毕业论文文华苑住宅小区地基处理设计

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1、 摘 要昆明文华苑住宅小区2号楼位于西山区政府办公楼西侧。场地愿为耕地鱼塘，多位中高压缩性深厚软土，其有机质含量较高、天然地基承载力较低，含水量较大。场地后期经人工堆填，地势较为平坦，地貌上处于昆明湖积盆地中西部，拟建住宅楼为7层框架结构，占地面积54.623.5，拟建物对差异沉降敏感，建筑物安全等级为二级。结合技术可行性、处理可靠性、经济合理性这三个方面加以考虑，决定采用深层搅拌桩粉体喷射法进行地基处理。经过一系列的设计计算，采用深层搅拌桩直径为500，有效桩长9.0m，单桩承载力设计值为118kN，共打深层搅拌桩1238根，工期为24天，工程总造价为969744.7元。AbstractNo

2、.2 building of KunMing Wen Huayuan uptown is located in the west of the office building of XiShan district government. The building site was plantation and pound in the past, and was filled by hand later. The subsoil is mainly deep thick soft soil which has a high compressibility, and contains a lot

3、 of organism. The bearing capacity of the natural subsoil is low while the moisture content is great. The physiognomy of the field is flat, and when it refers to relief, it is landed on the mid west of KunMing lake basin. The residential building to build is a seven-storied building and has a framed

4、 structure. The building area is 54.6 by 23.5 square meters. According to the design requests, the building planned to build is sensitive to the differential settlement, and the construction safety class is second-degree. After the analysis and contrast on the feasibility of the technique, the relia

5、bility of the treatment and the reasonableness of the economy, powder-deep-mixing method was decided to be used to reinforce the subsoil. Through a series of calculation, the diameter of the deep mixing pile used is decided to be 500 mm, the available length of the pile is 9 meters, the bearing capa

6、city of a single pile is designed to be 118 kN, and there are 1238 piles used in all. The construction period is calculated to be 24 days and the construction cost is￥969744.70. 目 录第一部分 工程设计1 工程概况1 1.1 上部结构及载荷情况11.2 工程地质概况11.3 水文地质条件22. 工程方案论证及选择22.1初步选择施工方案22.2施工方案论证22.3最优方案的选择123 工程设计计算173.1深搅桩主要技

7、术参数设计173.2单桩竖向承载力标准值的设计计算173.3面积置换率183.4桩数183.5下卧层强度验算183.6沉降变形计算194.施工技术方案设计204.1施工方法设计204.2施工机具204.3施工工艺234.4质量措施274.5劳动组织管理与工程概预算285.工程质量检测305.1施工期质量检验305.2工程竣工后的质量检测306 计算机程序设计326.1程序说明326.2程序设计32第二部分 专题论文35第三部分 英文及翻译41谢辞第四部分 附录前 言我国地域广大，有各种成因的软土层，其分布范围广、土层厚度大。这类软土特点是含水量大、空隙比大、抗剪强度低、压缩性高、渗透性差、沉降

8、稳定时间长。近年来根据工业布局和城市发展规划，经常需要在软土地基上进行建筑施工。由于软土地基不良的建筑性能，因此需要进行人工加固。昆明文华苑住宅小区位于西山区政府办公大楼西侧，场地地势平坦，地貌上处于昆明湖积盆地中西部。根据场地的工程地质勘查报告，场地需进行地基处理，经设计计算，拟采用深层搅拌桩粉喷桩施工。日本于1967年由运输部港湾技术研究所开始研制石灰搅拌施工机械，1974年开始在软土地基加固工程中应用。近十多年来，石灰粉体喷射搅拌法加固软土地及技术在瑞典、芬兰、挪威、法国、英国、联邦德国、美国、加拿大等国家得到了广泛应用。国内由铁道部第四勘测设计院于1983年初开始进行石灰粉搅拌法加固软

9、土的实验研究，并于1984年7月在广东云浮硫铁矿铁路专用线上单孔4.5m盖板箱软土地基加固工程中使用，1985年4月通过铁道部技术鉴定，建议逐步推广使用。后来相继在武昌和连云港用于下水道沟槽挡土墙和铁路涵洞软基加固，均获得良好效果。我国铁道部第四勘测设计院于1985年开发成功石灰粉体喷射搅拌法后，在1988年与上海探矿机械厂联合研制成功GPP-5型粉体喷射搅拌机，并通过铁道部和地矿部联合鉴定后投入批量生产。以后铁道部武汉工程机械研究所和上海华杰科技开发公司也先后生产出技能喷浆，又能喷粉，全液压步履式的PH-5和GPY-16型单轴粉喷桩机，是国内粉喷桩的施工长度可达到25m，1982年由铁四院和

10、武汉空军雷达学院研制成功GS-1型气固两相粉体流量计，从而使粉体搅拌技术的计量更趋完善。杭州市温州卢7号住宅楼改建工程和上海探矿机械厂铸钢车间厂房地基加固工程是国内采用水泥喷粉技术进行软基搅拌加固最早的两个实例。进入90年代这项新技术在铁路、公路、市政工程、工业与民用建筑的地基处理工程中得到了广泛的应用。 1 工程概况1.1 上部结构及载荷情况昆明文华苑住宅小区2号楼位于西山区政府办公大楼西侧。场地原为耕地及鱼塘，后期经人工堆填，地势较为平坦，地貌上处于昆明湖积盆地中西部。该住宅楼为7层框架结构，基础型式为柱下弹性交叉条基，基础宽度B=1.80m，基础埋深为D=1.50m。对差异沉降敏感，设计

