碎石桩复合地基算例(参考)

一、设计资料

1、工程概况

某高速公路有一段长度360 m的软土地基。设计路堤高度4.00 m，顶面宽度28 m，路堤边坡坡比为1:1.5。为保证地基承载力以及路堤稳定性和沉降满足工程要求，试对该路段软土地基进行加固设计。

2、工程地质概况 1）地形地貌概况

该路段位于冲积平原区，地势低平开阔，地下水位高，埋深0.6～1.0m，地表洼淀、苇塘密布，排灌渠道纵横交织。

2）工程地质条件

(1) 成因类型与土质特点：本区属河、海、湖相交替沉积区。地基可压缩性高，承载力低，抗剪能力差，排水固结慢，有机质含量高，属典型软土地基。旱季勘察水位约为2m，秋季水位约为1m（部分区段仅为0.6 m）。

(2) 土层及试验指标：如表1。

表1 土层及其土工试验指标值

序号 ① ② ③ ④ ⑤ w Ip a1-2 cu Es fk 土层  e Sr -13/% /MPa /kPa /MPa /kPa 埋深 /kN/m /% 40 8.45 70 亚粘土 0.0~2.0 19.5 9.8 0.69 0.79 16 0.20 35 3.96 65 粘土 2.0~2.9 19.1 33.7 0.98 0.95 20 0.50 25 2.72 50 淤泥质土 2.9~10.2 18.5 45.8 1.20 1.00 17.1 0.80 30 4.95 60 亚粘土 10.2~17.0 19.2 34.0 0.92 0.96 9.2 0.45 19.3 34.0 0.84 0.98 10.9 0.40 35 5.63 70 粘土 17.0~ 土名 二、一般设计

（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2～3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5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④到土层⑤顶面，即取H

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=17.0 m。

（5）桩径：根据地基土质情况和成桩设备等因素确定，桩径为0.5 m。 （6）面积置换率m和桩距l ：碎石桩复合地基一般m＝0.15～0.4，本例路堤高度不是很高，荷载相对较小，可先取m＝0.20进行计算。

22∵ mdpde，de1.05l (等边三角形布桩)

已知桩的直径dp和面积置换率m，则可反算出桩的间距l＝1.06m。可初步设计l = 1.10m，此时的m = 0.19，整个加固区所需桩数为13193根。

（7）材料：可就地取材，可使用卵石、砂砾石材料，含泥量不大于5％，常用的粒径为2～5cm，最大不超过8cm。

（8）垫层：基础底面与碎石桩复合地基顶面之间应铺设30～50cm厚度的碎(砂)石垫层，分层铺设，振动密实。

三、承载力验算

（1）单桩承载力fp,k ：可按下式计算

fp,k16cutan245p K2式中，K为安全系数，一般取K＝2.0；φp为碎石桩的内摩擦角，据统计φp

＝35～45，计算时可取其平均值φp=38；cu为碎石桩加固范围内桩间土的不排水抗剪强度，对于多层土，可按厚度加权平均值求出，得cu＝29.29kPa。代入公式有

138fp,k629.29tan245369.38 kPa 22（2）复合地基承载力fsp,k：按下式计算

fsp,kmfp,k1mfs,k

式中，fs,k —桩间土天然地基承载力标准值，kPa，可近似取用处理前地基

土的承载力标准值，对多层土可取加权平均值，即有fs,k＝60.59 kPa；

 —桩间土承载力发挥系数，与桩、土的强度以及桩的破坏形式等

有关，对于碎石桩复合地基，可取＝1.0。代入上式，有

fsp,k0.19369.381.010.1960.59119.26 kPa

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（3）作用于地基上的荷载p：路堤实际高度HD=4.0 m，加上汽车荷载近似换算高度1.0 m。取路堤填土重度为20kN/m3，则路堤作用于地基上的实际荷载为p＝100kPa。

所以，p＜fsp,k，满足设计要求。

于是，可取置换率m＝0.19、桩间距l＝1.1m作为最终设计值。

四、沉降验算

地基总沉降S＝加固区压缩量S1+下卧土层压缩量S2。 （1）S1按复合模量法计算。先求复合模量Ec

Ec[1m(n1)]Es

式中，Es 为桩间土的压缩模量，按土层厚度加权平均求得Es＝4.35MPa；

n为桩土应力比，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关，一般n＝2～4，取n＝4.0。

于是，可得复合地基的压缩模量Ec=6.83MP。 然后，按分层综合法计算得S1=226.50mm。

（2）S2采用应力扩散法计算。取应力扩散角＝20，最终计算得加固区下卧层压缩量S2＝214.25mm。

于是总的沉降S=S1+S2=226.50+214.25＝440.75(mm)

五、稳定性计算

依据《公路软土地基路堤设计与施工技术规范(JTJ 017-96)》规定，对于一般性工程，可用综合抗剪强度指标按毕肖普法计算。本例按下式确定

cccs(1m)mcp tantan(1m)mtancsp加固区土体未加固时平均粘聚力cu29.29kPa，平均摩擦角u0；桩

体的粘聚力cp=0，φp=38ﾟ。由上式可计算得：

csp=23.72kPa，tanφsp=0.15

再利用优化计算方法，按简化毕肖普法计算路堤边坡稳定性安全系数值为1.84，大于规范要求的1.4。满足工程要求。

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