CFG桩复合地基处理技术设计说明.docx

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CFG桩复合地基处理技术设计说明

CFG桩复合地基处理技术

设计说明

XXXX岩土工程有限公司

二〇年月

1前言

1.1任务由来

XX区城市建设投资（集团）有限公司拟对XX区XX山还地安置区地基进行处理，拟建还地安置区总占地面积61679m2，总建筑面积75387.77m2，建筑占地面积14580m2，主要包含95栋A1型4+1F居住楼、28栋A2型4+1F居住楼及11栋A3型4+1F居住楼。

根据XX南江地质工程勘察院2009年8月提交的《XX区XX山居住房工程地质勘察报告（一次性勘察）》（以下简称一次性勘察报告）和XX市华弘建筑规划勘测设计有限公司2011年12月26日提交的《XXXX区板栗山安置区强夯区域（施工）工程地质勘察报告（施工勘察）》（以下简称施工勘察报告），对场地内各拟建4+1F居住楼进行编号（建筑物编号见平面图）。

房屋设计正负零高程513.50m～518.50m,外围环境高程513.00m～520.20m。

据设计意图，拟建居住楼安全等级为二级，拟采用框架结构，基础型式采用柱下独基及条形基础，选用强风化砂岩作为持力层,其承载力特征值不得小于250KPa。

1.2主要目的及要求

根据勘察报告，板栗山区域的地质条件复杂，场地地形起伏大，按设计拟建的场地标高，场地低洼及部分沟道地段需要大面积填方，填方厚度最大约24米。

填土的变形将严重影响建筑物的使用。

对填土必须进行可靠、有效的处理。

因而，需对地基进行加固处理，以提高地基的承载能力和消除不均匀变形。

本工程采用CFG桩法复合地基处理。

按设计地坪高程整平后，场地内部地势平坦，地形坡角一般1～3°，无环境边坡分布。

场地内填土为近1-3年来场地平整形成的新近素填土层，褐红、褐黄色为主，成分主要为粉砂土，部分孔段夹强风化砂岩块石及少量角砾岩碎块石，土石比约为8：

2-9：

1，稍湿-饱和，结构松散-稍密，无胶结，土质均匀性极差。

碎块石呈棱角状，粒径一般20-800mm不等，强风化砂岩块石手捏易碎呈粉状。

其土质分布不均，局部块石具架空结构。

CFG桩法复合地基处理主要技术要求：

地基的承载力特征值

、地基土的压缩摸量

、地基土的等效内摩擦角不小于35°等。

2工程概况

该工程位于XX市XX区新城正阳组团。

拟建筑物工程重要性等级属二级，场地复杂等级和地基复杂等级属二级，岩土工程设计复杂程度属Ⅱ级。

2.1工程地质条件

2.1.1地形地貌

据《一次性勘察报告》，场地位于低山地貌区。

场地原始地形主要为岭丘、洼田及冲沟。

丘体以不规则形态分布于整个原始场地，其相对高度一般20～40m，丘体坡面坡角一般30～45°；沟谷较宽缓，包含主沟谷及多级次沟，整体向南发育，沟底宽度一般15～25m，纵坡降5%～10%。

目前场地正在整平施工，北东部场地已基本开挖整平，地形坡角2～3°，由于平场未完工，在东侧外围后期建房区形成最高处达24m的岩质挖方边坡（Ⅳ号现状边坡），坡向335～15°，坡角一般55～75°；在北西侧形成岩质挖方边坡（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ号现状边坡），高度一般4～7m，主要坡向85~95°、170~180°及270~280°，坡角一般60～70°；在场地西侧偏南地带形成多处土质填方边坡，高度一般3～7m，主要坡向90~105°及160~180°，坡角一般35～45°。

