CFG樁復合地基設計摘要CFG樁復合地基自首次應用于鐵路路基以來，十幾年來得到了廣泛的推廣，特別是高速鐵路建設領域，現今已具有相當的理論研究成果和一定的工程實踐經驗。CFG樁復合地基在鐵路上的應用推廣使得鐵路橋梁的建設量大大減少，降低了工程造價，且便于施工。在濕陷性黃土特殊地質條件下修建鐵路路基，設計中采用CFG樁對地基進行處理，樁長及間距需要考慮設計標準進行復合地基設計，還要考慮地基濕陷性特點控制路基工后沉降。本論文旨在根據重載鐵路，濕陷性黃土的工程地質條件，參考相關規范對CFG樁的相關取值進行合理取值，最終設計出合理的方案。本文的主要研究成果如下：掌握黃土的土質性質，黃土濕陷性地區的工程地質條件和特性以及關于CFG樁相關介紹以及CFG樁復合地基和普通樁基的差別。明確CFG樁復合地基設計理論設計思路，掌握CFG樁復合地基設計理論及相關的參數。計算CFG樁的單樁承載力，復合地基承載力特征值以及地基沉降量等。確定樁長，樁徑，樁間距，以及沉降驗算，得出合理的設計方案。CFG樁混凝土板，樁帽的設計。CFG樁復合地基設計工程量概預算。CFG樁復合地基施工。對于CFG樁未來發展前景的展望。關鍵詞：CFG樁復合地基；重載鐵路；濕陷性黃土；單樁承載力；沉降驗算目錄TOC\o"1-1"\h\u22491第1章緒論 727821第2章，CFG樁簡介 927670第3章，CFG樁研究步驟 107984第4章工程概況及結構選型 1128944第5章標準路堤段面擬定尺寸與荷載計算 1431830第6章CFG樁參數選定及計算 17406第7章復合地基沉降及承載力驗算 2632552第8章鋼筋混凝土構件設計 3221059第9章工程概預算 3511752第10章CFG樁復合地基的施工 3813000第11章CFG樁復合地基的展望 41第1章緒論1.1某鐵路黃土濕陷性地區CFG樁復合地基設計1.2黃土的基本知識黃土的微觀結構決定著黃土的滲透性和各種工程性質。為什么黃土具有濕陷性呢？風化沉積物經過常年累月的沉積，形成一種具有孔隙結構的區別于粘土，粉土性質土質稱為黃土。簡單來說，黃土的形成可以簡單概括為風將細顆粒物從其他地方搬運然后堆積在一起的過程。黃土具有的架空孔隙，這樣當遇到雨水的侵蝕和重載物體的時候，它的架空體系就會遭到破壞，從而架空體系就會倒塌，失去它原來的承載性能。我國的國土幅員遼闊，分布有黑土，粉土，紅土，黃土等各種顏色與性質的土系。其中的黃土在我國的分布也是相當廣泛的，黃色，黃褐色，是黃土主要的主要的外表顏色，黃土不僅有這些主要顏色，同時還有灰黃等顏色。我國自南向北黃土力度分布也是不均勻的。回歸第一段的問題，黃土的濕陷性產生原因有兩大部分組成，一是是黃土本身的特性，比如它的骨架的形態，排列方式，孔隙的大小和顆粒連接形式等微觀特征；那什么是黃土濕陷性的外部因素呢？黃土本身具有吸力，除此之外，黃土的水穩定性膠結力存在一定的不穩定性，以及黃土顆粒之間之間摩阻力的超載，這些都會導致土體結構遭到破壞。它的連接方式確定了土的結構方式，土的穩定性是由黃土顆粒骨架結構的排列形式確定的。1.3黃土的分布眾所周知，西北地區的黃土高原，地形縱橫交錯。西北地區，華北地區成為黃土主要聚集堆積的地方。包括甘肅會寧，甘肅通渭間華家嶺等地區在六盤山向西的地區，中國黃土并不是一朝一夕形成的，而是經過約二百六十萬年的沉積，-黃土覆蓋層的地表高度，其變化的趨勢是自西向東沿著基巖緩慢下降的。1.4一般黃土路基施工技術濕陷性黃土地基的處理辦法1，墊層法墊層法是一種常用的地基淺層處理黃土濕陷性的辦法或者它還用于處理部分少區域地區濕陷性的處理辦法。墊層法具有很多優點，比如它的施工比較簡單，但是處理黃土濕陷性問題效果比較顯著。墊層法一般可以處理的濕陷性黃土厚度為1-3cm，一般用于地下水位以下，局部或者整片處理。