第6章_土(灰土)桩.ppt

1 第6章土 灰土 桩 利用成孔过程中的横向挤压作用 使桩间土被挤密 然后将素土或灰土分层填入桩孔内 并分层夯填密实至设计标高 填入材料为素土时 称为土挤密桩法 填入材料为灰土时 称为灰土挤密桩法 夯填密实的土桩或灰土桩 与挤密的桩间土形成复合地基 采用土桩挤密法时 若桩体和桩间土的密实度相同 则形成均质地基 2 1发展 灰土 土 挤密桩技术在国外30年代开始采用 我国50年代在甘肃兰州使用过 在70年代对处理湿陷性黄土和杂填土地基展开了较为系统的研究 并逐渐取得了广泛的应用 3 2 优点 a土 灰土 桩挤密法是横向挤密 但同样可以达到所要求处理后的最大干密度的指标 b与土垫层相比 无需开挖回填 节约了开挖和回填的工作量 比换填法缩短工期约一半 c由于不受开挖和回填的限制 一般处理深度可达12 15m 最小深度一般要求大于5m d填料一般是就地取材 比其它处理湿陷性黄土和人工填土的方法造价为低 尤其利用粉煤灰可以变废为宝 去得好的效益 4 3 适用条件地下水位以上的的湿陷性黄土 素填土和杂填土等地基 处理深度5 15m 以消除湿陷性为主要目的时 宜选用土挤密桩法 当主要为提高地基承载力和增强水稳定性时 宜选用灰土挤密桩 当地基土的含水量大于24 饱和度大于65 时 不宜选用灰土 土 挤密桩法 当e 0 9 1 2时 挤密效果好 当e 0 80时 一般土的湿陷性已消除 无必要挤密地基 应慎重选用 5 大量的试验资料和工程实践证明 灰土 土 挤密桩用于处理地下水位以上的湿陷性黄土 素填土 杂填土等地基 不论使消除土的湿陷性还是提高承载力都是有效的 当土的含水量大于24 及其饱和度大于65 时 在成孔及拔管过程中 桩孔及其周围容易引起颈缩和隆起 挤密效果差 故该方法不适用与处理地下水位以下及毛细饱和带的土层 基底下5m深度内的湿陷性黄土 素填土 杂填土 通常采用土 或灰土 垫层或强夯法等处理 大于15m的土层 由于成孔设备的限制 一般采用其它处理方法 饱和度小于60 的湿陷性黄土 其承载力较高 湿陷性较强 处理应以消除湿陷性为主 而素填土和杂填土的湿陷性较小 但压缩性大 承载力低 应以提高承载力和减小压缩性为主 6 灰土 土 挤密桩时一种比较成熟的地基处理方法 自20世纪60年代来 在陕西 甘肃等湿陷性黄土地区的工业与民用建筑中已广泛使用 积累了一定的经验 对一般工程 施工前在现场不进行成孔挤密试验 不致产生不良后果 并有利于加快地基处理的施工进度 但在缺乏建筑经验的地区和对不均匀沉降有严格要求的工程 施工前应按设计要求在现场进行试验 以检验地基处理方案和设计参数的合理性 7 一 加固原理 挤密 通过挤密作用提高桩间土的密实度 挤密土 不同于重塑土 它形成了以桩孔为中心的环状竖向节理结构 仅是将原地基土呈环状水平向挤密 一定程度地保存了地基土地原状结构 它保存了土的原始凝聚力和部分固化凝聚力 挤密土比同密度重塑土的力学性能要好 8 一 加固原理 衡量桩间挤密土的密实度指标采用挤密系数hc 而不用压实系数 c 以示区别 1挤密 单孔周围的环形挤密影响有效半径一般为1 5d 离桩边越远 挤密效果越差 9 土的侧向挤密作用灰土 土 桩成孔时 土体被迫产生侧向挤密 挤密影响半径一般为1 5 2倍桩直径 相邻桩孔挤密区交界处挤密效果叠加 增加挤密效果 桩间土中心部位密实度增大 且变得均匀 桩距越近 叠加效果越明显合理的桩孔中心距约2 3倍的d 天然含水率对挤密效果影响很大 大于最优含水量时 不宜排水 挤密效果不好 小于最优含水率时 有效挤密区太小 10 土体天然干密度对挤密的影响 干密度大则挤密范围大 干密度小 则有效挤密区变小 土质均匀则挤密范围大 土质不均匀则挤密范围小 11 2 灰土性质作用 石灰与土按一定比率 2 8或3 7 拌和形成的桩体具有气硬性和水硬性 由于石灰内带正电Ca离子与带负电粘土颗粒相互吸附 形成胶体凝聚 并随灰土龄期增长 土体固化作用提高 土体强度逐渐增加 在力学性能上 可达到挤密地基效果 提高地基承载力 消除湿陷性 沉降均匀和沉降减小 一 加固原理 12 3 桩体作用 在灰土桩挤密地基中 灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量 灰土的变形模量E0 29 36MPa 相当于夯实素土的2 