场地南侧大部分地带仍保持原始的岭丘及沟谷地貌。

拟建场地内最高点位于场地北西侧及中部偏南，高程524.31m，最低点位于场地南端冲沟底部区，高程494.80m，相对高差29.51m。

目前场地已基本开挖整平。

根据《施工勘察报告》，场区南西侧有环状冲沟分布，沟底高程为508.26-510.32m，其余场区地面高程一般为511.50-519.13。

场地中部地带仍保持原始的岭丘地貌，为场地内最高点，高程为527.59m；最低点位于场区南端冲沟底部区，高程为503.16m，相对高差24.43m。

2.1.2气象

勘察报告指出，区内山区立体气候明显，灾害性天气多，有旱灾、暴雨、洪涝、冰雹、大风等。

区内多年平均气温13.7～15.4℃，日最高气温达41℃（2006.8.14），最低气温为-10℃（1991.1.13），多年平均相对湿度77～90％。

降雨多集中在5～10月，暴雨多集中在5～8月，多年年平均降雨量1104.8mm，占全年降雨量的75.5％。

区内小时最大降雨量为60.9mm，年暴雨日数为3.8日。

1982年7月28日，XX区内遭受一场百年不遇的特大暴雨，日降雨量为306.9mm。

场区内无溪河分布。

2.1.3地质构造

场地位于铜西向斜近轴部位，在场地东侧人工开挖边坡坡脚处，测得岩层产状240°∠8°。

同一岩性内的岩层面平直，砂岩与砾岩结合处岩层层面粗糙，局部弯曲，岩层层面结合较好。

岩体内主要发育两组构造裂隙，其产状特征分别为：

①308°∠78°，微弯曲，宽3～5mm，无充填或少量砂土充填，延伸3～5m，间距2～3m；②179°∠85°，平直，呈闭合状，延伸2～4m，间距2～5m。

层间裂隙及构造裂隙不发育。

场区内及邻近地带无断层通过，地质构造简单。

2.1.4地层岩性

原场区上覆土层主要为第四系全新统残坡积的（Q4el+dl）的粉砂土层；现部分场区上部回填巨厚的人工填土层（Q4ml），下伏基岩为白垩糸中统正阳组（K2Z）的砂岩、角砾岩。

根据《施工勘察报告》，场地岩性从上至下简述如下：

素填土（Q4ml）

为近1-3年来场地平整形成的新近素填土层，褐红、褐黄色为主，成分主要为粉砂土，部分孔段夹强风化砂岩块石及少量角砾岩碎块石，土石比约为8：

2-9：

1，稍湿-饱和，结构松散-稍密，无胶结，土质均匀性极差。

碎块石呈棱角状，粒径一般20-800mm不等，强风化砂岩块石手捏易碎呈粉状。

其土质分布不均，局部块石具架空结构。

该层分布于大部场区，厚0.50（ZY92）-21.80m（ZY146），在原丘顶位置缺失。

②粉砂土（Q4el+dl）

棕黄色、部分褐黑色，干-稍湿，结构稍密状，主要成分为长石、石英、云母等。

摇震反应快，干强度一般。

局部孔段粘粒含量较重，土质不均。

其局部为褐色、褐黑色为原耕土层。

该层主要分布于坡脚及冲沟内，厚0.50（ZY96）-4.10m（ZY146）。

③砂岩（K2Z1）

按风化程度划分为③-1层强风化带；③-2层中风化带。

③-1强风化砂岩：

棕红色，细-中粒结构，厚层-巨厚层状构造，主要矿物成分为岩屑、长石、石英等，暗色矿物次之，泥质胶结。

岩芯多呈碎块状及粉状，块状岩芯手捏易碎。

为强风化带。

该层分布于大部场区，勘察揭露最大厚度为8.00m。

③-2中风化砂岩：

棕红色，细-中粒结构，厚层-巨厚层状构造，主要矿物成分为岩屑、长石、石英，泥质胶结。

岩芯多呈柱状、短柱状及块状，岩芯手扮可碎断。

为中风化带。

该层分布于大部场区，勘察揭露厚度为0.60（ZY10）-9.90m（ZY132）。

该层中夹薄层中风化角砾岩透镜体（③-2-1层），厚0.40（ZY33）-2.30m（ZY98）。

④角砾岩（K2Z1）

褐灰、灰黄及褐红等杂色，巨砾状结构、块状构造，层理不明显。

砾石成分以灰岩、泥灰岩、白云质灰岩为主，粒径一般3-10cm不等，钙质及泥质胶结。

岩石倾角在5度左右。

岩芯较完整，多呈短柱状、柱状，少量饼状，局部可见裂隙发育，为中风化带。

该层中夹中风化砂岩透镜体（④-0-1层），厚1.10（ZY58）-5.80m（ZY61）。

场地原始地形起伏较大，岩土界面变化较大，主要由岭丘倾向于沟谷及洼田，上覆土层主要为人工填土，岩土界面倾角一般15～30°，局部倾角可达45°以上；在场地南部沟谷地带，土层主要为残坡积粉质粘土，岩土界面平缓，主要由沟谷上游倾向于下游，倾角一般3～10°。

