第4章-碎石桩

四、碎（砂）石桩1、概述一、碎石桩碎石桩（StoneColumnPile)和砂桩（SandPile）总称为碎（砂）石桩，国外又称粗颗粒土桩（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。适用范围：行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ-2002）中规定“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”。碎石桩施工方法分类分类施工方法成桩工艺适用土类挤密法振冲挤密振冲器水冲成孔，振动密实填料砂土，非饱和黏土杂填土沉管法沉管成孔，振动密实成桩干振法振孔器成孔，振孔器密实置换法振冲置换振冲器振动水冲成孔饱和土钻孔锤击沉管且钻孔取土成孔，锤击填料排土法振动气动压缩气体成孔，振动或锤击填料饱和软粘土沉管法沉管成孔，振动或锤击填料强夯置换重锤夯击成孔其他方法水泥碎石桩碎石内加水泥或膨胀土饱和软粘土裙围碎石桩裙桩周围设置刚性裙围袋装碎石桩碎石带入土工聚合物二、砂桩砂桩常用的成桩方法有振动成桩法和冲击成桩法。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。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，实际上这也就是碎石桩的沉管法。因此，砂桩的成桩方法对于砂性土相当于挤密法，对粘性土则相当于排土成桩法。2、加固原理（一）对松散砂土加固原理（二）对粘性土加固机理（一）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。1．挤密作用对沉管法或干振法，有效挤密范围可达3~4倍桩直径。对振冲挤密法，使地基承载力大幅度提高，一般可提高2~5倍。2．排水减压作用碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石（卵石、砾石）等反滤性好的粗颗粒料，在地基中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产生液化，并可加快地基的排水固结。3．砂基预振效应经过预振的试样发生液化，所需施加的应力要比施加未经预振的试样引起液化所需应力值提高46％。（二）对粘性土加固机理对粘性土地基（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，它与原粘性土构成复合地基而共同工作。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。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。3、设计计算3.1、一般设计原则1、加固范围(大于基础宽度，P58页)2、桩位布置(如图)3、加固深度：桩长不小于4m(P58的五条要求)4、桩径(据土质和设备而定)5、材料(视当地材料而定，就地取材)6、垫层(30-50cm厚度)3、设计计算3.2、砂性土设计计算挤密的角度考虑地基加固设计的问题，根据工程对地基加固的要求（承载力、沉降和抗液化）得到设计的密实度，孔隙比，部桩形式，桩径和桩间距。3.2砂性土的设计计算砂性土的设计计算砂石桩应用于松散砂土或粉土地基处理时，考虑挤密作用和振密作用，桩位按等边三角形平面布置。因此，加固处理后的土体体积减小V式中则有0VVv0101eeeVHlV2023HleeeV2010231砂性土的设计计算砂石桩加密效果示意图sdHH-hh原地面d/2d/2砂桩桩设计1、桩间距砂石桩挤密作用和振密作用产生地基体积压缩V，根据几何关系可以得到式中d－砂石桩直径(m)；h－振密作用产生的竖向变形(m)，当挤密下降时，取正值；当隆起上抬时，取负值。hlhHdV22123)(4砂性土的设计计算整理后得一般设计中不考虑振密作用，即h=0，则式中为计算参数当砂石桩平面布置等边三角形时，=0.95；当采用矩形布桩时，则计算参数=0.89，而表达式形式不变。hHeeehHdl01011001eeedl砂性土的设计计算液化判别烈度789近振61016远振812cwscrcrddNNNN3)](1.09.0[05.63标准贯入击数基准值注意事项1、粘粒含量大于20％的砂砾类土，会影响挤密效果；2、粘土夹层，检测一般要求大于30天；3、表层1－2m范围内进行在处理4.3.3粘性土地基设计1、计算用的参数（1）不排水抗剪强度cu：现场十字板剪切试验测定由不排水抗剪强度判断加固方法的适用性，还可选定桩的间距，预估加固后的承载力和施工难易程度。