碎(砂)石桩法《地基处理新技术》

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1、第四章碎(砂)石桩法4.1概述4.2加固原理4.3设计计算4.4施工方法4.5质量检验4.1概述碎石桩和砂桩总称为碎(砂)石桩，国外又称粗颗粒土桩，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已成的孔中，形成大直径的碎（砂）石所构成的密实桩体。砂桩在应用初期，主要用于松散砂土地基的处理。目前日本采用的振动式和冲击式的施工方法，并采用了自动记录装置，提高了施工质量和施工效率，处理深度也有较大幅度的增大。一、碎石桩目前国内外碎石桩的施工方法多种多样，按其成桩过程和作用可分为四类，如表．4-1所示。二、砂桩目前

2、国内外砂桩常用的成桩方法有振动成桩法和冲击成桩法。①振动成桩法是使用振动打桩机将桩管沉入土层中，并振动挤密砂料。②冲击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩管打入土层中，并用内管夯击密实砂填料。因此，砂桩的沉桩方法，对于砂性土相当于挤密法，对黏性土则相当于排土成桩法。4.2加固原理4.2.1对松散砂土加固原理碎石桩和砂桩挤密法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承载力、减少变形和增强抗液化性。碎石桩和砂桩加固砂土地基抗液化的机理主要有三方面作用：1、挤密作用对挤密砂桩和碎石桩的沉管法或干振法，在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向

3、挤压力，桩管中的砂挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大。有效挤密范围可达3～4倍桩直径。2．排水减压作用对砂土液化机理的研究证明，当饱和松散砂土受到剪切循环荷载作用时，将发生体积的收缩并趋于密实，在砂土无排水条件时体积的快速收缩将导致超静孔隙水压力来不及消散而急剧上升。有效应力也急剧降低，砂土产生液化现象。当加固砂土时，在桩孔内充填碎石、卵石、等反滤性好的粗颗粒料，形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂土液化，并可加快地基的排水固结。3．砂基预震效应在振冲法施工时

4、，振冲器以每分钟1450次振动频率，98m/s2水平加速度和90kN激振力喷水沉入土中，施工过程使填土料和地基土在挤密的同时获得强烈的预振，可以增强砂土抗液能力。4.2.2对黏性土加固机理对黏性土地基（特别是饱和软土），碎（砂）石桩的作用不是使地基挤密，而是置换。碎石桩置换法是一种换土置换，即以性能良好的碎石来替换不良地基土；排土法则是一种强制置换，它是通过成桩机械将不良地基土强制排开并置换，在地基中形成具有密实度高和直径大的桩体，它与原黏性土构成复合地基而共同工作。总之，碎（砂）石桩作为复合地基的加固作用，除了提高地基承载力

5、、减少地基的沉降量外，还可用来提高土体的抗剪强度，增大土坡的抗滑稳定性。不论对疏松砂性土或软弱黏性土，碎（砂）石桩的加固作用有：挤密、置换、排水、垫层和加筋五种作用。4.3设计计算4.3.1一般设计原则一、加固范围加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件及基础形式而定，通常都大于基底面积。见表4-2。二、桩位布置对大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，桩位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置；对于圆形或环形基础（如油罐基础）宜用放射形布置，如图4-1所示。三、加固深度加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按

6、下列原则确定：(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，加固深度应满足地基变形值不超过建筑物地基容许变形值并满足软弱下卧层承载力的要求；(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以下2m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4m。四、桩径碎（砂）石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。采用30kW振冲器成桩时，桩径一般为0.70～1.0m，采用沉管法成桩时，桩径一般为0.30～0.70m

7、，对饱和黏性土地基宜选用较大的桩径。五、材料桩体材料可以就地取材，一般使用中、粗混合砂、碎石、卵石、砂砾石等，含泥量不大于5%。六、垫层碎（砂）石桩施工完毕后，基础底面应铺设30～50cm厚度的碎（砂）石垫层，垫层应分层铺设，用平板振动器振实。在不能保证施工机械正常行驶和操作的软弱土层上，应铺设施工用临时性垫层。4.3.2用于砂性土的设计计算对于砂性土地基，主要是从挤密的观点出发考虑地基加固中的设计问题，首先根据工程对地基加固的要求，确定要求达到的密实度和孔隙比，并考虑桩位布置形式和桩径大小，计算桩的间距。一、桩距确定考虑振密

8、和挤密两种作用，平面布置为正三角形和正方形时，如图4-2所示。1、对于正三角形布置1根桩所处理的范围为六边形（图中阴影部分），加固处理后的土体体积应变为式中：e0为天然孔隙比，e1为处理后要求的孔隙比。因为1根桩的处理范围为（式中z为桩间距，H为欲处理的天然土层厚度），所以而