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1、振冲法,山东建筑大学 结构系,地基处理,定义 地基处理(foundation treatment )一般是指用于改善支承建筑物的地基（土或岩石）的承载能力或抗渗能力所采取的工程技术措施,分类,地基处理主要分为基础工程措施和岩土加固措施。 有的工程，不改变地基的工程性质，而只采取基础工程措施；有的工程还同时对地基的土和岩石加固,以改善其工程性质。 选定适当的基础形式,不需改变地基的工程性质就可满足要求的地基称为天然地基；反之，已进行加固后的地基称为人工地基。,基础工程措施,浅基础 通常把埋置深度不大，只需经过挖槽、排水等普通施工程序就可以建造起来的基础称为浅基础。它可扩大建筑物与地基的接触面积，
2、使上部荷载扩散。浅基础主要有：独立基础(如大部分柱基)；条形基础（如墙基）；筏形基础（如水闸底板）。当浅层土质不良，需把基础埋置于深处的较好地层时，就要建造各种类型的深基础，如桩基础、墩基础、沉井或沉箱基础、地下连续墙等。它将上部荷载传递到周围地层或下面较坚硬地层,桩基础 一种古老的地基处理方式。中国隋朝的郑州超化寺塔和五代的杭州湾海堤工程都采用桩基。按施工方法不同，桩可分为预制桩和灌注桩。预制桩是将事先在工厂或施工现场制成的桩，用不同沉桩方法沉入地基；灌注桩是直接在设计桩位开孔，然后在孔内浇灌混凝土而成。,沉井和沉箱基础 沉井又称开口沉箱。它是将上下开敞的井筒沉入地基,作为建筑物基础。沉井有
3、较大的刚度，抗震性能好，既可作为承重基础，又可作为防渗结构。1945年美国蒙哥马利闸采用沉井作为承重防渗基础。沉箱又称气压沉箱，其形状、结构、用途与沉井类似，只是在井筒下端设有密闭的工作室，下沉时,把压缩空气压入工作室内,防止水和土从底部流入，工人可直接在工作室内干燥状态下施工。如1937年中国钱塘江铁路桥的桥墩采用沉箱基础；1963年日本杨川闸用沉箱作为闸的承重防渗基础。,地下连续墙 利用专门机具在地基中造孔、泥浆固壁、灌注混凝土等材料而建成的承重或防渗结构物。它可作成水工建筑物的混凝土防渗墙；也可作一般土木建筑的挡土墙、地下工程的侧墙等。墙厚一般40130cm。世界上最深的混凝土防渗墙达1
4、31m（加拿大马尼克三级坝）。,土基加固,采取专门措施改善土基的工程性质。土基加固方法很多，如换土法、碾压法、强夯法、爆炸压密、砂井、预压砂井（堆载预压砂井及真空预压砂井）、振冲法、灌浆、高压喷射灌浆等。,换土法 将软弱的土层挖除，置换以良好的土、砂、碎石或与建筑物相同的材料，然后压实或夯实。一般闸基用砂或碎石置换，称砂垫层或碎石垫层。,强夯法 用几十吨重的夯锤，从几十米高处自由落下,进行强力夯实的地基处理方法。夯锤一般重1040t，落距640m,处理深度可达1020m。采用强夯法要注意可能发生的副作用及其对邻近建筑物的影响。,预压砂井法 在地基内按一定的间距打孔，孔内灌注透水性良好的砂，缩短
5、排水路径，并在上部施加预压荷载的处理方法。它可加速地基固结和强度增长，提高地基稳定性，并使基础沉降提前完成。砂井直径一般2550cm，间距23m。砂井一般用射水法造孔,也可采用袋砂井、排水纸板等，还可采用真空预压法，即用抽真空的办法加压，可取得相应于80kPa的等效荷载。,振冲法 用振冲器加固地基的方法，即在砂土中加水振动使砂土密实。用振冲法造成的砂石桩或碎石桩，都称振冲桩。,灌浆 借助于压力，通过钻孔或其他设施将浆液压送到地基孔隙或缝隙中，改善地基强度或防渗性能的工程措施 。,高压喷射灌浆 通过钻入土层中的灌浆管，用高压压入某种流体和水泥浆液，并从钻杆下端的特殊喷嘴以高速喷射出去的地基处理方
