第8章砂桩(SandPile).

第8章砂桩（SandPile）砂桩于19世纪30年代起源于欧洲。20世纪50年代后期，日本产生了振动式和冲击式的施工方法，处理深度可达30m。砂桩技术自20世纪50年代引进我国后，在工业与民用建筑、交通、水利等工程建设中得到了应用。8.1概述砂桩是指用振动或冲击荷载在软弱地基中成孔后，再将砂挤压入土中，形成大直径的密实柱体。作用：提高地基的强度，减少地基的压缩性，提高地基的抗震能力，防止饱和松散砂土地基的振动液化。适用土层：松散砂土、人工填土、粉土和杂填土等地基。适宜建筑：砂桩适用于中小型工业与民用建筑物、散料堆场、码头、路堤、油罐等。8.2加固原理一、在松散砂土中的作用（1）挤密作用（2）振密作用（3）砂土地基预震作用对挤密砂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，桩管体积的砂被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。其有效挤密范围约为3～4倍桩体直径。振动法成桩时，桩管周围土体同时受到挤密和振密作用，其有效振密范围比挤密作用更明显，可达6倍桩体直径。二、在软粘土中的作用（1）置换作用（2）排水作用砂桩在软弱粘性土中成桩后，地基就变成由砂桩和桩间土共同组成的复合地基。由于密实的砂桩取代了在砂桩体积相等的软土，所以复合地基的承载力比天然地基大，其沉降也就比天然地基小。砂桩在软弱粘性土地基中构成排水路径，可以起着排水砂井作用，使土层中的水向砂桩集中并通过砂桩排走，加快地基固结沉降速率。1.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。对一般基础，在基础外应扩大1～3排；对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m；对高等级公路，一般应处理至边缘外1～3m。2.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，桩位宜用正方形或矩形布置。8.3设计计算3.加固深度加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定：（1）当软土层不厚时，应穿透软土层；（2）当软土层较厚时，对按变形控制的工程，加固深度应满足砂桩复合地基变形不超过地基容许变形值的要求；（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）桩长不宜小于4m。4.桩径目前国内采用的桩径一般为0.3～0.7m，国外最大达2m。5.桩体材料宜使用中粗混合砂，含泥量不大于5％。桩孔填料量应通过现场试验确定，估算时可按设计桩孔体积乘以充盈系数1.2～1.4确定。6.垫层砂桩施工完毕后，地面应铺设30～50cm厚的砂垫层或砂石垫层。7.桩距计算粉土和砂土地基，桩距不宜大于桩径的4.5倍；粘性土地基不宜大于桩径的3倍。（1）砂土和粉土地基可根据挤密后要求达到的孔隙比e1来确定。等边三角形布置正方形布置100195.0eeeds100189.0eeeds)(minmax1max1eeDeer式中s——砂桩间距（m）；d——砂桩直径（m）；ξ——修正系数，当考虑振动下沉密实作用时，可取1.1～1.2；不考虑振动下沉密实作用时，可取1.0；e0——地基处理前砂土的孔隙比，可按原状土样试验确定，也可根据动力或静力触探等对比试验确定；e1——地基挤密后要求达到的孔隙比；emax、emin——砂土的最大最小孔隙比，可按现行国家标准《土工试验方法标准》GB/T50123的有关规定确定；Dr1——地基挤密后要求达到的相对密实度，可取0.70～0.85。（2）粘性土地基等边三角形布置正方形布置式中Ae——1根砂桩承担的处理面积（m2）；Ap——砂桩的截面积（m2）；m——面积置换率（一般为0.1～0.3）。eAs08.1eAsmAApe计算步骤：a.根据所提供的天然地基容许承载力、已确定的砂石桩容许承载力、要求达到的复合地基承载力，利用复合地基承载力计算公式，求出满足上述要求的置换率。b.按碎石桩设计直径，计算出碎石桩截面积。c.求出一根桩所分担的地基处理面积。d.