料库可在施工场地空间设置。
根据该场地的工程地质条件可知,振冲碎石桩、高压旋喷桩、排水固结法、水泥土深层搅拌法可供选择。
从施工可行性、技术可靠性、积极合理性这三个方面进行比较论证后,最终选定水泥土深层搅拌法进行地基处理。
根据要求,设计要求的复合地基承载力特征值不小于165kPa,加固水泥土桩径600㎜,水泥土施工有效桩长14.0m,总桩长14.5m。
固化剂采用425#普通硅酸盐水泥,水泥的掺入量为270kg/m3。
决定加固水泥土桩数4240根,加固水泥土方量17383.06m3,。
水泥用量4693T,概算总造价280万,工期为44天。
Abstract
TheprojectisthedeepmixingpilefoundationengineeringdesignofthecomprehensivebuildingofJiangsuChenfengRaimentCorporation.Accordingtothegeotechnicalengineeringinvestigationreport,theengineeringgeologicalconditionofthesubsoilinthebuildingsiteispoor.Thegroundwaterisshallow,andthegroundwaterlevelis0.5meterbelowtheground.Theconstructionsiteislocatedatxingdongvillagewhichisinthewestofzhaodouroad,huaqiaotown,kunshancity,andthereusedtobeusedtoplantakindofvegetablenotwildricestemground.Thetopographyofthefieldisflat.Thewaterusedintheconstructionneedstobesolvedbytheemployer.Theenvironmentconditionfortheequipmentandmaterialstobetransportedinandoutoftheconstructionsitisgood,andtheconstructionroadshavebeencompletedalready.Thetemporaryestablishment,groutmadenoise,pumphouseandmaterialstorecanbeplannedintheconvenientplaceoftheconstructionfield.
Itcanbecometofromtheengineeringgeologicalconditionthat,ribroreplacementstonecolumn,highpressurerotaryjetgroutingpile,consolidationandcement-deep-mixingmethodareavailabletotreatthesubsoil,bycomparinganddemonstratingtheirconstructionfeasibility,technologyreliabilityandeconomyreasonableness.Cement-deep-mixingmethodisselectedatlasttoreinforcethesugared.Onthebasisofthedesignrequests,thebearingcapacityofthecompositefoundationshouldbenolessthan165kPa,thediameterofthecement-deep-mixingpileis600mm,andthelengthofthepileis14.5mwithaavailablelengthof14m.425#commonsilicatecementisusedasconsolidationmaterial,anditscontentis270kgpercubicmeter..Inlightofthedesign,theamountofthecement-deep-mixingpileusedis4240,thereforcedsoilis17383.06cubicmeters.Theconsumptionofthecementis4693t.Calculationshowsthatthetotalconstructioncostis2.8millionyuanandworkperiodisplannedtobe44days.
