基础工程咿呀咿呀

1、1 第五章振冲法2 5.7 振冲法振冲法 1. 利用振动和水力冲切原理加固地基的方法称为振冲法利用振动和水力冲切原理加固地基的方法称为振冲法2. 振冲法主要的施工机具是振冲器、吊机和水泵。振冲器振冲法主要的施工机具是振冲器、吊机和水泵。振冲器是一个类似插入式混凝土振捣器的机具，其外壳直径为是一个类似插入式混凝土振捣器的机具，其外壳直径为0.2m0.45m，长，长25m，重约，重约2050kN，筒内主要由一组，筒内主要由一组偏心块、潜水电机和通水管三部分组成如下图所示。偏心块、潜水电机和通水管三部分组成如下图所示。3. 振冲器有两个功能：一是振冲器有两个功能：一是产生水平向振动力产生水平向振动力

2、(4090kN)作用于周围土体；二是从端部和侧部进行射水和补给水。作用于周围土体；二是从端部和侧部进行射水和补给水。振动力是加固地基振动力是加固地基的主要因素，射水起协助振动力在土中的主要因素，射水起协助振动力在土中使振冲器钻进成孔，并在成孔后清孔及实现护壁作用。使振冲器钻进成孔，并在成孔后清孔及实现护壁作用。 3n在混凝土振捣器的基础上制成加固地基的振冲器，最初利用在混凝土振捣器的基础上制成加固地基的振冲器，最初利用振冲器冲切下沉并振动使砂土密实，后来发展应用于黏性土振冲器冲切下沉并振动使砂土密实，后来发展应用于黏性土地基，利用振冲成孔把黏土冲出，地基，利用振冲成孔把黏土冲出，置换成砂砾石并

3、振密形成置换成砂砾石并振密形成碎石桩体，与原地基土共同作用，提高地基的承载力和改善碎石桩体，与原地基土共同作用，提高地基的承载力和改善变形性质。变形性质。显然，两种振冲法加固地基的机理是不同的。前显然，两种振冲法加固地基的机理是不同的。前者为振冲密实，后者为振冲置换，分别适用于砂类土和黏性者为振冲密实，后者为振冲置换，分别适用于砂类土和黏性土土4 振冲器构造示意图 振冲施工过程5 5.7.1 振振 冲冲 密密 实实n1.作用原理作用原理 振冲器在砂土中振冲对地基土施加水平向的振动和挤压，振冲器在砂土中振冲对地基土施加水平向的振动和挤压，使土体由松散变成密实或者使孔隙压力升高而液化，其主使土体由

4、松散变成密实或者使孔隙压力升高而液化，其主要作用就是振动密实和振动液化。砂土的振动液化与振冲要作用就是振动密实和振动液化。砂土的振动液化与振冲器在砂土中的振动加速度有关，而振动加速度又随离振冲器在砂土中的振动加速度有关，而振动加速度又随离振冲器的距离增大而衰减。按加速度的大小划分为剪胀区器的距离增大而衰减。按加速度的大小划分为剪胀区 、流态区和挤密区，挤密区外为弹性区。流态区和挤密区，挤密区外为弹性区。6n2.设计原理设计原理 振冲密实设计的目的与内容主要是根据设计工程对砂土地振冲密实设计的目的与内容主要是根据设计工程对砂土地基的承载力、沉降和抗液化的要求，确定振冲后要求达到基的承载力、沉降和

5、抗液化的要求，确定振冲后要求达到的的密实度或孔隙比密实度或孔隙比。然后按此要求估算振冲布置的形式、。然后按此要求估算振冲布置的形式、间距、深度和范围。最后通过试验检验是否满足设计的要间距、深度和范围。最后通过试验检验是否满足设计的要求。求。 设计要求振冲密实的密度或孔隙比可根据工程要求的地基设计要求振冲密实的密度或孔隙比可根据工程要求的地基承载力及其与砂土密实度对应关系来确定。承载力及其与砂土密实度对应关系来确定。7n设计间距可按下式估算设计间距可按下式估算 d = v =( 1+ep)(e0-e-e1 1)/ )/ ( 1+e0)(1+e+e1 1) ) 根据工程经验，使用根据工程经验，使用