11、要求沉降量不大于100。建筑安全等级为二级。1.2 工程地质概况各土层的主要物理力学性质指标如下：层：人工填土，厚度0.904.5m，结构松散，主要由粘性土、碎石、砖等组成。层；粘土，层厚0.302.10，褐黄色，可塑状态，湿，天然含水量41%，r=18.2kN/m3,fk=150kPa,Es=5.5Mpa,C=48kPa,=12。层：粘土，厚度1.505.20m，灰黑、灰黄、灰色，软塑状态，很湿，天然含水量47%, r=17.3kN/m3,fk=60kPa,Es=3.0Mpa,C=18kPa,=8。层；粉土，厚度0.503.50m，灰褐色，松散，饱和，天然含水量36%，有机质含量17%，r=

12、19.0kN/m3,fk=80kPa,Es=4.0Mpa,C=16kPa,=12。层：粘土，厚度3.004.80m，灰、兰灰、灰黑色，软可塑状态，湿，天然含水量33%，r=18.5kN/m3,fk=120kPa,Es=4.5Mpa,C=26kPa,=10。层：粉土，厚度0.402.50m，灰、灰褐色，稍密，饱和，天然含水量22%，r=19.5kN/m3,fk=140kPa,Es=6.0Mpa,C=18kPa,=18。层；粘土，厚度3.806.20m，灰、兰灰、灰褐、灰黑色，可塑状态，湿，天然含水量34%，r=18.7kN/m3,fk=140kPa,Es=6.0Mpa,C=36kPa,=11。典

13、型地质剖面图参见图1。1.3 水文地质条件场地主要含水层为层粉土层、层粉土层，粘土层为相对隔水层，地下水为第四系土层中的上层滞水，微具承压性。2 工程方案论证及选择2.1 施工方案的初步选择 根据工程概况、工程地质概况和水文地质概况知，拟建场地为湖相沉积地区，地基土为中高压缩性深厚软土，其有机质含量较高，天然地基承载较低，含水量较大。由于场地地下水含量丰富，且微具承压性，若采用沉管灌注桩、静压预制桩对地基进行处理，施工时如考虑不周，没有采取相应的措施，则大面积施工工程桩时，孔隙水压力过大且无法及时消散，挤压临近的工程桩，沉管灌注桩将会出现浮桩、断桩、偏桩现象，导致工程桩承载力不足；静压预制桩也

14、会产生浮桩、偏桩现象，导致承载力不足，而且静压预制桩造价太高，不经济，因此不宜采用这两种桩。在深厚软土中采用长桩，对一般建筑工程来说造价过高。软土就地加固的出发点则是最大限度地利用原土，经过适当的改性后，作为地基，以承受相应的外荷载。根据场地地基土的性质及分层情况，初步决定选择水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）、深层搅拌法和高压喷射法对地基进行处理比较适宜。2.2 方案论证2.2.1 技术可行性论证（一）水泥粉煤灰碎石桩水泥粉煤灰碎石桩（Cement Flyash Gravel Pile）简称CFG桩，由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌和，用振动沉管打桩机或其他成桩机具制成的一种具有粘结强度的桩。

15、桩体主体材料为碎石，石屑为中等粒径骨料，可改善级配，粉煤灰具有细骨料和低标号水泥作用。通过调整水泥掺量和配合比，桩体强度可在C5C20之间变化，一般为C5C10。 CFG桩是在碎石桩的基础上发展起来的，属复合刚性地桩，严格意义上说，应该是一种半柔半刚性桩，而碎石桩是散体材料桩，这类桩因自身无粘结强度，要依靠周围土体的约束力按来承受上部荷载。实测资料表明，碎石桩主要受力区在4倍桩径范围内，沿桩长方向轴向和恻向应力迅速衰减，因此增加桩长对提高符合地基承载力作用不大。碎石桩的桩土应力比一般为1.54.0，要提高碎石桩复合地基承载力，只有提高置换率，而置换率又与桩径和桩距有关，置换率太高，将给施工带来

16、很多困难。CFG桩由于自身具有一定的粘结性，故可在全长范围内受力，能充分发挥桩侧摩阻力和桩尖端承力，桩土应力比较高，一般为1040，复合地基承载力的提高幅度较大，可提高4倍或更高。增加桩长可有效地减少变形，并有稳定快的特点。CFG桩可用于加固填土、饱和及非饱和的粘性土、淤泥质土、松散的砂土、粉土等。本工程拟建场地的地基土为饱和的粘性土和粉土，因此，采用CFG桩进行地基处理在适用性上可满足加固要求。（二）高压喷射注浆法高压喷射注浆法原始于日本，是在化学注浆法的基础上，采用高压水射流切割技术而发展起来的。它彻底改变了化学注浆法的浆液配方和工艺措施的传统作法，以水泥为主要原料，加固土体的质量高可靠性

