1、设计目录设计目录一、设计资料二、一般设计三、承载力验算四、沉降计算五、计算桩数砂石用量一、设计资料一、设计资料1、工程概况某高速公路有一段长度400 m的软土地基，设计路堤高度3.8 m，顶面宽度28 m，路堤边坡坡比为1:1.5，车辆荷载近似换算高度0.7 m。路堤重度20kN/m3。为保证地基承载力和沉降满足工程要求，拟采用碎石桩复合地基进行加固处理。2、工程地质概况该路段位于冲积平原区，地下水位高，埋深1.2m，土层及试验指标：如表1。 表1 土层及其土工试验指标值一、设计资料v3、设计计算内容v试设计：碎石桩的桩径、桩长、布桩方式、加固宽度，并计算：碎石桩复合地基的承载力特征值（碎石桩
2、内摩擦角取38，碎石桩极限承载力按Brauns法计算，碎石桩承载力特征值取极限值一半）；路基中心处的地基沉降量，取加固区应力扩散角q20，沉降修正系数取1.3；计算总桩数、碎石用量（m3）。BackJH材料A桩径B桩距C桩长D布置形式E一般设计一般设计G加固范围被褥层砂石用量（1）加固方法：采用振动沉管碎石桩复合地基加固。（2）加固范围：在路堤两边外缘扩大3排桩。（3）桩位布置：采用等边三角形布桩形式。（4）加固深度：根据土层的分布特征（如表1），第4层土相对于前两层土性质较好，因此，初步选定加固深度穿过土层到土层顶面，即取H =10m一般设计一般设计（5）材料：可就地取材，可使用卵石、砂砾石
3、材料，含泥量不大于5，常用的粒径为25cm，最大不超过8cm。（6）垫层：基础底面与碎石桩复合地基顶面之间应铺设3050cm厚度的碎(砂)石垫层，分层铺设，振动密实。（7）桩径：根据地基土质情况和成桩设备等因素确定，桩径为0.6m。（8）面积置换率m和桩距l ：碎石桩复合地基一般m0.10.4，本例路堤高度不是很高，荷载相对较小，可先取m0.20进行计算。一般设计一般设计 (等边三角形布桩)已知桩的直径dp和面积置换率m，得则可反算出桩的间距l1.27m。可初步设计桩距l = 1.30m，此时的m = 0.19，桩径为0.6m，加固深度H=10.0m桩距22mepddBacklde05. 1主
4、要的参数2222)05. 1 (6 . 020. 0lddep碎石桩的主要作用是置换，桩与桩间土构成复合地基，其主碎石桩的主要作用是置换，桩与桩间土构成复合地基，其主要内容是根据设计原则初步确定的桩径、桩长和桩间距等参要内容是根据设计原则初步确定的桩径、桩长和桩间距等参数后，再验算复合地基承载力、沉降等等数后，再验算复合地基承载力、沉降等等1.单桩承载力验计算单桩承载力验计算由于碎石桩是一种散体材料桩，其承载力除了与桩身材料性由于碎石桩是一种散体材料桩，其承载力除了与桩身材料性质和密实度有关外，主要取决于桩周土体的侧限能力，单桩质和密实度有关外，主要取决于桩周土体的侧限能力，单桩极限承载能力计
5、算式按如下一般表达式计算：极限承载能力计算式按如下一般表达式计算：式中：式中：ru桩周土桩周土桩周土体的侧限能力桩周土体的侧限能力Kpp桩体材料被动土压力系数，桩体材料被动土压力系数，Kpp=tan2（45+p/2）（p表示桩体材料的内摩擦角，即由题意得到表示桩体材料的内摩擦角，即由题意得到p=38）三、复合地基承载力验算ppruKpfP按按Brauns法计算法计算在荷载作用下，桩体会产生鼓胀变形，并且挤压桩周土使其在荷载作用下，桩体会产生鼓胀变形，并且挤压桩周土使其进入被动极限平衡状态，同时假定：进入被动极限平衡状态，同时假定：A桩周土极限平衡状态桩周土极限平衡状态区位于桩顶长度为区位于桩顶
