地 基 处 理
课 程 设 计
设计题目：某中学体育场地基处理设计 专业班级：土木工程（岩土方向）13级 学 号： [1**********]3 姓 名： 何 兴 强 指导教师： 杨 泰 华 日 期： 2015年 12月
第一单元 课程设计任务书 ........................................................................................................... 3
《地基处理》课程设计任务书 .................................................................................................. 4
第二单元 计算说明书 ....................................................................................................................... 8
A．CFG桩处理法 ............................................. 9
设计参数 ................................................. 9 施工 .................................................... 14 质量检验 ................................................ 14
B.排水固结法 ............................................... 16
排水系统设计 ............................................. 16 加压系统设计 ............................................. 17 地基整体稳定性验算 ........................................ 19 预压期间沉降计算 .......................................... 23 施工方法 ................................................. 23
第三单元 大样图 ................................................................................................................................ 25
地 基 处 理 课 程 设 计 任 务 书
设计题目：某中学体育场地基处理设计
班级 土木工程（岩土方向）13级 学生 何兴强
指导教师 杨泰华
武汉科技大学城市建设学院
2015年12月
一、课程设计资料
1. 工程概况
某工程为体育中心的地基加固工程，总占地面积34万m2，场地地基处理总面积约23万m2。游泳馆、商业用房等建筑采用桩基础，其它场地为体育馆、运动场、各类球场、停车场、市民广场、道路及绿地等用地均采用地基处理方式。本课程设计仅要求对体育馆区进行地基处理，场地范围30*45m，采用筏板基础，拟建场地对差异沉降敏感度一般，对施工噪声影响要求不高。根据本工程的规模和性质，该工程为二级工程，场地为二级地基，勘查等级为乙级。
根据区域地质资料，站址处主要岩性为花岗岩，场地范围内未发现活动断裂通过。场地附近未发现坟墓，文物、矿产等存在，场地交通条件较好。
2. 岩土工程勘察资料
根据野外钻探取芯肉眼鉴别及原位测试手段，并结合室内试验成果，确定场地内自上而下地基岩土层划分及各特征参数分述如下：
岩土层物理力学性质见表1：
表1 各土层物理力学指标统计表
3. 水文地质条件 （1）地下水类型及埋藏条件
性。以干湿交替作用条件判定，地下水对混凝土结构不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构具弱腐蚀性。
二、课程设计内容
根据场地的工程地质和水文地质条件，选择不同的地基处理方案，要求进行二个地基处理设计（每个方案中可以是不同处理的组合），并进行经济、施工周期等各项条件的比选，从而给出推荐的设计方案。
每种地基处理设计方案均要给出施工要求、质量检测和监测的方案。 各种地基处理方法设计内容要求如下： 1. 排水固结
砂井或塑料排水板的布置，包括塑料排水板型号的选择、砂井直径、间距、长度、排列方式等，制定加载预压计划，计算地基固结度，地基整体稳定性验算、计算排水固结法的施工时间，预测沉降量。水平排水砂垫层设计，砂料的选择。
提供的图纸有塑料排水板或砂井的大样图、水平排水垫层的大样图。 2. CFG桩
CFG桩的直径、间距、长度、排列方式、施工工艺、单桩承载力的计算、复合地基承载力计算、置换率的确定、下卧层地基强度的验算、沉降计算、褥垫层的设计。
提供的图纸有CFG桩平面布置图、竖向剖面图及必要的施工工艺说明。 3. 换填法
垫层厚度和宽度的确定、软弱下卧层计算、垫层材料，选择提供垫层的剖面大样图。 4. 强夯法
夯锤、落距、锤的底面积、夯击次数、遍数、夯击顺序的确定、夯击点布置方式、处理范围，有效加固深度的确定、地基的竖向沉降量。
是否置换、置换材料选择、桩径、桩距、桩长的选择、复合地基承载力计算。 提供的图纸有强夯的大样图，布置方式。
表层素填土是否进行处理，请给出详细的施工方案。 以上设计方案仅供参考。