17、好，具有增加地基强度，提高地基承载力，止水防渗，减少支挡建筑物土压力，防止砂土液化和降低土的含水量等多种功能。自1972年以来，我国近百项工程实践均取得了良好的社会效益和经济效果，旋喷地基已列入我国现行的地基与基础工程施工及验收规范（GBJ202-83）。所谓高压喷射注浆，就是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，以高压设备使浆液或水成为20 Mpa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体。当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过土体结构的强度时，土粒便从土体剥落下来。一部分细小的土粒随着浆液冒出水面，其余土粒在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下，与浆液搅拌混合，并按一定的

18、浆土比例和质量大小有规律的重新排列，浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。固结体的形状和喷射流的移动方向有关。一般分为旋转喷射（简称旋喷）和定向喷射（简称定喷）两种注浆形式。旋喷时，喷嘴一面喷射一面旋转和提升，固结体成圆柱状。主要用于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善土的变形性质，使其在上部结构荷载直接作用下，不产生破坏或过大的变形；也可以组成闭合的帷幕，用于截阻地下水流和治理流砂。定喷通常用于基础防渗、改善地基土的水流性质和稳定边坡等工程。作为地基加固，通常采用旋喷注浆形式，使加固体在土中成为均匀的圆柱体和异形圆柱体。以高压喷射流直接冲击破坏土体，浆液与土以半置换或全置换凝固为固结体的高压喷射

19、注浆法，从施工方法、加固质量到适应范围，与其他地基处理方法相比，有其独到之处。高压喷射法的主要特性如下： 适用的范围较广。旋喷注浆法以高压喷射流直接破坏并加固土体，固结体的质量明显提高。它既可用于工程新建之前，也可用于工程修建之中，特别是用于工程落成之后，显示出不损坏建筑物的上部结构和不影响运营使用的长处。施工简便。旋喷施工时，只需在土层中钻一个50或300的小孔，便可在土中喷射成直径为0.44.0 m的固结体，因而能贴近已有建筑物基础建设新的建筑物。 固结体形状可以控制。为满足工程的需要，在旋喷过程中，可调整旋喷速度而后提升速度、增减喷射压力或更换喷嘴孔径改变流量，使固结体成为设计所需要的形

20、状。 有较好的耐久性。在一般的软弱地基中加固，能预期得到稳定的加固效果并有较好的耐久性能可用于永久工程。 浆液集中，流失较少。喷浆时，除一小部分浆液由于采用的喷射参数不适等原因，沿着管壁冒出地面外，大部分浆液均聚集在喷射流的破坏范围内，很少出现在土中流窜到很远地方的现象。 设备简单，管理方便。高压喷射注浆全套设备结构紧凑，体积小，机动性强，占地少，能在狭窄和低矮的现场施工。 安全生产。高压设备上有安全阀门和自动停机装置，当压力超过规定时，阀门便自动开启泄浆降压或自动停机，不会因堵孔升压造成爆破事故。 无公害。施工时机具的振动很小，噪音也较低，不会对周围建筑物带来振动的影响和产生噪音公害，更不存

21、在污染水域、毒化饮用水源的问题。高压喷射注浆加固地基技术，主要适用于软弱土层，如第四纪的冲（洪）积层、残积层及人工填土等。我国的实践证明，砂类土、粘性土、黄土和淤泥都能进行喷射加固，效果较好。本工程天然地基土为粘性土和粉土，因此，用高压喷射法进行加固处理是可行的。（三）深层搅拌法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、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-化学反映，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。美国在二次世界大战后曾研制开发成功一种就地搅拌机（

22、MIP），即从不断回转的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0.30.4 m，长度1012 m。1953年日本清水建设株式会社从美国引入这种施工方法。1974年由于大型软土地基加固工程的需要由日本港湾技术研究所、川山奇铁铁厂和不动建设等厂家合作开发研制成功水泥搅拌固化法（CMC法），用于加固钢铁厂矿石堆场地基加固深度达32 m。接着日本各大施工企业接连开发研制出加固原理、固化剂相近，但机械规格、施工效率各异的深层搅拌机械，形成了多种方法，常在港工建设中的防波堤、码头岸壁及高速公路高填方下的深厚层软土地基加固工程中应用。到1983年为止，日本采用深层搅拌法

23、加固海底软土的工程量已达540 m3，加固陆上软土220万m3，一跃成为日本软土地基加固方法中应用得最多的一种方法。苏联在1970年也研制成功一种淤泥水泥土桩（类似于美国的MIP工法），用于港湾建设工程中。计算表明淤泥水泥桩比钢筋混凝土桩的造价低40%。国内由冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院于1977年10月开始进行深层搅拌法的室内实验和机械研制工作。1980年初上海宝山钢铁总厂第五冶金建设公司在三座卷管设备基础软土地基加固工程中正式采用并获得成功。同年11月由冶金部基建局主持，通过了“饱和软粘土深层搅拌技术”鉴定，认为今后可逐步推广使用。1984年开始国内已能批量生产SJB型成套深层