第一部分工程设计部分
1.工程概况…………………………………………………………………………………1
1.1上部结构及载荷情况…………………………………………………………………1
1.2工程地质概况………………………………………………………………………1
2.工程方案论证及选择…………………………………………………………………2
2.1可行性……………………………………………………………………………2
2.2可靠性……………………………………………………………………………4
2.3经济合理性………………………………………………………………………12
3工程设计计算…………………………………………………………………………4
3.1初步设计计算……………………………………………………………………5
3.2工程用料的计算…………………………………………………………………8
4施工工艺………………………………………………………………………………10
4.1施工设备的选择…………………………………………………………………10
4.2设备安装…………………………………………………………………………10
4.3施工工艺流程……………………………………………………………………12
5施工要点………………………………………………………………………………13
5.1正确使用机械……………………………………………………………………13
5.2质量控制…………………………………………………………………………14
5.3劳动组织…………………………………………………………………………15
6质量检验………………………………………………………………………………16
6.1检验项目…………………………………………………………………………16
6.2质量标准及检查方法……………………………………………………………17
7.安全措施………………………………………………………………………………19
8施工组织概预算………………………………………………………………………20
9计算机程序设计………………………………………………………………………21
9.1程序说明…………………………………………………………………………21
9.2程序设计…………………………………………………………………………21
第二部分专业论文部分
1绪论……………………………………………………………………………………26
1.1工程勘察钻进技术国内外发展现………………………………………………26
1.2常规钻进方法分析………………………………………………………………26
1.3常规钻进方法在工程勘察中存在的最主要技术难题…………………………27
1.4本课题研究的内容、目的及意义…………………………………………………28
1.5研究的内容………………………………………………………………………28
1.6研究的目的和意义………………………………………………………………28
2.贯通式潜孔锤反循环钻进技术概况及要点…………………………………………29
2.1贯通式气动潜孔锤反循环连续取心(样)钻进工作原理………………………29
2.2钻具结构组成及工作原理………………………………………………………30
2.3钻具结构特点及应用情况………………………………………………………32
3.贯通式潜孔锤气力喷反钻具系统的设计……………………………………………33
3.1钻具系统的总体设计……………………………………………………………33
3.2气力喷反钻具的设计……………………………………………………………35
4.结论……………………………………………………………………………………45
第三部分英文翻译………………………………………………………………………45
第四部分附录
前言
江苏晨风服饰有限公司拟在江苏省昆山市花桥镇建造生活综合楼C幢,该场地位于昆山市花桥镇兆丰路西新东村,原为茭白地。
地质条件差,故决定进行地基处理,经过几种方案的比较论证,决定选用水泥土深层搅拌桩施工,处理后的负荷地继承在离不应低于165Mpa。