1. 设计说明书
要求写出完整的计算说明书，内容可参考上述要求，讲述清楚设计的每个过程，要求用A4幅面打印。
2. 图纸
图纸要求（要求CAD绘图，A4页面）。 3. 考核办法
成绩考核按照优，良，中，及格，不及格五级给分。特别强调自我设计的独创性。
四、参考文献
1. 中华人民共和国国家标准，《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）. 北京：中国建筑工业出版社，2011
2. 中华人民共和国国家标准，《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）. 北京：中国建筑工业出版社，2012
3. 《地基处理》 叶书麟、叶观宝编 中国建筑工业出版社 2004年 4．《地基处理技术与工程实例》 徐至钧 赵锡宏主编 科学出版社 2008年 5．《地基处理技术发展与展望》龚晓南主编 水利水电出版社 2004年 6．《地基处理》龚晓南编著 中国建筑工业出版社 2005年 7．《地基处理手册》龚晓南主编 中国建筑工业出版社 2000年
五、完成时间
2周
六、任务分组：
各土层情况如下（自天然地面算起）： 淤泥层③水平固结系数平均值为
2.43⨯10-3cm2/s
，垂直固结系数平均值为
2.00⨯10-3cm2/s。地基处理后淤泥固结度达90%以上。
基础底埋深2.5m，基底压力：140kPa。
圆弧滑动条分法
计算说明书
根据任务书可知，需处理的场地下有较厚的软弱土层，且软弱土层主要为淤泥质土，故不适宜用换填法和强夯法来处理，选择CFG桩法和排水固结法进行地基加固较为合理，所以本课程设计主要以CFG桩法和排水固结法进行设计说明。
A . CFG桩处理法
B . 排水固结法处理
一、设计参数
1. 桩径
CFG桩采用振动沉管法施工，其桩径根据桩管大小一般为350~600mm，本设计初步取桩径d=500mm。
2. 桩距
由务书可知，体育场馆的基础为筏板基础，CFG桩采用满堂布桩，地下水位为-2.5m，地下水位较高，主要处理的土层为细砂层、淤泥质土层、粘性土土层等，根据《地基处理》（第三版，叶观宝编）表7-4，初步选取桩距为l=6d=3000mm=3m。
3. 布桩形式 采用正方形布庄桩。 4. 褥垫层厚度
取褥垫层厚度为ℎ0=300mm，褥垫层材料为中砂。
5. 桩长
由务书可知，基底压力值为P=140kPa，故处理后的复合地基承载力特征值fspk≥P，而
fspk
Ra
=λm+β(1−m)fsk
p
其中，fsk为处理后的桩间土承载力特征值，此处取天然地基承载力100kPa，取λ=β=0.9，由于是正方形布桩，所以de=1.13l=1.13×3m=3.39m，所以置换率
m=(
桩的截面积：
πd2π0.52
Ap===0.196m2
所以有
Ra
0.9×0.022+0.9×(1−0.022)×100≥140kPa
即:
Ra≥515.5kPa
d20.52=(=0.022 e
Ra=up∑qsili+αpqpAp
i=1
若取桩长15m，则桩端进入第四层土1.30m，up=πd=0.5π=1.57m，取αp=0.8，则：
n
Ra=up∑qsili+αpqpAp=1.57×(1.20×30+12.5×18+1.30×31)+0.8×450×0.196
i=1
=543.6kPa≥515.5kPa(合格)
此时，
Ra
fspk=λm+β(1−m)fsk
p
543.6
=0.9×0.022×+0.9×(1−0.022)×100=142.9kPa≥140kPa(合格)
CFG桩桩体试块抗压强度平均值应满足(考虑埋深修正)：
Raγm(d−0.5)
f[1+ cu≥4λpspa
其中，基础底面以上土的加权平均重度为γm=17.5kN⁄m3 ，复合地基承载力特征值的修正值为：fspa=fspk+ ηbγ(b−3)+ηdγm(d−0.5)(细砂ηb取2.0，ηd取3.0)
=[142.9+2.0×(18.7−10)×(6−3)+3.0×17.5×(2.5−0.5)]kPa=300.1kPa 所以
Raγm(d−0.5)
fcu≥4λ[1+]
pspa
4×0.9×543.617.5×2
=[1+]kPa=11.15MPa
即桩身材料标准养护28天后的立方抗压强度平均值不小于11.15MPa。
具体的CFG桩布置图见图（1）。 需布置的桩数为：
17×12=204根。
图 （1） CFG桩平面布置图
6. 软弱下卧层验算
由
Es15.7z18==1.58，==0.6>0.5 s2查表得，应力扩散角θ=23°，软弱下卧层顶面处的附加应力值为：
bl(⎺Pk−γm⎺d)30×45×(140−17.5×2.5)Pz==kPa =47.6kPa
软弱下卧层顶面处土的自重应力值为：
n
Pcz=∑γiℎi=[17.5×2.5+(18.7−10)×1.5+(16.7−10)×12.5+(19.2−10)×4]kPa
i=1
=177.35kPa
软弱下卧层顶面以上土的加权平均重度为：
修正后的软弱下卧层地基承载力为：
faz
=fak+ηdγm(d+z−0.5)=[60+1.0×8.65×(2.5+18−0.5)]kPa=233kPa Pcz+Pz=(177.35+47.6)kPa=224.95kPa
所以，软弱下卧层承载力满足要求。
7. 沉降计算
（1）分层
采用规范法计算复合地基的沉降量。土的分层情况见图（2）。
图（2） 土的分层
（2）确定沉降计算深度
因为无相邻荷载影响，基础宽度为30米，故地基沉降计算深度为：
具体沉降计算见表A-1。
表A-1