6、30kw30kw的振冲器，间距一般为的振冲器，间距一般为1.81.82.5米，米，使用使用75kw的振冲器间距可增大至的振冲器间距可增大至2.5 3.5米。平面布置的米。平面布置的方式可用正三角形或正方形。打入深度，如砂土厚层时，方式可用正三角形或正方形。打入深度，如砂土厚层时，应尽量贯穿，但不宜太深，除特殊要求加密外，一般不超应尽量贯穿，但不宜太深，除特殊要求加密外，一般不超过过8米，因为砂层本身的密实度是随深度增大的。米，因为砂层本身的密实度是随深度增大的。Vv/V8n3 施工与检验施工与检验 施工的主要机具是振冲器，并配有吊车和水浆。施工的主要机具是振冲器，并配有吊车和水浆。 施工工序：

7、加料振冲密实施工一般可按如下工序进行：清理场地，施工工序：加料振冲密实施工一般可按如下工序进行：清理场地，布置振冲点，布置振冲点， 机具就位，振冲器对准护筒中心，机具就位，振冲器对准护筒中心， 启动水浆振冲启动水浆振冲器，水量可用器，水量可用200400L/min，水压控制在，水压控制在400600kPa，下沉速度，下沉速度为为12m/min. 振动水冲下沉至预定深度后，将水压降低至孔口高振动水冲下沉至预定深度后，将水压降低至孔口高程，保持一定的水流；投料振动，填料从护筒下沉至孔底，待振密程，保持一定的水流；投料振动，填料从护筒下沉至孔底，待振密实达到控制电流值（密实电流值）后，提实达到控制电

8、流值（密实电流值）后，提0.30.5m；重复上述步；重复上述步骤，直至完孔，并记录各深度的电流和填料量；关闭振冲器和水浆骤，直至完孔，并记录各深度的电流和填料量；关闭振冲器和水浆9n4 工程应用工程应用n处理多层建筑物的松砂地基，提高地基的承载力，减少处理多层建筑物的松砂地基，提高地基的承载力，减少沉降；沉降；处理堤坝可液化的细粉砂地基处理堤坝可液化的细粉砂地基; 处理其他类建处理其他类建筑物的可液化地基筑物的可液化地基1011振冲密实法在高层建筑中的应用振冲密实法在高层建筑中的应用n振冲密实法主要用于砂土和粉土的加固处理振冲密实法主要用于砂土和粉土的加固处理及抗震动液化处理。振冲密实桩的填料

9、与振及抗震动液化处理。振冲密实桩的填料与振冲碎石桩的桩体材料相同，粒径为冲碎石桩的桩体材料相同，粒径为。对于粘粒含量小于的粗砂和中。对于粘粒含量小于的粗砂和中砂地基，振冲时可不另加填料，就地振密。砂地基，振冲时可不另加填料，就地振密。12n振冲密实桩的直径一般可取振冲密实桩的直径一般可取0.60.8m。水池地基中，。水池地基中，振冲密实桩常按等边三角形或正振冲密实桩常按等边三角形或正方形网格布置。方形网格布置。n 振冲密实桩的间距应根据地基上的颗粒组成、地下水位、地基土要达到的密实度振冲密实桩的间距应根据地基上的颗粒组成、地下水位、地基土要达到的密实度和振冲器的功能等因素确定。采用功率为的振冲

10、器时，桩间距一般可取和振冲器的功能等因素确定。采用功率为的振冲器时，桩间距一般可取.82.5，且不宜大于。当土的粒径小、密实度要求高时，桩间距宜取较小值，且不宜大于。当土的粒径小、密实度要求高时，桩间距宜取较小值，反之取较大值反之取较大值,水池地基中，当需处理的砂土或粉土层厚不大时，桩体应贯穿该土层。水池地基中，当需处理的砂土或粉土层厚不大时，桩体应贯穿该土层。当需处理的砂土或粉土层厚较大时，对非液化地基，桩体长度应根据水池地基的变形当需处理的砂土或粉土层厚较大时，对非液化地基，桩体长度应根据水池地基的变形允许值确定；对允许值确定；对液化地基液化地基，桩体长度尚应根据抗震要求的深度确定。，桩体

11、长度尚应根据抗震要求的深度确定。n 振冲密实桩处理地基的范围宜大于水池的基底范围，一般情况下，对非液化地基，振冲密实桩处理地基的范围宜大于水池的基底范围，一般情况下，对非液化地基，基础底范围外至少增加排桩；对可液化地基，基础底范围外至少增加排基础底范围外至少增加排桩；对可液化地基，基础底范围外至少增加排桩。桩。n 制桩完成后，水池基底下不符合密实要求的部分应于挖除，或辗压密实并铺设厚制桩完成后，水池基底下不符合密实要求的部分应于挖除，或辗压密实并铺设厚的碎石垫层。垫层应经夯实或压实。的碎石垫层。垫层应经夯实或压实。 n 振冲密实桩的施工，可以采用由外向里逐圈连续推进或跳圈推进的顺序进行。当振冲

