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1、6.1 概述,第六章 柱锤冲扩桩法,柱锤冲扩桩法是指反复将柱状重锤提到高处使其自由落下冲击成孔，然后分层填料夯实形成扩大桩体，与桩间土组成复合地基的地基处理方法。该法施工简便易行，振动及噪音小。尤其重要的是，当桩身填料使用以建筑垃圾、拆房土为主的碎砖三合土时，不仅避免了建筑垃圾占用土地，而且减少污染、保护环境。目前，这项地基处理新技术已大量应用于工程实践，河北、山东、天津等省市采用该项技术的工程已有几百个，处理面积近100万m2，取得了良好的经济效益和社会效益，1996年列入建设部科技成果重点推广项目。,6.1 概述,第六章 柱锤冲扩桩法,柱锤冲扩桩法适用于处理杂填土、粉土、粘性土、素填土和黄
2、土等地基，对地下水位以下饱和松软土层应通过现场试验确定其适用性。地基处理深度不宜超过6m，复合地基承载力特征值不宜超过160kPa。对大型的、重要的或场地复杂的工程，在正式施工前应在有代表性的场地上进行试验。,6.2 加固机理,第六章 柱锤冲扩桩法,1. 成孔及成桩过程中对原土的动力挤密作用 当质量18t的柱锤，提升510m高自由下落冲击成孔及夯实成桩过程中，其冲击能可达5080kNm，较大的夯击能量产生的冲击波和动应力在土中传播，使颗粒破碎或使颗粒产生瞬间的相对运动，导致柱锤底土体被竖向挤密的同时桩周围土体被侧向挤密。与此同时，夯实成桩过程中强大的夯击振动迫使部分碎砖挤入桩周围土中，使桩间土
3、孔隙比减少，土体性质得到改善。,6.2 加固机理,第六章 柱锤冲扩桩法,2. 对原土的动力固结作用 对于饱和软土地基，柱锤冲孔时，夯击能使土体产生动力固结。因为饱和土体中一些微小气泡中的气体受到夯击时被排出，土体产生瞬时沉降变形，体积被压缩。当气体体积的百分比接近零时，土体便变得不可压缩。经过多次夯击，土中孔隙水压力迅速升高。当施加到相应于孔隙水压力上升到与覆盖压力相等的能量时，土体局部发生液化并产生触变。当孔隙水压力消散，土触变恢复后，土体固结，桩底及桩间土的强度便得到了提高。在实际施工中，地面开裂，地下水沿裂隙喷冒的现象多次出现，从而证明了动力固结作用的存在。,6.2 加固机理,第六章 柱
4、锤冲扩桩法,3. 冲扩桩充填置换作用 柱锤冲扩桩法成桩过程也是柱锤冲扩桩对原有地基进行充填置换的过程。不仅桩身具有一定的强度，桩间土强度也被提高，两者形成柱锤冲扩桩复合地基。 这种充填置换作用依软土性状及分布厚度可分为桩式置换和整式置换，当软土厚度不大且坍孔不十分严重时，主要是桩式置换，它主要依靠桩身强度和桩间土体的侧向约束力来维持桩体的平衡。当饱和土层深厚且极其松软时，则主要是整式置换，经施工现场开挖检验，其桩身断面自上而下逐渐加大，至一定深度后，基本连成一体，桩与桩间土已没有明显界限。,6.2 加固机理,第六章 柱锤冲扩桩法,4. 生石灰的水化和胶凝作用 对于含水量较高的软土地基，碎砖三合
5、土中的石灰将发挥加固作用。 膨胀挤密 夯入桩孔侧壁及桩体中的生石灰，遇水后消解成熟石灰。在这一过程中，生石灰固体崩解，孔隙体积增大；同时颗粒表面积增大，表面附着物增多，使固相颗粒体积增大。 脱水挤密 碎转三合土中的生石灰将使土体产生一定的汽化脱水。同时，碎转三合土中的碎转及土也可吸收一部分桩间土的水分。从而使桩间土中含水量下降，孔隙比减小，土颗粒靠拢挤密，从而达到脱水挤密效果。,6.2 加固机理,第六章 柱锤冲扩桩法, 胶凝作用 当成桩一定时间后，桩身填料中的生石灰发生水化反应的部分产物与与土中原有的二氧化硅和氧化铝产生化学反应，生成具有强度和水硬性的水化硅酸钙和水化铝酸钙等水化产物。水化物使
