CFG樁參數選定及計算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u122801.1樁長 1128871.2樁徑 2155811.3樁間距 2234151.3.1天然地基承載力特征值 224271.3.2單樁承載力 25651.3.3復合地基承載力特征值 3114951.3.4計算CFG樁間距 4221771.4褥墊層 5252611.4.1褥墊層的作用 5201711.4.2樁和樁間土豎向荷載分擔比 655971.4.3褥墊層設置 8107091.4.4褥墊層的施工質量控制 8205051.5樁身強度及樁體材料 876061.6樁的布置 101.1樁長由于砂質黃土①層具有自重濕陷性，壓縮量比較大，而②層的黏質黃土可塑性較高、中密、較的低壓縮性，土層承載力為130kPa，壓縮模量為11.3MPa，可以初步作為持力層。初步確定樁端落在②層，樁長18m。1.2樁徑樁徑的取值要聯系實際工程，充分考慮打樁的設備因素，樁徑宜取350-600mm，由于該鐵路屬于黃土濕陷性地區場地，自身的強度較低，本工程采用的是振動沉樁施工工藝，對于鐵路地基的建造來說，振動灌注樁操作過于繁瑣復雜，在考慮工程造價，施工難度的基礎上，最終選擇了振動沉樁施工工藝，擬定樁徑為500mm。1.3樁間距CFG樁的樁間距不是隨意設置的，因為要考慮已打樁對新打樁的影響，還要考慮工程造價，樁和樁間土對于上部結構的承載能力的要求，所以，樁間距的取值要在合理的范圍之內，根據相關規定和工程經驗，CFG樁復合地基的設計樁間距的取值應該在3-6倍的樁徑范圍內比較適合。我們算出樁徑和樁長之后，還需三個參數才能推出樁間距：天然地基承載力特征值，單樁承載力，復合地基承載力特征值。1.3.1天然地基承載力特征值本設計中第一層砂質黃土的承載力最高，所以天然承載力特征值為。1.3.2單樁承載力荷載作用在樁和樁周圍的土體上，當荷載在一定的范圍內，樁和樁間土的承載性能一直能滿足要求，但是樁和樁間土承擔的荷載總會存在臨界值，當他們倆共同承擔的荷載大于某一個臨界值時，樁和樁間土的承載性能和變形程度不能達到要求，這個臨界值就稱為單樁承載力。CFG樁所深入的兩個土層的側摩阻力分別為：①砂質黃土：32kPa；②黏質黃土：35kPa。樁端落在黏質黃土②，端阻力特征值取1400kPa。單樁豎直向承載力可以通過單橋探頭得到比貫入阻力p單樁豎向承載力特征值為：式中—樁橫截面周長；-樁周土承載力標準值即側摩阻力；-樁端土承載力標準值即樁端阻力特征值；liAP所以單樁承載力特征值為：Ra=1.57×(13.27×32+8.87×35)+CFG樁復合地基設計中，樁間土和樁之間不僅存在正摩擦力，而且存在負摩阻力，我們必須考慮負摩阻力對于工程的影響。樁間土和樁之間是正摩擦力還是負摩阻力，是存在位置臨界值的，成為中性點。顧名思義，中性點處樁和樁間土之間沒有摩擦力或者正摩擦力和受到的負摩阻力相互抵消，二者之間沒有相互位移，這時候負摩阻力為零。在樁和樁間土受到負摩阻力的區間，每一處受到的負摩阻力都是不同的。為了計算簡便，我們等效取中間數值。本設計中取中性點在一半樁長處，以下為地表兩層的負摩阻力標準值：qs1=31.77kN/m2qs2考慮負摩阻力的單樁承載力：Ra=1.57×(13.27×32?9×31.77+8.87×35)1.3.3復合地基承載力特征值CFG樁復合地基承擔上部結構的荷載形式因為由于褥墊層的設置，將樁端和樁間土聯系起來，樁端應力和樁間土應力經過褥墊層的協調作用，因為二者是共同作用的，所以要通過相應的系數進行修正。影響工程地基承載力的因素紛繁復雜，除了內部因素，如它的面積置換率，樁的幾何尺寸，樁間土的物理力學特性，施工順序，打樁的方式，褥墊層的鋪設方式和厚度，還包括已打樁的質量情況。考慮深度修正，《復合地基技術規范》規定：復合地基承載力的基礎寬度承載力修正系數應該為0；基礎埋深的承載力修正系數應取1.0。復合地基承載力特征值應按下式計算：fspkD--根據相關規定，在施工場地，如果建筑物施工場地場地平整，建筑物基礎埋深深度從場地平整高度算起。本設計中場地處于黃土高原地區，地下水的水位比較低，所以在勘測的時候沒有發現地下水。而且該設計為鐵路路基結構，沒有類似于建筑的剛性結構，僅有的混凝土板厚度約為0.5m，所以等式右側只需考慮第一項復合地基承載力特征值。本設計中的復合地基承載力特征值為fspk取412.56kPa。fspk取412.56kpa。滿足下式：綜合上面兩式可以得到fspk算出的天然地基承載力特征值，單樁承載力，復合地基承載力特征值統計如下表：天然地基承載力特征值單樁承載力復合地基承載力特征值105kPa973.93kN412.56kPa1.3.4計算CFG樁間距本設計該工程復合地基承載力特征值達到荷載效應標準組合值；根據復合地基的承載力計算公式可以估算的復合地基樁間距：經過變形可以得到：R置換率m的值：mmCFG樁間距S的值:s≤Ap由上式算出的值，初步擬定樁間距為2.0m，所以置換率為：m=Apf1.4褥墊層在CFG樁復合地基設計的整個過程中，樁的頂部還需要設置一層30-80mm的碎石，稱為褥墊層。