由于基底宽度b=30m>8m,根据规范，取∆z=1.0m，计算出∆sn=0.60mm，而
∆sn0.60=≈0.0028≤0.025(满足要求) i
（4） 确定沉降经验系数ψs
̅̅1）计算̅Es值
̅̅̅Es=∑Aip0∑(ziα̅i−zi−1α̅̅̅̅̅̅)i−1= isip∑[0si1199.52+11681.77+1035.71+1988.93+1348.32+6756.60+370.26 ++++++ =
=8.667MPa
2) ψs值确定
根据内插法求得：ψs=0.637≈0.64，所以，最终沉降量为：
s=ψs∑∆si=(0.64×216.40)mm=138.5mm
1. 施工方法
本工程采用振动沉管灌注成桩法来进行CFG桩的施工，施工机械型号为DZJ-90型振动沉管机，CFG桩成桩桩径为500mm。施工标准执行现行国家标准。
褥垫层施工采用静力压实法，褥垫层铺设完成后的厚度应达到300mm。
2. 施工注意事项
（1）施工前应在实验室进行配合比试验，坍落度宜为30~50mm，施工时按配合比配制混合料，成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm。
（2）成桩施工过程中拔管速度应按匀速控制在1.2~1.5m/min左右，在淤泥质土层时，拔管速度适当放慢，不应超过1.2m/min。
（3）施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m。
（4）成桩过程中，抽样做混合材料试块，每台机械一天应做一组（3~4块）试块（边长为150mm的标准立方体），标准养护，测定其立方抗压强度，要求标准养护28天后的平均强度不小于11.15MPa。
（5）施工垂直度偏差不应大于1%，桩位偏差不应大于0.4倍桩径，即不应大于200mm。
（6）施工应从内向四周推进施工，而避免从四周向内推进施工，施打新桩时与已打桩间隔时间为7d。
（7）施工时的保护桩长宜控制在70~90mm，以保证桩的施工质量。
（8）CFG桩施工完毕后约一周时，待桩体达到一定的强度，可进行基槽开挖，由于设计的基础埋深为2.5m，且有300mm厚的褥垫层，故应用机械开挖，开挖深度为2.8m，露出的桩头凿平，适当高出桩间土1~2cm。
三、质量检验
1. 施工监测
（1）打桩过程中随时测量地面是否发生隆起，因为断桩常和地表隆起相联系，以便及时发现断桩。
（2）打新桩时，对已打但尚未结硬桩的桩顶进行位移测量，以估计桩径的缩小量。
（3）打新桩时对已打并结硬桩的桩顶进行桩顶位移测量，以判断是否断桩。一般当桩顶位移超过10mm，需开挖进行查验。
2. 质量检测
CFG桩施工结束后，应间隔一定时间方可进行质量检验。一般养护龄期可取28天。
(1) 桩间土检验
桩间土质量检验可用标准贯入、静力触探和钻孔取样等试验对桩间土进行处理前后的对比试验。对砂性土地基可采用标准贯入或动力触探等方法检测挤密程度。
(2) 单桩和复合地基的检验
可采用单桩载荷试验、单桩或多桩复合地基载荷试验进行处理效果检验。试验数量宜为总桩数的1%，且每个单体工程的试验数量不应少于3点。抽取不少于总桩数10％的桩作低应变动力试验，检测桩身完整性。
一、排水系统设计
1. 水平排水体系
水平排水体系采用集降水井和盲沟集降水井，直径为 800mm，水井的孔口须超过孔口位置最高填土面的高度 40~60cm 之间，周边用碎石等滤水材料围裹；平面位置误差≤5cm；井底标高误差≤20cm；集降水井水深不宜超过 100cm；盲沟 0.5×0.5m；砂垫层底面需形成一定坡度以利汇集水流至集水井，集水井须与砂垫层盲沟连通良好，平面误差≤5cm；砂垫层采用中粗砂，含泥量小于3% ，垫层厚度为500mm，垫层宽度伸出砂井布置区外边线600mm。
2. 竖向排水体系
竖向排水体系采用普通砂井，材料为洁净的中粗砂，黏粒含量不≤3%，排水体深度为16.5m，砂井的直径为dw=300mm,取井径比为:
n=de=6 w
则de=dw∙6=1800mm=1.8m，排水砂井的平面布置按等边三角形布置，所以有：
de=1.05l=1.8m
所以， 砂井间距l=1.7m。
砂井布置范围为覆盖整个45x30m2的需处理场地，且每边向外延伸3m。
参数取值：
88∙cℎπ2cvα==0.81，β=+(不考虑涂抹效应) 其中， Fn∙de
n23n2−1623×62−1Fln(n)−=ln(6)−=1.1 n=
由任务书可知，水平固结系数和竖向固结系数分别为：cℎ=2.43×10−3cm2⁄s ,cv=2.00×10−3cm2⁄s，故参数：
π2cv8×2.43×10−3π2×2.00×10−3−7−1β==0.05d−1 +=+=5.5×10 sFn∙de8∙cℎ
本设计采用多级加荷的堆载预压加压系统，用砂石等散体材料进行分级逐步加载，重度为γ=20kN⁄m3加载计划设计如下：
1. 第一级荷载p1
处理后的地基承载力根据斯开普顿极限荷载的半经验公式初步估算为：
p1=
其中，
K——安全系数，取1.2；
A、B——分别为基础的长和宽，分别取45m和30m；
D——基础埋置深度，取2.5m；
γ——基础标高以上土的重度，取17.5kN⁄m3；
cu——为处理后的地基土的不排水抗剪强度，这里先取地基土的天然抗剪强度10kPa： 所以,
1BD×5∙cu(1+0.2)(1+0.2)+γD 1302.5 =×5×10×(1+0.2×(1+0.2×+17.5×2.5=91.76kPa p1=
而天然地基承载力为100kPa，故可以取第一级施加的荷载为p1=60kPa，加载速率为10kPa/d，则加载时间为t1=p1⁄10=6d.