墊層法的施工辦法是把需要的處理的濕陷性黃土挖出來，然后將其他粘性土將處理的部分濕陷性地區填充滿，然后再用夯實設備將所填土夯實。這樣做的好處是可以消除黃土濕陷性地基的自重濕陷性。2，強夯法強夯法是指將100-500KN的重錘以一定的高度落到需要處理的地區，從而達到壓縮土的空隙，提高土的強度的目的。強夯法是在工程經驗的基礎上發展起來的，其工作原理可以概括為將土質顆?？紫吨械目紫端懦觯詮姾环ǖ募庸躺疃纫鶕數毓こ掏恋奈锢硇再|決定。3，預浸水法預浸水法的工作原理是在施工前將所需要施工的地方大區域浸水，這么做的原因是由于黃土本身的結構，顆粒之間具有架空的排列，這樣會使得黃土在濕陷性和自重作用下產生濕陷和壓縮性降低，以此來消除上部結構全部黃土濕陷性以及黃土承擔荷載的外部濕陷性。第2章，CFG樁簡介2.1CFG樁概況CFG樁（CementFly-ashGravelPile）是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱。它是由水泥、粉煤灰、碎石樁、石屑或是砂加水拌和形成的高粘結強度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復合地基。通過調整水泥摻量及配比，其強度等級在C15～C25之間變化，是介于剛性樁與柔性樁之間的一種樁型。CFG樁和樁間土一起，通過褥墊層形成的CFG樁復合地基共同工作，所以CFG樁通常和復合地基設計聯系在一起進行工程設計。由于CFG樁的樁體材料有碎石，石屑，水泥等多種混合料，這些材料混合在一起，會使整個樁體具有粘結性，樁體的強度會更強，而樁周圍的軟土它的可壓縮性很強，這樣的話，當上部結構的荷載傳到樁和樁間土上時，更多的附加應力會由樁承擔，但是由于設置了褥墊層，褥墊層會幫助樁減少應力集中。這就是CFG樁比其他普通樁體具有的優勢。2.2CFG樁技術特點CFG樁一般應用于比較復雜或者地質條件具有濕陷性地區，它的適應性強，應用比較廣泛，不受地下水位的限制和影響；對于一般工程出現的斷樁，縮徑，塌孔等問題，CFG樁由于它的壓縮性能比普通樁強，所以不容易這些問題。CFG樁因為設置了褥墊層，所以它既可以充分利用樁間土的摩擦力，還可以更好的發揮樁端的承載力。樁身強度高，CFG樁的強度比普通的樁的強度要高，而且樁的樁徑有很多可供選擇，布樁比較靈活。CFG樁在施工的過程中，它可以利用廢棄煤渣等材料，而且產生的噪音比較小，所以它的施工現場比較文明。CFG樁由于它的施工效率比較高，所以CFG樁可以幫助縮短工程工期。第3章，CFG樁研究步驟3.1研究背景我國的基礎建設，一直以來蓬勃發展，但是在基礎建設的過程中，也遇到了很多困難和挑戰。我國的地質條件本來就紛繁復雜，對于地質條件復雜的地區，傳統的普通樁滿足不了工程的需要，尤其是隨著高樓大廈的座座林立，地基承載力隨之也不能完全符合工程的要求，CFG樁隨著這一問題也應運而生，由于CFG樁不僅樁端承擔荷載，而且由于褥墊層的作用，它樁側的摩擦力也會發生作用，這種優勢是普通混凝土樁所沒有的，所以它慢慢它是在普通碎石樁地基處理法上發展起來。3.2研究步驟第4章工程概況及結構選型4.1工程概況及工程地質資料4.1.1工程概況隴海線天蘭段，東起至天水車站，西至蘭州西車站，全長356公里。天蘭段將甘肅，寧夏，青海，新疆，西藏五個省與祖國內地連接起來，是祖國華中，東，南等地區通往大西北的一條重要通道。隴海鐵路天蘭段標路基工程：DK95+185～DK112+242段，本工程會經歷地基處理，地基開挖之后再進行填筑，邊坡的防護施工，還有附屬部分工程的施工。