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1、水工建筑物地基处理水工建筑物地基处理软弱地基处理软弱地基处理振冲法振冲法授课对象：水工专业授课对象：水工专业2003级级任课教师：王润英任课教师：王润英时间：时间：2006年年4月月2006年年5月月授课内容及安排授课内容及安排q第三节第三节 振冲振冲置换碎石桩置换碎石桩一、一、振冲法概述振冲法概述及及振冲置换碎石桩的加固振冲置换碎石桩的加固原理原理二、二、振冲置换碎石桩的设计振冲置换碎石桩的设计三、振冲置换碎石桩的施工三、振冲置换碎石桩的施工四、工程应用四、工程应用五、该工法主要存在的问题五、该工法主要存在的问题2振振冲冲法法利利用用振振冲冲器器成成孔孔成成桩桩，加加固地基的方法。固地基的方
2、法。目前国产振冲器有：目前国产振冲器有：ZCQ-15ZCQ-30ZCQ-55ZCQ-75ZCQ-100振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩振冲法概述振冲法概述3振冲器参数振冲器参数型号型号ZCQ-30ZCQ-55BL-75电机功率（电机功率（kW）305575转速（转速（rpm）145014501450额定电流（额定电流（A）60100150不平衡重量（不平衡重量（N）6601040振动力（振动力（kN）90200160振幅（振幅（mm）4.2 5.07.0振冲器外径振冲器外径（mm）351450426长度长度L（mm）215025003000总重量（总重量（kN）9.416.020.54q振冲法大致
3、分为两类：振冲法大致分为两类： （1）振冲挤密碎石桩：）振冲挤密碎石桩：适适用用于于处处理理砂砂类类土土，从从粉粉细细砂砂到到含含砾砾粗粗砂砂，只只要要小小于于0.005mm的的粘粘粒粒不不超超过过10%，都都可得到显著的挤密效果。可得到显著的挤密效果。 （2）振冲置换碎石桩：）振冲置换碎石桩：适适用用于于处处理理不不排排水水抗抗剪剪强强度度不不小小于于20kPa的的粘粘性性土土、粉粉土土、饱饱和和黄黄土土、和和人人工工填填土土等地基。等地基。振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩振冲法概述振冲法概述5q振振冲冲置置换换碎碎石石桩桩加加固原理固原理（1）强强制制挤挤密密效效应应（对对桩桩身身和和桩桩间间
4、土土而言）而言）（2）置换作用置换作用（3）排水减压作用排水减压作用振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩加固原理振冲置换碎石桩加固原理6q强制挤密效应强制挤密效应（ZCQ30）振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩加固原理振冲置换碎石桩加固原理7q置换作用：置换作用：小粒径碎石（小粒径碎石（5050mmmm）碎石桩桩身内摩擦角碎石桩桩身内摩擦角大粒径碎石（大粒径碎石（5050粒径粒径8080mmmm）卵石：卵石： 一般一般振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩加固原理振冲置换碎石桩加固原理8排水减压作用排水减压作用振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩加固原理振冲置换碎石桩加
5、固原理d800mm的排水通道的排水通道91、几个重要参数、几个重要参数（1） 碎石桩的加固范围及加固形式碎石桩的加固范围及加固形式（2）碎石桩桩长碎石桩桩长L （3）桩径桩径d和桩距和桩距s2、碎石桩复合地基承载力设计、碎石桩复合地基承载力设计3、碎石桩复合地基变形验算、碎石桩复合地基变形验算 振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩设计设计10（1）碎石桩的加固范围及加固形式）碎石桩的加固范围及加固形式散散体体材材料料桩桩复复合合地地基基：应应在在轮轮廓廓线线以以外外设设置保护桩。置保护桩。振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩设计中的几个参数设计中的几个参数11碎碎石石桩桩复复合合地地基基的的桩桩体体布布置置范
6、范围围应应根根据据建建筑筑物物的的重重要要性性和和场场地地条条件件确确定定，常依基础形式而定：常依基础形式而定：筏基、交叉条基、柔性基础筏基、交叉条基、柔性基础应在轮廓线应在轮廓线内满堂布置，轮廓线外设内满堂布置，轮廓线外设23排保护桩；排保护桩；其他基础其他基础应在轮廓线外设应在轮廓线外设12排保护桩。排保护桩。振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩设计中的几个参数设计中的几个参数12布桩形式：布桩形式： 对对大大面面积积满满堂堂布布置置，宜宜采采用用等等边边三三角形梅花布置；角形梅花布置；振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩设计中的几个参数设计中的几个参数对对独独立立柱柱基基、条条基基等等，宜宜采采用用正正