12、密实桩的施工，可以采用由外向里逐圈连续推进或跳圈推进的顺序进行。当加固区附近有构筑物时，施工应从靠近构筑物的一侧开始，向远离构筑物的方向推进。加固区附近有构筑物时，施工应从靠近构筑物的一侧开始，向远离构筑物的方向推进。密实振冲孔与已有构筑物的距离宜大于。密实振冲孔与已有构筑物的距离宜大于。13 振冲密实桩的质量检验应于施工完成后间隔一定的时间进行。对砂土振冲密实桩的质量检验应于施工完成后间隔一定的时间进行。对砂土 地基可取周；对粉土地基可取周。地基可取周；对粉土地基可取周。n砂桩的作用是挤密，故桩径较大，桩距较小，而前面提及的砂井，其砂桩的作用是挤密，故桩径较大，桩距较小，而前面提及的砂井，其

13、作用主要是排水固结，故井径小而间距大，避免破坏地基土的天然结作用主要是排水固结，故井径小而间距大，避免破坏地基土的天然结构。构。n要有坚固的地基就必须根据实际情况来选择合适的处理方法，要有坚固的地基就必须根据实际情况来选择合适的处理方法，振冲器振冲器的强力振动，使得饱和砂层发生液化，砂粒重新排列，孔隙率降低；的强力振动，使得饱和砂层发生液化，砂粒重新排列，孔隙率降低；同时，利用振冲器的水平振冲力，回填碎石料使得砂层挤密，达到提同时，利用振冲器的水平振冲力，回填碎石料使得砂层挤密，达到提高地基承载力，降低沉降的目的。高地基承载力，降低沉降的目的。针对不同的地基土质还需要选用其针对不同的地基土质还

14、需要选用其它相应的适合的施工方式。它相应的适合的施工方式。14 5.7.2振冲置换振冲置换n1 黏土地基中振冲加固地基的作用机理黏土地基中振冲加固地基的作用机理:通过振冲成孔，以碎石置换并振动通过振冲成孔，以碎石置换并振动密实，形成碎石桩体，与地基土共同作用，提高地基的承载力，改善其变密实，形成碎石桩体，与地基土共同作用，提高地基的承载力，改善其变形性质。工程实践证明：振冲置换加固地基是有条件的；在振冲过程在形形性质。工程实践证明：振冲置换加固地基是有条件的；在振冲过程在形成的密实碎石桩体成的密实碎石桩体必须要求地基土具有足够的侧向土压力，抵抗振冲的侧必须要求地基土具有足够的侧向土压力，抵抗振

15、冲的侧向动压力。向动压力。n若地基土的抗剪强度不足，侧向土压力太小，难以形成密实的碎石桩体，若地基土的抗剪强度不足，侧向土压力太小，难以形成密实的碎石桩体，且振冲使地基中的孔隙水压力升高，进一步降低土的强度和侧压力，使地且振冲使地基中的孔隙水压力升高，进一步降低土的强度和侧压力，使地基土被振冲破坏。基土被振冲破坏。n注意：注意：振冲置换法适用于处理振冲置换法适用于处理Cu不小于不小于20kPa的黏性土。的黏性土。152 .设计的基本原理设计的基本原理 振冲置换设计的内容应包括：根据设计场地地质土层的性质和工程要求来确定碎石桩振冲置换设计的内容应包括：根据设计场地地质土层的性质和工程要求来确定碎

16、石桩的合理布置范围、直径的大小、间距、加固的深度和填料的规格等；验算或试验加固的合理布置范围、直径的大小、间距、加固的深度和填料的规格等；验算或试验加固后地基的承载力、沉降与地基的稳定性等。后地基的承载力、沉降与地基的稳定性等。 （1）复合地基承载力的估算）复合地基承载力的估算 1）按现场复合地基载荷试验确定。）按现场复合地基载荷试验确定。 2）用单桩载荷试验和天然地基载荷试验结果配合下式计算确定：）用单桩载荷试验和天然地基载荷试验结果配合下式计算确定： fspk = mfpk +(1-m) fsk 3)半经验式估算。半经验式估算。 fspk = 1+m(n-1) 3Sv16n（2）复合地基稳