4.1.2工程地質資料工點起訖里程DK1416～DK1417+573.147，路塹最大挖深7.81m，本設計的工程地質雖然在黃土高原地帶，但是由于本工程的整個工程還是鐵路，所以為了滿足乘客的舒適感，整個工程的選址還是在黃土陡度偏平緩的地帶，鐵路經過的地區大多數為荒漠，郊區或者雜草叢生的地帶，整個工程的高程高度雖然有高低起伏，但是總的工程高程大約在海拔1846-1996m之間，由此可見，幅度起伏并不是很大，最終的工程工點接渭水谷。該工程位于沿渭河西上，地勢緩慢增加，較為平坦，根據地質勘查，本工程所處的地區土質的組成由砂質黃土，粘性黃土，粉細砂共同組成，土的成分里面還含有部分少量雜草，小型昆蟲化石等多種其他物質：砂質黃土：淡黃色，堅硬，土體的壓縮性能較強，土體顆粒的大小沒有太大的差異，砂質顆粒和細土顆粒共同組成砂質黃土，但是砂質黃土里面砂質粉粒所占的含量超過50%，所以砂質黃土有較大的孔隙，土體整體呈現比較緊密，但是但是還是比較松散，砂質黃土顆粒在電鏡下看，顆粒還是呈現棱角分明的塊狀結構，層厚10.1542m，砂質黃土屬于二級土，它的普通應力大致為150kpa。粘性黃土QUOTEQ3eol+pl3：粘性黃土顏色為深黃色，粘性黃土含水量比較大，但是又因為粘性黃土的組成顆粒比較小，所以粘性黃土的土體密度屬于中級，并且粘性黃土含有小型昆蟲化石，所以粘性黃土含有鈣物質和各種氧化物，在電鏡下觀察，粘性黃土的結構大致呈現一個柱狀結構，粘性黃土和砂質黃土一樣，都屬于二級黃土，它的普通應力大致為150kpa。粉細砂：粉細砂顏色為棕黃色，部分為褐色，粉細砂的含水量比較低，組成粉細砂的顆粒大小差異并不大，顆粒整體偏小，在電鏡顯微鏡下觀察，粉細砂整體呈現透鏡體狀，不同于砂質黃土與粘性黃土，粉細砂屬于一級松土，土質較為松軟均勻，它的普通應力大致為150kpa。本工程在黃土濕陷性地區，工程內的砂質黃土具有濕陷性，需要我們特殊處理，砂質黃土的失陷系數在一定的范圍內，數值為0.025-0.060左右，砂質黃土的自重失陷系數為0.013-0.035左右。本工程需要處理的濕先厚度大致為13m左右。本工程由于處于黃土高原地區，降雨量比較小，所以本工程量的凍結深度最大達到1m，由于海拔比較高，所以不用考慮地下水對工程的影響。表3-1各土層壓縮模量及端側阻力標準值層號土的名稱及狀態壓縮模量E（MPa）側阻力（MPa）端阻力（MPa）重度γ（kN/m3）①砂質黃土（QUOTEQ3eol+pl3）15.732120018.9②黏質黃土（QUOTEQ3eol+pl3）16.335140020.3③粉細砂（QUOTEQ2eol+pl3）16.739140020.2表3-2橫斷面地質剖面描述（DK98+330）層號底層高度（m）層厚（m）巖土描述承載力（kPa）①-13.2713.27淡黃色，堅硬，土質較均勻，土體緊密105②-22.148.87深黃色，中密，局部為黏質黃土，土質不太均勻，土體緊密130③-3411.86褐色，中密，土質比較均勻，土體顆粒比較細小，土體緊密1254.1.3結構選型根據CFG樁布樁要求：對于CFG樁的布樁原則，我們遵循經濟合理，意為在合理的范圍內，盡可能的少布樁。在基礎以外可以布置其它類型的普通樁。CFG樁復合地基中樁的布樁方式考慮鐵路路基的不均勻沉降可以選擇不等樁徑、不等樁長或者不等樁距的布樁方式。但考慮到本設計在黃土濕陷性地區，為了更好的減少不均勻沉降，雖然等樁徑等樁距的布樁方式在一定程度上會浪費材料，但是由于鐵路兩側為軟土地質，為了使受力更均勻，地基更加牢固，等樁徑等距等樁長的布樁方式，示意圖如圖根據CFG施工工藝確定樁徑，一般為400～600mm。本設計采用500mm樁徑。第5章標準路堤段面擬定尺寸與荷載計算5.1橫截面尺寸擬定與施工措施5.1.1選定尺寸由于隴海線天蘭段鐵路屬于Ⅱ級鐵路，設計時速為120km/h的次重型Ⅱ級鐵路土質路基面寬度為11.7m，雙線間線寬為4.0m，路肩寬度為1.0m。