6、长度为2r0tanB桩周土与桩体间摩擦力为零，极桩周土与桩体间摩擦力为零，极限平衡土体中的环向应力为零，限平衡土体中的环向应力为零，C不计算地基土和桩体的自不计算地基土和桩体的自重，则作用于桩周土上的极限应力重，则作用于桩周土上的极限应力式中：式中：s桩周土表面荷载（桩周土表面荷载（kpa）；）；Cu桩周土不排水抗剪强度（桩周土不排水抗剪强度（kpa）。）。三、复合地基承载力验算）（）（1tantan2sin2pruusC单桩极限承载能力单桩极限承载能力Ppf表达式计算：表达式计算：本设计中，不考虑桩周土的自重，根据经验可知，对于碎石本设计中，不考虑桩周土的自重，根据经验可知，对于碎石桩，桩，
7、p一般取一般取3545，由题意知碎石桩内摩擦角，由题意知碎石桩内摩擦角p取取38，可以计算得到，可以计算得到=61。将以上参数代入上式，可得。将以上参数代入上式，可得三、复合地基承载力验算puspfCP2ppprutan1tantan2sin2K）（）（upfPC2 .21p=45+B/2=64按按Brauns法计算法计算Cu表示桩周土不排水抗剪强度（表示桩周土不排水抗剪强度（kpa）对于多层土，按碎石桩破坏模式，应取破坏高度对于多层土，按碎石桩破坏模式，应取破坏高度h=2r0tanp内的内的Cu最小值，最小值，则则p=45+p/2=45+19=64h=2r0tanp=20.6/2tan64=
8、1.23m桩的破坏深度为桩的破坏深度为1.23m，桩周土体为被动破坏，其在，桩周土体为被动破坏，其在1.23m范围内各土层范围内各土层Cu的最小值为的最小值为30Mpa。因此，因此，单桩极限承载能力单桩极限承载能力Ppf为为三、复合地基承载力验算Mpa636302 .21C2 .21upfP碎石桩承载力特征值取极限值一半，则碎石桩承载力特征值取极限值一半，则桩间土天然地基承载力标准值，可近似地取用处理前地基土的承载力桩间土天然地基承载力标准值，可近似地取用处理前地基土的承载力径深度修正值的最小值，则径深度修正值的最小值，则fsk=55kpa。复合地基的承载力特征值复合地基的承载力特征值fspk
9、=mfpk+（1-m）fsk=0.19318+0.8155=104.97Kpa三、复合地基承载力验算MpaPfpfpk3186362121作用于地基上的荷载作用于地基上的荷载P：路堤实际高度路堤实际高度HD=3.8 m，加上汽车荷载近似换算高度，加上汽车荷载近似换算高度0.7 m。取路堤填土重度为取路堤填土重度为20kN/m3，则路堤作用于地基上的实际荷，则路堤作用于地基上的实际荷载为载为pH=（3.8+0.7）20=90kPa。所以，所以，p=90kPafsp,k=104.97kPa，满足设计要求。，满足设计要求。于是，可取置换率于是，可取置换率m0.19、桩间距、桩间距l1.3m作为最终设
10、计值。作为最终设计值。三、复合地基承载力验算Back五、沉降计算五、沉降计算复合地基总沉降SA加固区的沉降S1B加固区下卧层的沉降S2C=+沉降计算方法沉降计算方法加固区的采用复合模量法地基下卧层采用应力扩散法1、计算加固区沉降加固区的沉降则根据复合地基土层的压缩量按合模量法计算，其中复合土层的压缩模量Ec按下式计算：式中：Es桩间土的压缩模量，本设计中按土层的厚度桩间土的压缩模量，本设计中按土层的厚度加权平均求得。加权平均求得。n桩土应力比，与荷载水平、桩土模量比和面积置换桩土应力比，与荷载水平、桩土模量比和面积置换率、原地基土强度、桩长、固结时间和垫层性质等因素有率、原地基土强度、桩长、固
11、结时间和垫层性质等因素有关，关，复合土层的压缩模量Ec=1+m(n-1)Es计算桩间土的压缩模量，桩土应力比桩间土的压缩模量，桩土应力比148. 3104 . 875. 24 . 096. 32 . 145. 8MpaEs78. 555318minfafnpksp1scMpa44. 648. 31-78. 519. 01E1-nm1E）（）（mm20.1761064. 6903 . 1S111inispislEpi因此，加固区复合土层的压缩模量Ec复合模量法（Ec法） 将加固区视为复合土体，采用复合压缩模量来评价复合土体的压缩性，本设计为散体材料桩复合地基和柔性桩复合地基，本方法适用。 由题意