第一级可施加高度为：
p160H1==m=3m p1荷载作用后的固结度计算：
n
′̅̅̅̅̅̅Ut1=∑
i=11BD5∙cu(1+0.2)(1+0.2)+γD qiα[(Ti−Ti−1)−e−β∙t(eβTi−eβTi−1)] 100.81 =[(6−0)−×e−0.05t(e0.05×6−e0)]=1−0.945e−0.05t
取固结度为85%，则0.85=1−0.945e−0.05t→ t=37d
所以第一级加载时间为6d，恒载时间为31d。
经过第一级加荷后的土的抗剪强度为：
′̅̅̅̅̅cu1=cu0+p1̅Ut1tanφcu=10+60×0.85tan15°=23.67kPa 所以,
5.52cu5.52×23.67=kPa=108.9kPa 取p2=60kPa,加载速率为10kPa/d，则加载时间为t2=p2⁄10=6d. p2=
第二级可施加高度为：
H2=
p2荷载作用后的固结度计算：
n
′̅̅̅̅̅̅Ut2=∑
i=1p2+H1=7m qiα[(Ti−Ti−1)−e−β∙t(eβTi−eβTi−1)] =100.81100.81×e−0.05t(e0.05×6−e0)]+×e−0.05t(e0.05×43−e0.05×37)] [(6−0)−[(43−37)−=1−3.476e−0.05t
−0.05×70′̅̅̅̅̅取t=70d，则̅U=0.895>80%(满足要求)，所以第二级加载时间为t2=1−3.476e
8d，恒载时间为25d。
3. 第三级荷载p3 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第三级容许施加的荷载p3。 经过第一级加荷后的土的抗剪强度为：
′̅̅̅̅̅cu2=cu1+p2̅Ut2tanφcu=23.67+60×0.895tan15°=38.1kPa
所以,
5.52cu5.52×38.1p3==kPa=210.3kPa 取p3=40kPa,加载速率为10kPa/d，则加载时间为t3=p3⁄10=4d.
第三级可施加高度为：
3荷载作用后的固结度计算：
n
′̅̅̅̅̅̅Ut3=∑i=1qiα[(Ti−Ti−1)−e−β∙t(eβTi−eβTi−1)] 100.81100.81×e−0.05t(e0.05×6−e0)]+×e−0.05t(e0.05×43−e0.05×37)] [(6−0)−[(43−37)−100.81+[(74−70)−×e−0.05t(e0.05×74−e0.05×70)] 1600.05=
=1−10.03e−0.05t
−0.05×100′̅̅̅̅̅取t=100d，则̅U=0.932>90%(满足要求)，所以第三级加载t3=1−10.03e
时间为4d，恒载时间为26d。
三级荷载施加完后，总荷载为：∑p=p1+p2+p3=60+60+40=160kPa>140kPa 所以承载力满足要求，三级堆载预压时间为100d。
三、地基整体稳定性验算
地基稳定性验算采用圆弧滑动条分法。
地基分级加载图如图（4）所示。
图（4）
计算简图如图（5），计算数据见表B-1。
图（5） R=75m时的计算简图
表B-1
所以，有：
R(∑pibicosαitanφi+∑Cili)75×(2511.86+864.03)K1===1.38≥1.2(满足要求)
计算简图如图（6），计算数据见表B-2。
图（6） R=85m时的计算简图
表
B-2
所以，有：
K2=
R(∑pibicosαitanφi+∑Cili)85×(1630.52+787.7)
==1.27≥1.2(满足要求)
图（7） R=95m时的计算简图
表B-3
所以，有：
R(∑pibicosαitanφi+
∑Cili)95×(1776.52+874.0)K3===1.27≥1.2(满足要求)
综上所述，K1、K2、K3均满足要求，Kmin=1.27≥1.2,地基整体稳定性满足要求。
三级加载知：p0第二层土附加应力为：
σ2=p0−γ2ℎ2=160−(18.7−10)×1.5=146.95kPa
沉降量为：
σ2+p0(146.95+160)×1.5s2=ℎ==28.8mm
s22其他土层的沉降计算见表B-4
表 B-4
所以堆载预压下的地基沉降量为∑si=642.6mm，加载的总高度为：
H=H3−∑si=7.86m
五、施工方法
1. 水平排水垫层施工
根据设计要求，水平排水垫层使用级配良好的中粗砂垫层，渗透系数不低于10−3cm⁄s，含泥量小于3% ，垫层厚度为500mm，垫层宽度延伸出砂井布置区外边线600mm。在铺设砂垫层前，应清除干净砂井顶面的淤泥或其他杂物，以利砂井排水。
2. 竖向排水体施工
砂井施工要求：保持砂井连续和密实，并且不出现颈缩现象；尽量减少对周围土的扰动；砂井的施工长度需达到设计长度，即16.5m，砂井的直径为300mm，间距为1.7m，呈正三角
应按砂在中密状态时的干重度和井管外径所形成的体积计算，其实际灌砂量按质量控制要求，不得小于计算值的95%，灌砂时可适当灌水，以利密实。
砂井位置的允许偏差值为该井的直径，即≤300mm，垂直度的允许偏差值为1.5% 。
3. 预压荷载的施工
堆载预压的材料为重度为γ=20kN⁄m3的砂石，采用自卸汽车与推土机联合作业。施工时注意以下几点：
（1）堆载面积要足。本工程堆载面积为47mx32m，即由预定的基础面积向外扩展2m，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。
（2）堆载要严格控制加荷速率，一级加荷速率、二级加荷速率和三级加荷速率均为10kPa/d。