2.1.5水文地质条件

拟建场地原始地形主要为岭丘、冲沟及洼田，在岭丘坡脚一带未见地下水出露，丘体内地下水贫乏；据现场调查，沟谷及洼田一带分布少量地表水。

经钻探揭露，沟谷及洼田一带的下伏基岩多为砾岩，裂隙、岩溶不发育，为隔水层，上覆粉质粘土层含砂较重，为弱透水层。

该地带地势低洼，下伏基岩面较平缓，储水条件较好。

因此，本场地的高填方地带及南部的沟谷及洼田一带的第四系土体内赋存有一定的地下水。

场区回填土（以粉砂土为主夹风化砂岩碎块石）为含（透）水层、粉砂土为透（含）水层、强风化砂岩为弱透（含）水层、中风化砂岩为弱含水层、角砾岩裂隙不发育，地下水赋存条件差，为相对隔水层。

原场区北部为一走向约120度方向，连续分布的丘陵地带、其丘顶高程为533.1-542.2m，受岩性及地形地貌控制，其为场区地表、地下水的分水岭。

其北部强夯区①地表、地下水向北东排泄；南西部地表、地下水南南东方向排泄，

勘察区范围无溪、河分布，区内地下水的补给来源主要为大气降水。

原场区冲沟两侧原始地形坡角较陡，大气降水顺坡面或基岩面迅速向冲沟内汇集，少部沿粉砂土及强风化砂岩下渗形成地下水，分别沿北东侧、南西侧冲沟顺原始地面或基岩面向北东或南西侧落水洞汇集，最终由落水洞（场区外北侧及南侧均有落水洞沿洼地呈串珠状分布）排入地下，形成地下水，以岩溶管道水的方式向远端的XX河迳流排泄，故场区地下水较较贫乏，其周边场区岩溶发育、存在岩溶管道水。

现场区原始低洼的沟谷地带为填土层覆盖，且覆盖厚度大，达20m左右。

填土层为含水层及强透水层，基岩面起伏较大，部分向场地中部凹陷，不利于地下水排泄。

雨季时，填土层内将赋存较多的孔隙水，建议施工时做好排水措施。

本次勘察期间地下水位埋深为0.00-14.40，水位线受地形控制变化较大。

据ZK125孔简易抽水试验，水位降深至孔底，水位恢复慢，说明无水或水量小，勘察期间场区地下水贫乏。

综上所述，场区水文地质条件中等复杂，在雨季时，填土、粉砂土中地下水量较大，基础开挖过程中应采取排水措施。

经调查，场地附近无工业污染源，填土为素填土，未含对建材有腐蚀性的杂质，因此场地土体无腐蚀性；据南江地质工程勘察院提交的《XX区XX山居住房工程地质勘察报告（一次性勘察）》中地下水质分析资料表明：

场地地下水对混凝土结构无腐蚀，对钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀，对钢结构有弱腐蚀。

2.1.6不良地质现象

根据地面调查，勘察场地及附近未见地面变形、滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象作用，无地下硐室分布。

据现场工程地质测绘及物探、钻探揭露，场地内仅在局部砾岩岩芯上可见少量小溶孔，溶孔孔径一般0.5～1.5cm，孔内可见少量灰白色钙质沉淀物。

现场地低洼处已基本回填，经调查访问原地面无落水洞、漏斗发育。

另据XX市地质矿产勘查开发局107地质队对本次勘探剖面6-6’、19-19’、52-52’的高密度电法测试结果：

本场地上覆土层及下覆基岩视电阻率值较稳定均匀，未发现大的隐伏岩溶及土洞的发育。

因此，本场地无不良地质现象作用。

2.2场地工程地质评价

根据勘察报告，场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g；场地内粘土为中软土，剪切波速值取160m/s，基岩剪切波速值>500m/s，填土剪切波速按120m/s考虑。

场地位于铜西向斜近轴部位，岩层单斜产出，产状为240°∠8°，无断层通过。

场地内地层岩性主要由第四系全新统人工填土层（Q4ml）、残坡积粉质粘土层（Q4el+dl）及白垩系上统正阳组砂岩（K2Z-Ss）及砾岩（K2Z-Cg）组成。

场内未见滑坡、崩塌、泥石流等不良地质作用，场地砾岩中岩溶不发育，无地下洞室分布，地下水较贫乏。

场地大部分地带地势平坦，北西侧及南侧正在挖填整平中。

经挖填整平后，场地地势平坦。

因此，该场地适宜拟建房屋的修建。

2.3岩土参数

《施工勘察报告》建议的岩土技术参数选用如下：

表6-1岩土设计参数一览表

岩性

天然重度（KN/m3）

桩侧土摩阻力特征值（KPa）

承载力特征值（KPa）fk

抗剪强度

挡墙基底摩擦系数

C（MPa）

TФ（º）

回填土（压实处理）*

19.0

负摩阻力系数取0.30

地基处理后、经载苛试验确定

0

20

0.30

②粉砂土

18.5

22

100

0

25

0.25

③-1强风化砂岩

22.0

80

260

-

-

0.40

注:

“*”为经验值

3工艺简介

由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂等按一定比例配合后混合料加水拌和形成高黏结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法，简称CFG桩法。

“CFG桩”属半刚性－刚性桩，是中国建筑科学研究院于20世纪80年代末研发的一项地基处理新技术。

用各种成桩机械搅拌形成的中～高粘结强度的可变强度桩，其强度一般低于常规意义上的“混凝土”，而高于水泥土，通过调整水泥掺量及配比，其强度等级在C5-C25之间变化，是介于刚性桩与柔性桩之间的一种桩型。

水泥粉煤灰碎石桩系高粘结强度桩，需在基础和桩顶之间设置一定厚度的褥垫层。

保证桩、土共同承担荷载形成复合地基。

CFG桩与处理后与桩间土、褥垫层共同承受上部荷载构成“CFG桩复合地基”，广泛应用于房屋建筑等刚性基础的地基处理，并形成了行业规范（《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002）。

水泥粉煤灰碎石桩与素混凝土桩的区别仅在于桩体材料的构成不同，而在其受力和变形特性方面没有什么区别。

水泥粉煤灰碎石桩复合地基具有承载力提高幅度大，地基变形小等特点，并具有较大的适用范围。

就基础形式而言，既可适用于条基、独立基础，也可适用于箱基、筏基：

既有工业厂房，也有民用建筑。

就土性而言，适用于处理粘土、粉土、砂土和正常固结的素填土等地基。

对淤泥质土应通过现场试验确定其适用性。

水泥粉煤灰碎石桩不仅用于承载力较低的土，对承载力较高，但变形不能满足要求的地基，也可采用水泥粉煤灰碎石桩以减少地基变形。

目前已积累的工程实例，用水泥粉煤灰碎石桩处理承载力较低的地基多用于多层住宅和工业厂房。

比如南京浦镇车辆厂厂南生活区24幢6层住宅楼，原地基土承载力特征值为60kPa的淤泥质土，经处理后复合地基承载力特征值达240kPa，基础形式为条基，建筑物最终沉降多在4cm左右。

对一般粘性土、粉土或砂土，桩端具有好的持力层，经水泥粉煤灰碎石桩处理后可作为高层或超高层建筑地基，如北京华亭嘉园35层住宅楼，天然地基承载力特征值为fak=200kPa，采用水泥粉煤灰碎石桩处理后建筑物沉降3～4cm，对可液化地基，可采用碎石桩和水泥粉煤灰碎石桩多桩型复合地基，一般先施工碎石桩，然后在碎石桩中间打沉管水泥粉煤灰碎石桩，既可消除地基土的液化，又可获取很高的复合地基承载力。