12、可知，复合地基加固区沉降修正系数取1.3，则沉降计算为：复合地基上的荷载P=90kpa，作用的宽度B=28+2（3.8+0.7）1.5=41.5m由题意可得，作用的长度L=400m，加固的深度为10m，应力扩散角为取20，沉降修正系数取1.3四、沉降计算v（）根据公路桥涵地基与基础设计规范：用规范法计算下卧层的压缩量，因为B=41.5m8m，取Z=1m，条形基础l/b=10，1、下卧层的顶部的荷载Pb为2、确定沉降计算宽度当无相邻荷载影响时，基础中心的地基沉降计算深度为Zn=b(2.5-0.4lnb)=41.5(2.5-0.4ln41.5)=41.9m3、沉降计算，见下表。kpahBPBPb6
13、0.7620tan1025 .41905 .41tan2q按应力面积法计算基础最终的沉降序号序号Zi (m)l/bZ/b(b=41.5/2)Si（mm） Si（mm）10100.00 0.00 0.2500 0.2500 0.000.00-210100.4819 0.4819 0.9990.9999990.009990.009990.009990.000.0280.028279.72279.72315100.7229 0.7229 0.99860.9986 14979.0014979.00 4989.004989.000.0180.01889.80289.802440.9101.9711 1.
14、9711 0.61060.6106 24973.5424973.54 9994.549994.540.0140.014139.92139.92541.9102.0193 2.0193 0.60320.6032 25274.0825274.08 300.54300.540.0140.0144.214.21513.65513.650.00820.0082 0.025iiSSiiiZ1 - i1 - iiiZ-Zsi0EP（1）Zn校核。根据规范规定，先有表5,5取得Z=1m，计算出Sn=4.21mm.21mm，由此得，由此得 =0.0082=0.00820.025，表明之前所取的计算深度，表明之前
15、所取的计算深度Zn=41.9m是符合设计要求的。是符合设计要求的。（2）下卧层最终的沉降量。）下卧层最终的沉降量。s=sS2=1.3513.65=667.75mm513.65=667.75mmBackiiSS4.复合地基路基中心处的地基总沉降S=S1+S2=176.20+667.75=843.95mm计算总桩数、碎石用量总桩数布桩范围乘以m得到的总的布桩面积与单个桩的面积之比总桩数与单桩的面积相乘得到总的布桩面积再与加固深度相乘计算碎石用量单桩的加固影响的面积总面积总桩数 v由于本设计中，加固范围在基础外缘扩大3排，则v路堤长度L=400+231.3=407.8mv路堤宽度W=41.5+231.3=49.3mv则，布桩面积范围A=WL=407.849.3=20104.54（m2）v桩数=20104.540.19/（d2/4）=13507.9813508（根）计算总桩数计算砂石用量v碎石用量：V0=1350810（d2/4）=38192.97m3v 碎（砂）石桩孔内的砂石用量应通过现场试验确定，估算时可按设计桩孔体积乘以充盈系数确定，可取1.2-1.4.若施工中地面有下沉或者隆起现象，则填料用量应根据现场具体情况予以增减。因此本设计中，充盈系数取1.2。v则，碎石总的用量为V=1.238192.97=45831.56m3THANKS2016年10月10日The end.
