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1、地基处理技术项目四 复合地基任务二 砂石桩法设计、施工及质量检验任务4.2 砂石桩法复合地基组成天然地基土土质桩或胶结掺料桩砂石垫层基础任务4.2 砂石桩法任务4.2砂石桩法碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩，是指采用振动、冲积或水冲等方式在软弱地基成孔后，再将砂或碎石挤压入已成的孔中，形成大直径的砂石所构成的密实桩体。一般来说，对于砂性土，挤密桩法的侧向挤密作用占主导地位，而对于粘性土，则以置换作用为主。按施工方法的不同，碎石桩法可分为振冲碎石桩法、干振挤密碎石桩法、沉管碎石桩法、沉管夯扩碎石桩法、袋装碎石桩法、强夯置换碎石桩法。任务4.2砂石桩法1.干振挤密碎石桩法 干振挤密碎石桩法加固地基
2、技术是由河北省建筑科学研究所等单位开发成功的一种地基加固技术。主要设备是干法振动成孔器。其直径为 280 mm330 mm，有效长度 6 m，自重约22 kN。干法振动挤密碎石桩法施工工艺如下：首先用振动成孔器成孔，成孔过程中桩孔位的土体被挤到周围土体中去；提起振动成孔器，向孔内倒入碎石再用振动成孔器进行捣固密实，然后提起振动成孔器，继续倒碎石，直至碎石桩形成。碎石柱和挤密的桩间土形成碎石桩复合地基。干振挤密碎石桩法加固机理是形成复合地基，在成孔和挤密碎石桩的过程中，土体在水平激振力作用下产生径向位移，在碎石桩周围形成密实度很高的挤密区，该挤密区对碎石桩起约束作用。桩间土密实度不均匀，靠近碎石
3、桩周围，密实度增大。桩间土强度比原天然地基土强度高得多。经干振挤密碎石桩加固的地基，承载力提高1倍左右。 它与振冲挤密碎石桩的不同之处是不用高压水冲。主要适用于地下水位较低的非饱和粘性土、素填土、杂填土和二级以上非自重湿陷性黄土。干振挤密碎石桩复合地基承载力和沉降的确定方法基本上与振冲碎石桩复合地基相同。1.干振挤密碎石桩法 任务4.2砂石桩法2.夯扩碎石桩法 夯扩碎石桩法是沉管碎石桩法中先拔管后投料复打密实法的发展。施工工艺如下： 先将沉管沉至设计深度；边投料边拔管，一次投料数量和一次拔管高度应根据夯扩试验确定；将投料夯扩成设计直径，如377mm的沉管可将碎石桩夯扩到直径600mm；然后再边
4、投料边拔管，再夯扩，直至制成一根夯扩碎石桩。 在成桩过程中桩间土得到挤密，强度提高。夯扩碎石桩桩体直径大，且密实度高，桩体承载力大。 任务4.2砂石桩法2.夯扩碎石桩法 夯扩碎石桩法适用于非饱和土地基，对杂填土、素填土地基加固效果很好。若地基中各土层强度不同，在相同夯击能作用下，低强度土层中碎石桩桩径较大，高强度土层中碎石桩桩径较小，形成葫芦状，有利于提高加固效果。 夯扩碎石桩复合地基承载力可通过复合地基载荷试验确定，也可通过碎石桩和桩间土载荷试验确定桩体承载力和桩间土承载力，计算式同振冲碎石桩复合地基。沉降计算也与振冲碎石桩复合地基相同。 任务4.2砂石桩法3.袋装碎石桩法 由于碎石桩属散体
5、材料桩，它需要桩间土提供一定的侧限压力，才能形成桩体，具有一定的承载力。当天然地基土的侧限压力过小时，可采用土工织物将碎石桩包上，形成袋装碎石桩。国外也有采用竹笼、钢丝网包裹的竹笼碎石桩的报道。 浙江大学岩土工程研究所（原土工教研室）于1987年提出了用冲抓法成孔并用土工织物袋围护碎石的加固方法，成孔直径为80cm。但未在实际工程中应用。福州大学岩土工程教研室采用自制的简易射水器射水成孔深度可达1213m,直径为40cm或45cm,放入土工织物袋后，采用小直径的插捣棒，这样就可以边填料边捣实，而上段部分则采用插入式混凝土振动器振实，使施工效果大大提高。通过试验，这种碎石桩已在福州大学两幢住宅工
6、程与泉州市某综合楼工程中应用。 任务4.2砂石桩法3.袋装碎石桩法 袋装碎石桩复合地基的承载力可由复合地基试验确定。 福州大学的袋装碎石复合地基的载荷试验表明，当置换率为0.15时，复合地基承载力由天然地基承载力63kPa提高到117141kPa。与一般的振冲碎石桩比较，它具有填料用量少，易于控制填料数量，桩身密实度较高，受力性能较好的优点，且土工织物袋能起到隔离、过滤保证排水固结并防止软粘土受压后挤入碎石孔隙的作用，特别适合于在高含水量、低强度的软粘土中应用。这种新型碎石桩的提出，有助于降低工程造价，促进碎石桩在软粘土地基工程中的推广应用。 任务4.2砂石桩法4.强夯置换碎石桩(墩)法 该法