圖5-1土質路堤標準橫斷面示意圖此路段屬于高路堤地段，路肩高度為7m，路堤高度與路堤寬度的比例為1：1.75，由此可以得出路基地面寬度為34.5m。段溝底寬0.9m，深0.9m，厚0.5m。側溝外設3.0m寬M7.5漿砌片石平臺，厚0.5m；DK99+344~DK99+640段右側塹頂外6m設置天溝，天溝采用0.5×0.8m，（寬×高）的梯形截面，采用M8.5漿砌片石砌筑，厚0.4m，天溝底采用0.5m厚二八灰土封閉；DK99+344~DK99+640段右側側溝平臺上設置凈尺寸為0.36×0.36m（寬×高）的通信信號電纜槽；DK99+321.88處設置橋路過渡段，DK99+588.0兩側設置涵路過渡段。5.3路基沉降變形驗算填土的平均重度取，且通過預壓，基床表層和底層的變形模量為60MPa，基床以下路堤變形模量45MPa。路堤的沉降變形采用分層總和法，列車荷載換算土柱，pk=3.4×18.9=64.26MPa。表5-1路基沉降變形計算表0.60.50.0031.0000.6000.600600.6080.6082.50.50.0130.9992.4961.897601.9922.5305.50.50.0230.9974.4881.992452.6915.2218.00.50.0350.9966.9722.483453.3558.576本設計經驗系數取0.2，可得最終沉降量S為：滿足要求。5.4荷載計算確定建筑物風荷載的大小不僅與建筑物本身所在的地理位置有關，還與它的形狀和高度等因素有關。按照《荷載規范》執行。首先根據規范計算風荷載效應標準值：式中—風荷載效應標準值，；—基本風壓，；(本設計中甘肅省天水市的基本風壓為0.35)—風荷載體形系數，風荷載體形系數是指外部建筑物對于風的抵抗程度和耐受程度，所以影響風荷載體形系數的因素有很多。建筑物的外部形狀，建筑的大小，建筑物與風吹的走向，建筑物與建筑物的距離都是影響風荷載體形系數的因素。本設計取值為3.21；—風壓高度變化系數，一般來說，建筑物的高低對于風壓高度變化系數的影響程度是不同的，風對于建筑物的影響程度，一般建筑物越高，風對于建筑物的影響程度越大。本設計取2.1.—高度處的風振系數，高度處的風振系數是指建筑物同一高度由于建筑物的型狀結構的不同，風對它的影響程度也不同，根據相關規定，但建筑物的高度在一定高度以下時，風振系數取1。風荷載效應標準值：S根據規范，我們以建筑物受到不同不一樣的荷載，建筑物對于不同荷載的承受程度不同，不同荷載對于建筑物的影響程度也不同；根據相關規定，荷載效應標準值是指在設計的一定期限里，在不發生重大特殊情況的情況下，發生的最大情況的荷載值。風荷載效應標準值通過查閱資料得到，分別為162.7，81.09，2.76荷載效應標準組合值由下式計算：式中—永久荷載效應標準值，；永久荷載包括鐵路以及車廂，結構的自重，土壓力，預應力等?！詈奢d效應標準值，；—風荷載效應標準值，；—永久荷載分項系數：當其效應對結構不利時當可變荷載在組合中占主導地位時，應取1.2；當永久荷載在組合中占主導地位時，應取1.35；當其效應對結構有利時，應取1.0。在無地震作用時永久荷載分項系數一般取1.2?！詈奢d分項系數：一般情況下取1.4—風荷載分項系數1.4為風荷載分項系數有沒有發生地震作用的的臨界值，沒有地震作用是工程一般取1.4；—活荷載組合值系數；—風荷載組合值系數本設計中風荷載組合值系數取1.0。荷載效應標準組合值：P第6章CFG樁參數選定及計算6.1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16.3MPa，可以初步作為持力層。