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1、碎（砂）石桩复合地基 概述 加固原理 设计计算 施工工艺 效果检验 工程实例 主要内容 概述 用振动、冲击或水冲等方法在软弱地层中成孔后，再将 碎石或砂挤压入土孔中，形成大直径的由碎石或砂所构 成的密实桩体称碎石桩(Stone Column)或砂桩(Sand Pile。 定义 成桩方法： 沉管法、振动气冲法、袋装碎石桩法以及强夯置换法等 碎（砂）石桩： （散体材料桩） 概述发展历史 砂桩 起源于19世纪30年代的欧洲。 由于长期缺乏使用设计计算方法、先进施工工艺、施工设备， 砂桩的应用、发展受到很多影响 二战后，前苏联对砂桩研究取得了较大发展。 砂桩在初期的应用，主要用于加固松散砂土地基。 2
2、0世纪50年代后期，产生了目前日本采用的振动式、冲击 式施工方法。 施工过程中采用了自动记录装置，提高了施工质量、施工效率 和处理深度。 国外 概述发展历史 砂桩 国内 20世纪50年代引入我国，在工业、交通、水利等建设工程 中都得到长足发展，施工工艺、成桩材料也多样化。 目前国内常使用的成桩方法有：振动成桩法、冲击成桩法。 概述发展历史 碎石桩 最早应用的工程： 1835年，法国一个坐落在海湾沉积软土上的兵工场车间工程 设计桩长:2m,桩径：0.2m，每根桩承担荷载10kN，加固后，实 际沉降量为加固前的1/4,此后该工程被遗忘。 1937年 德国用振冲器，采用振动水冲法加固 砂土地基（不设
3、桩体）。 20世纪50年代末、60年代初，德国凯勒公司在Nurembreg的一项 地基工程中用振冲器在粘性土中制造了2m深的孔，填入块石， 再用振冲器使块石密实，处理后，地基承载力有很大提高。 1977年 我国引进振冲碎石桩技术。 概述发展历史 由于振冲法施工时产生泥水横流的现象，污染环境，在城市 及已有建筑地区使用受限，所以又产生了不同的施工工艺。 它们虽施工不同于振冲法，但同样可形成密实的碎石桩 ，人们自觉或不自觉地套用了“碎石桩”的名称。 如沉管法、振动气冲法、袋装碎石桩法、强夯置换法等。 1960年，英国一家地基工程公司，建造一栋六层房屋时，在开挖基槽 时意外发现地基中有一层厚2m的有
4、机粉土，强度很低，最后采用振冲 造孔，回填碎石的方法处理，效果很好。后来，这两家公司有意识地 把这一方法用于加固软弱粘土地基振冲法。由于使用的桩身材料 为碎石，故称振冲碎石桩法。 概述适用范围 振密法 沉管法干振法振冲挤密法 概述适用范围 置换法 钻孔锤击法振冲置换法 排土法 沉管法强夯置换法振动气冲法 其它方法 群围碎石桩法袋装碎石桩法水泥碎石桩法 概述适用范围 1、碎石桩、砂桩适用于挤密松散砂土、粉土、粘 性土、素填土、杂填土等地基。 2、对于饱和粘性土地基上，变形控制要求不严的 工程也可用砂桩或碎石桩置换处理。 3、对于饱和软粘土地基，为保证成桩质量，当地 基土不排水抗剪强度20kPa时
5、，应当根据现场试 验确定其适用性（振冲碎石桩）。 4、碎石桩、砂桩对于处理可液化地基尤其有效。 适用地基土类型 中小型工业与民用建筑 港湾构筑物：如码头、护岸等 土工构筑物：如土石坝、路基等 材料堆置场：如矿石场、原料场等 其它：如轨道、滑道、船坞等。 概述适用范围 适用工程 加固原理 一、对松散无粘性土的加固机理 振密：疏松的单粒结构，颗粒排列位置很不稳定， 在动力、静力作用下重新排列，趋于较稳定状态，产生 较大的沉降，特别在振动力作用下更为显著，其体积可 减少20。 加固砂性土地基的主要目的是提高地基承载力、减少变 形和增强抗液化性。 1、挤密、振密作用 挤密：横向挤压，有效挤密范围34倍
6、桩直径 桩周土体在受到挤密、振密两种作用时，有效的密实 范围可达6d 加固原理 沉管法 振冲法 1978年，日本宫城地震，油罐区地面加速度为0.185g。 地基为水利冲填粉砂土。大量油罐倾斜，其中有3个 6000t油罐地基土采用挤密砂桩处理，桩径0.7m，加固 深度15.5m，间距1.8m，三角形布置，加固范围宽出罐 周2.8m，加固前后地基标贯值分别为5和15，成功经受 了强地震考验 2、排水减压作用 加固原理 饱和松散的无粘性土受到动力剪切循环荷载作用时， 如无排水条件：u0，形成完全液化。 设置砂石桩后：桩体可作为渗透性、反滤性良好的竖 向排水通道，快速消散u，防止砂土液化。 3、预震作