17、定性沉降计算）复合地基稳定性沉降计算n振冲置换碎石桩复合地基沉降计算与水泥土桩复合地基的沉降计算方振冲置换碎石桩复合地基沉降计算与水泥土桩复合地基的沉降计算方法相同法相同n(3) 振冲置换碎石桩复合地基的稳定性计算振冲置换碎石桩复合地基的稳定性计算n Ssp = (1-m)Cu + mSpcosn其中其中 Ssp=Pz tanp cosn Pz = pz + pzn p =n/(1+(n-1m)17n3 施工要点施工要点n（1）合理安排振冲桩的顺序。为避免振冲过程中对软土的扰动与破）合理安排振冲桩的顺序。为避免振冲过程中对软土的扰动与破坏，施打碎石桩时，应采取坏，施打碎石桩时，应采取“由里向外

18、由里向外”或或“由一边向另边由一边向另边”的顺序的顺序施工，将软土朝一个方向挤出，保护桩体以免被破坏。必要时可采取施工，将软土朝一个方向挤出，保护桩体以免被破坏。必要时可采取朝一个方向向间隔跳打的方式。朝一个方向向间隔跳打的方式。n（2）宜用）宜用“先先护壁护壁后振密，分段投料，分段振密后振密，分段投料，分段振密”的振冲工艺。的振冲工艺。n较软土层施工成孔时，不要一下达到深度，在到达软土较软土层施工成孔时，不要一下达到深度，在到达软土层上部范围内，将振冲器提出孔口，加一批填料，然后下层上部范围内，将振冲器提出孔口，加一批填料，然后下沉振冲器将这批填料挤入孔壁，达到护壁的作用沉振冲器将这批填料挤

19、入孔壁，达到护壁的作用18（3） 严格控制施工过程中水冲的流量、水压、电流值、投料量和留振严格控制施工过程中水冲的流量、水压、电流值、投料量和留振的时间、水压和流量以保证护壁的要求为原则，过小则不利于护壁，的时间、水压和流量以保证护壁的要求为原则，过小则不利于护壁，过大则投料被冲出；振冲密实时应控制电流稳定在密度电流值（约过大则投料被冲出；振冲密实时应控制电流稳定在密度电流值（约1015A）内，以保证碎石桩密实；投料以）内，以保证碎石桩密实；投料以“少吃多餐少吃多餐”为原则，每为原则，每次投料不宜超过次投料不宜超过1m. 最后进行表层处理最后进行表层处理 在全部桩施工完毕后，由于桩顶约在全部桩

20、施工完毕后，由于桩顶约1.0m范围内的桩范围内的桩身质量不宜保证，一般情况下对振冲密实法加固砂土身质量不宜保证，一般情况下对振冲密实法加固砂土地基，进行表层处理可做基础；对振冲置换法加固黏地基，进行表层处理可做基础；对振冲置换法加固黏性土地基，除需要进行表层处理外，常在桩顶和基础性土地基，除需要进行表层处理外，常在桩顶和基础之间做之间做3050cm厚的碎石垫层厚的碎石垫层19n施工完毕后，必须及时进行检验制桩的质量。检验的方法主要是用载荷试验和动力触施工完毕后，必须及时进行检验制桩的质量。检验的方法主要是用载荷试验和动力触探，可按有关规范规定进行。探，可按有关规范规定进行。 振冲法的优点振冲法

21、的优点n1.由于振冲法直接作用在地基深层软弱土层部位，对软弱土施加的侧向挤动由于振冲法直接作用在地基深层软弱土层部位，对软弱土施加的侧向挤动压力过大，因而使土密实的效果好。压力过大，因而使土密实的效果好。n2.对于不均匀的天然地基，在平面和深度范围内，由于地基的振密程度可以对于不均匀的天然地基，在平面和深度范围内，由于地基的振密程度可以随地基软硬程度而对不同的填料进行整理，使加固后成为较均匀的地基。随地基软硬程度而对不同的填料进行整理，使加固后成为较均匀的地基。n3.施工机具简单，操作方便，施工速度快，加固质量容易控制。施工机具简单，操作方便，施工速度快，加固质量容易控制。n4.不需要用钢材和水泥，仅用碎石、砂砾、卵石等硬质材料，造价低。不需要用钢材和水泥，仅用碎石、砂砾、卵石等硬质材料，造价低。n5.对于天然软弱土地基，经过振冲填以碎石等粗骨料，成状后改变了地基的对于天然软弱土地基，经过振冲填以碎石等粗骨料，成状后改变了地基的排水条件，可以加速地震时超孔隙水的消散，有利于地基的抗震和防止砂土排水条件，可以加速地震时超孔隙水的消散，有利于地基的抗震和防止砂土液化液化 20n振冲密实法与振冲置换法的区别：前者是振冲密实法与振冲