初步確定樁端落在②層，樁長18m。6.2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。6.3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。6.3.1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。6.3.2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)6.3.3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105kPa973.93kN412.56kPa6.3.4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=Apf6.4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?？紤]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。6.4.1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：6.4.2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1.05×1.65m607233291007539386.4.3褥墊層設置6.4.4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。6.5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：λG1G2單方混合料總和為:G則石屑用量:G1=碎石用量:G表10-1單方各混合料用量混合料用量水W水泥C粉煤灰F石屑G1和碎石G2用量（kg）200182.3209.71401.99、1205.996.6樁的布置原則上，CFG樁只可布置在基礎范圍內。樁都布置在基礎范圍內，CFG樁的數量按下式確定：式中面積置換率m=0.049；基礎面積Ap=36×2=72m2；樁橫斷面面積Ap=0.196m2；樁的數量np=第7章復合地基沉降及承載力驗算7.1沉降驗算附加應力--基底平均附加壓力p0：本設計的CFG樁復合地基設計工程所處的地區為黃土高原地區，沒有地下水，從而不用考慮地下水的影響?；貕毫?-p為為荷載按永久組合（不計地震）傳到基地的平均壓力：—活荷載效應標準值，；—風荷載效應標準值，；—永久荷載分項系數；—活荷載分項系數；—風荷載分項系數；—活荷載組合值系數；—風荷載組合值系數。荷載效應標準組合值：=P=1.2×SGK+1.00.6×1.4×加固區模量提高系數時，由于沒有系統的工程試驗和相關的正式規范，我們只能依靠有關工程的經驗取得。在這里近似取三個計算值，如表5-1所示：表5-1加固區模量提高系數3.5792.2182.917圖5-1各土層復合模量示意圖復合地基最終沉降量：式中—加固區土層的分層數；—沉降加算深度范圍內土層總得分層數；—對應于荷載效應準永久組合時的基礎底面處的附加應力；—基礎底面第i層土的壓縮模量；，—基礎底面至第i層土，第i-1層土的之間的距離；，—基礎底面計算點至第i層土，第i-1層土底面范圍內平均附加應力系數；—變形計算深度范圍內壓縮模量的當量值。土層計算參數統計參數土層（MPa）（m）①15.713.270.2493②16.322.140.2468③16.734.000.2438土層平均壓縮模量應按照下式計算：式中—第i層土附加應力系數鹽涂層厚度的積分值。