第三单元
施工详图
A. CFG桩平面布置图及竖向剖面图
B. 砂井平面布置图及竖向剖面图
地 基 处 理
课 程 设 计
设计题目：某中学体育场地基处理设计 专业班级：土木工程（岩土方向）13级 学 号： [1**********]3 姓 名： 何 兴 强 指导教师： 杨 泰 华 日 期： 2015年 12月
第一单元 课程设计任务书 ........................................................................................................... 3
《地基处理》课程设计任务书 .................................................................................................. 4
第二单元 计算说明书 ....................................................................................................................... 8
A．CFG桩处理法 ............................................. 9
设计参数 ................................................. 9 施工 .................................................... 14 质量检验 ................................................ 14
B.排水固结法 ............................................... 16
排水系统设计 ............................................. 16 加压系统设计 ............................................. 17 地基整体稳定性验算 ........................................ 19 预压期间沉降计算 .......................................... 23 施工方法 ................................................. 23
第三单元 大样图 ................................................................................................................................ 25
地 基 处 理 课 程 设 计 任 务 书
设计题目：某中学体育场地基处理设计
班级 土木工程（岩土方向）13级 学生 何兴强
指导教师 杨泰华
武汉科技大学城市建设学院
2015年12月
一、课程设计资料
1. 工程概况
某工程为体育中心的地基加固工程，总占地面积34万m2，场地地基处理总面积约23万m2。游泳馆、商业用房等建筑采用桩基础，其它场地为体育馆、运动场、各类球场、停车场、市民广场、道路及绿地等用地均采用地基处理方式。本课程设计仅要求对体育馆区进行地基处理，场地范围30*45m，采用筏板基础，拟建场地对差异沉降敏感度一般，对施工噪声影响要求不高。根据本工程的规模和性质，该工程为二级工程，场地为二级地基，勘查等级为乙级。
根据区域地质资料，站址处主要岩性为花岗岩，场地范围内未发现活动断裂通过。场地附近未发现坟墓，文物、矿产等存在，场地交通条件较好。
2. 岩土工程勘察资料
根据野外钻探取芯肉眼鉴别及原位测试手段，并结合室内试验成果，确定场地内自上而下地基岩土层划分及各特征参数分述如下：
岩土层物理力学性质见表1：
表1 各土层物理力学指标统计表
3. 水文地质条件 （1）地下水类型及埋藏条件
性。以干湿交替作用条件判定，地下水对混凝土结构不具腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋和钢结构具弱腐蚀性。
二、课程设计内容
根据场地的工程地质和水文地质条件，选择不同的地基处理方案，要求进行二个地基处理设计（每个方案中可以是不同处理的组合），并进行经济、施工周期等各项条件的比选，从而给出推荐的设计方案。
每种地基处理设计方案均要给出施工要求、质量检测和监测的方案。 各种地基处理方法设计内容要求如下： 1. 排水固结
砂井或塑料排水板的布置，包括塑料排水板型号的选择、砂井直径、间距、长度、排列方式等，制定加载预压计划，计算地基固结度，地基整体稳定性验算、计算排水固结法的施工时间，预测沉降量。水平排水砂垫层设计，砂料的选择。
提供的图纸有塑料排水板或砂井的大样图、水平排水垫层的大样图。 2. CFG桩
CFG桩的直径、间距、长度、排列方式、施工工艺、单桩承载力的计算、复合地基承载力计算、置换率的确定、下卧层地基强度的验算、沉降计算、褥垫层的设计。
提供的图纸有CFG桩平面布置图、竖向剖面图及必要的施工工艺说明。 3. 换填法
垫层厚度和宽度的确定、软弱下卧层计算、垫层材料，选择提供垫层的剖面大样图。 4. 强夯法
夯锤、落距、锤的底面积、夯击次数、遍数、夯击顺序的确定、夯击点布置方式、处理范围，有效加固深度的确定、地基的竖向沉降量。
