地基处理课程设计

课程设计报告书课程名称____________地基处理_________设计内容_____205国道桥头软弱地基处理__专业、年级________________学生姓名_______________指导教师__________________完成时间_______2________合肥工业大学资源与环境工程学院设计题目205国道（高速公路）桥头软弱地基处理成绩课程设计主要内容通过地基处理课程的学习，对205国道（高速公路）桥头软弱地基处理进行设计，设计内容为：1，布桩形式，桩径，桩距；2，桩长；3，复合地基承载力；4，荷载计算（车辆，及路堤自重）；5，复合地基的沉降量计算；6，下卧层承载力和沉降量的计算；7，工后沉降的计算；8，沉降稳定时间；9，方案选择及判别；10，造价等。理论联系实际，了解地基处理设计有多种选择，从质量，进度和投资等方面综合考虑，选择一个最佳方案。通过课程设计，掌握设计的方法和步骤。指导教师评语建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。签名：2012年06月10日205国道（高速公路）桥头软弱地基处理的课程设计一、工程简况东环路是205国道在马鞍山境内的一段，是一级汽车专用公路，长19.6Km,双向4车道，设计车速110Km/h,路面宽24.5m,路堤平均堆高4.0m，基底宽36.0－42.0m。其中在五亩山大桥和丰收桥之间为大面积灌溉渠，地基极为软弱：从地表向下依次为0.8m厚耕植土，8.0－9.0m厚流塑和软塑淤泥质亚粘土，再往下是10.0m厚软塑和硬塑亚粘土等（表1），地下水位离地表0.5－0.8m。表1各层土的物理力学指标值土层名称（状态）ω（％）Ρ（t/m2）eILa(Mpa-1)Es(Mpa)Cu(kPa)Фu(。)淤泥质亚粘土（流塑）40.2-95.11.781.111.150.931.963淤泥质亚粘土（软塑）38.51.811.100.730.762.6126亚粘土（软塑）29.51.900.850.650.444.096亚粘土（硬塑）23.62.010.670.150.198.96818含碎石亚粘土21.71.990.690.370.247.1注淤泥质亚粘土渗透系数＝4.23×10-7cm/s二、地基处理方法选择由于该段地基极为软弱，初步计算。其路堤临界高度仅3.0m，在设计的路堤作用下地基固结沉降量为50.5cm。按两年工期则工后沉降超过20cm，不能满足工后沉降Sr≤10cm的规范要求，必须对地基进行处理。处理方法有以下四种：砂垫层法；砂井法；粉喷桩法和二灰桩法。砂垫层法虽然施工简单，造价低，但此法不能满足工后沉降的设计要求及存在压路机下陷，难以施工的问题。砂井法有利于软粘土排水，能加速固结沉降，但施工要求高而且对工期有严格限制。粉喷桩法有利于固化软土，亦能满足工期要求，但工程造价高。二灰桩法是马鞍山矿山研究院为加固软弱地基而开发的一项土工新技术，以成功地用于危楼地基加固和重载铁路软基处理。马鞍山发电厂有大量粉煤灰（工业废渣）可供利用，故二灰桩成本较低。从路堤稳定，工后沉降，工期及经济诸方面考虑，确定采用二灰桩技术对桥头软弱地基进行加固处理(同学们也可另选其他地基处理方法)。三、课程设计要求画剖面图，选出方案，作出设计（桩径，桩长，桩距，平面布桩，沉降量，复合地基承载力），写出计算步骤。如有可能，算出沉降稳定的时间，工后沉降以及造价。设计报告装订顺序：封面－任务书（成绩）－设计计算－图纸注：二灰桩的抗剪强度为130Kpa。加固后桩周土的承载力标准值为40Kpa。四、二灰桩（粉煤灰﹕生石灰=3﹕7）复合地基设计计算淤泥质亚粘土(流塑)淤泥质亚粘土（软塑）亚粘土(软塑)亚粘土(硬塑)耕植土含碎石亚粘土图1桥头地层剖面图方案1.桩径、桩距及布桩形式1)根据设计要求、当地施工条件以及对成孔机械的要求，成孔桩径d一般选用300~600mm。此处选用500mm。2)桩距通常采用(2~3)d，此处取L=1000mm。3)为使桩间土得到均匀挤密，布桩形式定为等边三角形布桩：2.桩长、桩土应力比及面积置换率石灰桩桩端宜选在承载力较高的土层中，故而本设计选择软塑亚粘土为持力层。初步确定桩长为8m，但在施工中桩顶标高应高出设计标高0.1m，上部0.8m的耕植土挖去，换成0.6m厚粉煤灰和0.2m厚的砂石褥垫层。桩土应力比一般为2~5，此处取n=3。正三角形布桩面积置换率为：23.03222ldm，二灰桩的粉煤灰：石灰=3：7，所以石灰桩膨胀率ε=1.2，膨胀后的面积置换率276.02.123.0mm。3.复合地基承载力计算公式：kskpkspfmfmf,,,1式中：kspf,—桩身强度ksf,—加固后的桩周土承载力标准值m—膨胀后的置换率初步设计时取ksf,=350kPa，加固后的桩周土承载力标准值ksf,=40kPa（初步设计时，取ksf,=350~500kPa，土质好，施工条件号时取高值；土质差，地下水较丰富时，取低值；ksf,=40kPa为已知条件），所以：6.12540276.01350276.01,,,kskpkspfmfmf4.荷载计算公路Ⅰ级汽车荷载的车辆荷载以一辆标准车表示，其主要技术指标应符合下表规定。