第三章深层密实法第三节 砂石桩(碎石桩).ppt

1、 1 1、基本定义、基本定义 碎碎( (砂砂) )石桩又被称做粗颗粒土桩石桩又被称做粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔之后，形成由砂石构成的大直径密冲等方式在软弱地基中成孔之后，形成由砂石构成的大直径密实桩体，包括碎石桩、砂桩和砂石桩，总称为实桩体，包括碎石桩、砂桩和砂石桩，总称为碎碎石桩石桩。 3 3、适用范围：、适用范围： 碎石桩用于挤密松散砂土、粉土、黏性土、素填土及杂填土地碎石桩用于挤密松散砂土、粉土、黏性土、素填土及杂填土地基。基。但需注意两点：但需注意两点：因为如果桩周土强度过低，当其不排水抗剪强度小于因为如果桩周土强度过低，当其不排水抗

2、剪强度小于20kPa时，将导致土的侧向约束力始终不能平衡由于填料挤入孔壁产生的作用力，那就始终不能形成桩体，故需时，将导致土的侧向约束力始终不能平衡由于填料挤入孔壁产生的作用力，那就始终不能形成桩体，故需经过预压加固处理；经过预压加固处理； 2）不加填料的振冲加密法适用于处理黏粒含量不大于不加填料的振冲加密法适用于处理黏粒含量不大于10的的中砂、粗砂地基。中砂、粗砂地基。 周围砂料能自行塌入孔内，可进行原地振冲周围砂料能自行塌入孔内，可进行原地振冲)。 砂石桩法也可用于处理可液化地基砂石桩法也可用于处理可液化地基。 1)1) 中、小型工业与民用建筑物；中、小型工业与民用建筑物； 2)2) 港湾

3、建筑物港湾建筑物( (码头、护岸工程等码头、护岸工程等) )； 3)3) 土工构筑物土工构筑物( (土石坝、路基等土石坝、路基等) )； 4)4) 材料堆置材料堆置场场地地( (矿料场等矿料场等) )； 5)5) 其它其它场场地。滑道、机场等。地。滑道、机场等。工程上，碎石桩法可用以下各类建筑：工程上，碎石桩法可用以下各类建筑： 3、适用范围、适用范围： 1) 1) 松散砂土的工程特性松散砂土的工程特性 砂土和粉土属于散粒状结构，砂土和粉土属于散粒状结构，粒间孔隙大，粒间孔隙大，颗粒的排颗粒的排列位置很不稳定，列位置很不稳定， 在外荷在外荷(动力和静力动力和静力)作用下作用下易发生移位易发生移

4、位, ,并并会重新进行排列，趋于较稳定状态。因此，会重新进行排列，趋于较稳定状态。因此，松散砂土松散砂土沉沉降变形大、抗液化性弱、承载力小。尤其是受振动作用后，降变形大、抗液化性弱、承载力小。尤其是受振动作用后，体积可缩小体积可缩小20%20%。2) 2) 加固机理加固机理 通过碎石桩处理，可有效地改善松散砂通过碎石桩处理，可有效地改善松散砂( (粉粉) )土的工程土的工程特性，主要表现在三个方面：特性，主要表现在三个方面： 挤密作用：挤密作用：施工过程中由于水冲使得松散砂土达到饱施工过程中由于水冲使得松散砂土达到饱和状态，并在高频强迫振动下产生液化、重新排列密实；孔中填和状态，并在高频强迫振

5、动下产生液化、重新排列密实；孔中填入的粗骨料被强迫振动、密实的同时，桩体半径还不断增大，对入的粗骨料被强迫振动、密实的同时，桩体半径还不断增大，对桩周土形成水平挤压作用桩周土形成水平挤压作用, ,甚至有一部分被挤入桩周土中。甚至有一部分被挤入桩周土中。于是于是 ，砂土密实度砂土密实度、孔隙率、孔隙率 ，干密度和内摩擦角，干密度和内摩擦角，达到达到力学性力学性能改善、承载力提高、抗液化性能增强的目的；能改善、承载力提高、抗液化性能增强的目的；施工中，桩管对周围砂层产生很施工中，桩管对周围砂层产生很大的水平挤压力，并将桩管处砂子挤向桩管周围的土层中大的水平挤压力，并将桩管处砂子挤向桩管周围的土层中