6、法。在喷射的同时，钻杆以一定速度旋转，并逐渐提升；高压射流使四周一定范围内的土体结构遭受破坏，并被强制与浆液混合，凝固成具有特殊结构的圆柱体，也称旋喷桩。如采用定向喷射，可形成一段墙体，一般每个钻孔定喷后的成墙长度为 36m。用定喷在地下建成的防渗墙称为定喷防渗墙。喷射工艺有三种类型：单管法，只喷射水泥浆液；二重管法，由管底同轴双重喷嘴同时喷射水泥浆液及空气；三重管法，用三重管分别喷射水、压缩空气和水泥浆液。,岩基加固,少裂隙、新鲜、坚硬的岩石，强度高、渗透性低，一般可以不加处理作为天然地基。但风化岩、软岩、节理裂隙等构造发育的岩石，须采取专门措施进行加固。岩基加固的方法，有开挖置换、设置断层
7、混凝土塞、锚固、灌浆等。 开挖置换 类似土基加固的换土法，将设计规定的建筑物建基高程以上的风化岩全部开挖，用混凝土置换。 设置断层混凝土塞 将断层内断层角砾岩、断层泥挖除至一定深度，回填混凝土，形成混凝土塞。 锚固 在岩石内埋设锚索，用以抵抗侧向力或向上的力；通常锚索为被水泥浆或其他固定剂所包裹的高强度钢件（钢筋、钢丝或钢束）。锚固法也可以加固土基。 灌浆 主要有帷幕灌浆和固结灌浆。,综合技术,以上地基处理方法与工程检测、工程监测、桩基动测、静载实验、土工试验、基坑监测等相关技术整合在一起，称之为地基处理的综合技术 。,振冲法,学科：工程地质学 词目：振冲法 英文：vibrapunehing
8、method 释文：在振冲器水平振动和高压水的共同作用下，使松砂土层振密，或在软弱土层中成孔，然后回填碎石等粗粒料形成桩柱，并和原地基土组成复合地基的地基处理方法。,碎石桩与砂桩,碎石桩和砂桩合称为粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入土孔中，形成大直径的碎石或砂所构成的密实桩体。 随着时间的推移，各种不同的施工工艺相应产生；如沉管、锤击、振挤、干振、振动气冲、袋装碎石、强夯置换法等。它们虽施工不同于振冲法，但同样可形成密实的碎石桩或砂桩。目前在国内外广泛应用碎石桩、砂桩、渣土桩等复合地基都是散体桩复合地基。碎石桩按制桩工艺可为振冲（湿）碎石和干法碎石桩
9、。采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法碎石桩。采用无水冲工艺（如干振、振挤、锤击等）制成的桩为砂石桩。,发展历史,振动水冲法是1937年由德国凯勒公司设计制造出的具有现代振冲器雏形的机具，用来挤密砂石地基获得成功。20世纪60年代初，振冲法开始用来加固粘性土地基，由于用料是碎石，故称为碎石桩。 我国应用振冲法始于1977年，20多年来，我国在坝基、道路、桥梁、工业与民用建筑地基处理中，振冲法均已得到了广泛的应用。但因振冲碎石桩有泥水污染环境，在城市和已有建筑物地段的应用受到限制，且有软化土的作用。于是从20世纪80年代开始，各种不同的施工工艺相应产生，如锤击法、振挤法、干振
10、法、沉管法、振动气冲法、袋装碎石法、强夯碎石桩置换法等。虽然这些方法的施工不同于振动水冲法，但是，都可以形成密实的碎石桩，所以碎石桩的内涵扩大了。从制桩工艺和桩体材料方面也进行了改进，如在碎石桩中添加适量的水泥和粉煤灰，称为水泥粉煤灰碎石桩，即CFG桩。各种干法碎石桩施工技术蓬勃发展，与湿法碎石桩并存，是碎石桩技术发展的特色之一。,设计部分,振冲密实设计的目的与内容主要是根据设计工程对砂土地基承载力、沉降和抗液化的要求，确定振冲后要求达到的密实度或孔隙比。然后按此要求估算振冲布置的形式、间距、深度和范围。最后通过试验检验是否满足设计的要求。 设计要求振冲密实的密度或孔隙比可根据工程要求的地基承
11、载力及其砂土密实度对应关系来确定。 设计的间距可按下式估算：d=（VvV） V=（1+eP）（e0-e1）/(1+e0)(1+e1) 式中d振冲孔的间距，M ； 系数，正方形布置=1，三角形布置=1.075； Vv 单位桩长的平均填料量，一般为0.30.5 M3： V 砂土地基单位体积所需的填料量；e0 砂层的初始孔隙比；e1 振冲后要求达到的空隙比；eP 碎石桩体的空隙比。,根据工程经验，使用30KW 的振冲器，间距一般为1.82.5M，使用75KW的振冲器的间距可增大至2.53.5M。平面布置方式可用正三角形或正方形。打入深度，如砂土层不厚时，应尽量贯穿，但不宜太深，除特殊要求加密外，一般