求桩间距。8.复合地基承载力砂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，也可通过下列方法估算：（1）砂土地基，可根据挤密后砂土的密实状态，按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB-50007的有关规定确定。（2）对粘性土或粉土地基，可按以下公式计算：或skpkspkfmmff)1(22/eddmskspkfnmf)]1(1[式中fspk——砂桩复合地基承载力特征值（kPa）；fpk——桩体承载力特征值（kPa），宜通过单桩载荷试验确定；fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值；m——桩土面积置换率；d——桩身平均直径（m）；de——1根桩分担的处理地基面积的等效圆直径；等边三角形布桩de＝1.05s正方形布桩de＝1.13s矩形布桩n——桩土应力比。2113.1ssde一、砂桩材料1.砂料的选用：级配良好的中粗砂、砾砂；对饱和软粘土，选用级配好、强度高的砂砾混合料。2.含水量：饱和土中施工，砂的含水量采用饱和状态；非饱和土中可以直立成桩时，采用7～9％。二、施工机械振动式砂石桩机和锤击式砂石桩机。砂石桩机的设备组成：桩机架、桩管、桩尖、提升装置、挤密装置、上料设备以及检测装置。8.4施工进料口管嘴砂桩机套管管嘴振动器三、施工工艺及要点（一）施工要点(1)当用于消除粉细砂及粉土液化时，宜用振动沉管成桩法。(2)施工时桩位水平偏差不应大于0.3倍套管外径；套管垂直度偏差不应大于1％。（3）施工完毕后，应将基底标高下的松散层挖除或夯实，随后铺设并压实砂石垫层。（二）施工顺序1.砂性土地基从外围或两侧向中间施工，对挤密为主的砂桩间隔施工。2.淤泥质粘土地基从中间向外围或隔排施工。3.邻近存在建筑物时应背离其方向施工。4.在路堤和岸坡上应背离岸边或坡顶方向施工。1.施工工艺①图4.3-2砂桩施工顺序图②③④⑤⑥⑦(三)振动成桩法2.施工要点⑴试桩，数量7～9根；⑵拔管速度不宜过快，宜在2m/min，排砂要充分;⑶可按下面公式控制每段砂桩的灌砂量；⑷桩管内的砂料应保持一定的高度；⑸桩管排砂不畅时，加大风压。将要拔出地面时，应减小风压，防止砂料外扬；Aeeeq·1010)·01.01(·1··1pwpseAdg或⑹在软粘土中施工时，桩管未入土前，应先在桩管内投砂2～3斗，并复打2～3次。起到挤密桩周土和护壁作用，避免因缩颈而出现夹泥断桩现象。⑺注意贯入和电流曲线变化。⑻施工结束后，应将基底标高下的松土层夯压密实。(四)锤击成桩法1.单管法的施工工艺图4.3-3单管法成桩工艺①桩管就位，闭合桩靴；②将桩管打到设计深度；③灌砂；④拔管①②③④2.单管法的施工要点⑴以拔管速度控制桩身连续性。拔管速度可根据试验确定，在一般土质条件下，拔管速度应控制在1.5～3.0m/min；⑵根据灌砂量控制桩直径。当灌砂量达不到设计要求时，应在原位复打一次，或在其旁补加一根砂桩。3.双管法的施工工艺图4.3-4双管法成桩工艺①定位；②锤击沉管；③拔出内管，同时灌砂；④放下内管至外管砂面，拔外管与内管平齐；⑤锤击桩管，将砂压实；⑥拔内管，灌砂；⑦重复④～⑥，直到桩管拔出。②③①④⑤⑥⑦8.5质量检验（1）对饱和粘性土地基，应间隔28d后进行质量检验，对粉土、砂土和杂填土地基，不宜少于7d。（2）砂桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验，对桩体可采用动力触探试验检测，对桩间土可采用标准贯入、静力触探、动力触探或其他原位测试等方法进行检测。检测数量不应少于桩孔总数的2％。（3）砂桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。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。砂桩地基的质量检验标准思考题（1）砂桩处理砂土和粘性土时的作用机理有何不同？（2）采用砂桩处理地基时，对于砂土地基和粘性土地基，分别如何确定桩距和复合地基承载力？（3）砂桩的施工方法有哪些？（4）砂桩施工后，必须间歇多长时间方可进行质量检验？