深层密实法碎石桩地基处理（65页附图丰富）

1、第四章 深层密实法第三节 碎（砂）石桩一. 概述碎石桩（Stone Column Pile) 和砂桩（Sand Pile）总称为碎（砂）石桩，国外又称粗颗粒土桩（Granular Pile） ，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。 发展历史 1835年 法国 Bayonne (0.2m，2m) 1930s 德国 振冲法用于河床砂土的加固 1937年 德国 水冲法（并开始商业化） 1956年 日本 Oda发明砂桩（Sand Compaction Pile）专利 1960s 碎石桩用于粘性土加固 1970s 伊朗首次

2、利用碎石桩 1977年 中国 75kN振冲器 1984年 韩国首次将sand compaction pile 与砂 井排水相结合用于软基处理 适用范围 松散砂土、人工填土、粉土和杂填土等地基。应用范围 中小型工民建、散料堆场、码头、路堤、油罐等工程。作用 提高地基强度、减少压缩性、提高抗震能力、防止松散砂土发生振动液化。优点 经济性好、施工工艺简单、应用范围广。注意 用于饱和软弱土地基应谨慎，应先预压以消除沉降。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

3、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碎石桩施工方法砂桩 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人土层中，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。二、加固原理（一）对松散砂土加固原理（二）对粘性土加

4、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 砂基预震效应 经过预震的试样发生液化，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1.置换作用 对粘性土

5、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。2.排水作用 粘性土的渗透系数很小，设置砂桩可缩短排水距离，加速固结，提高强度。 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。 碎（砂）石桩的加固作用主要有：挤密、置换、排水、垫

6、层和加筋五种作用。三 、设计计算（一）一般设计原则1、加固范围 根据建筑物的重要性和场地条件及基础形式而定,通常大于基底面积。一般基础,在基础外缘应扩大13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过1/2,并不应小于5m，一般扩大24排；对于高速公路，一般应处理至外缘13m。三 、设计计算（一）一般设计原则2、桩位布置 主要布置形式有：三角形、正方形、矩形、等腰三角形、放射形。三 、设计计算（一）一般设计原则3、加固深度（桩长）（1）当相对硬层的埋藏浓度不大时，按相对硬层埋深确定;（2）相对硬层埋藏较深时，按变形和下卧层满足要求控制;（3）对于按稳定性控制的工程，不小于最危险

7、滑动面以下2m;（4）对可液化地基，按抗震要求处理;（5）桩长不宜短于4m.三 、设计计算（一）一般设计原则4、桩径 根据机械设备而定，多采用300800mm，对饱和粘性土地基宜选择较大直径。5、材料 就地取材，以砂性或碎石为主，含泥量不大于5%，碎石粒径为25m。6、垫层 主要为砂石垫层三 、设计计算（二）砂性土设计计算从挤密的角度考虑地基加固设计的问题，根据要求（承载力、沉降和抗液化）得到设计的密实度、孔隙比、 布桩、桩径和桩间距。砂石桩加密效果示意图1、桩间距确定1、桩间距确定1、桩间距确定当正方形布置时： 处理前体积 处理后体积 因此 即设桩体直径为d，当正方形布置时 当等边三角形布置

8、时加固后的孔隙比按地基承载力要求或下式确定1、桩间距确定密实中密稍密松散砺砂、粗砂、中砂e0.600.60e0.750.75e0.85e0.85细砂、粉砂e0.700.70e0.850.85e0.95e0.95砂土密实度参考表1、桩间距确定若用重度表示，正方形布置时等边三角形布置时碎（砂）石桩每根桩每米长度的填料q：1、桩间距确定2、 液化判别烈度789近振61016远振812标准贯入击数基准值 2、液化判别注意事项注意事项1、标贯试验离散，要求检测钻孔大于5个，每土层15个 标贯以上；2、粘粒含量大于20的砂砾类土，会影响挤密效果；3、粘土夹层，应考虑时间效应，检测一般要求大于30天；4、表