考慮到CFG樁復合地基它主要是由樁間土和單樁共同分配荷載，褥墊層正好起到協調二者共同承擔荷載的作用，所以它對于CFG樁是必不可少，至關重要的。褥墊層相當于是樁頂和樁間土之間的傳力層。褥墊層的鋪設并不是隨意的，它遵循一定的原則：樁端一般落入密實或者堅硬的土層，故褥墊層一般也會設置在這一層；當樁的端部處于的土層屬于土層承載力比較高的時候，這時候要考慮加厚褥墊層的厚度，這時候褥墊層將會把荷載的承擔大部分分配在樁間土上，這樣會減少樁的使用量，減低工程造價。當樁的端部處于土層承載力比較低的時候，我們要將褥墊層設置成寬大的面積，并且增加樁的數量，通過褥墊層的傳力作用，充分讓樁承擔大部分的荷載，這樣可以保障工程的質量，滿足安全指標。1.4.1褥墊層的作用褥墊層的作用大致可以概括為以下幾點：褥墊層幫助單樁和樁間土共同協調工作褥墊層的工作是非常靈活的，因為樁端和樁的頂部都有刺入褥墊層的條件，在上部結構的荷載一定的條件下，褥墊層會充分調節樁和樁間土的荷載承擔比，使二者共同協調工作。防止應力破壞在CFG樁復合地基要設置褥墊層，如果不設置褥墊層，CFG樁復合地基就相當于普通混凝土樁和基礎承臺的結構，所以很有可能發生沖切破壞。但是設置了褥墊層之后，相當于在普通混凝土和基礎承臺中間加了一個柔性基礎，這樣會減少應力破壞。CFG樁復合地基設計里，褥墊層起的作用至關重要，它起到樁端承擔荷載的分布以及樁間土承擔荷載的分布，褥墊層的工作機理如下圖所示：1.4.2樁和樁間土豎向荷載分擔比由下圖可知，樁與樁間土的應力比隨著荷載的增大而逐漸增大。隨著荷載的增大，荷載的承擔者逐漸由CFG樁復合地基里的樁承擔，褥墊層會把力協調傳遞到樁的部分，樁間土分擔的荷載會逐漸減少，但是樁間土在承擔荷載部分也起到了至關重要，必不可少的作用。由于樁間距為2m，故假設在路基縱向取每兩延米進行計算，路堤底面寬度34.5m，所以復合地基與路基底面的接觸面積為69m2，荷載效應標準值為312.63kN/m2，換算成集中荷載P=312.63×以2m的間距正方形布樁，需要20根樁，則每根樁所承擔的荷載值為；P0=21571.4720=1078.57KN，由結果可知，每個樁所承擔的荷載值超出單樁承載力，但實際情況是樁和樁間隨著荷載的增大，褥墊層會逐漸把荷載的承擔任務轉移到樁的部分，樁承擔荷載的比重會加大，而樁間土承擔的荷載會減小。CFG樁樁和樁間土的承載荷載比重隨著荷載的變化根據上圖所示。根據以往的研究資料：樁承擔的荷載占總荷載的百分比一般在45%～80%之間，考慮到濕陷性黃土地區，樁承擔的荷載會更多一些，假定樁承擔的百分比為60%～80%。以下為驗算樁和樁間土承擔荷載是否符合要求：1.樁承擔的荷載占總荷載的60%樁間土承擔的荷載Ps=地基表層土面積As=A?樁間土應力σS=PSAs2.樁承擔的荷載占總荷載的80%樁間土承擔的荷載P地基表層土面積As=A?樁間土應力σS=PSAs通過上式的計算，可以得到適當地調整褥墊層的厚度，還是可以將樁間土承擔的荷載控制在適當的范圍，使樁與樁間土能夠共同承擔荷載。下表為樁承擔荷載占總荷載百分比：樁承擔荷載占總荷載百分比（試驗）墊層厚度(cm)荷載P（kPa）31030備注300692816樁長2.25m樁徑16cm荷載板1.05×1.65m607233291007539381.4.3褥墊層設置1.4.4褥墊層的施工質量控制因為褥墊層要起到傳力和分擔荷載的作用，所以不宜采用摩擦力比較小的天然鵝暖石，而是要選擇摩擦力比較大的砂石或者碎石。采用的砂石或者碎石的粒徑不宜過大，過大會使樁端不宜插進去；褥墊層的厚度應該適宜，位置一定要保障在樁頂30-50mm以下；要嚴格把控褥墊層的夯填度，褥墊層里面鋪設的碎石和填料一定要在合理的夯實范圍內；在鋪設褥墊層之前，要清除相關雜物，保證鋪設褥墊層的區間干凈，減少工程誤差。2，材料準備CFG樁鋪設過程中所用到的碎石必須在一定的合格范圍內，所以在正式施工之前我們必須要將碎石材料進行一定的抽樣檢查。鋪設范圍以路基地面為基礎向兩側延伸1.5m，墊層寬度為36m；本設計假設墊層厚度為300mm。1.5樁身強度及樁體材料樁頂應力σp=973.93樁體試塊抗壓強度平均值應滿足fu1.用水量W由于本設計為CFG樁身，故單方用水量取200kg。2.水泥用量C選用Rc變形可得到：C=(3.單方粉煤灰用量F根據下式計算粉煤灰用量：變形推倒可得到：F=(WC石屑率石屑參與率應該在一定合理的范圍內，根據相關規定，又因為此設計為CFG樁復合地基設計，所以本設計中取石屑率為25%。石屑率λ：