6、土粒粘结，土聚集体增大，改变了土的结构，提高了桩身及桩间土的强度，土体的强度将随龄期的增长而增加。 此外，石灰与桩间土会产生化学反应，使土体强度具有一定的安全储备。,6.3 设计,第六章 柱锤冲扩桩法,1. 处理范围 处理范围应大于基底面积，主要作用在于增强地基的稳定性，防止基底下被处理土层在附加应力作用下产生侧向变形，因此原天然土层越软，加宽的范围应越大。通常按压力扩散角 来确定加固范围的宽度。对一般地基，在基础外缘应扩大12排桩，并不应小于基底下处理土层厚度的1/2。对可液化地基，处理范围可按上述要求适当加宽。对于上部荷载较小的室内非承重墙及单层砖房可仅在基础范围内布桩。,6.3 设计,第
7、六章 柱锤冲扩桩法,2. 处理深度 柱锤冲扩桩法适用于6m以内的浅层处理。地基处理深度的确定 应考虑以下因素： 软弱土层厚度； 可液化土层厚度； 地基变形等因素。对相对硬层埋藏较浅的土层，应深达相对硬土层；当相对硬层埋藏较深时，应按下卧层地基承载力及建筑物地基的变形允许值确定；对可液化地基，应按现行国家标准建筑抗震设计规范（GB50011-2001）的有关规定确定。,6.3 设计,第六章 柱锤冲扩桩法,3. 桩位布置 桩位布置可采用正方形、矩形、三角形布置。常用桩距1.52.5m，或取桩径的23倍。 对于可塑状态粘性土、黄土等，因靠冲扩桩的挤密来提高桩间土的密实度，所以采用等边三角形布桩有利，
8、可使地基挤密均匀。对于软粘土地基，主要靠置换，因而选用任何一种布桩方式均可。考虑施工方便，以正方形或正方形中间补桩一根（等腰三角形）的布桩形式最为常用。,6.3 设计,第六章 柱锤冲扩桩法,4. 桩径 柱锤冲扩桩法施工有以下三个直径： 柱锤直径：它是柱锤实际直径，现已形成系列，常用直径为300500mm，如公称锤，就是377mm直径的柱锤。 冲孔直径：它是冲孔达到设计深度时，地基被冲击成孔的直径，对于可塑状态粘性土其成孔直径往往比锤直径大。 桩径：它是桩身填料夯实后的平均直径，它比冲孔直径大，如柱锤夯实后形成的桩径可达600800mm。因此，桩径不是一个常数，当土层松软时，桩径就大，当土层较密
9、时，桩径就小。 设计时一般先根据经验假设桩径，假设时应考虑柱锤规格、土质情况及复合地基的设计要求，一般常取500800mm，经试成桩后再调整桩径。,6.3 设计,第六章 柱锤冲扩桩法,5. 垫层 柱锤冲扩桩法是从地下向地表进行加固，由于地表约束减少，加之成桩过程中桩间土隆起造成桩顶及槽底土质松动，因此为保证地基处理效果及基底扩散压力，对低于槽底的松散桩头及松软桩间土应予以清除，并在桩顶部铺设200300厚砂石垫层。 6. 桩体材料 桩体材料可采用碎砖三合土、级配砂石、矿渣、灰土、水泥混合土等。为了降低工程造价，减少杂土丢弃对环境的污染，推荐采用以拆房为主组成的碎砖三合土。 碎砖三合土的配合比（