是否置换、置换材料选择、桩径、桩距、桩长的选择、复合地基承载力计算。 提供的图纸有强夯的大样图，布置方式。
表层素填土是否进行处理，请给出详细的施工方案。 以上设计方案仅供参考。
1. 设计说明书
要求写出完整的计算说明书，内容可参考上述要求，讲述清楚设计的每个过程，要求用A4幅面打印。
2. 图纸
图纸要求（要求CAD绘图，A4页面）。 3. 考核办法
成绩考核按照优，良，中，及格，不及格五级给分。特别强调自我设计的独创性。
四、参考文献
1. 中华人民共和国国家标准，《建筑地基基础设计规范》（GB 50007-2011）. 北京：中国建筑工业出版社，2011
2. 中华人民共和国国家标准，《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）. 北京：中国建筑工业出版社，2012
3. 《地基处理》 叶书麟、叶观宝编 中国建筑工业出版社 2004年 4．《地基处理技术与工程实例》 徐至钧 赵锡宏主编 科学出版社 2008年 5．《地基处理技术发展与展望》龚晓南主编 水利水电出版社 2004年 6．《地基处理》龚晓南编著 中国建筑工业出版社 2005年 7．《地基处理手册》龚晓南主编 中国建筑工业出版社 2000年
五、完成时间
2周
六、任务分组：
各土层情况如下（自天然地面算起）： 淤泥层③水平固结系数平均值为
2.43⨯10-3cm2/s
，垂直固结系数平均值为
2.00⨯10-3cm2/s。地基处理后淤泥固结度达90%以上。
基础底埋深2.5m，基底压力：140kPa。
圆弧滑动条分法
计算说明书
根据任务书可知，需处理的场地下有较厚的软弱土层，且软弱土层主要为淤泥质土，故不适宜用换填法和强夯法来处理，选择CFG桩法和排水固结法进行地基加固较为合理，所以本课程设计主要以CFG桩法和排水固结法进行设计说明。
A . CFG桩处理法
B . 排水固结法处理
一、设计参数
1. 桩径
CFG桩采用振动沉管法施工，其桩径根据桩管大小一般为350~600mm，本设计初步取桩径d=500mm。
2. 桩距
由务书可知，体育场馆的基础为筏板基础，CFG桩采用满堂布桩，地下水位为-2.5m，地下水位较高，主要处理的土层为细砂层、淤泥质土层、粘性土土层等，根据《地基处理》（第三版，叶观宝编）表7-4，初步选取桩距为l=6d=3000mm=3m。
3. 布桩形式 采用正方形布庄桩。 4. 褥垫层厚度
取褥垫层厚度为ℎ0=300mm，褥垫层材料为中砂。
5. 桩长
由务书可知，基底压力值为P=140kPa，故处理后的复合地基承载力特征值fspk≥P，而
fspk
Ra
=λm+β(1−m)fsk
p
其中，fsk为处理后的桩间土承载力特征值，此处取天然地基承载力100kPa，取λ=β=0.9，由于是正方形布桩，所以de=1.13l=1.13×3m=3.39m，所以置换率
m=(
桩的截面积：
πd2π0.52
Ap===0.196m2
所以有
Ra
0.9×0.022+0.9×(1−0.022)×100≥140kPa
即:
Ra≥515.5kPa
d20.52=(=0.022 e
Ra=up∑qsili+αpqpAp
i=1
若取桩长15m，则桩端进入第四层土1.30m，up=πd=0.5π=1.57m，取αp=0.8，则：
n
Ra=up∑qsili+αpqpAp=1.57×(1.20×30+12.5×18+1.30×31)+0.8×450×0.196
i=1
=543.6kPa≥515.5kPa(合格)
此时，
Ra
fspk=λm+β(1−m)fsk
p
543.6
=0.9×0.022×+0.9×(1−0.022)×100=142.9kPa≥140kPa(合格)
CFG桩桩体试块抗压强度平均值应满足(考虑埋深修正)：
Raγm(d−0.5)
f[1+ cu≥4λpspa
其中，基础底面以上土的加权平均重度为γm=17.5kN⁄m3 ，复合地基承载力特征值的修正值为：fspa=fspk+ ηbγ(b−3)+ηdγm(d−0.5)(细砂ηb取2.0，ηd取3.0)
=[142.9+2.0×(18.7−10)×(6−3)+3.0×17.5×(2.5−0.5)]kPa=300.1kPa 所以
Raγm(d−0.5)
fcu≥4λ[1+]
pspa
4×0.9×543.617.5×2
=[1+]kPa=11.15MPa
即桩身材料标准养护28天后的立方抗压强度平均值不小于11.15MPa。
具体的CFG桩布置图见图（1）。 需布置的桩数为：
17×12=204根。
图 （1） CFG桩平面布置图
6. 软弱下卧层验算
由
Es15.7z18==1.58，==0.6>0.5 s2查表得，应力扩散角θ=23°，软弱下卧层顶面处的附加应力值为：
bl(⎺Pk−γm⎺d)30×45×(140−17.5×2.5)Pz==kPa =47.6kPa
软弱下卧层顶面处土的自重应力值为：
n
Pcz=∑γiℎi=[17.5×2.5+(18.7−10)×1.5+(16.7−10)×12.5+(19.2−10)×4]kPa
i=1
=177.35kPa
软弱下卧层顶面以上土的加权平均重度为：
修正后的软弱下卧层地基承载力为：
faz
=fak+ηdγm(d+z−0.5)=[60+1.0×8.65×(2.5+18−0.5)]kPa=233kPa Pcz+Pz=(177.35+47.6)kPa=224.95kPa
所以，软弱下卧层承载力满足要求。
7. 沉降计算
（1）分层
采用规范法计算复合地基的沉降量。土的分层情况见图（2）。
图（2） 土的分层
（2）确定沉降计算深度