24、搅拌机械，并且建了专门的施工公司。到1987年12月为止，已在上海、连云港、南京、昆明等地的工业厂房、民用住宅、市政挡土设施等工程中打设搅拌桩11000余根，越12万延米，均取得了良好的技术经济效果。与以往钢筋混凝土桩基相比，节省了大量的钢材，降低了造价，缩短了工期。深层搅拌法最适宜于加固各种成因的饱和软粘土。国外使用深层搅拌法加固的土质有新吹填的超软土、沼泽地带的泥炭土、沉积的粉土和淤泥质土等。加固场所从陆上软土到海底软土，加固深度从数米到五、六十米。国内目前采用深层搅拌法加固的土质有淤泥、淤泥质土、粘土和亚粘土等，加固场所局限于陆上，加固深度可达12 m。拟建场地的地基土属于滇池的湖相沉积

25、形成的饱和软粘土和粉土，适宜用本法进行加固处理。2.2.2 可靠性论证（一）水泥粉煤灰碎石桩1. 桩径d一般桩径为350400 mm，由施工设备的桩管决定。CFG桩采用振动沉管法施工。取桩径d=400mm。2. 桩距lp桩距的大小取决于设计要求的地基承载力、布桩形式、土质与施工机具等。布桩形式为条形基础下双排布桩，已知基础宽度为1.80 m，对于条形基础，基础边缘至桩的距离l75mm,取l=80mm.则 m3. 桩长l选择第层粘土层作为桩端持力层，取有效桩长为l=10m。4. 复合地基承载力标准值基底压力式中：N上部竖向荷载，kN; G基础自重，G=r0dA。r0基底以上基础与回填土平均重度，

26、一般取r0=20kN/m3；A 基础底面面积，m2；D基础埋深，m。地基承载力设计值 地基承载力标准值5. 单桩承载力CFG桩单桩承载力应通过现场单桩静载试验确定，无试验资料时，按下列二式计算，取其较小值。 故式中：强度折减系数，可取0.33或1/3； R28桩体28天立方体试块强度，Mpa； up桩周长，m； qsi第i层土极限侧阻力,按桩基技术规范有关规定取值，kPa；li第i层土的厚度，m；qp极限端阻力，按桩基技术规范有关规定取值，kPa；AP桩的截面积，m2；k安全系数，取k=2 。6. 面积置换率式中：面积置换率； 设计要求的复合地基承载力，kPa； 单桩竖向承载力标准值，kN；

27、桩间天然地基土承载力标准值，kPa； 桩间土承载力折减系数，当桩端为软土时，可取0.51.0，当桩端为硬土时，可取0.10.4 。 7. 桩数8. 复合地基沉降变形计算CFG复合地基变形包括三部分，即加固土体的压缩变形S1，下卧层变形S2，褥垫层变形S3。由于S3很小，一般忽略不计，则： S=S1+S2S1、S2的计算可参考碎石桩复合地基的变形计算。即所以，,满足沉降量要求.式中： S 复合地基最终沉降量（）；复合地基沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无统计数据时可取=1.0；地基沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，也可查规范中相关表格确定；po对应于荷载标准值时

28、的基底附加压力（kPa）；n地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；其中1n0层位于复合土层内，n0+11位于下卧层内；zi,zi-1基础地面至第i层土、第i-1层土地面距离（m）；基础地面点至第层土，第层土底面范围内平均附加应力系数，可按规范附表查用；Esi下卧层第层土的压缩模量（MPa）；Espi第i层复合土层的压缩模量（MPa），可按下式计算：；;Es复合土层内桩间土的压缩模量(Mpa)；n桩土应力比，无实测资料时，对粘性土可取24，对粉土可取1.53，原土强度低取大值，反之取小值；m置换率。（二）高压喷射法由前知：设计要求的地基承载力1. 喷射参数的设计旋喷直径根据现场土质条件和喷射方式

29、特点，初步确定选用双重管旋喷，旋喷桩直径d=800,桩截面积布桩形式基础形式为柱下交叉梁基础，垂直荷载通过柱及条形基础传至基底。布桩形式采用条形基础下双排布桩。桩距旋喷桩的孔距应根据工程需要经计算确定，在一般情况下可取L=23d（d为旋喷桩设计直径）。2. 固结体强度设定固结体强度与浆液材料及配方、土质和水质等许多因素有关。粘性土中可达15 Mpa，砂土中可达410 Mpa。弹性模量粘性土中为30005000 Mpa，砂土为700010000 Mpa。3. 单桩竖向承载力单桩竖向承载力应由现场载荷试验确定，无试验资料时，可按下列二式计算，并取较小值：式中： Rkd单桩竖向承载力标准值，kN；

30、fcu桩身试块28天无侧限抗压强度平均值，Mpa； 强度折减系数，可取0.33或1/3； 桩的平均直径，m； n 桩长范围内所划分的土层数； qsi桩周第i层土的摩擦力标准值，按桩基技术规范有关规定取值，可采用钻孔灌注桩侧壁摩擦力标准值， kPa；hi第i层土的厚度，m；qp桩端天然地基土的承载力标准值，参照建筑地基基础设计规范GBJ789的有关规定， k安全系数，取k=2。取有效桩长为10m，则 4. 搅拌桩置换率式中：桩间土承载力折减系数，取0.4； fspk复合地基承载力标准值，kPa；fsk桩间天然地基土承载力标准值，kPa;单桩竖向承载力标准值，kN.5. 桩数根6. 复合地基承载力