10、体积比）除设计者有特殊要求外，一般可采用1:2:4（生石灰:碎砖:粘性土）。对于地下水位以下流塑状态松软土层，宜适当加大碎砖及生石灰用量。,6.3 设计,第六章 柱锤冲扩桩法,7. 柱锤冲扩桩复合地基承载力特征值 柱锤冲扩桩属散体材料桩（或柔性桩），桩身密实度及承载力因受桩间土影响而较离散，因此柱锤冲扩桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可按下式进行估算： 8. 沉降计算 地基处理后的变形计算应按现行国家标准建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）的有关规定执行。初步设计时，复合土层的压缩模量可按下式计算：,6.4 施工,第六章 柱锤冲扩桩法,1. 施工机
11、具 柱锤冲扩桩法宜用直径300500mm、长度26m、质量18t的柱状锤（柱锤）进行施工。建筑地基处理技术规范（GBJGJ79-2002）建议采用的柱锤及自动脱钩装置为沧州市机械施工有限公司的产品。 升降柱锤的设备可用1030t自行杆式起重机、步履式夯扩桩机或其他专用机具设备，采用自动脱钩装置，起重能力应通过计算（按锤质量及成孔时土层对柱锤的吸附力）或现场试验确定，一般不应小于锤质量的35倍。 2. 施工步骤 柱锤冲扩桩法施工可按下列步骤进行： 清理平整场地，布置桩位；,6.4 施工,第六章 柱锤冲扩桩法, 施工机具就位，使柱锤对准桩位； 柱锤冲孔，根据土质及地下水情况可用下述三种成孔方式：
12、冲击成孔：将柱锤提升到一定高度，自动脱钩下落冲击土层，如此反复冲击，接近设计成孔深度时，可在孔内填少量粗骨料继续冲击，直到孔底被夯密实。 填料冲击成孔：成孔时将出现缩颈或坍孔时，可分次填入砂石料和生石灰块，边冲击边将填料挤入孔壁及孔底，当孔底接近设计成孔深度时，夯入部分砂石料挤密桩端土。 复打成孔：当坍孔严重难以成孔时，可提锤反复冲击至设计孔深，然后分次填入砂石料和生石灰块，待孔内生石灰吸水膨胀，桩间土性质有所改善后，再进行二次冲击复打成孔。 当采用上述方法仍难以成孔时，也可采用套管法成孔，即用柱锤边冲孔边将套管压入土中，直至桩底设计标高。,6.4 施工,第六章 柱锤冲扩桩法, 成桩：用标准料
13、斗或运料车将拌合好的填料分层填入桩孔夯实。当采用套管成孔时，边分层填料夯实，边将套管拔出。锤的质量、锤长、落距、分层填料量、分层夯实厚度、夯击次数、总填料量等应根据试验或按当地经验确定。每个桩孔应夯填至桩顶设计标高以上至少0.5m，其上部桩孔用原槽土夯封。施工中应作好记录，并对发现的问题及时进行处理。 施工机具移位，重复上述步骤进行下一根桩施工； 基槽开挖后，应进行晾槽拍底或碾压，随后铺设垫层并压实。 3. 施工顺序 柱锤冲扩桩法夯击能量较大，易发生地面隆起，造成表层桩和桩间土出现松动，从而降低处理效果，因此成孔及填料夯实的施工顺序宜间隔进行。,6.5 质量检验,第六章 柱锤冲扩桩法,1. 施
14、工过程中应随时检查施工记录及现场施工情况，并对照预定的施工工艺标准，对每根桩进行质量评定。对质量有怀疑的工程桩，应用重型动力触探进行自检。 2. 柱锤冲扩桩施工结束后714d内，应对桩身及桩间土进行抽样检验，可采用重型动力触探进行，并对处理后桩身质量及复合地基承载力作出评价。检验点数可按冲扩桩总数的2%计。每一单体工程桩身及桩间土总检验点数均不应少于6点。 3. 柱锤冲扩桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。复合地基载荷试验数量不应少于总桩数的0.5%，且每个单体建筑不应少于3点。载荷试验应在成桩14d后进行。 4. 基槽开挖后，应检查桩位、桩径、桩数、桩顶密实度及槽底土质情况。如发现漏桩、桩位偏差过大、桩头及槽底土质松软等质量问题，应采取补救措施。,