因为无相邻荷载影响，基础宽度为30米，故地基沉降计算深度为：
具体沉降计算见表A-1。
表A-1
由于基底宽度b=30m>8m,根据规范，取∆z=1.0m，计算出∆sn=0.60mm，而
∆sn0.60=≈0.0028≤0.025(满足要求) i
（4） 确定沉降经验系数ψs
̅̅1）计算̅Es值
̅̅̅Es=∑Aip0∑(ziα̅i−zi−1α̅̅̅̅̅̅)i−1= isip∑[0si1199.52+11681.77+1035.71+1988.93+1348.32+6756.60+370.26 ++++++ =
=8.667MPa
2) ψs值确定
根据内插法求得：ψs=0.637≈0.64，所以，最终沉降量为：
s=ψs∑∆si=(0.64×216.40)mm=138.5mm
1. 施工方法
本工程采用振动沉管灌注成桩法来进行CFG桩的施工，施工机械型号为DZJ-90型振动沉管机，CFG桩成桩桩径为500mm。施工标准执行现行国家标准。
褥垫层施工采用静力压实法，褥垫层铺设完成后的厚度应达到300mm。
2. 施工注意事项
（1）施工前应在实验室进行配合比试验，坍落度宜为30~50mm，施工时按配合比配制混合料，成桩后桩顶浮浆厚度不宜超过200mm。
（2）成桩施工过程中拔管速度应按匀速控制在1.2~1.5m/min左右，在淤泥质土层时，拔管速度适当放慢，不应超过1.2m/min。
（3）施工桩顶标高宜高出设计桩顶标高不少于0.5m。
（4）成桩过程中，抽样做混合材料试块，每台机械一天应做一组（3~4块）试块（边长为150mm的标准立方体），标准养护，测定其立方抗压强度，要求标准养护28天后的平均强度不小于11.15MPa。
（5）施工垂直度偏差不应大于1%，桩位偏差不应大于0.4倍桩径，即不应大于200mm。
（6）施工应从内向四周推进施工，而避免从四周向内推进施工，施打新桩时与已打桩间隔时间为7d。
（7）施工时的保护桩长宜控制在70~90mm，以保证桩的施工质量。
（8）CFG桩施工完毕后约一周时，待桩体达到一定的强度，可进行基槽开挖，由于设计的基础埋深为2.5m，且有300mm厚的褥垫层，故应用机械开挖，开挖深度为2.8m，露出的桩头凿平，适当高出桩间土1~2cm。
三、质量检验
1. 施工监测
（1）打桩过程中随时测量地面是否发生隆起，因为断桩常和地表隆起相联系，以便及时发现断桩。
（2）打新桩时，对已打但尚未结硬桩的桩顶进行位移测量，以估计桩径的缩小量。
（3）打新桩时对已打并结硬桩的桩顶进行桩顶位移测量，以判断是否断桩。一般当桩顶位移超过10mm，需开挖进行查验。
2. 质量检测
CFG桩施工结束后，应间隔一定时间方可进行质量检验。一般养护龄期可取28天。
(1) 桩间土检验
桩间土质量检验可用标准贯入、静力触探和钻孔取样等试验对桩间土进行处理前后的对比试验。对砂性土地基可采用标准贯入或动力触探等方法检测挤密程度。
(2) 单桩和复合地基的检验
可采用单桩载荷试验、单桩或多桩复合地基载荷试验进行处理效果检验。试验数量宜为总桩数的1%，且每个单体工程的试验数量不应少于3点。抽取不少于总桩数10％的桩作低应变动力试验，检测桩身完整性。
一、排水系统设计
1. 水平排水体系
水平排水体系采用集降水井和盲沟集降水井，直径为 800mm，水井的孔口须超过孔口位置最高填土面的高度 40~60cm 之间，周边用碎石等滤水材料围裹；平面位置误差≤5cm；井底标高误差≤20cm；集降水井水深不宜超过 100cm；盲沟 0.5×0.5m；砂垫层底面需形成一定坡度以利汇集水流至集水井，集水井须与砂垫层盲沟连通良好，平面误差≤5cm；砂垫层采用中粗砂，含泥量小于3% ，垫层厚度为500mm，垫层宽度伸出砂井布置区外边线600mm。
2. 竖向排水体系
竖向排水体系采用普通砂井，材料为洁净的中粗砂，黏粒含量不≤3%，排水体深度为16.5m，砂井的直径为dw=300mm,取井径比为:
n=de=6 w
则de=dw∙6=1800mm=1.8m，排水砂井的平面布置按等边三角形布置，所以有：
de=1.05l=1.8m
所以， 砂井间距l=1.7m。
砂井布置范围为覆盖整个45x30m2的需处理场地，且每边向外延伸3m。
参数取值：
88∙cℎπ2cvα==0.81，β=+(不考虑涂抹效应) 其中， Fn∙de
n23n2−1623×62−1Fln(n)−=ln(6)−=1.1 n=
由任务书可知，水平固结系数和竖向固结系数分别为：cℎ=2.43×10−3cm2⁄s ,cv=2.00×10−3cm2⁄s，故参数：
π2cv8×2.43×10−3π2×2.00×10−3−7−1β==0.05d−1 +=+=5.5×10 sFn∙de8∙cℎ
本设计采用多级加荷的堆载预压加压系统，用砂石等散体材料进行分级逐步加载，重度为γ=20kN⁄m3加载计划设计如下：
1. 第一级荷载p1
处理后的地基承载力根据斯开普顿极限荷载的半经验公式初步估算为：
p1=
其中，
K——安全系数，取1.2；
A、B——分别为基础的长和宽，分别取45m和30m；
D——基础埋置深度，取2.5m；
γ——基础标高以上土的重度，取17.5kN⁄m3；
cu——为处理后的地基土的不排水抗剪强度，这里先取地基土的天然抗剪强度10kPa： 所以,
1BD×5∙cu(1+0.2)(1+0.2)+γD 1302.5 =×5×10×(1+0.2×(1+0.2×+17.5×2.5=91.76kPa p1=
而天然地基承载力为100kPa，故可以取第一级施加的荷载为p1=60kPa，加载速率为10kPa/d，则加载时间为t1=p1⁄10=6d.