深层搅拌水泥土桩问世以来,发展迅速,应用广泛。
日本大量用于各种建筑物的地基加固、稳定边坡防止液化、防止负摩擦等。
国外的深层搅拌机械采用了高新技术,实施了施工监控的自动化,确保了施工质量,目前尚未见到失败的工程实例。
其工程应用中,设计方法比较保守,置换率高达40%~80%,桩体设计强度取值一般不超过0.6Mpa。
由于理论研究投入不够,没有取得完整的应力场数据,使其设计计算方法不尽人意。
深层搅拌水泥土桩在我国应用10余年来,应用范围不断扩展,形成了我国的特色。
深层搅拌水泥土桩率先用于10层综合楼的地基处理,大量用于8层左右的多层建筑物地基处理以及深基坑开挖中的支挡防渗工程。
根据我国国情开发的价格低、机型轻便的搅拌机械,在软土地基加固取得了显著的社会效益。
90年代,我国的水泥土桩发展进入高潮,除西南、东北边远地区以外,其他十几个省、市、自治区,包括台湾,都有应用的实例,尤以浙江、上海、湖北、江苏、广东等省市应用最多。
目前已施工1000万m以上的水泥土桩。
近两年,夯实水泥土桩也在北京大量应用。
在工程实践中,由于我国搅拌机械的性能及施工监测系统比较落后,加上操作认真,设计理论不完善,工程中出现了不少事故,暴露了很多问题。
当务之急是继续完善和开发适合我国国情的搅拌机械,重点解决施工监测系统装置的研制。
在设计理论上,虽然我国的科技人员进行了大量的工作,在水泥土的基本性质、临界桩长、固结特性、桩体动测等方面取得了可喜的进展,但缺少系统的研究,没有揭示水泥土桩复合地基的应力场和变形场,使设计水平停滞不前,当今水泥土桩应用继续升温,解决上述问题意义重大。
1工程概况
1.1上部结构及载荷情况
江苏晨风服饰有限公司拟在江苏省昆山市花桥镇建造生活综合楼C幢,工程设计由无锡轻大建筑计研究院有限公司负责设计,上部结构形式为框架结构,基础形式为条形基础,荷载的分布取值为15kPa,设计沉降量不大于200㎜。
该施工场地位于昆山市花桥镇兆丰路西新东村,原为茭白地,场地地势较平整。
1.2工程地质概况
依据《江苏晨风服饰有限公司综合楼C幢岩土工程勘察报告》(勘察编号04009),该建筑场地地基土工程地质条件较差,地下水埋藏较浅,水位埋深为0.50m。
该场地在71.95m以浅地基土按土层的成因类型、物理力学特征可划为8个工程地质层,其中③层土分为七个亚层。
详见下表:
场地地基土特征表表1
层序
土层
名称
层厚
(m)
层底标高(m)
状态
重度
(KN/m3)
Φ
(°)
C
(KPa)
Ps
(MPa)
①
耕土
0.2-1.2
1.24~2.93
1.176
②
粉质粘土
1.1-3.2
-1.43~1.83
可-流塑
18.5
11.1
16.5
0.824
③-1
淤泥质粉质粘土
0.7-3.0
-3.56~
-0.05
流塑
17.4
8.5
12
0.472
③-2
淤泥质粉质粘土
0.4-3.3
-5.56~-0.67
流塑
17.1
8.7
12.8
0.336
③-3
淤泥质粉质粘土
1.2-2.9
-7.86~-2.77
流塑
17.0
8.0
9.0
0.417
③-4
淤泥质粉质粘土
3.2-6.0
-11.66~-8.37
流塑
17.1
8.1
8.7
0.583
③-5
淤泥质粉质粘土
5.9-11.1
-19.73~-15.96
流塑
17.5
8.3
10.3
0.495
③-6
淤泥质粉质粘土
8.0-12.0
-31.25~-27.16
流塑
17.6
8.5
11.4
0.717
③-7
淤泥质粉质粘土
5.5-8.5
-37.06~-34.16
流塑
17.8
9.0
11.6
1.215
④
粉质粘土
4.5-9.7
-45.62~-40.16
流塑
18.1
8.9
9.7
1.698
⑤
淤泥质粉质粘土
10.5-13.0
-54.56~-50.66
软-流塑
18.0
9.8
16.1
⑥
淤泥质粉质粘土
2.0-2.5
-56.56~-53.16
流塑
18.0
⑦
粉质粘土
12.6-14.45
-61.25~-60.24
软-流塑
18.4
13.9
8.4
⑧
粉砂
中密
2工程方案论证及选择