31、旋喷桩复合地基承载力标准值应通过现场复合地基载荷试验确定。若无试验条件也可按下式计算： 因此，处理后的地基承载力满足载荷要求。式中，fspk复合地基承载力标准值，kPa； Ae1根桩承担的处理面积，m2; Ap桩的平均截面积，m2; fsk桩间天然地基土承载力标准值，kPa;桩间天然地基土承载力折减系数，可根据试验确定，在无试验资料时，可取0.20.6；单桩竖向承载力标准值，kN.7. 复合地基变形计算（1） 复合土层压缩模量旋喷桩复合地基的变形包括桩长范围内复合土层变形及下卧层地基变形两部分。计算方法可参照碎石桩复合地基沉降计算。其中复合土层的压缩模量可按下式确定：（2） 复合地基沉降=+

32、沉降量小于100,满足设计要求。zEsi0.840.24670.78940.78944.52.540.20432.0461.25366.05.440.13692.9570.9146.0式中： S 复合地基最终沉降量（）；复合地基沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，无统计数据时可取=1.0；地基沉降计算经验系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，也可查规范中相关表格确定；po对应于荷载标准值时的基底附加压力（kPa）；n地基沉降计算深度范围内所划分的土层数；其中1n0层位于复合土层内，n0+11位于下卧层内；zi,zi-1基础地面至第i层土、第i-1层土地面距离（m）；基础地面点至第

33、层土，第层土底面范围内平均附加应力系数，可按规范附表查用；Esi下卧层第i层土的压缩模量（MPa）；Espi第i层复合土层的压缩模量（MPa）， 通过设计计算得出，处理后的旋喷桩的单桩承载力达到419kN，复合地基的承载力标准值达到201kPa，满足承载要求，地基的沉降减少到56.8，满足沉降要求。因此高压喷射法处理该地基是可靠的。（三）深层搅拌法1. 深层搅拌桩设计参数（1） 桩径：拟采用深搅桩的桩径为d=500，桩截面积Ap=0.196.周长up=1.57m.（2） 桩长：取有效桩长为9.0 m。（3） 布桩形式：布桩形式应根据地基土性质及上部建筑对变形的要求进行选择，拟建建筑物的基础为柱

34、下条形基础，故此采用条形基础下的双排布桩。详见附图1：桩位平面布置图。2. 单桩竖向承载力标准值的设计计算水泥土搅拌桩的单桩竖向承载力取决于桩身强度及地基土的情况，一般应使土对桩的支承力与桩身强度所确定的承载力相近，并使后者略大于前者最为经济。水泥土搅拌桩单桩竖向承载力标准值应通过现场单桩荷载试验确定，如无试验资料，也可按下列二式计算，并取其中较小值。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0.30.5；qs桩周土的平均摩擦力，对淤泥

35、可取58kPa，对淤泥质土可取812 kPa，对粘性土可取1215 kPa；Up桩周长度；Ap桩的截面积，m2；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GBJ789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0.40.6。3. 面积置换率根据设计要求的复合地基承载力，可确定面积置换率。式中：桩间土承载力折减系数，取0.4； fspk复合地基承载力标准值，kPa；fsk桩间天然地基土承载力标准值，kPa;单桩竖向承载力标准值，kN.4. 桩数n5. 下卧层强度验算对搅拌桩置换率较大（一般大于20%），而且不是单行排列时，由于每根搅拌桩不

36、能充分发挥单桩承载力的作用，可将搅拌桩群与桩周土视为一假想的实体基础，如图3所示：考虑假想实体基础侧面与土的摩阻力，验算假想实体基础底面的承载力，要求满足下式：式中： 假想实体基础底面压力（kPa）； 地基加固总面积（）； 假想实体基础底面积和侧面积（）； 假想实体基础自重（kN）； 假想实体基础边缘土的平均摩阻力标准值（kPa）； 假想实体基础边缘土的承载力（kPa）； 假想实体基础底面处经修正后的地基土承载力（kPa）。所以，群桩基础的承载力满足要求。6. 沉降变形计算对沉降要求较高的建（构）筑物，除进行强度验算外，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s的计算，包括搅拌桩群

37、体的压缩变形和桩端下未加固土层的压缩变形之和，即：其中， 式中： p桩群顶面的平均压力（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（100200）； 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=30.9mm。总沉降 =49100满足沉降变形要求。2.2.3 经济合理性比较（一） CFG桩直接成本预算 （单位：元） 费用总额为: 887264.70 费用组成包括:1 人工费：406088.8=2435522 材料费 324451.90

38、水泥：350441.1=154385 水： 1.58244.54=386.37 石子：48445.70（桩）+45192.63（褥垫层）=93638.33 石屑：78648.10=50551.80 粉煤灰：0.095263820=25490.403 机械费 319260.80 打桩机：1461.2180=263016 搅拌机：67.22180=12099.60 机动翻斗车：132.14180=24145.20 运输费：20000（二） 旋喷桩直接成本预算 （单位：元） 费用总额为: 962315.5 费用组成包括:1. 人工费：325880 成孔费：495020=99000 注浆费：2268.

