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1、课程设计报告书课程名称_地基处理_设计内容_205 国道桥头软弱地基处理_专业、年级_ _学生姓名_ _指导教师_ _完成时间_2_合肥工业大学资源与环境工程学院设计设计 题目题目205 国道（高速公路）桥头软弱地基处理成绩成绩课课 程程 设设 计计 主主 要要 内内 容容通过地基处理课程的学习，对 205 国道（高速公路）桥头软弱地基处理进行设计，设计内容为：1，布桩形式，桩径，桩距；2，桩长；3，复合地基承载力；4，荷载计算（车辆，及路堤自重） ；5，复合地基的沉降量计算；6，下卧层承载力和沉降量的计算； 7，工后沉降的计算；8，沉降稳定时间；9，方案选择及判别； 10，造价等。理论联系实
2、际，了解地基处理设计有多种选择，从质量，进度和投资等方面综合考虑，选择一个最佳方案。通过课程设计，掌握设计的方法和步骤。指指 导导 教教 师师 评评 语语建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。建议：从学生的工作态度、工作量、设计（论文）的创造性、学术性、实用性及书面表达能力等方面给出评价。签名：签名： 2012 年年 06 月月 10 日日205 国道（高速公路）桥头软弱地基处理的课程设计一、 工程简况东环路是 205 国道在马鞍山境内的一段，是一级汽车专用公路，长 19.6Km, 双向 4 车道， 设计车速 110Km/h, 路面宽
3、 24.5m, 路堤平均堆高 4.0m，基底宽 36.042.0m。其中在五亩山 大桥和丰收桥之间为大面积灌溉渠，地基极为软弱：从地表向下依次为 0.8m 厚耕植土， 8.09.0m 厚流塑和软塑淤泥质亚粘土，再往下是 10.0m 厚软塑和硬塑亚粘土等（表 1） ，地 下水位离地表 0.50.8m。表 1 各层土的物理力学指标值土层名称（状态）（）（t/m2）eILa(Mpa-1)Es(Mpa)Cu(kPa)u(。)淤泥质亚粘土（流塑）40.2-95.11.781.111.150.931.963淤泥质亚粘土（软塑）38.51.811.100.730.762.6126亚粘土（软塑）29.51.9
4、00.850.650.444.096亚粘土（硬塑）23.62.010.670.150.198.96818含碎石亚粘土21.71.990.690.370.247.1注 淤泥质亚粘土渗透系数4.2310-7cm/s二、 地基处理方法选择由于该段地基极为软弱，初步计算。其路堤临界高度仅 3.0m，在设计的路堤作用下地 基固结沉降量为 50.5cm。按两年工期则工后沉降超过 20cm，不能满足工后沉降 Sr10cm 的规范要求，必须对地基进行处理。处理方法有以下四种：砂垫层法；砂井法；粉喷桩法 和二灰桩法。砂垫层法虽然施工简单，造价低，但此法不能满足工后沉降的设计要求及存 在压路机下陷，难以施工的问题
5、。砂井法有利于软粘土排水，能加速固结沉降，但施工要 求高而且对工期有严格限制。粉喷桩法有利于固化软土，亦能满足工期要求，但工程造价 高。二灰桩法是马鞍山矿山研究院为加固软弱地基而开发的一项土工新技术，以成功地用 于危楼地基加固和重载铁路软基处理。马鞍山发电厂有大量粉煤灰（工业废渣）可供利用， 故二灰桩成本较低。从路堤稳定，工后沉降，工期及经济诸方面考虑，确定采用二灰桩技 术对桥头软弱地基进行加固处理(同学们也可另选其他地基处理方法)。三、 课程设计要求画剖面图，选出方案，作出设计（桩径，桩长，桩距，平面布桩，沉降量，复合地基 承载力） ，写出计算步骤。如有可能，算出沉降稳定的时间，工后沉降以及
6、造价。 设计报告装订顺序：封面任务书（成绩）设计计算图纸 注：二灰桩的抗剪强度为 130 Kpa。加固后桩周土的承载力标准值为 40 Kpa。四、 二灰桩（粉煤灰生石灰=37）复合地基设计计算亚亚亚亚亚亚(亚亚)亚亚亚亚亚亚亚亚亚亚亚亚亚(亚亚)亚亚亚(亚亚)亚亚亚亚亚亚亚亚亚图 1 桥头地层剖面图方案1.桩径、桩距及布桩形式1) 根据设计要求、当地施工条件以及对成孔机械的要求，成孔桩径d 一般选用 300600mm。此处选用 500mm。2) 桩距通常采用(23)d，此处取 L=1000mm。3) 为使桩间土得到均匀挤密，布桩形式定为等边三角形布桩：2. 桩长、桩土应力比及面积置换率石灰桩桩
7、端宜选在承载力较高的土层中，故而本设计选择软塑亚粘土为持力层。初步确定桩长为 8m，但在施工中桩顶标高应高出设计标高 0.1m，上部0.8m 的耕植土挖去，换成 0.6m 厚粉煤灰和 0.2m 厚的砂石褥垫层。桩土应力比一般为 25，此处取 n=3。正三角形布桩面积置换率为： ，二灰桩的粉煤灰：石灰23.03222 ldm=3：7，所以石灰桩膨胀率 =1.2，膨胀后的面积置换率。276. 02 . 123. 0mm3. 复合地基承载力计算公式：kskpkspfmfmf,1式中：桩身强度kspf,加固后的桩周土承载力标准值 ksf,膨胀后的置换率m初步设计时取=350kPa，加固后的桩周土承载力
8、标准值=40kPa（初步ksf, ksf,设计时，取=350500kPa，土质好，施工条件号时取高值；土质差，地下ksf,水较丰富时，取低值；=40kPa 为已知条件） ，所以： ksf, 6 .12540276. 01350276. 01,kskpkspfmfmf4. 荷载计算公路级汽车荷载的车辆荷载以一辆标准车表示，其主要技术指标应符合下表规定。项目项目单位技术指标车辆重力标准值kN550前轴重力标准值kN30中轴重力标准值kN230后轴重力标准值kN2140轴距m3+1.4+7+1.4轮距m1.8前轮着地宽度及长度m0.30.2中、后轮着地宽度及长度m0.60.2车辆外形尺寸（长宽）m1