7、为在地基中设置碎石墩，并对地基进行挤密，碎石墩与墩间土形成复合地基以提高地基承载力，减小沉降。 强夯置换碎石桩法是为了将强夯法应用于加固饱和粘性土地基而开发的地基处理技术。强夯置换碎石桩法从强夯法发展而来，但加固机理并不相同。它利用重锤落差产生的高冲击能将碎石、矿渣等物理性能较好的材料强力挤入地基，在地基中形成一个个碎石墩。地强夯置换过程中，土体结构破坏，地基土体中产生超孔隙水压力。随着时间发展结构强度会得到恢复。碎石墩一般具有较好的透水性，有利于土体中超静孔隙水压力消散，产生固结。 强夯置换法质量检验除应了解墩间土性状外，更需要了解复合地基的性状。复合地基承载力可采用复合地基载荷试验确定。了
8、解碎石墩的直径和深度，可采用雷达和斜钻检测。任务4.2砂石桩法5.振冲碎石桩法6.沉管砂石桩法任务4.2砂石桩法5.振冲碎石桩法任务4.2砂石桩法进料口管嘴套管管嘴6.沉管砂石桩法任务4.2砂石桩法振冲法又称振动水冲法，是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振动器产生高频振动，同时起动水泵，通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的共同作用下，将振动器沉到土中的预定深度，经清孔后，从地面向孔内逐段填入碎石，使其在振动作用下被挤密实，达到要求的密实度后即可提升振动器，如此反复直至地面，在地基中形成一个大直径的密实桩体与原地基构成复合地基，提高地基承载力，减少沉降，并可消除液化，是一种快速、经济
9、有效的加固方法。任务4.2.1振冲碎石桩法概述1.振冲碎石桩法概念振冲法对不同性质的土层分别具有置换、挤密和振密等作用。对粘性土主要起到置换作用，对中细砂和粉土除置换作用外还有振实挤密作用。在以上各种土中施工时都要在振冲孔内加填碎石（或卵石等）回填料，制成密室的振冲桩，而桩间土受到不同程度的振密和挤密。任务4.2.1振冲碎石桩法概述1.振冲碎石桩法概念任务4.2.1振冲碎石桩法概述2.振冲碎石桩法发展概述按制桩工艺区分，碎石桩有振冲(湿法)碎石桩和干法碎石桩两大类。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。采用各种无水冲工艺(如干振、振挤、锤击等)制成的碎石桩统称为干法碎
10、石桩。振动水冲法成桩工艺由德国凯勒公司于1937年首创，用于挤密砂土地基；20世纪60年代初，德国开始采用振冲法加固黏性土地基。我国应用振冲法始于1977年，现已广泛用于水利工程的坝基、涵闸地基及工业与民用建筑地基的加固处理。任务4.2.1振冲碎石桩法概述3.振冲碎石桩复合地基适用范围振冲碎石桩法适用于挤密处理松散砂土、粉土、粉质粘土、素填土、杂填土等地基，以及用于处理可液化地基。饱和粘土地基，如果变形控制不严格，可采用砂石桩置换处理。对于大型、重要的或场地、地形复杂的工程，以及对于处理不排水强度不小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。如果原土的强度过低
11、(例如淤泥)，以致土的约束力始终不能平衡使填料挤入孔壁的力，那就始终不能形成桩体，这种方法就不再适用。任务4.2.1振冲碎石桩法概述4.振冲碎石桩优缺点 优点 (1)利用振冲加固地基，施工机具简单、操作方便、施工速度较快，加固质量容易控制，并能适用于不同的土类，目前的施工技术最深可达30m。 (2)加固时不需钢材、水泥，仅用碎石、卵石、角砾、圆砾等当地硬质粗粒径材料即可，因而地基加固造价较低，与钢筋混凝土桩相比，一般可节约投资13，具有明显的经济效益。 (3)在对砂基的加固过程中，通过挤密作用，排水减压并且振动水冲能对松散砂基产生预震作用，对砂基抗震、防止液化具有独到的优越性。在填人软弱地基中
