水利工程地基处理--碎石桩

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1、合肥工业大学土木与水利工程学院赵静地基处理GroundTreatment第四章碎石桩StoneColumn一、概述1、概念碎石桩(StoneColumn)和砂桩(SandPile)总称为碎(砂)石桩，又称粗颗粒土桩(GranularPile)，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。第一节概述一、概述2、历史：（1）碎石桩：1835年，碎石桩出现；1937年振冲法挤密砂土地基；20世纪50年代加固粘土地基，形成碎石桩。从此

2、一般认为振冲法在粘性土中形成的密实碎石柱称为碎石桩。施工工艺发展：沉管法、振动气冲法、袋装碎石桩法、强夯置换法等1977年江阴市振冲器厂75KW和125KW大功率振冲器，河北建科院干振冲。第一节概述一、概述2、历史：（2）砂桩：19世纪30年代源于欧洲，但长期缺少实用设计计算方法、先进的施工工艺和设备，应用和发展受到很大的影响。在其应用初期，主要用于松散砂土地基的处理，最初采用冲孔捣实、以后采用射水振动施工法。自20世纪50年代后期，产生了目前日本采用的振动式和冲击式的施工方法，提高了施工质量和施工

3、效率，处理深度也有较大幅度的增大。砂桩技术自20世纪50年代引进我国后，在工业、交通、水利等建设工程中都得到了应用。第一节概述一、概述3、碎石桩：（1）分类：按其成桩过程和作用可分为四类：第一节概述一、概述3、碎石桩：（2）振冲法适用情况：规范表述：振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于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。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基。第一节概述一、概述4、砂桩：

4、（1）施工方法：主要为沉管法，有振动成桩法和冲击成桩法。（2）应用情况：早期砂桩用于加固松散砂和人工填土地基，如今在软粘土中，国内外都有使用成功和失败的情况。对砂桩用来处理饱和软土地基持有不同观点的学者和工程技术人员认为，粘性土的渗透性小，灵敏度大，成桩过程中土内产生的超孔隙水压力不能迅速消散，故挤密效果较差，相反却又破坏地基土的天然结构，使土的抗剪强度降低。第一节概述二、加固机理（一）、对松砂地基加固机理加固目的：提高承载力，减少变形，增强抗液化性加固机理的三方面：1、挤密作用：（1）对挤密砂桩和

5、碎石桩的沉管法或干振法：由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管体积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，这就是挤密作用，有效挤密范围可达3~4倍桩直径。第二节加固机理二、加固机理（一）、对松砂地基加固机理1、挤密作用：（2）对振冲法：在施工过程中由于水冲使松散砂土处于饱和状态，砂土在强烈的高频强迫振动产生液化并重新排列致密、且在桩孔中填入大量粗骨料后，被强大的水平振动力挤入周围土中，这种强制挤密位砂土的相对密实度增加，孔隙率降低，干密度和内摩擦角增大，土的

6、物理力学性能改善，使地基承载力大幅度提高，一般可提高2~5倍。出于地基密度显著增加，相对密实度也相应提高，因此抗液化的性能得到改善。第二节加固机理二、加固机理（一）、对松砂地基加固机理2、排水减压作用：在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，加快排水固结。3、砂基预振作用：美国人Seed（1975）试验表明：砂土液化特性除了与砂土的相对密实度有关外，还与其振动应变史有关。第二节加固机理二、加固机理（二）、对粘性土加固机理1、置换：对粘性土地基(特别是饱和软土)，由于土的粘粒含量多，粒间结合力

7、强，渗透性低，在振动力或挤压力的作用下土中水不易排走，所以碎(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，排土法则是一种强制置换，而对桩间土的挤密效果并不明显。在施工过程中会使饱和软粘土地基地面产生较大隆起，有时会造成表层硬壳层松动。第二节加固机理二、加固机理（二）、对粘性土加固机理2、桩土应力比：大部分荷载将由碎(砂)石桩承担，桩体应力和桩间粘性土应力之比值称为桩土应力比，一般为2~4。3、排水固结：大排水通道，加速固结。4、桩体作用和垫层作用：应力集中作用或垫层应力扩散作

8、用。第二节加固机理二、加固机理总之，碎(砂)石桩作为复合地基的加固作用，除了提高地基承载力，减少地基的沉降外，还可用来提高土体的抗剪强度，增大土坡的抗滑稳定性。国外通常将这类加固归属于“加筋法”范畴。不论对疏松砂性土还是软弱粘性土，碎(砂)石桩的加固有挤密、置换、排水、垫层和加筋的作用。第二节加固机理三、设计计算（一）振冲密实法1、加固范围见书P512、桩位布置及间距见书P51第三节设计计算三、设计计算3、加固深度深度不大（持力层）、变形控制（变形和承载力）、稳定控制