7、方方形形、矩矩形形布置。布置。13q（2）碎石桩桩长）碎石桩桩长L 定义定义确定原则确定原则当当软软土土层层不不厚厚时时，L由由软软土土层层厚厚度度来来控控制制，伸伸入入硬硬层层一定深度；一定深度；当软土层较厚时，当软土层较厚时，L由上部结构的容许变形来控制；由上部结构的容许变形来控制；按按稳稳定定性性控控制制的的工工程程，L由由最最危危险险滑滑动动面面控控制制，一一般般应伸入最危险滑动面以下至少应伸入最危险滑动面以下至少12m；构造要求：构造要求：L4m振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩设计中的几个参数设计中的几个参数14振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩设计中的几个参数设计中的几个参数15振冲置换碎石
8、桩振冲置换碎石桩设计中的几个参数设计中的几个参数16L4m与与桩桩体体破破坏坏特特性性有有关关 防防止刺入破坏。止刺入破坏。 振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩设计中的几个参数设计中的几个参数17（3）桩径）桩径d和桩距和桩距sd与与振振冲冲器器功功率率、碎碎（卵卵）石石粒粒径径、土土的的抗抗剪强度和施工质量有关。剪强度和施工质量有关。桩桩距距s与与土土的的抗抗剪剪强强度度指指标标和和上上部部结结构构荷荷载载有关。有关。 振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩设计中的几个参数设计中的几个参数181、确定复合地基承载力标准值确定复合地基承载力标准值振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩碎石桩复合地基承载力设计碎石桩复合地
9、基承载力设计2、确定复合地基承载力设计值、确定复合地基承载力设计值fSP：3、设计中以上公式运用的两种情况：、设计中以上公式运用的两种情况：（1）业主对（处理之后的）地基承载力有要求，）业主对（处理之后的）地基承载力有要求，即已知即已知fSP,K 。设计步骤为设计步骤为（2） （2）业主对（处理之后的）地基承载力）业主对（处理之后的）地基承载力无要求，但荷载已知。无要求，但荷载已知。 设计步骤为设计步骤为191、确定复合地基承载力标准值、确定复合地基承载力标准值（1）重重大大工工程程和和有有条条件件的的中中小小工工程程，原原则则由现场复合地基载荷试验确定。由现场复合地基载荷试验确定。（2）也也
10、可可用用单单桩桩和和桩桩间间土土的的载载荷荷试试验验按按下下式计算式计算 （3）对对小小型型工工程程的的粘粘性性土土地地基基，如如无无现现场场载载荷荷试试验验资资料料，也也可可用用以以下下公公式式简简单单计计算算 ：振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩碎石桩复合地基承载力设计碎石桩复合地基承载力设计20公式中各参数的含义：公式中各参数的含义： AP为碎石桩单桩横截面面积；为碎石桩单桩横截面面积； m为碎石桩面积置换率为碎石桩面积置换率 ：定义：定义：m=nAP/A； 通常用通常用 计算；计算； RKd为碎石桩单桩承载力标准值，主要取决于桩为碎石桩单桩承载力标准值，主要取决于桩间土维护力，与软土强度有关
11、；间土维护力，与软土强度有关；fS,K为桩间土承载力标准值，由地质资料得到；为桩间土承载力标准值，由地质资料得到；为桩间土承载力折减系数，取为为桩间土承载力折减系数，取为1。 21de为等效处理圆的直径为等效处理圆的直径 ：梅花型布置梅花型布置 de= 1.05s 正方形布置正方形布置de=1.13s ；矩形布置矩形布置振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩碎石桩复合地基承载力设计碎石桩复合地基承载力设计22公式中各参数的含义：公式中各参数的含义：m为碎石桩面积置换率为碎石桩面积置换率 ；fS,K为为桩桩间间土土承承载载力力标标准准值值，由由地地质质资资料料得得到到；n为为桩桩土土应应力力比比，反反映映
12、该该种种桩桩桩桩柱柱作作用用大大小。小。无实测资料时，粘性土无实测资料时，粘性土n=24； SV为为野野外外十十字字板板剪剪切切试试验验得得到到的的十十字字板板剪剪切强度。切强度。23求求m；振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩碎石桩复合地基承载力设计碎石桩复合地基承载力设计 求桩数求桩数n和和de ；根据基础形式进行桩的平面布置，确定根据基础形式进行桩的平面布置，确定桩距桩距s；进行投资计算。进行投资计算。24反推反推fSP,K：根据建筑物对地基承载力的要求反推根据建筑物对地基承载力的要求反推fSP,K ； 求求m；求桩数求桩数n和和de； 根根据据基基础础形形式式进进行行桩桩的的平平面面布布置置，