12、不超过8M，因为砂层本身的密实度是随深度增大的。振冲加固的范围约向基础边缘放宽不得少于5M。如用加料振冲时，所用加料振冲时，所用的填料一般为粗砂，碎石和砾石等，使用30KW的振器时，可用粒径不大于50mm的砂砾石料，使用75KW的振冲器则可用不大于100mm粒径的砂砾石料。,地基承载力与稳定性和沉降的分析。,振冲密实加固后地基承载力和沉降，不易用理论公式准确计算，可通过现场标准贯入试验的锤击数按建筑地基基础设计规范求得。 或者按半经验公式进行估算。下面仅介绍实用的分析方法：,复合地基承载力的估算,用单桩载荷试验和天然地基载荷试验结果配合下式计算确定： fspk=mfpk+(1-m)fsk fs
13、pk复合地基承载力特征值 fpk碎石桩桩体承载力特征值 fsk桩间土地基承载力特征值 m面积置换率，m=d2wd2e,dw和de分别为桩和一根桩分担的处理地基面积的直径；等边三角形的de=1.05s,正方形的de=1.13s,矩形的de=1.13(s1s2) ，s 为桩的间距； s1和s2分别为矩形布置桩的纵向及横向间距。,半经验式估算。当中小型工程无载荷试验时按下式估算：fspk=1+m(n-1) 3 Sv 式中 n桩土应力比，可取n=24,原地基强度较低的取大值，较高的取小值 Sv桩间土的实测十字板强度，也可用天然地基承载力特征值fsk代替值。,复合地基沉降计算,可用常规的分层总和法配合复
14、合地基模量用下式计算： Ssp=p0（izi-i-1zi-1）Esp Esp=1+m(n-1)Es 式中 Ssp复合地基沉降量 Esp复合地基部分的压缩模量 Es桩间土的压缩模量 m,n为面积置换率和桩土应力比，n=24(粘性土)和n=1.53(粉土和砂土)，原地基强度高者取小值，反之取大值。,振冲置换,在粘性土地中振冲器加固地基的作用机理主要是通过振冲也孔，以碎石置换并振动密实，形成碎石桩体，与地基共同作用，提高地基的承载力，改善其变形性质。工程实践证明：振冲置换加固地基作用是不容怀疑的，但是，这是有条件的。这就是在振冲过程中形成的密实碎石桩体必须要求地基具有足够的侧向土压力，抵抗振冲的侧向
15、动压力。 工程实测证明，当地基土的不排水抗剪强度Cu20KPA时，复合地基的承载力就有显著的增大。,振冲密实,振冲器在砂土中振冲对地基施加水平向的振动和挤压，其主要作用就是振动密实和振动液化。 在细粒土中振动密实需要添加碎石以减少液化区或流态区范围。若采用振冲器的动力过大，会使流态区增大，振密的效果往往不理想。,施工部分,施工的主要机具是振冲器，并配有吊车和水泵。振冲器系一电动机带动一组偏心铁块产生一定频率和振幅的器具，中轴为一高压水喷管。振协产生水平振动，配合中轴喷水管喷出高压水流形成振冲。,加料振冲密实施工一般可按如下工序进行：清理场地，布置振冲点机具就位，振冲器对准护筒中心启动水泵振冲器
16、，水量可用200400L/min,水压控制在400600KPA，下沉速度为12m/min振动水冲下沉至预定深度后，将水压降低至孔口高程，保持一定的水流投料振动，填料从护筒下沉至孔底，待振密达到控制电流值后，提0.30.5m重复上述步骤，直至完孔，并记录各深度的电流和填料量关闭振冲器和水泵。,由于振冲密实的效果和各项技术参数不易准确决定，因此，在施工之前应先进行现场试验，确定振冲孔的间距，填料以及振冲时的控制电流值。确定振冲加固的效果可通过多个试验方案，比较确定合理的施工方案，然后进行施工。,施工要点,合理安排振冲桩的顺序，为了避免振冲过程中对软土的扰动与破坏，施打碎石桩时，应采取“由里向外”或“由一边向另边”的顺序施工，将软土朝一个方向向外挤出，保护桩体以免被挤破坏。 宜用“先护壁后振密，分段振密”的振冲工艺。即先振冲成孔，清孔护壁，然后投料一段，厚约为1m，下降振动器振动密实后，提升振冲器出孔口，再投料1m,再振密，直至终孔，以保证桩体密实。不宜采用边振冲边加料振密的方法。,质量检验,检查振冲施工各项施工记录，如有遗漏或不符合规定要求的桩或振冲点，