由场地的勘察资料可知,该场地的淤泥质粉粘占地层的绝大部分,该类土承载力低,可压缩性高。
根据处理软土地区的经验可知,振动碎石桩、振冲碎石桩、高压旋喷注浆、堆载预压和深层搅拌桩可供选择。
从以下三个方面加以考虑,筛选出比较合理的方案。
2.1可行性
据各地区多年来的施工经验可知,振动碎石桩、振冲碎石桩、高压旋喷注浆桩、堆载预压法、深层搅拌桩在处理软土地基加固上是可靠的。
碎石桩在软弱粘性土中的加固原理是置换和[排水作用,使桩与周围粘性土形成“复合地基”共同承担上部荷载。
由于碎石桩的刚度较软粘土高,在荷载作用下,地基中的压力向碎石桩集中,桩周土承受的压力减少,从而相应减小了沉降,提高了地基承载力;同时,碎石桩良好的透水性,大大缩短了周围土层的排水距离,加快了固结排水的速度,从而促进了地基的固结沉降,改善了地基的整体稳定性。
高压旋喷注浆法主要用于软弱土层*,如砂类土、粘性土、黄土和淤泥都能进行喷射加固,效果较好。
由于高压喷射流是高能、高速、集中和连续作用于土体上,压应力和冲蚀等多种因素总是同时密集在压应力区域内发生效应,因此,喷射流具有冲击切割破坏土体并使浆液与土搅拌混合的功能。
旋喷固结体就其化学性质而言是稳定的。
冻融、干湿循环试验结果表明,在一般-20ºC条件下,固结体是抗冻的和抗干湿循环作用的。
据有关资料显示,在符合浇筑混凝土的环境条件下,在冻结温度不低于-20ºC的土层中旋喷固结体是耐久的,可以用于永久工程中。
堆载预压法是利用天然地基土层本身的透水性或设置在地基中的竖向排水体,通过预先在地表进行加载预压或利用建(构)筑物自身重量使土体中孔隙中逐渐排出、土体逐渐固结,地基土逐渐压密,强度逐渐提高的方法,可利用井点抽水降低地下水位、利用插入土中的通电电极,使土中水发生渗流,以达到区域土体自重应力的增加,从而使土体逐渐压密的方法,排水系统可以由在土中打设的砂井、袋装砂井、纸或塑料排水袋等竖向排水体同地面铺设的砂石垫层构层。
深层搅拌法是用于加固饱和软粘土地基的一种新方法,它是利用水泥或石灰等材料作为固化剂的主剂,通过特制的深层搅拌机械,在地基深处就地将软土和固化剂(浆液或粉体)强制搅拌,利用固化剂和软土之间所产生的一系列物理-化学反应,使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的优质地基。
深层搅拌法最适宜于处理淤泥、淤泥质土、地基承载力不大于120kPa的粘性土和粉性土等土层,对于含有伊利石、氯化物而和水铝英石等矿物的粘性土及有机质含量高、场地内地下水具有侵蚀性的粘性土,应通过试验确定其适用性。
该方法可用于软土地基加固、边坡支护、基坑防渗等方面适用于以下工程对象:
①作为建筑物或构筑物的地基、厂房内具有地面荷载的地坪、高填方路堤下的基础等;
②进行大面积地基加固,以防止码头岸壁的滑动、深基坑开挖时边坡坍塌、坑底隆起和减少软土中地下构筑物的沉降等;
③作为海(水)中堤体的地基,作为地下防渗墙以阻止地下水渗透,对桩侧或板桩背后的软土加固以增加侧向承载能力。
2.2可行性
振冲碎石桩、高压喷射注浆桩需大量用水,水源问题一时难以解决,而且施工中大量泥浆溢出地表,当地地势较为平坦,无合适地点排放,若泥浆漫流,不仅影响施工进度,又能对周围环境发生污染,振动器在土中振动产生的振动波向四周传播,对周围的建筑物,特别是不太牢固的陈旧建筑物可能造成某些振害。
经过工程实践和专门的试验研究,排水固结法在我国发展了较为实用的砂井地基设计计算理论,如逐渐加荷条件下固结度的修正计算;地基强度增长的预计和与其相应的稳定分析方法;最终沉降与沉降随时间发展的推算以及根据现场资料反算土的性质指标等。
排水固结法的施工工艺和施工机械随着该法的广泛使用也得到了发展,如打设袋装砂井和塑料板的两用设备就具有轻型、简便的优点,各地还因地制宜地研制了各种简易的施工设备。
我国自己生产的塑料排水板已开始在工程中使用。
真空预压、降水预压在工程中的应用也取得了很好的效果,积累了宝贵的经验。
预压法已成功应用于冷藏库、油罐、机场跑道、集装箱码头、桥台等对沉降要求比较高的建筑物地基。
然而该工法施工周期长,而本工程施工工期比较短,另外,预压用的堆积荷载的进出场比较麻烦,故不适用于本工程。