10倍 降低了基础底面一下一定深度内的土中的应力 消除了持力层内产生较大压缩变形和湿陷性的不利因素 形成的桩体作用降低了原来地基土持力层的应力 桩体对桩间土的侧向约束作用 改善桩间土体的变形形式 使压力与变形成线性关系 一 加固原理 13 土桩挤密地基有桩间挤密土和分层夯填的素土桩组成 土桩桩体和桩间土均为被动挤密的重塑土 属同类土料 两者的物理力学指标无明显差异 因而 土桩挤密地基可视为厚度较大的素土垫层 14 一 加固原理 4提高地基土的隔水性 通过对地基土的挤密 提高地基土的隔水性 防水 隔水性能比同密度 同厚度 同宽度的垫层好 对某些地基 为防止水的渗透 防止下卧未处理土层浸水 需采取防水措施或对地基进行处理 当地基土的渗透系数量级达到10 7cm s时 即可确保建筑物在50年正常使用期间 下卧层的未处理土层不会自上向下浸水 15 二 挤密法的适用范围 灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土 素填土和杂填土等地基 可处理地基的深度为5 15m 当以消除地基土的湿陷性为主要目的时 宜选用土挤密桩法 当以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的时 宜选用灰土挤密桩法 当地基土的含水量大于24 饱和度大于65 时 不宜选用灰土挤密桩法或土挤密桩法 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2002 规定 16 二 挤密法的适用范围 地下水位以上 处理土层厚度 目前一般为5 15m 在工艺 施工设备改进的基础上 处理深度仍有增大的可能 饱和度Sr 65 含水量w 24 欠密实的湿陷性黄土 素填土 粉土 杂填土和粉质黏土等 含水量越小越好 17 挤密法的处理深度一般与施工条件 施工方法 挤密方式 设备条件等因素有关 在处理深度要求进一步增大的时候 设计是否应该多考虑几种地基基础方案 施工条件现状 处理深度超过15m 机械比较庞大 施工速度缓慢 工效较差 施工费用相对较高 二 挤密法的适用范围 处理深度小于5m的 可采用挤密法 但从合理性讲一般采用强夯 换填垫层法等更为简便 处理深度大于15m的 从挤密机理讲仍可采用挤密法 但存在两个问题 18 三 桩孔填料选择 灰土桩使用石灰和土按一定比例 2 8或3 7 拌合 具有气硬性和水硬性 并随着龄期增长 土体固化作用加强 灰土硬化后属于脆性材料 28d无侧限抗压强度qu不低于500kPa 灰土桩具有一定胶凝强度 其变形模量亦显著高于桩间土10倍左右 19 地基承载力要求较高 如fak 200kPa 时 可采用部分灰土 水泥土等 地基承载力要求一般 如fak 200kPa 或要求有较好的隔水性能时 桩孔材料优先选择素土 素土填料可分为粉质黏土 粉土等 三 桩孔填料选择 桩孔填料的选择应根据工程需要 设计意图确定 灰土与素土的隔水性哪个更好 素土 选择的原则 20 地基承载力要求较高 如fak 200kPa 时 可采用部分灰土 水泥土等 地基承载力要求一般 如fak 200kPa 或要求有较好的隔水性能时 桩孔材料优先选择素土 素土填料可分为粉质黏土 粉土等 三 桩孔填料选择 选择的原则 采用灰土填料时 不一定强调用高灰率的灰土 当受场地限制 地基处理宽度不能满足规范或设计要求时 可以考虑在场地边缘地带采用灰土 水泥土填料 21 挤密地基 在小坑浸水条件下 地基处理宽度达到基础底面宽度的1 5倍时 能使地基的侧向变形明显减少 挤密地基 当地基土的含水量小于塑限含水量情况下 地基处理宽度达到基础底面宽度的1 5倍时 能基本解决地基的侧向变形问题 四 挤密地基的处理宽度 通过试验发现 挤密地基 在大面积浸水条件下 地基处理宽度为基础底面宽度的1 5倍时 往往处理效果较差 若处理宽度达到2倍时 处理效果明显 若达到2 5倍时 能基本解决挤密地基的侧向变形问题 22 四 挤密地基的处理宽度 建筑地基处理技术规范 JGJ79 2012 和 湿陷性黄土地区建筑规范 GB50025 2004 中规定 当为局部处理时 在非自重湿陷性黄土场地 每边宜超出基础宽度的0 25倍 并不应小于0 5m 在自重湿陷性黄土场地 每边宜超出基础宽度的0 75倍 并不应小于1m 当整片处理时 