13、确确定定桩距桩距s；进行投资计算。进行投资计算。振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩碎石桩复合地基承载力设计碎石桩复合地基承载力设计25 S1为下卧层沉降，可用分层总和法计算。为下卧层沉降，可用分层总和法计算。沉沉降降经经验验系系数数，对对碎碎石石桩桩复复合合地地基基，取取为为1.0。 振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩碎石桩复合地基变形计算碎石桩复合地基变形计算SSP为复合地基的沉降：为复合地基的沉降：其中复合地基的压缩模量其中复合地基的压缩模量由现场静载试验由现场静载试验确定，中小工程可用经验公式确定，中小工程可用经验公式 261 1、工法：工法：（1 1）定位定位（2 2）清孔清孔（3 3）填填料料振
14、振冲成桩冲成桩振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩施工施工272 2、施工中的注意事项：、施工中的注意事项：（1）每每次次加加料料前前都都应应把把振振冲冲器器提提出出孔孔口口，以以防防止卡孔，加料止卡孔，加料1m；（2）每每次次加加料料成成桩桩，都都应应保保证证密密实实电电流流和和留留振振时间时间，这是做好碎石桩的关键；，这是做好碎石桩的关键；（3）水量、水压水量、水压；（4）桩的施工顺序：）桩的施工顺序：“由里向外打由里向外打” “由近到远，由轻到重由近到远，由轻到重” “间隔跳打间隔跳打”振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩施工施工28应应通通过过现现场场成成桩桩试试验验确确定定密密实实电电流流、留留振振
15、时间及加料量时间及加料量施工控制标准；施工控制标准；*I密密需大于规定的需大于规定的I密密；保保证证留留振振时时间间是是为为了了使使水水平平振振力力与与桩桩间间土土维护力稳定平衡。维护力稳定平衡。 振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩施工施工29（3）水量、水压：）水量、水压：成孔比制桩大；成孔比制桩大；遇硬夹层应加大水量、水压；遇硬夹层应加大水量、水压；制桩时不能关水；制桩时不能关水；成成孔孔至至设设计计标标高高以以上上0.30.5m时时，水水量量、水压宜小。水压宜小。振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩施工施工30振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩施工施工31振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩施工施工32振冲置换碎石
16、桩振冲置换碎石桩施工施工33q四、工程应用：四、工程应用：1、用振冲置换碎石桩提高粘性土坡的稳、用振冲置换碎石桩提高粘性土坡的稳定性；定性；2、用振冲置换碎石桩加固软弱地基，提、用振冲置换碎石桩加固软弱地基，提高土体的抗剪强度；高土体的抗剪强度；3、振冲置换碎石桩和振冲挤密碎石桩结、振冲置换碎石桩和振冲挤密碎石桩结合，加固分层软弱地基。合，加固分层软弱地基。振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩工程应用工程应用341、由于桩身在轴向力、由于桩身在轴向力N的作用下，侧向变的作用下，侧向变形较大，这就限制了桩的单桩承载力，据形较大，这就限制了桩的单桩承载力，据大量工程统计：大量工程统计：振冲置换碎石桩振冲置
17、换碎石桩主要问题主要问题故本法仅适用于荷载较小的低层结构的地故本法仅适用于荷载较小的低层结构的地基加固。基加固。 352、碎石桩必须有桩间土的维护才能成桩，、碎石桩必须有桩间土的维护才能成桩，如果桩间土的不排水抗剪强度如果桩间土的不排水抗剪强度Cu过小，碎过小，碎石桩无法形成，故振冲置换碎石桩仅适用石桩无法形成，故振冲置换碎石桩仅适用于于Cu20Kpa的粘性土。的粘性土。若若Cu略小于略小于20kPa，如何采用振冲碎石桩如何采用振冲碎石桩？ 振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩主要问题主要问题363、本工法对周围环境有污染、本工法对周围环境有污染 。碎石桩工法如何改进？碎石桩工法如何改进？振冲置换碎石桩振冲置换碎石桩主要问题主要问题37