项目单位技术指标车辆重力标准值kN550前轴重力标准值kN30中轴重力标准值kN2×30后轴重力标准值kN2×140轴距m3+1.4+7+1.4轮距m1.8前轮着地宽度及长度m0.3×0.2中、后轮着地宽度及长度m0.6×0.2车辆外形尺寸（长×宽）m15×2.5公路纵向取15m，宽42m，考虑四车道有六辆车的最不利情况，其中有四辆行驶，两辆车由于故障而停下，另有载荷分项系数：永久荷载，γG=1.2可变荷载，γQ=1.4。假设每国辆车的载重加自重为550kN，则：P车=6×550×1.4/(15×42)=7.3kPaP路基=1/2×(24.5×42)×4×15×20×1.2/(15×42)=76kPaP=P车+P路基=7.3+76=83.3kPa＜kspf,=125.6kPa满足承载力的要求。5.下卧层承载力的验算下卧层以上的自重应力：Pcz=(17.8-10)×4+(18.1-10)×4=63.6kPaPz=αP=0.2438×83.3=20.3kPaα：为附加应力系数，由查表得α=0.2438P=Pcz+Pz=83.9kPa桩底土层承载力进行深度修正公式：cqucNdNbNP021N、qN、cN—承载力系数，无量纲，仅与内摩擦角Φu有关，可查表得：太沙基公式承载力系数表Φu0°5°10°15°20°25°30°35°40°45°N00.511.201.804.0011.021.845.4125326qN1.001.642.694.457.4212.722.541.481.3173.3cN5.717.329.5812.917.625.137.257.795.7172.2下卧层亚粘土分软塑、硬塑两层，其内摩擦角分别为6°、18°，粘聚力分别为9kPa、68kPa，由此查表可得：N=0.65，qN=1.85，cN=7.780、分别为复合地基土层、下卧层的平均重度：95.78/4101.184108.170kPa/m³6.910/5101.2051019kPa/m³b=1/2×(24.5+42)=33.25m,d=8m,c=9kPa所以修正后桩底土层承载力为：Pu=1/2×9.6×33.25×065+7.95×8×1.85+9×7.78=291.42kPa取安全系数K=3,则Pu/P=291.42/83.9=3.47＞3，故地基承载力满足。6.沉降量计算沉降计算分为复合地基沉降计算和下卧层沉降计算两部分。复合地基部分采用复合模量法，下卧层采用分层总和法。复合模量公式：sispiEnmE11—修正系数，由经验确定，此处取为1.2淤泥质亚粘土（流塑）sispiEnmE11=3.54MPa淤泥质亚粘土（软塑）sispiEnmE11=4.84MPa（由于0.8m耕植土换为0.2m的砂石褥垫层和0.6m厚粉煤灰，在施工中已经密实，故该层沉降可忽略）1)复合模量法计算复合地基沉降量s：inipsiiHEps1s—加固区土层变形量；ip—第i层复合土体上附加应力增量；psiE—第i层复合地基的压缩模量；iH—第i层土体的厚度；n—复合土体的总层数。计算结果列表如下：点号Z(m)层号z/bαEspi(MPa)Pi(kPa)Δpi(kPa)Δsi(cm)ΣΔsi(cm)000183.314①0.100.9843.5482.082.79.39.328②0.190.9704.8480.881.46.716.0加固区沉降s1=16.0cm。2)下卧层地基沉降计算计算公式同复合模量法：inipsiiHEps1，但psiE为第i土层的压缩模量，计算结果如表：点号Z(m)层号z/bαEspi(MPa)自重应力Pi(kPa)Δpi(kPa)Δsi(cm)ΣΔsi(cm)313③0.310.9264.0108.677.179.09.9418④0.430.8598.9159.171.674.44.214.1523⑤0.550.7907.1208.665.868.74.818.9628⑥0.670.7187.1258.159.862.84.423.3733⑦0.790.6507.1307.654.157.04.027.3下卧层沉降s2=27.3cm。3)总沉降量s=s1+s2=16.0+27.3=43.3cm。7.工后沉降计算淤泥质亚粘土平均压缩系数a=0.85MPa-1,平均孔隙比em=1.11；淤泥质亚粘土渗透系数k=4.23×10-7cm/s,单面排水H=8m。固结系数wmvaekc1=3.37×105cm2/a时间因子63.0/2HtcTvv（t为1.2年）固结度%8381422vTteU工后沉降为：sr=43.3×(1-83%)=7.3cm＜10cm，符合要求。8.沉降稳定时间若固结度达到90%则算沉降稳定，查表得时间因子Tv为0.85，由2/HtcTvv得acHTtvv6.1/2沉降稳定时间大概是1.6年。9.造价计算桩中心距为1m,则排距为0.87m，42米路堤布桩49排，每百米每排平均布桩100根,所以公路每百米布桩4900根,每根桩长8m.直径500mm,故每百米总用灰量为:4900*8**0.252=7697m3，石灰的密度为1.1kg/m3,单价600元/t,粉煤灰的密度为2.2kg/m3,单价30元/t，按二灰桩的材料、人工、机械使用、运输及损耗各项费用共为150元/m3计算，则工程总造价在115万左右。10.附图：