AAA則Es=3.308+2.189+2.8910.211+0.134+0.173=變形計算經驗系數按照下表可知變形計算經驗系數2.54.07.015.020.01.11.00.70.40.2線性插值可得=0.35。綜合以上所有的參數可得：=0.35×=7.18mm復合地基沉降計算分層示意圖復合地基變形計算深度應大于復合土層的厚度，并符合下式：式中—在計算深度范圍內，第i層土的計算變形值；—在計算深度向上取厚度為的土層計算變形值。各層土沉降量0.01148m0.001340.007691值（m）0.30.60.81.0路基地面寬度必然大于8m，所以取1.0m。顯然當取1.0m時，顯然滿足下式要求：△Sn滿足要求。7.2關于豎向承載力的驗算樁不受拔力，所以只需進行負摩阻力計算。7.2.1負摩阻力驗算樁基規范規定如下：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。即本設計應要滿足：其中Nk=RaQ滿足要求。7.2.2樁側負摩阻力及引起的下拉荷載1.中性點以上單樁樁周第i層土負摩阻力標準值可按下式計算：式中—由土的自重引起的樁周第i層土的平均豎向有效應力；—樁周第i層土的負摩阻系數；可按下表取值：負摩阻系數土類飽和軟土黏性土﹑粉土砂土自重濕陷性黃土0.15～0.250.25～0.400.35～0.500.20～0.35我們本設計中ξ—第i層土的樁側負摩阻力標準值，當計算值大于正摩阻力標準值時，取正摩阻力標準值進行設計。式中，—分別為第i計算土層和其上第m土層的重度，地下水位以下取浮重度；，—第i層土，第m層土厚度。計算可得：σσy2'σ樁側摩阻力標準值31.77kPa81.67kPa118.62kPa2.中性點的深度中性點深度持力層性質粘性土﹑粉土中密以上砂礫石﹑卵石基巖中性點深度比0.5～0.60.7～0.80.91.0注：1.，分別為自樁頂算起的中性點深度和樁周軟弱土層下限深度；樁穿過自重濕陷性黃土時，可按列表增大10%。當樁周土層固結與樁基固結沉降同時完成時，取l0當樁間土層計算沉降量小于20mm時，ln本設計中樁間土層沉降量小于20mm，取折減系數為0.6。所以=l0×第8章鋼筋混凝土構件設計8.1混凝土板的設計由于本段屬于重載高路堤鐵路，荷載較大，需在褥墊層上部設置鋼筋混凝土板，在沿線取2m長度的截條，然后按彈性地基梁的方法用計算機軟件計算內力。為了安全儲備，CFG樁對板提供鉸支，板上的路堤和列車荷載視為梁上的均布荷載，其值為291.66kN/m2，采用得到最大正彎矩131.69kN/m2板的配筋計算：已知C35混凝土的f2本設計中受拉鋼筋采用三級鋼筋，其；本設計中構造鋼筋采用一級鋼筋，其fy=270kN/mm2本設計中取混凝土保護層厚度，，，；截面彎矩設計值截面抵抗矩系數αs=M相對受壓區高度ξ=1?1?2αs上部鋼筋面積A選用4根20mm直徑的鋼筋As'配筋率ρ=1256200×450所以不滿足最小配筋率；由于混凝土板受到的正負彎矩的值都很大，所以下部結構還需配筋：αs=Mξ=1?1?2αs下部結構鋼筋面積As=M0.5（1+1?2選用4根20mm的鋼筋，As再次驗算配筋率：ρ=1256×由上面式子可得，滿足要求。圖8-1混凝土板配筋圖8.2樁帽設計8.2.1樁帽參數CFG樁屬于剛性樁，所以CFG樁樁帽地結構必須要安裝的很牢固，最好樁帽內部涂隔離劑，讓樁帽內保持干凈，沒有雜物，保證接縫之間沒有空隙；周圍支撐加固到位，所以在樁頂和墊層之間還需設置樁帽。擬定樁帽厚度500mm，樁為圓樁，設置直徑800mm，CFG樁樁頂進入樁帽長度為50mm。8.2.2樁帽的抗彎﹑抗沖切和抗剪強度驗算1.