水泥土深层搅拌桩较上述几种方法的优点在于:
施工过程中振动小,噪音小,排水量小,用水量小,无须设专门的排污场地和堆料场地,现场较干净,且对临近建筑物影响较小,故本工程可采用。
2.3经济合理性
由于排水固结法可直接排除,故只须比较振动碎石桩、高压旋喷桩、水泥土深层搅拌桩这三种工法的预估造价。
1深层搅拌水泥土桩,桩径φ600㎜,桩数为4240根,桩长14.5米,成桩总长度为61480米,概算总造价约为300万。
2高压喷射旋喷桩,桩径1.5m,桩数3174根,桩长4m,处理深度15870m,概算总造价1000万。
3振动碎石桩,桩径400㎜,概算总造价600万。
综上所述,本次市共选用深层水泥土搅拌桩。
3工程设计计算
3.1初步设计计算
3.1.1单桩承载力的计算
由于上部建筑长高不大,刚度相对较大,可采用柱状加固型式。
初选桩长L=14.5m,有效桩长为14m,桩径为Ф600的深层搅拌水泥土桩,桩截面积Ap=0.283m2,周长Up=1.885m
按单桩承载力按摩擦桩计算:
有式:
式中,Rkd——水泥土桩单桩承载力标准值,kN;
fcu——与水泥土搅拌桩身加固土配合比相同的室内试验加固土试块(边长为70.7㎜的立方体,也可采用边长为50㎜的立方体)的无侧限抗压强度平均值;
——强度折减系数,可取0.3~0.5;
qs——桩周土的平均摩擦力,对淤泥可取5~8kPa,对淤泥质土可取8~12kPa,对粘性土可取12~15kPa;
Up——桩周长度;
L——搅拌桩长度;
qp——桩周天然地基土的承载力标准值,可按国家规范《建筑地基基础设计规范》GBJ7—89第三章第二节的有关规定确定;
——桩端天然地基土的承载力折减系数,可取0.4~0.6。
3.1.2水泥
(1)水泥标号
由室内试验可知:
水泥土强度随水泥标号的提高而提高,本工程选用的是425#普通硅酸盐水泥。
(2)水泥掺入量
根据水泥土试块的无侧限抗压强度值可确定,水泥的掺和量是270kg/m3。
选定水泥浆的水灰比为0.55。
3.1.3复合地基承载力设计
按设计要求,复合地基承载力fspk≥165kPa,则有:
(★)
式中,fspk——搅拌桩复合地基承载力标准值;
m——搅拌桩面积置换率;
fsk——桩间天然地基土承载力标准值;
——桩间土承载力折减系数,当桩端土为软土时,可取0.5~1.0;当桩端土为硬土时,可取0.1~0.4;当不考虑桩间软土的作用时,可取0.
由(★)式,
对于采用柱状加固时,可采用正方形或等边三角形布桩形式,在本工程中,采用的是正方形布桩。
桩数可按下式计算得出:
但在布桩时,取桩数为4240根,桩位平面施工图见附图一。
3.1.4群桩基础验算
将加固后的桩群视为一个格子状假想实体基础,水下水泥土平均重度取8.8kN/m3,则实体基础底面积:
A1=148.88×47.2=7027.136m2
则侧面积:
自重:
1承载力验算
实体形基础底面修正后的地基承载力设计值:
式中:
ηd—基础埋深的承载力修正系数,取ηd=1.0。
γ0—基底以上土的加权平均重度,取γ0=8.8kN/m3
实体基础底面压力(见上图)
满足要求。
2沉降验算
对沉降要求较高的建(构)筑物,进行强度验算外,还应对地基进行沉降变形验算。
水泥土搅拌桩复合地基变形
和桩端下末未加固土层的压缩变形
之和,即:
其中,
式中,p—桩群顶面的平均应力(kPa);
—桩群底面土的附加应力(kPa);
—桩群体的变形模量(kPa);
—水泥土搅拌桩的变形模量,可取(100~200)
;
—桩间土的变形模量(kPa);
l—水泥土搅拌桩桩长(m);
—桩群底面以上土的加权平均容重(kN/m3)。
S2用分层总和法计算,实体基础底面中点的沉降
=23.7mm。
总沉降
=49㎜,满足沉降变形要求。
3.2工程用料的计算
A一根桩所需水泥的用量
式中
—一根桩所需水泥的用量Kg;
—水泥掺入比取13%;
—水泥土搅拌桩的直径mm;
—水泥土搅拌桩的长度m;
—天然地基土的密度
;
计算得
B计算一根桩所需的用水量
式中
—
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