水泥粉煤灰碎石桩不仅用于承载力较低的土，对承载力较高（如承载力fak＝200kPa），但变形不能满足要求的地基，也可采用水泥粉煤灰碎石桩以减少地基变形。

此外，水泥粉煤灰碎石桩具有较强的置换作用，其他参数相同，桩越长、桩的荷载分担比（桩承担的荷载占总荷载的百分比）越高。

设计时须将桩端落在相对好的土层上，这样可以很好地发挥桩的端阻力，也可避免场地岩性变化大可能造成建筑物沉降的不均匀。

CFG桩复合地基可根据复合地基性状和计算进行工程设计。

CFG桩一般不用计算配筋，并且还可利用工业废料粉煤灰和石屑作掺和料，进一步降低了工程造价。

4CFG桩复合地基设计

4.1设计依据

1．《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）2009年版；

2．《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）；

3．《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）；

4．《公路路基设计规范》（JTJD30-2004）

5．《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）

6．《土方与爆破工程施工及验收规范》（GBJ201-83）

7．《土工试验方法标准》（GB/T50123-99）

8．《建筑地基基础工程施工质量验收规范》（GB50202-2002）

9．XX南江地质工程勘察院《XX区XX山居住房工程地质勘察报告（一次性勘察）》

10．XX市华弘建筑规划勘测设计有限公司《XXXX区板栗山安置区强夯区域（施工）工程地质勘察报告（施工勘察）》

11．XX市得森建筑规划设计研究院《XX区XX山安置房居住小区工程基础结构设计图》

4.2设计计算

4.2.1技术要求

根据XX市得森建筑规划设计研究院《XX区XX山安置房居住小区工程基础结构设计图》的要求：

地基的承载力特征值

、地基土的压缩摸量

、地基土的等效内摩擦角不小于35°等。

根据建筑设计要求，拟采用CFG桩对原土进行加固，加固深度至基岩面下0.5m。

4.2.2设计过程

1、条形基础

[计算简图]

----------------------------------------------------------------------

[计算条件]

----------------------------------------------------------------------

[基本参数]

地基处理方法：

CFG桩法

[基础参数]

基础类型：

条形基础

基础埋深：

0.900（m）

基础宽度：

0.800（m）

基础覆土容重：

20.000（kN/m3）

基底压力平均值：

210.0（kPa）

基底压力最大值：

250.0（kPa）

[土层参数]

土层层数：

2

地下水埋深：

50.000（m）

压缩层深度：

6.900（m）

沉降经验系数：

0.400

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素填土4.70019.0---1.50050.00.0001.000

2角砾10.00022.0---1.800260.00.0001.000

***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

[CFG桩参数]

桩布置形式：

矩形

桩竖向间距：

1.000（m）

桩水平间距：

1.000（m）

桩直径：

400（mm）

桩长：

4.000（m）

承载力计算公式：

单桩承载力特征值：

170.903（kN）

桩间土承载力折减系数：

0.800

垫层厚度：

300（mm）

垫层超出桩外侧的距离：

300（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ff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è

150.01.10055.01.5006.28123.023.0

2260.01.100286.01.8002.56823.023.0

***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。

----------------------------------------------------------------------

计算结果:

----------------------------------------------------------------------

1.基础底面处承载力计算

基底平均压力pk：

210.0（kPa）

基底最大压力pkmax：

250.0（kPa）

基底自重压力pc：

17.1（kPa）

置换率m：

0.126

桩间土承载力fsk：

55.0（kPa）

复合地基承载力特征值fspk：

209.4（kPa）

修正后复合地基承载力特征值fz：

217.0（kPa）

pk<=fz,满足！

pkmax<=1.2*fz,满足！

因此复合地基承载力满足要求！

2.地基处理深度范围内土层的承载力验算

土层号深度?

pzpczpz+pczfz是否满足

（m）（度）（kPa）（kPa）（kPa）（kPa）

24.7023.038.389.3127.6450.8满足！

3.下卧土层承载力验算

土层号深度?

pzpczpz+pczfz是否满足

（m）（度）（kPa）（kPa）（kPa）（kPa）

25.2023.034.7100.3135.0350.7满足！

***?

--土层的应力扩散角

***pz--下卧层顶面处的附加应力值

***pcz--下卧层顶面处土的自重压力值

***fz--下卧层顶面处经深度修正后的地基承载力特征值

4.沉降计算

层号厚度压缩模量Z1Z2压缩量应力系数积分值

（m）（MPa）（m）（m）（mm）（z2a2-z1a1）

13.806.2810.003.8042.571.3861

20.502.5683.804.304.170.0555

32.601.8004.306.9019.750.1843

压缩模量的当量值：

4.717（MPa）

沉降计算经验系数：

0.400

总沉降量：

0.400*66.49=26.60（mm）

***Z1--基础底面至本计算分层顶面的距离

***Z2--基础底面至本计算分层底面的距离

2、独立柱基1.05×1.1

[计算简图]

----------------------------------------------------------------------

[计算条件]

----------------------------------------------------------------------

[基本参数]

地基处理方法：

CFG桩法

[基础参数]

基础类型：

矩形基础

基础埋深：

0.900（m）

基础宽度：

1.050（m）

基础长度：

1.100（m）

基础覆土容重：

20.000（kN/m3）

基底压力平均值：

210.0（kPa）

基底压力最大值：

250.0（kPa）

[土层参数]

土层层数：

2

地下水埋深：

50.000（m）

压缩层深度：

4.400（m）

沉降经验系数：

0.400

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素填土4.70019.0---1.50050.00.0001.000

2角砾10.00022.0---1.800260.00.0001.000

***鏱--基础宽度地基承载力修正系数

***鏳--基础深