12、，经振冲填以碎石或卵石等粗粒材料，成桩后改变了地基的排水条件，可加速地震时超静孔隙水压力的消散，有利于地基抗震并防止液化，同时能加速桩问土的固结、提高其强度。 优点：(4)在加固不均匀的天然地基时，在平面和深度范围内，由于地基的振密程度可随地基软硬程度用不同的填料进行调整，同样可取得相同的密实电流，使加固后的地基成为均匀地基，以满足工程对地基不均匀变形的要求。(5)振冲器的振动力能直接作用在地基深层软弱土的部位，对软弱土层施加的侧向挤压力大，因而促进地基土密实的效果与其他地基处理方法相比效果更好。4.振冲碎石桩优缺点振冲法的缺点：振冲法在施工时，尤其是在黏性土中施工时，排放的污水、污泥量较大，
13、在人口稠密的地区或没有排污泥条件时，使用上要受到一定的限制。任务4.2.1振冲碎石桩法概述任务4.2.2振冲碎石桩法设计1.振冲法加固机理砂土地基振冲密实加固机理： 振冲器的强力振动使松砂在振动荷载作用下，颗粒重新排列，体积缩小，变成密砂，或使饱和砂层发生液化，松散的单粒结构的砂土颗粒重新排列，孔隙减小；依靠振冲器的重复水平振动力，在加回填料的情况下，还通过填料使砂层挤压加密。粘性土地基振冲置换加固机理：利用一个产生水平向振动的管状设备在高压水流冲击作用下，边振边冲在黏性土地基中成孔，再在孔内分批填入碎石等粗粒径的硬质材料，制成一根一根的桩体，桩体和原来的地基土构成复合地基，和原地基相比，复合
14、地基的承载力高、压缩性小。振冲碎石桩除了加固粘性土地基起到置换作用，还起到垫层作用、排水固结作用和加筋作用。任务4.2.2振冲碎石桩法设计1.振冲法加固机理2.振冲密实法设计任务4.2.2振冲碎石桩法设计 (1)加固范围振冲法处理范围可根据建筑物的重要性和场地条件确定，宜在基础外缘扩大13排桩。当要求消除地基液化时，在基础外缘扩大宽度不应小于基底下液化土层厚度的1/2，且不应小于5m。2.振冲密实法设计任务4.2.2振冲碎石桩法设计（2） 加固深度振冲密实法的加固深度应根据松散土层的性能、厚度及工程要求等综合确定，通常遵循以下原则：当相对硬土层埋深较浅时，应可按相对硬层埋深确定；当相对硬土层埋
15、深较大时，应按建筑物地基变形允许值确定；按稳定性控制的工程，桩长应不小于最危险滑动面以下2.0m的深度； 对可液化地基，桩长应按要求处理液化的深度确定；桩长不宜小于4m。S任务4.2.2振冲碎石桩法设计2.振冲密实法设计（3）桩位布置、桩径和桩间距对于大面积满堂地基和独立基础，可采用三角形、正方形、矩形布桩；对条形基础，可沿基础轴线采用单排布桩或对称轴线多排布桩。桩径可根据土质情况、成桩方式和成桩设备等因素确定，桩的平均直径可按每根桩所用的填料量计算。振冲碎石桩桩径宜为800mm1200mm。振冲碎石桩的间距应根据上部结构载荷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；30kW的
16、振冲器布桩间距可采用1.320m；55kW的振冲器布桩间距可采用1.425m；若使用75kW大型振冲器，振冲器布桩可加大到1530m；不加填料振冲挤密孔距可为2.03.0m。任务4.2.2振冲碎石桩法设计2.振冲密实法设计（4）承载力计算和沉降计算 振冲碎石桩复合地基承载力初步设计可按散体材料增强体复合地基承载力公式（4-7）进行估算，处理后桩间土承载力特征值，可取天然地基承载力特征值，松散的砂土、粉土可取原天然地基承载力特征值的1.21.5倍；复合地基桩土应力比n，宜采用实测值确定，如无试验资料时，对于粘性土可取2.04.0，对于砂土、粉土可取1.53.0。 沉降计算参见4.1.6任务4.2.2振冲碎石桩法设计2.振冲密实法设计(5)振冲挤密法适用的土类 振冲挤密法适用的土质主要为砂土类，从粉砂到含砾粗砂，只要小于0005mm的粘粒含量不超过10都可得到显著的加密效果，当粘粒含量超过30，则挤密效果明显降低。 (6)填料的选择填料多用粗粒料，如粗(砾)砂、角(圆)砾、碎(卵)石、矿渣等硬质无黏性材料。不宜用单级配料,卵石可用自然级配。使用30kW的振冲器时，填料的粒径宜在2080mm