39、8100=2268802. 材料费：610235.5 水泥：1701.6350=595547 水：1701.61.58=2688.5 外掺剂：120003. 机械费：26200 76型振动钻机：52150=7800 喷射注浆设备：52200=10400 运输费：8000（三）深搅桩直接成本预算 （单位：元） 费用总额为: 761523 费用组成包括:1. 人工费：89131深搅水泥土桩：408.11218.4=891312. 材料费：600895 水泥：1659.7350=580895 外掺剂；200003. 机械费：71497 GPP-16型粉喷搅拌机：229.948=11035.2 YPP

40、-1型粉体喷射机：737.0248=35377 起吊设备：522.6048=25084.82.3 最优方案的选择三种方案的对比如下：对比项目施工方案桩径(mm)桩长(m)桩数面积置换率沉降量(mm)工程造价（元）CFG桩40010103210.1%55.9887264.70旋喷桩8001049519.4%56.8962315.50深搅桩5009123826%49761523 通过对三种地基处理方法的综合比较，确定深搅桩为最优设计方案。3 工程设计计算3.1 深层搅拌桩设计参数（1） 桩径：拟采用深搅桩的桩径为d=500，桩截面积Ap=0.196.周长up=1.57m.（2） 桩长：取有效桩长为

41、9.0 m。（3） 布桩形式：布桩形式应根据地基土性质及上部建筑对变形的要求进行选择，拟建建筑物的基础为柱下条形基础，故此采用条形基础下的双排布桩。详见附图：桩位平面布置图。3.2 单桩竖向承载力标准值的设计计算水泥土搅拌桩单桩竖向承载力标准值应通过现场单桩荷载试验确定，如无试验资料，也可按下列二式计算，并取其中较小值。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0.30.5；qs桩周土的平均摩擦力，对淤泥可取58kPa，对淤泥质土可取812 kP

42、a，对粘性土可取1215 kPa；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GBJ789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0.40.6。3.3 面积置换率根据设计要求的复合地基承载力，可确定面积置换率。3.4 桩数n3.5 下卧层强度验算对搅拌桩置换率较大（一般大于20%），而且不是单行排列时，由于每根搅拌桩不能充分发挥单桩承载力的作用，可将搅拌桩群与桩周土视为一假象的实体基础，如图3所示：考虑假想实体基础侧面与土的摩阻力，验算假想实体基础底面的承载力，要求满足下式：式中： 假想实体基础底面压力（kPa）； 地基

43、加固总面积（）； 假想实体基础底面积和侧面积（）； 假想实体基础自重（kN）； 假想实体基础边缘土的平均摩阻力标准值（kPa）； 假想实体基础边缘土的承载力（kPa）； 假想实体基础底面处经修正后的地基土承载力（kPa）。所以，群桩基础的承载力满足要求。3.6 沉降变形计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（100200）； 桩间土的变形模量（kPa）

44、；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=30.9mm。总沉降 =49满足沉降变形要求。4. 施工技术方案设计4.1 施工方法设计由于场地地下水含量丰富，且微具承压性，所以采用干法的工艺比较好，即采用粉体深层搅拌法。粉体喷射深层搅拌法是利用喷粉机，使压缩空气携带粉体固化材料经过高压软管和搅拌轴送到搅拌叶片后面的喷嘴喷出，喷入旋转叶片背后产生的空隙中，并与土粘附在一起，在不断的搅拌作用下，固化材料与地基土均匀混合，而将固化材料分离后的空气传递到搅拌轴的周围，上升到地面释放掉。与浆液喷射深层搅拌法相比，粉体喷射深层搅拌法具

45、有以下特点：（1）粉体固化材料可吸收软土地基中更多的水分，对加固含水量高的软土极软土及泥炭土 地基效果更显著。图4为两种方法加固软粘土的对比。（2）粉体比浆液更易于与原土充分搅拌混合，有利于提高加固土体的强度。（3）粉体喷射搅拌钻头在提升搅拌时能对加固体产生挤压作用，也有利于提高加固土体的强度。（4）与浆喷搅拌相比，消耗的固化材料要少，且无地面拱起现象。4.2 施工机具 粉体喷射搅拌法施工设备由喷粉桩机、粉体发送器、空气压缩机、搅拌钻头等组成，见图5： 此次施工选用GPP-16型粉体搅拌机，其性能参数及其配套设备见下表：粉喷搅拌机搅拌轴规格(mm)108108(7500+5500)YP-1型粉

46、体喷射机储料量(kg)2000搅拌翼外径(mm)500最大送粉压力(Mpa)0.5搅拌轴转速正（反）28,50,92送粉管直径(mm)50扭矩(kNm)4.98.6最大送粉量(kg/min)100电机功率(kW)30外形规格(m)2.71.822.46起吊设备井架结构高度(m)门型-3级-14m技术参数一次加固面积(m2)0.196提升力(kN)78.4最大加固深度(m)12.5提升速度(m/min)0.480.81.47总质量(t)9.2接地压力(kPa)34移动方式液压步履4.2.1 粉喷搅拌桩机粉体搅拌机的主机是一台能完成钻进及搅拌的钻机。由于粉体搅拌的施工特点，如成桩速度快，又要求不同