抗彎配筋及驗算上式中—此時按照樁土荷載分擔比80%計算；P=—樁帽邊長，這里取樁帽的等效邊長；—樁的邊長，這里取樁的等效邊長；—修正系數，時取2.7，時取3.8，即；所以M=0.125顯然，樁帽頂部必須配置鋼筋，根據混凝土結構設計原理計算配筋如下：采用混凝土C35，其fc=16.7N/mm2，ft=1.57N/mm2；本設計中鋼筋采用一級鋼筋，其屈服強度fy=270N/mm2，混凝土保護層厚度α截面抵抗矩系αs=相對受壓區高度ξ=1?1?2αs上部鋼筋面積：AS'=選用6Φ6mm配筋率：ρ=170200×350采用雙向正交配筋。圖8-2樁帽構造圖圖8-3樁帽配筋圖2.抗剪驗算斜截面受剪承載力公式：式中：Vs=56.73kN≤0.7f3.抗沖切驗算驗算樁帽受沖切驗算下按式計算：式中—混凝土軸心抗拉強度設計值；—具狀邊緣處沖切臨界截面的周長；—樁帽沖切破壞錐體的有效高度；所以可得：F故沖切驗算滿足要求。第9章工程概預算9.1配合比設計我們在CFG樁復合地基設計中，要可能地利用石屑，石渣，和粉煤灰，盡可能的利用廢棄材料，減少工程造價，但是就是要充分保證成樁的質量，這是我們考慮的首要因素。因為CFG樁配合比國家尚無規范，因此，CFG樁配合比設計難度較大。CFG樁配合比設計與試配是CFG樁基工程的成敗的重要因素，對保證工程質量，控制工程投資起重要作用?？紤]地質情況綜合考慮CFG樁樁用混合料試塊28天標準養護立方體抗壓強度平均值10MPa，設計要求混合料坍落度30-50mm，碎石料粒徑20-40mm，水泥采用強度等級32.5MPa的普通硅酸鹽水泥，最終確定混合料最佳配合比。確定CFG樁混合料配合比的主要計算參數包括：用水量，石屑比，水灰比，粉灰比等。CFG樁的用水量參考普通混凝土配合比中水的用水量，并適當增加2%-5%，用水量一般取190-220kg/m1.用水量W由于本設計為CFG樁身，故單方用水量取200kg，取混合料坍落度3cm。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石屑率本設計中取石屑率為25%。石屑率λ表示：λG1G2單方混合料總量中碎石和石屑占為:G則石屑用量:G1=碎石用量:G表10-1單方各混合料用量混合料用量水W水泥C粉煤灰F石屑G1和碎石G2用量（kg）200182.3209.71401.99、1205.99表10-2每噸用料價格混合料價格水W水泥C粉煤灰F石屑G1和碎石G2價格（元）36640450、609.2相關費用9.2.1CFG樁身材料線路路堤段按1179.63m進行計算，共布CFG樁5898根。水泥價格約為366元/噸，粉煤灰價格約為40元/噸，石屑價格約為450元/噸，碎石價格約為60元/噸。單排CFG樁含10根10m長的樁和10根15m長的樁：V0=整條線路的用料量：V=936×V1.水泥用量：W=41661水泥費（包含運輸費）：Qw2.粉煤灰用量：F=41661粉煤灰費（含運輸）：QF=8736.7283.石屑用量：G石屑費（含運輸）：QG1=16747.3054.碎石用量：G2=碎石費（含運輸）:QG2=50242.749故總的樁身材料費用為Q=16739887.84元9.2.2褥墊層費用級配碎石約為60元/m3褥墊層費用元考慮20%的運費，所以費用為3773165.76元9.2.3設備費用投入6臺振動打樁機同時施工，其中每臺約為250000元，其配套設備每臺60000元，加上其他設備計為300000元，故可得出設備費用：25×6＋6×6＋30＝216萬9.2.4.土工格柵土工格柵價格：每平米6.6元土工格柵費用為（包括運輸費）42×1179.63×6.6×1.2=392392元9.2.5工人工資每臺打樁機10個工人，工人工資計為20元/時，每天工作10小時。