每边超出外墙基础外援的宽度宜大于处理厚度的一半 如果要求具有较好的隔水防渗作用 还宜适当增大处理宽度 23 五 挤密地基的表层松动带 任何挤密方式施工的挤密地基 都存在表层松动带 挤密过程中 横向力及垂直向下的力都是土体挤密作用的能量来源 在表层0 3 1 5m范围内 在侧向分力作用下会引起桩孔周围土体的隆起或振动松散 这部分土比较疏松 物理力学性质较差 24 六 设计计算 桩孔直径选择 根据所选用的成孔设备或成孔方法以及场地土质情况确定 一般在300mm 450mm之间 25 桩径1 设计时如果桩径d过小 则桩数增加 并增加了打桩和回填的工作量 如果桩径过大 则桩间土挤密不够 消除湿陷性的效果不够理想 且对成孔机械的要求也提高 2 目前我国桩径最小为250mm 最大为600mm 一般为300 450mm 常用400mm 26 六 设计计算 桩孔间距设计 桩孔间距设计从消除湿陷性和提高地基承载力两个方面考虑 1 为消除黄土的湿陷性 挤密后的桩间土平均挤密系数不应小于0 9 对重要的工程不宜小于0 93 桩孔间距一般为桩孔直径的2 0 2 5倍 也可按下式计算 27 六 设计计算 桩孔间距设计 28 1 该类桩的设计计算原则和要求 1 以消除地基土湿陷性为目的的设计计算 宜采用土挤密桩法 2 以提高地基承载力和水稳定性为目的的设计 宜采用灰土挤密桩法和夯实水泥土桩法 3 桩间距应以保证桩间土挤密后达到要求的密实度和消除湿陷性为原则 甲 乙类建筑 0 93 0 88 其它建筑 0 90 0 84 4 桩身压实系数应到达 土桩 0 95 灰土桩 0 97 29 桩距的设计一般应通过试验或计算确定 计算主要是通过桩间土被挤密后达到应的密实度来确定的 平均挤密系数和土的干密度 为了均匀挤密桩间土 一般采用正三角形步孔 有时为了适应基础尺寸和形状 可采用其它形式布孔 30 关于挤密系数和压实系数 根据桩孔内全部深度内的平均干密度与室内击实试验求得填料 素土或灰土 在最优含水量时的最大干密度的的比值 成孔挤密深度内桩间土的平均干密度与桩间土的最大干密度的比值 31 对于等边三角形布置时 桩间距可取桩孔直径的2 0 2 5倍 也可按下式估算 S 桩孔之间的中心距离 d 钻孔直径 桩间土最大干密度 地基处理前的平均干密度 桩间土成孔后的平均挤密系数 对重要工程不宜小于0 93 对一般工程不宜小于0 90 32 深度取单位长度 则挤密前蓝色三棱柱内天然土体的体积为 33 蓝色三棱柱内天然土体挤密后的体积为 根据挤密前 后土粒质量相等的原则 可得 34 桩孔数量可按下式估算 桩孔按三角形布置时 桩孔按正方形布置时 鉴于地基处理时干密度值变化较大 一般不采用上式计算孔距 而用承载力的形式确定 35 桩孔间距设计 2 从提高地基承载力考虑 可由复合地基承载力公式得到桩间距表达式 36 桩顶标高以上应设置300 500mm厚的2 8的灰土垫层 其压实系数不应小于0 95 承载力 灰土 土 挤密桩复合地基承载力特征值 应通过现场单桩或多桩复合地基载荷试验确定 初步设计当无试验资料时 可案当地经验确定 单对于灰土挤密桩复合地基的承载力特征值 不宜大于处理前的2 0倍 并不宜大于250MPa 对土挤密桩复合地基的承载力特征值 不宜大于处理前的1 4倍 并不宜大于180MPa 37 七 施工 一 施工工艺 灰土 土 挤密桩的施工应按设计要求和现场条件选用沉管 振动或锤击 冲击等方法成孔 使土向孔周围挤密 1 成孔和回填夯实施工应复合下列要求 成孔施工时 地基土宜接近最优含水量 当含水量低于12 时 宜对拟处理范围的土层进行增湿 增湿土的含水量可按下式估算 Q 计算加水量 v 拟加固土的总体积 处理前土的平均干密度 Wop 土的最优含水量 38 应在地基处理前4 6d 加需要增湿的水通过一定数量和深度的渗水孔 均匀的浸入拟处理的土层中 2 成孔和孔内回填夯实应符合下列要求 1 成孔和夯实的施工顺序 当整片处理时 宜从里 或中间 向外间隔1 2孔进行 对大型工程 可采取分段施工 当局部处理时 宜从外向里间隔1 2孔进行 2 向孔内填料时 孔底应夯实 并抽样检查孔的直径 深度和垂直度 3 桩孔的垂直度偏差不宜大于1 5 4 桩孔中心点的偏差不宜超过桩距设计值的5 5 经检验合格后 应按设计要求 向孔内分层填入晒好的素土 灰土或其它填料 并分