47、的提升和旋转速度来满足不同的桩身强度要求，因此对钻机移位的灵活性和速度可变性又有较高的要求。粉体搅拌机主要由步履底座、传动系统、加减压系统和液压系统、塔架、钻头等组成（参见附图）1. 底盘是由型材焊接而成的框架结构，分为上、中、下三层。上层安装传动系统、塔架、加减压系统和操纵系统等。并于上层四角处分别装有横向伸缩和垂直起落的四个支腿油缸，借以扩大底盘面积，增加整体稳定性。底盘中层上部装有两道纵向与上层结合的滑板，滑板两侧用限位板定位。而底盘的下层结构实际上就是包括滚轮、导轨槽和横向油缸组成的两条步履组合。这样可以通过底盘的三层结构间的相互运动实现了喷粉搅拌机自行式移位。也就是：当支腿油缸顶出时

48、，支腿将滑板抬高，下底盘则被悬空，令滑板油缸伸长，此时下层底盘被推出，便相对地表面移动一距离（纵向最大距离1.2 m）。然后收缩支腿油缸，下层底盘着地，缩回滑板油缸，此时滑板在底盘上滑动，整机即“走动”一个新的位置，完成了纵向步履。与纵向步履相同，底盘上装有两组横向步履油缸及滑槽。当支腿油缸使底盘抬起或着地时，令横向步履油缸伸缩，使滑板和下底盘相对移动，完成横向步履（横向最大步距为0.5 m）。2. 传动系统由一台37kW、1480r/min的Y225S4型电动机提供整机的动力。通过皮带轮、摩擦离合器、变速换向器、万向轴和转盘带动钻具正、反向旋转，可以获得各三档转速。通过变速换向器输出轴上套装

49、的皮带轮，由齿轮离合器结合可接通蜗轮减速机，传至链条加减压装置，使钻具获得给进或提升（见喷粉搅拌机传动系统示意图）。3. 加减压系统喷粉搅拌机的加减压系统为封闭式链条结构，并设有调节装置。它由上下链轮、同步轴、套筒滚子链条与水龙头、钻具组成。通过上塔链条输入动力，带动塔架中的加减压链条上下运动，实现钻具的加减压上下起落。4. 液压系统喷粉搅拌机的液压系统为开式油路系统，以控制整体的移位、调平和起落塔架。它由油泵、多路阀组、油箱、管路附件和九只液压油缸等组成。4.2.2 粉体喷射机喷粉搅拌机械中的一个重要辅助机械就是粉体喷射机，它是一台用压缩空气输送粉体的装置。目前国内外的粉体喷射机的结构主要有

50、两种结构形式；叶轮式和转盘式；日本制造的是转盘式；瑞典、美国和国内生产的叶轮式的。粉体发生器是一种定时定量发送粉体材料的设备,由灰罐、旋转供料器、电子计量系统、水气分离器、阀门和仪表组成，其工作原理参见图6。由图可见：由空压机输送来的压缩空气首先进入“气水分离器”，以减少压缩空气中的水分。比较干燥的空气在管路中分为两路。一路气体通过流量计调节风量的大小及压力后到达粉体给料机的喉管，与叶轮泵定量输出的粉体混合，成为“气固两相混合体”，通过钻杆、钻头输入地基深部。作为喷粉机的组成部分，尚需有一个可贮一定量水泥粉体的料斗，并且采用交流电磁调速电机转动料斗底部的叶轮泵，调节电机转速、空压机风量及风压，

51、使加固用的粉体的喷出量符合设计要求。 输送粉体的管路中的压力p1应随钻头钻近土层中的深度、地层土质条件而变化。而叶轮泵的密封性较难提高，因此，经过气水分离器的压缩空气的另一路需要通到贮粉料斗中，使料斗中的气压p大于管路中的气压p1，使粉体输出量比较稳定。根据喷粉搅拌法施工技术的要求，粉体的发送应该严格做到定时、定量和均匀出料。而输送粉体的介质空气，与喷浆深层搅拌法中的水有本质区别，即水泥浆是液态的，在管路输送过程中具有不可压缩性；而空气水泥粉两相混合体中的空气体积可以被任意压缩，因此输粉量可能处于不稳定、不均匀状态。精确控制每单位打桩深度内的水泥掺入量正是深层搅拌应用成功与否的关键技术，而目前

52、国产的喷粉机械中，对于固化剂水泥粉计量又大都采用“体积法” ，即仅计量每根桩的水泥总用量，而不进行施工过程中的每单位深度水泥用量的计量，因此计量深度甚差。这是阻碍粉体喷射搅拌技术发展的一个弱点。近年来有些研究单位和生产制造厂开始进行电子秤直接计量法、气固两相密度差异与差压信号等间接计量法的试验研究，但均不太符合现场施工的实际条件，而没有得到广泛的应用。4.3 施工工艺4.3.1 工艺参数粉体喷射深层搅拌施工的工艺参数主要包括提升速度、单位时间喷粉量和喷粉压力等，一般应根据试桩结果，确定各土层和各平面区域搅拌轴提升速度和喷灰量等，如果缺少试桩资料也可按下列公式计算：1. 提升速度式中：v搅拌轴提