9、层12m范围内进行再处理（三）粘性土地基设计1、计算参数（1）不排水抗剪强度Cu，用十字板剪切试验确定（2）桩的直径0.81.2m（3）桩的内摩擦角对于碎石桩取3545度，对于砂桩取38度（4）面积置换率（m）桩的截面积Ap与其影响的面积A之比（三）粘性土地基设计2、承载力计算（1）单桩承载力在荷载的作用下，桩体常出现三种破坏形式鼓出破坏刺入破坏剪切破坏碎石桩大部分产生鼓出破坏。目前计算单桩承载力的主要方法有：极限应力法、整体剪切破坏法、球穴扩张法等。（三）粘性土地基设计2、承载力计算（1）单桩承载力假设单根桩碎（砂）石桩的破坏是空间轴对称问题，桩周土体是被动破坏，此时单桩极限承载力：桩体侧向

10、极限应力（三）粘性土地基设计2、承载力计算（2）复合地基承载力（三）粘性土地基设计2、承载力计算（2）复合地基承载力假定桩和土各自面积的作用应力不变：将桩土应力比n与面积置换率m代入得：砂桩应力集中系数桩间土应力折减系数（三）粘性土地基设计2、承载力计算（2）复合地基承载力改写成：小型工程，无现场实测资料时，可用十字板剪切强度代替：规范计算方法：（三）粘性土地基设计3、沉降计算（1）分层总和法沉降量主要包括加固区和下卧层沉降 计算均采用规范中的方法：分层总和法规范法注意：对于加固区的土体压缩模量：（2）沉降折减法 一般天然粘性土地基的沉降量为： 经处理后的沉降量为： 折减系数： 忽略原地基土的

11、处理效果，则取：（三）粘性土地基设计（三）粘性土地基设计3、稳定性分析复合地基抗剪强度：桩间土的应力折减系数：桩的应力增加系数：（三）粘性土地基设计四.施工方法砂石桩法常规施工可采用振动成桩法(简称振动法)或捶击成桩法(简称捶击法)两种施工方法。工程中一般的具体方法有：振冲成桩法、干振挤密碎石桩法、沉管碎石桩法、夯扩碎石桩法、袋装碎石桩法等。 （1）振动成桩法（振动法）采用振冲法在地基中以设置碎石桩加固地基的方法称为振冲碎石桩法。振冲碎石桩法适用于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的黏土、粉土、砂土、饱和黄土和人工填土地基。 四.施工方法vibrocasing（2）捶击成桩法（捶击法）捶击成桩

12、法又可分为双管法和单管法两种施工方法。（3）干振挤密碎石桩法 干法振动成孔器 四.施工方法（4）沉管碎石桩法采用沉管打桩机在地基中设置碎石桩按施工方法可以分为三种：管内投料重锤夯实法，管内投料振动密实法，先拔管、后投料复打密实法。（5）夯扩碎石桩法夯扩碎石桩法是沉管碎石桩法中先拔管、后投料复打密实法的发展。 四.施工方法夯扩碎石桩施工工艺流程示意图五.质量检验CPTSPTPlate load test (PLT)SASWCross-hole shear wave velocity tests砂石桩施工结束后，除砂土地基外，应间隔一定时间方可进行质量检测。对粘性土地基，间隔时间可取34周对粉土地

13、基可取23周关于砂石桩的施工质量检验，常用的方法有单桩载荷试验和动力触探试验，复合地基和多桩复合地基大型载荷试验等。单桩载荷试验，可按照每200400根桩随机抽取一根进行检验，但总数量不得少于3根。对于砂土或粉土中的碎石桩，除用单桩载荷试验外，还可以用标准贯入试验、静力触探试验等试验对桩间土进行处理前后的对比试验。对砂桩还可以采用标准贯入或动力触探等方法检测桩的挤密质量。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。对大型的、重要的或者场地复杂的碎（砂）石桩应该进行复合地基的处理效果检验。检验点数量可按照处理面积大小取24组。挤密碎石桩、砂桩，液化土地基、液化土与软土交互地基成桩前后进行SASW法、CPT、SPT碎石桩（液化地基 ）碎石桩（交互地基）砂桩(交互地基）CPT（液化地基碎石桩）SPT（液化地基碎石桩）CPT（液化土与软土交互地基碎石桩）复合地基截荷试验复合地基截荷试验复合地基截荷试验1、截荷试验三大系统：加载、反压、测量2、载荷及等级：最大加载压力不应小于设计要求