7、用 成孔、成桩过程中由于强烈的振动作用，使填入料和地 基土获得了强烈的预震。 1975年，美国H.B.Seed试验：Dr=54%通过预振作用的砂土试样 其抗液化能力等于Dr=80%的未经预振的砂土试样的抗液化能力 即：Dr相同，在一定的动力循环次数作用下，要使预震试样液化所 需施加的应力比未经预震试样应力高46% 加固原理 砂土液化特性除与Dr有关外，还与振动历史有关。 1964年，日本新泻发生7.7级地震，大部分砂土地基发 生液化，震害严重。 而地基采用振冲法处理的20000m2油罐厂房基本没有破坏 ，基础仅下沉2030mm。 同一地点相邻的几个厂房，虽然打入深7m，直径0.3m的 钢筋混凝
8、土桩，并打到N=20的土层中，但还是发生了明 显的沉陷和倾斜。 振冲法：水平加速度a=10g，振冲频率：1450次/min，90kN激 振喷水。2m内砂土振动加速度a=0.5g，其强度要比地震时大得 多。 二、对粘性土的加固机理 加固原理 1、对于粘性土，特别是饱和软土，砂桩、碎石桩的作 用主要是置换 换土置换 强制置换 强制置换 外荷载作用下，桩与桩间土形 成复合地基，应力按桩、土变 形模量进行重新分配，应力集 中到桩体上，n=24 2、排水作用 加固原理 饱和粘性土，成桩过程中由于扰动，使土体强度，成 桩后，桩体作为排水通道加速土体固结，加上触变恢 复的影响，其强度有可能大于天然土体强度。
9、 减少沉降稳定时间。 上海宝钢 对比试验： 载荷试验：p=160kPa，载荷板影响范围内， 饱和粘土、淤泥质粘土、粉质粘土稳定时间：190h； 设置砂桩形成复合地基后，稳定时间：6970h 3、垫层作用 加固原理 4、加筋作用 较厚软弱粘性土层中，砂、石桩体未打穿该土层。 整个加固区对于下卧层起到垫层的作用。 起到应力扩散并趋于均匀 提高地基承载力 减小沉降的作用 设计计算 一、一般设计原则 1、加固范围 应大于基底面积。 对一般地基，在基础外缘宜扩大12排； 对可液化地基，在基础外缘应扩大24排桩。 （基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2,并不应小于5m） 2、桩位布置 （a）正方
10、形 （b）矩形 （c）等腰三角形 （d）放射形 设计计算 根据基础形状、荷载分布情况进行确定 一般采用正方形、等边三角形布置，一些圆形基础常采用放射形布置 对于砂土地基，因主要依靠成桩时对桩周土密度的提高，采用三角形布 置更为有利，使地基挤密较均匀。 3、加固深度 (1)当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定； (2)当相对硬层的埋藏深度较大时，对按变形控制的工程，加固 深度应满足碎石桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形值 的要求； (3)对按稳定性控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面的 深度； (4)在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定； (5)桩长不宜短于
11、4m。 目前国外振冲碎石桩加固地基最大深度为25m， 国内振冲碎石桩加固地基最大深度为18m， 因此设计时最大桩长不要超过25m，否则应做专门的试验研究。 设计计算 设计计算 4、桩径 碎石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。 小直径桩管挤密质量较均匀，但施工效率低。 大直径桩管需要较大机械能力，工效高，对桩间土挤密不均匀。 对软粘土宜采用大直径桩管，以减少对原地基的扰动程度。 采用30kw振冲器成桩时，碎石桩的桩径一般为0.70一1.0m； 采用沉管法成桩时，碎石桩的桩径一般为0.7m， 振冲桩的间距应根据上部结构荷载大小和场地土 层情况，并结合所采用的振冲器功率大小综合考 虑。