1：前期準備、測量放樣、場地平整；預計為15天，人員30人，工資為：30×15×20×10＝90000元2：樁施工；工期預計為3個月，6臺班，每班10人。工資計為：10×6×20×10×90＝1080000元3：褥墊層施工；預計工期5天，人員20人，工資為：20×20×10×5＝20000元4：后期清理；預計為5天，人員25人，工資為：25×20×10×5＝25000元故可得出工人總的工資約為1134000元9.2.6附加費用包括用電在內的一些其他費用，計為500000元因而，可以得出總的費用為：24493480元表10-3各項費用統計CFG樁身材料褥墊層設備土工格柵工人附加FWG1G2用量8737t8332t16747t50243t49545m36臺49545m285人金額（萬）4200.049043623782164011350第10章CFG樁復合地基的施工10.1施工設備本設計中采用振動沉管灌注樁，振動沉管灌注樁被廣泛應用于黃土濕陷性地區。它具有施工比較方便，施工工期比較短等優勢，樁身更加密實。10.2施工程序本設計用振動沉管灌注樁。10.2.1施工準備1.施工前應具備的資料和條件：（1）提前獲取場地的工程地質資料；（2）熟悉CFG樁布樁圖，提前熟悉施工圖，熟悉施工流程。提出主要材料，施工機器的進場時間和供貨流程。2.施工技術措施內容：(1）確定施工機器；(2）提出主要材料，施工機器的進場時間和供貨流程。(3）場地平整，場地平整度必須小于5%；(4）按施工設計圖放好樁位；(5）確定施打CFG樁的施工順序；(6）施工中的臨時設施，施工用水，用電等都要到位。10.2.2施工前的工藝試驗試樁目的是驗證：工藝試驗的施工設備是否滿足要求；混合料配合比是否滿足施工需要；預測混凝土拌合的時間，如果不滿足要求，可以隨時調整；4，新打樁對未結硬的已打樁的影響5，新打的樁對已經結硬的已打樁的影響CFG樁試驗，會使我們更加深入地了解CFG樁的施工工藝，保證后期工作的順利進行。10.2.3CFG樁施工工藝流程：樁位放點10.2.4施工順序選擇因為CFG樁新打樁對已打樁會有影響，所以CFG樁的施工順序一般不按照順序一次性打樁。本設計中CFG樁施工順序是隔樁跳打，選擇隔樁跳打的原因是黃土濕陷性地區由于土的性質，在打完一個樁之后，土體的密度會有很大程度的增加，所以這就會造成下一個需要打的樁打樁的難度會增加。原因是在補樁時，沉管難度會增加，其次容易造成已打樁的斷樁。施打順序示意圖10.2.5施工監測信息施工在一個工程都是至關重要的，在施工中過程中尤其是施工前期的有關檢測是至關重要的，一般我們會進行以下的觀測：1.施工場地標高的觀測未來保證打樁過程中準確了解打樁引起的地面沉降，我們一般在施工要測量與觀察足夠數量的場地標高。在打樁的過程中出現的一些地面隆起的現象要常常與斷樁聯系在一起。2.CFG樁頂標高的觀測施工過程中很容易出現斷樁等很多其他問題，所以我們要著重注意已打樁的標高的變化，尤其是對于樁距比較臨近的樁，我們需更加注意。10.5施工組織方案10.5.1總體施工方案本段路基全長3145.5m，共計7個區間路基，3個路隧過渡段。主要為挖方。項目部下應該設一個路基架子隊：分設路基一班架子隊和路基二班架子隊負責本段路基施工。路基采用反鏟開挖，自卸車運輸至棄渣場。填筑料按照土石方調配表，綜合考慮路基開挖出土和隧道棄渣，合理規劃使用。對于深路塹，應盡早開工，并做好開挖和板樁墻施工協調工作，同時做好高路塹邊坡防護工作。橋頭和涵洞處基礎處理應盡早開工，確保不對橋梁基礎產生影響，確保填筑工作順利進行。10.5.2總體施工順序路基施工順序：施工前勘察?施工準備?10.5.3施工組織措施1.施工準備階段組織措施（1）施