（2）桩的直径d：一般0.8-1.2m桩的直径与土类及其强度、桩材粒径、施工机具类型、施工质量等因素有关（3）桩体内擦角摩擦角φ不同材料，桩体内摩擦角取值不一样。4.3.3粘性土地基设计（4）面积置换率面积置换率为桩的截面积Ap与其影响面积Ａ之比，用m表示。M是表征桩间距的一个指标，m越大，桩间距越小。22/eddmlde05.1lde13.12113.1llde面积置换率：等边三角形：正方形：矩形：2、单桩承载力（1）Brauns（布劳恩斯）法:［Pp］max=20.75CuCu：不排水抗剪强度其中：碎石桩内摩擦角φp可取350～450，多数取φp=380［Pp］max：单桩极限承载力（2）综合单桩承载力法经验公式：［Pp］max=KpσrlKp：被动土压系数σrl桩体侧向极限应力最终：［Pp］max=KpK'CUKpK'：根据CU查表4-4取3.3粘性土地基设计3.3粘性土地基设计复合地基承载力P=[m(n-1)+1]ps其中m=Ap/A（面积置换率）n=pp/ps（桩土应力比）skpkspkfmmff)1(skspkfnmf)]1(1[沉降计算复合模量法Esp=[1+m(n-1)]Es沉降折减法b=1/[1+m(n-1)]稳定性分析4.4施工工艺施工方法振冲法干振法沉管法强夯置换法射水成孔袋装法振动沉管法内击沉管法（干冲法）心管密实法一、施工方法二、施工步骤2、适用范围：振冲法适用于处理砂土、粉土、粘性土、填土地基。1、概念：振冲法是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的联合作用下，将振冲器沉入到设计深度形成桩孔，再向桩孔逐段填入碎石并逐渐振密，从而在地基中形成一根大直径的密实桩体并和原地基土组成复合地基，使承载力提高，沉降减少的施工方法。振冲法3、振冲法施工机具振冲器供水泵排污系统振冲器成孔：启动水泵和振冲器，水压400～600kpa，水量可用200～400l/min，成孔速度0.5～2.0m/min，直至达到设计处理深度。提出加料，将振冲器沉入填料中振密，振密判断标准：电流超过规定密实电流，达到标准后继续向孔内加填料。就位：清理平整施工场地，布置桩位。振冲器对准桩位。分段成桩清孔，如果不清，泥浆比重大，碎石下降慢不易密实。4、振冲法流程振孔器就位振动挤土成孔上提振孔器填料振捣形成碎石桩间断填料法（粘性土）振冲器连续填料法（砂性土）振冲法施工碎石桩(StoneColumn)振冲挤密施工程序：就位反复提拔振冲成孔（将原地基松散砂土振挤密实(留振时间长，水量使砂土充分液化）振冲置换施工程序：就位振动到设计高度以上30~50cm提拔（重复1~2次）清孔填料振动填料（重复直到孔口）•在砂性土中，振冲起挤密作用，故称为振冲挤密；在粘性土中，振冲主要起置换作用，故称振冲置换。施工顺序：先中间后两边或先外圈后中间建筑物一边向一边推（排孔法）间隔跳打cba砂土：－aab软粘土：附近有建筑物时：c1、概念：干振碎石桩加固技术是对振冲碎石桩的一种改进,它可克服施工过程中及其后的一段时间内桩间土含水量增加,导致强度降低及施工过程中大量排泥浆,污染环境的缺点。由研究表明干振碎石桩以挤密加固为主,挤密效果与土的含水量关系密切,当含水量接近塑限时效果最好,若小于10%或大于24%时效果很差。复合地基承载力对杂填土提高1.3~2.5倍；对粘性土提高0.9~1.5倍。干振法2、适用范围：干振碎石桩适用于加固松散的非饱和粘性土（含水量w25%）,素填土,杂填土和二级以上非自重湿陷性黄土,加固深度6m左右。二、干振法施工流程振孔器就位振动挤土成孔上提振孔器填料振捣形成碎石桩干冲碎石桩法就位：清理场地布桩.机具就位，将导管中心对准桩位。穿塞：沉管到位后，提升导管一定高度，用低冲程将石塞冲出管外，并使其冲入导管下一定深度，深度称为冲锤超深，一般0.5-1.0m。制塞：在导管中投入一定数量的碎石，形成一定高度的石塞。沉管：用冲锤反复冲击导管内碎石石塞，由碎石与导管间的摩擦力带动导管与石塞一起下沉，直到设计深度为止.双管法（内击沉管法）冲锤超深三、沉管法施工流程形成桩体：当桩的顶面达到预定高程时，制桩完成。制桩：制桩包括提管、投料和击实三个过程。穿塞后将导管拔起一定高度，向管内投入适量碎石，用冲锤反复冲击将其击出导管，并达到预定的击实要求为止。如此分段填料击实直到制桩完成。原位荷载试验装置荷载试坑支墩次梁主梁承压板千斤顶百分表基准梁5、质量检验原位荷载试验装置反压重物反力梁千斤顶基准梁荷载板百分表