第一级可施加高度为：
p160H1==m=3m p1荷载作用后的固结度计算：
n
′̅̅̅̅̅̅Ut1=∑
i=11BD5∙cu(1+0.2)(1+0.2)+γD qiα[(Ti−Ti−1)−e−β∙t(eβTi−eβTi−1)] 100.81 =[(6−0)−×e−0.05t(e0.05×6−e0)]=1−0.945e−0.05t
取固结度为85%，则0.85=1−0.945e−0.05t→ t=37d
所以第一级加载时间为6d，恒载时间为31d。
经过第一级加荷后的土的抗剪强度为：
′̅̅̅̅̅cu1=cu0+p1̅Ut1tanφcu=10+60×0.85tan15°=23.67kPa 所以,
5.52cu5.52×23.67=kPa=108.9kPa 取p2=60kPa,加载速率为10kPa/d，则加载时间为t2=p2⁄10=6d. p2=
第二级可施加高度为：
H2=
p2荷载作用后的固结度计算：
n
′̅̅̅̅̅̅Ut2=∑
i=1p2+H1=7m qiα[(Ti−Ti−1)−e−β∙t(eβTi−eβTi−1)] =100.81100.81×e−0.05t(e0.05×6−e0)]+×e−0.05t(e0.05×43−e0.05×37)] [(6−0)−[(43−37)−=1−3.476e−0.05t
−0.05×70′̅̅̅̅̅取t=70d，则̅U=0.895>80%(满足要求)，所以第二级加载时间为t2=1−3.476e
8d，恒载时间为25d。
3. 第三级荷载p3 利用地基的天然地基土抗剪强度计算第三级容许施加的荷载p3。 经过第一级加荷后的土的抗剪强度为：
′̅̅̅̅̅cu2=cu1+p2̅Ut2tanφcu=23.67+60×0.895tan15°=38.1kPa
所以,
5.52cu5.52×38.1p3==kPa=210.3kPa 取p3=40kPa,加载速率为10kPa/d，则加载时间为t3=p3⁄10=4d.
第三级可施加高度为：
3荷载作用后的固结度计算：
n
′̅̅̅̅̅̅Ut3=∑i=1qiα[(Ti−Ti−1)−e−β∙t(eβTi−eβTi−1)] 100.81100.81×e−0.05t(e0.05×6−e0)]+×e−0.05t(e0.05×43−e0.05×37)] [(6−0)−[(43−37)−100.81+[(74−70)−×e−0.05t(e0.05×74−e0.05×70)] 1600.05=
=1−10.03e−0.05t
−0.05×100′̅̅̅̅̅取t=100d，则̅U=0.932>90%(满足要求)，所以第三级加载t3=1−10.03e
时间为4d，恒载时间为26d。
三级荷载施加完后，总荷载为：∑p=p1+p2+p3=60+60+40=160kPa>140kPa 所以承载力满足要求，三级堆载预压时间为100d。
三、地基整体稳定性验算
地基稳定性验算采用圆弧滑动条分法。
地基分级加载图如图（4）所示。
图（4）
计算简图如图（5），计算数据见表B-1。
图（5） R=75m时的计算简图
表B-1
所以，有：
R(∑pibicosαitanφi+∑Cili)75×(2511.86+864.03)K1===1.38≥1.2(满足要求)
计算简图如图（6），计算数据见表B-2。
图（6） R=85m时的计算简图
表
B-2
所以，有：
K2=
R(∑pibicosαitanφi+∑Cili)85×(1630.52+787.7)
==1.27≥1.2(满足要求)
图（7） R=95m时的计算简图
表B-3
所以，有：
R(∑pibicosαitanφi+
∑Cili)95×(1776.52+874.0)K3===1.27≥1.2(满足要求)
综上所述，K1、K2、K3均满足要求，Kmin=1.27≥1.2,地基整体稳定性满足要求。
三级加载知：p0第二层土附加应力为：
σ2=p0−γ2ℎ2=160−(18.7−10)×1.5=146.95kPa
沉降量为：
σ2+p0(146.95+160)×1.5s2=ℎ==28.8mm
s22其他土层的沉降计算见表B-4
表 B-4
所以堆载预压下的地基沉降量为∑si=642.6mm，加载的总高度为：
H=H3−∑si=7.86m
五、施工方法
1. 水平排水垫层施工
根据设计要求，水平排水垫层使用级配良好的中粗砂垫层，渗透系数不低于10−3cm⁄s，含泥量小于3% ，垫层厚度为500mm，垫层宽度延伸出砂井布置区外边线600mm。在铺设砂垫层前，应清除干净砂井顶面的淤泥或其他杂物，以利砂井排水。
2. 竖向排水体施工
砂井施工要求：保持砂井连续和密实，并且不出现颈缩现象；尽量减少对周围土的扰动；砂井的施工长度需达到设计长度，即16.5m，砂井的直径为300mm，间距为1.7m，呈正三角
应按砂在中密状态时的干重度和井管外径所形成的体积计算，其实际灌砂量按质量控制要求，不得小于计算值的95%，灌砂时可适当灌水，以利密实。
砂井位置的允许偏差值为该井的直径，即≤300mm，垂直度的允许偏差值为1.5% 。
3. 预压荷载的施工
堆载预压的材料为重度为γ=20kN⁄m3的砂石，采用自卸汽车与推土机联合作业。施工时注意以下几点：
（1）堆载面积要足。本工程堆载面积为47mx32m，即由预定的基础面积向外扩展2m，以保证建筑物范围内的地基得到均匀加固。
（2）堆载要严格控制加荷速率，一级加荷速率、二级加荷速率和三级加荷速率均为10kPa/d。
第三单元
施工详图
A. CFG桩平面布置图及竖向剖面图
B. 砂井平面布置图及竖向剖面图