12、 30kW振冲器布桩间距可采用1.32.0m； 55kW振冲器布桩间距可采用1.42.5m； 75kW振冲器布桩问距可采用1.53.0m。 荷载大或对粘性土宜采用较小的间距，荷载小或 对砂土宜采用较大的间距 砂石桩的间距应通过现场试验确定。 对粉土和砂土地基，不宜大于砂石桩直径的4.5倍； 对粘性土地基不宜大于砂石桩直径的3倍。 设计计算 5、间距 6、桩体材料 设计计算 碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂、中砂、石屑等 含泥量不得大于5% 沉管法成桩，填料最大粒径不宜大于50mm。 桩孔填料量应通过现场试验确定。 估算时： 充盈系数。1.21.4 材料挤密程度、施工中的损失 振冲法成桩，填料
13、粒径： 30kW振冲器2080mm；55kW振冲器30100mm；75kw振冲器40 150mm 7、垫层 设计计算 砂、石桩施工完毕后，应铺设0.30.5m厚碎（砂）石 垫层。分层铺设，用平板振动器振实。 作用：水平向排水通道。 调整桩、土应力比。 软弱土层上铺设，保证施工机械正常行驶、操作。 设计计算 二、无粘性土地基中砂、石桩设计计算 1、挤密设计中桩距确定。 设桩的布置如下图。假设在松散砂土中桩能起到100%的挤密效果， 即成桩过程中地面没有隆起或下沉，被加固的砂土没有流失。 设桩的加固面积为A，单位深度灌碎石(或砂)量为Ap，原砂土地基单位深 度的平均体积为Vo，其中砂固体颗粒所占体
14、积为Vs；加固后桩间土单位深 度的平均体积为V1；桩距为L。 取L=1， 设计计算 设计计算 正方形布桩 设计计算 等边三角形形布桩 实际工程中，施工后地面通常有一定的下沉量， 设计计算 1.11.2 e1处理后要求的孔隙比。 可按工程对地基承载力要求或要求达到的Dr （0.700.85）确定 考虑振动下沉： 设计计算 2、处理砂土、粉土等可液化地基设计计算。 1）根据抗液化要求确定挤密处理后要达到的标准贯入击数N： N63.5标准贯击试验贯入锤击数实测值(未经杆长修正) Ncr 液化判别标准贯入锤击数临界值 N0 液化判别标准贯入锤击数基准值（可查表得到） ds 饱和土标准贯入点深度(m)
15、0 粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，均采用3 dw 地下水位深度(m） N63.5 设计地震分组 烈度 789 第一组6（8）10（13）16 第二、三组8（10）12（15） 标准贯入击数基准值N0 设计计算 2）由NDr：方法：经验公式 对照表 地区规范 3）由 Dre1： 4）由 e1l： 2、砂、石桩提高砂土、粉土地基承载力设计计算。 设计计算 1）暂定m： 2）m挤密后桩间土承载力特征值： （1）m e1 Dr （2）DrN （3） N fsk 建筑地基基础设计规范 经验关系 3）fsk fspk n：一般取24 4）如果设计荷载p fspk，则预设m合适； 否则提高m，直到满足
16、为至。 5）m d l 采用d=600mm的挤密碎石桩法处理某松砂地基，碎石 桩呈正方形布置。 场地要求：经处理后，砂土的Dr=0.85，已知，砂土 天然孔隙比e=0.78，dmax=1.65t/m3， dmin=1.50t/m3，砂土的土粒相对密度ds=2.7， 考虑振动下沉密实作用，确定碎石桩间距。 作业 三、粘性土地基中砂、石桩设计计算 设计计算 1、承载力计算。 1）、砂、石桩单桩极限承载力计算。 如果作用在砂、石桩顶的荷载足够大，桩体会发生破坏。 绝大多数砂、石桩 会发生鼓胀破坏。 设计计算 有学者指出：鼓胀破坏深度在2d内，即2d深度范围内水平向 位移较大，深度超过（23d），水平向位移几乎可忽略。 因为无粘结强度桩桩体强度主要取决于桩间土的约束力，且 约束力随深度而，单桩强度也随之增加，即深度越大发 生鼓胀破坏的可能性越小。 下面以鼓胀破坏形式为基础推导公式。 （1）、Brauns单桩极限承载力。 假设单桩的破