53、升速度（m/min）；h搅拌钻头叶片垂直投影高度（m）；钻头叶片总数（个）；搅拌轴转速（r/min）；t土体中任一质点经钻头搅拌次数，一般取4050。2. 喷灰量q式中： q单位时间的喷灰量（kg/min）；rd地基土的干重度（kN/m3）；aw掺入比；D搅拌钻头直径。喷粉压力一般控制在0.250.4Mpa之间，为保证正常送粉，要求喷粉时灰罐的气压比管道内的气压高0.020.05Mpa。4.3.2 施工工艺施工流程示意图见图7，粉体喷射施工工艺流程图见图8所示。 施工前应准备测放轴线和桩位，并用朱签或钢筋标定。 桩机就位，误差不应大于50。调节钻机支腿油缸，使导向架和搅拌轴垂直度偏差不超过1%

54、。 关闭粉喷机灰路阀门，打开气路阀门。 开动钻机，启动空压机并缓缓打开气路调压阀，对钻机供气。钻机逐渐加速，压转预搅下沉。当钻至接近设计深度时，应用低速慢钻，钻机原位转动12min。 提升粉喷搅拌。当确认粉料已喷到孔底时，一般以0.5m/min左右的速度反转提升；当设计到设计停灰标高后，应慢速原地搅拌12min。 重复搅拌。为保证粉体材料与地基土搅拌均匀，可采用复喷及复搅措施。 当提升喷粉距地面0.5m时，应立即停止喷粉，利用管道内余灰量喷入土中，以防止粉尘污染环境。 原位转动12min后，将钻头提高地面约0.2m减压放气，打开灰罐上盖，检查罐内余灰量。 钻机移位对孔，施工下一根桩。4.3.3

55、 工艺技术喷粉搅拌施工过程中，其技术关键是根据设计要求喷灰量如何选择好有关施工参数，并在操作工艺上完全实现。（一）、钻机提升档数钻机提升档数分三档，由于钻机设计中已考虑提升速度与转盘转速的匹配，因此各档速度时的水泥粉和原位土的搅拌效果相同。施工中可以不改变其它操作参数，利用不同档次来达到桩长不同喷灰量的要求。这种方法比较简单，特别适用于地层变化较多，要求不同喷灰量的场合。由于机械上的特点，喷粉的速度在快档时稍有提高，这是因为提升和搅拌速度加快造成搅拌叶片的背侧会产生大量的空隙，形成较大的负压而使粉体易于排出。（二）、搅拌机叶轮转速和供料压差的控制调节喷粉机叶轮的转速，可以得到不同的出粉量。供粉

56、压差是指叶轮泵进料口和出料口的压差，也就是料斗内部与输送管道的压差。这是保证连续均匀出料的关键。实践证明，叶轮转速在转/min范围内使用，可以达到喷粉量的要求。由于叶轮构造上的原因，当每分钟的转速超过转时，反而不供料。供料压差控制在kPa以上即可顺利喷出水泥粉料。（三）、空压机的流量和压力在气力输送过程中，粉料的运动状态主要受气流的支配，理想的运动状态为均匀悬浮态运动。因此，必须使空压机维持一定的流量，形成一定的气流速度，使粉料顺利输送。气流速度过低，容易造成粉料的不均匀移动，最终造成管道阻塞。所以喷粉搅拌施工前，应通过对加固料输送量及输送管道的要求，选取合适的混合比（单位时间内通过输料管道截

57、面粉料的质量与所需空气的质量之比），从而计算出需要的空气流量，保证合适的气流速度。施工实践表明，由于喷粉搅拌桩的长度一般不超过20m，不同地层对空气流量不是很大，一般需要1m3/min左右就能使管道中保持一定的压力，以克服管道及喷粉口的阻力损失，使粉料在管道中顺利输送到搅拌钻头。（四）、搅拌钻头喷粉量相同的情况下，相同土层中水泥土桩身强度及承载力的大小，取决于水泥粉与原位土体搅拌均匀程度。从搅拌加固过程分析，由于钻头叶片在切削土体时，受土料软硬不均的影响，会形成一些较大的土团，干粉就不宜拌入，形成水泥土桩身的软弱夹层。现场的实际开挖也发现：在截面中心部分的强度较低，截面颜色的变化呈同心环状，剖面呈锅底状层理，即“千层饼”状结构。因此增加搅拌次数是克服喷粉搅拌桩桩身强度不均匀的关键。常用的钻头形式为双头短螺旋叶片形式。（五）、常见的机械故障和消除喷粉搅拌加固软基施工中高压粉体水泥除了对发送管路系统磨损之外，对喷粉器叶轮泵叶片上密封橡胶垫磨损而漏灰，影响喷粉器调节灰量；更严重的是胶垫撕裂后随压缩空气吹入管路堵塞管道。还有水泥粉受潮在管壁、喷灰口孔壁凝结，缩小管径和孔壁等问题，施工中因这类故障造成停机占3/4。此外水泥粉体借助压缩空气无孔不入，使得压力仪表失灵，空气压缩机贮气罐进灰，阀门磨损漏气。上述这些故障和问