9、52.5公路纵向取 15m，宽 42m，考虑四车道有六辆车的最不利情况，其中有四辆行驶，两辆车由于故障而停下，另有载荷分项系数：永久荷载，G=1.2 可变荷载，Q=1.4。假设每国辆车的载重加自重为 550kN，则：P车=65501.4/(1542)=7.3kPaP路基=1/2(24.542) 415201.2/(1542)=76kPaP= P车+ P路基=7.3+76=83.3 kPa=125.6kPakspf,满足承载力的要求。5. 下卧层承载力的验算下卧层以上的自重应力：Pcz=(17.8-10) 4+(18.1-10) 4=63.6kPaPz=P=0.243883.3=20.3kPa：
10、为附加应力系数，由查表得 =0.2438P= Pcz+ Pz=83.9kPa 桩底土层承载力进行深度修正公式：cqucNdNbNP021、承载力系数，无量纲，仅与内摩擦角 u有关，可查表得：NqNcN太沙基公式承载力系数表u0510 15 20 25 30 35 40 45N00.511.201.804.0011.021.845.4125326qN1.001.642.694.457.4212.722.541.481.3173.3cN5.717.329.5812.917.625.137.257.795.7172.2下卧层亚粘土分软塑、硬塑两层，其内摩擦角分别为 6、18，粘聚力分别为 9kPa、
11、68kPa，由此查表可得：=0.65，=1.85，=7.78NqNcN、分别为复合地基土层、下卧层的平均重度：0kPa/m95. 78/4101 .184108 .170kPa/m6 . 910/5101 .2051019b=1/2(24.5+42)=33.25m,d=8m,c=9kPa所以修正后桩底土层承载力为：Pu=1/29.633.25065+7.9581.85+97.78=291.42 kPa取安全系数 K=3,则 Pu/P=291.42/83.9=3.473，故地基承载力满足。6. 沉降量计算沉降计算分为复合地基沉降计算和下卧层沉降计算两部分。复合地基部分采用复合模量法，下卧层采用分
12、层总和法。复合模量公式：sispiEnmE11修正系数，由经验确定，此处取为 1.2淤泥质亚粘土（流塑） =3.54MPasispiEnmE11淤泥质亚粘土（软塑）=4.84MPasispiEnmE11（由于 0.8m 耕植土换为 0.2m 的砂石褥垫层和 0.6m 厚粉煤灰，在施工中已经密实，故该层沉降可忽略）1)复合模量法计算复合地基沉降量：sinipsiiHEps1加固区土层变形量；s第 i 层复合土体上附加应力增量；ip第 i 层复合地基的压缩模量；psiE第 i 层土体的厚度；iH复合土体的总层数。n计算结果列表如下：点号Z(m)层号z/bEspi(MPa)Pi(kPa)pi(kPa
13、)si(cm)si(cm)000183.3140.100.984 3.5482.082.79.39.3280.190.970 4.8480.881.46.716.0加固区沉降 s1=16.0cm。2) 下卧层地基沉降计算计算公式同复合模量法：，但为第 i 土层的压缩模量，inipsiiHEps1psiE计算结果如表：点号Z(m)层号z/bEspi(MPa)自重应力Pi(kPa)pi(kPa)si(cm)si(cm)3130.31 0.926 4.0108.677.1 79.09.94180.43 0.859 8.9159.171.6 74.44.214.15230.55 0.790 7.120
14、8.665.8 68.74.818.96280.67 0.718 7.1258.159.8 62.84.423.37330.79 0.650 7.1307.654.1 57.04.027.3下卧层沉降 s2=27.3cm。3) 总沉降量 s= s1+ s2=16.0+27.3=43.3cm。7. 工后沉降计算淤泥质亚粘土平均压缩系数 a=0.85MPa-1,平均孔隙比 em=1.11；淤泥质亚粘土渗透系数 k=4.2310-7cm/s,单面排水 H=8m。固结系数=3.37105cm2/awm vaekc1时间因子 （t 为 1.2 年）63. 0/2HtcTvv固结度%83814 22 vT
15、teU工后沉降为：sr=43.3(1-83%)=7.3cm10cm，符合要求。8. 沉降稳定时间若固结度达到 90%则算沉降稳定，查表得时间因子 Tv 为 0.85，由得2/HtcTvvacHTtvv6 . 1/2沉降稳定时间大概是 1.6 年。9. 造价计算桩中心距为 1m,则排距为 0.87m，42 米路堤布桩 49 排，每百米每排平均布桩100 根,所以公路每百米布桩 4900 根,每根桩长 8m.直径 500mm,故每百米总用灰量为: 4900*8*0.252=7697m3，石灰的密度为 1.1kg/m3,单价 600 元/t,粉煤灰的密度为 2.2 kg/m3,单价 30 元/t，按二灰桩的材料、人工、机械使用、运输及损耗各项费用共为 150 元/m3计算，则工程总造价在 115 万左右。10.附图：