6、, , 桩桩管四周砂层孔隙率管四周砂层孔隙率、密实度、密实度 。 新郑高速公路震动沉管挤密新郑高速公路震动沉管挤密碎石桩施碎石桩施 工工 由于挤压，紧贴于桩周管上的土结构遭到完全破坏。桩管由于挤压，紧贴于桩周管上的土结构遭到完全破坏。桩管周围塑性变形区，由于受到挤压和孔隙水压力的共同作用，周围塑性变形区，由于受到挤压和孔隙水压力的共同作用，强度显著降低。桩管周围塑性变形区强度显著降低。桩管周围塑性变形区( )半径半径RP可由下可由下式确定。式确定。 （3-3-1） 由式由式( (3-3-13-3-1) )知，塑性变形区域的大小与桩管半径、土的知，塑性变形区域的大小与桩管半径、土的变形模量成正比

7、，与土的抗剪强度成反比。变形模量成正比，与土的抗剪强度成反比。 砂土和粉土中砂土和粉土中排水减压振密作用排水减压振密作用比比挤密作用显著挤密作用显著，是砂石桩，是砂石桩的主要加固作用之一。的主要加固作用之一。振密作用在宏观上表现为振密变形。振动振密作用在宏观上表现为振密变形。振动成桩过程中，一般形成以桩管为中心的成桩过程中，一般形成以桩管为中心的“沉降漏斗沉降漏斗”，直径达桩，直径达桩径的径的69倍，并形成多条环状裂隙。倍，并形成多条环状裂隙。 排水减压振密作用排水减压振密作用: : 振冲成桩过程中，桩周土体在循环荷载作用下发生收缩和趋于振冲成桩过程中，桩周土体在循环荷载作用下发生收缩和趋于紧

8、密，砂土在无排水条件下体积不断收缩导致超孔隙水压力产生，紧密，砂土在无排水条件下体积不断收缩导致超孔隙水压力产生，有效应力降为零时引起砂土液化。有效应力降为零时引起砂土液化。碎石桩体材料具有良好的反滤效碎石桩体材料具有良好的反滤效果，是理想的人工竖向排水减压通道，土体中的超水孔隙水必然沿果，是理想的人工竖向排水减压通道，土体中的超水孔隙水必然沿着改排水通道排出地面。随着孔隙水排出，土体的孔隙比降低，密着改排水通道排出地面。随着孔隙水排出，土体的孔隙比降低，密实度得到提高。实度得到提高。 预震抗液化作用预震抗液化作用: : 砂石桩法的预震抗液化作用主要有两个方面：砂石桩法的预震抗液化作用主要有两

9、个方面： 桩间可液化土层受到挤密和振密作用。桩间可液化土层受到挤密和振密作用。土层的密实度增土层的密实度增加，结构强度提高，表现在土层标贯击数的增加，从而提高土加，结构强度提高，表现在土层标贯击数的增加，从而提高土层本身的抗液化能力；层本身的抗液化能力； 砂土的液化特性不仅与相对密实度和排水体有关，还与砂土的液化特性不仅与相对密实度和排水体有关，还与砂土的振动应变史有关。砂土的振动应变史有关。预先受过适度水平的循环应力预振的预先受过适度水平的循环应力预振的砂土，将具有较大的抗液化强度。砂土，将具有较大的抗液化强度。砂石桩成桩过程中，桩间土砂石桩成桩过程中，桩间土受了多次预振作用，并通过桩体将产

10、生的超孔隙水压力消散，受了多次预振作用，并通过桩体将产生的超孔隙水压力消散，因而提高桩间土的抗液化能力。因而提高桩间土的抗液化能力。 1) 1) 粘性土的工程特性粘性土的工程特性: : 结构为蜂窝状或絮状结构，结构为蜂窝状或絮状结构，粘粒含量高、粘间结合力粘粒含量高、粘间结合力强、渗透性低。强、渗透性低。 在受到动、静外荷作用时，在受到动、静外荷作用时，黏粒之间的结合力以及黏黏粒之间的结合力以及黏粒、离子、水分子所组成的平衡体系虽然受到破坏，孔隙粒、离子、水分子所组成的平衡体系虽然受到破坏，孔隙水压力升高，土的强度降低，塑性变形增大，但是水压力升高，土的强度降低，塑性变形增大，但是土中水土中水

11、并不容易排放。并不容易排放。 黏性土黏性土密实度提高效果不佳，无法达到最终提高承裁密实度提高效果不佳，无法达到最终提高承裁力的目的。力的目的。 2) 2) 加固机理加固机理 主要通过置换法主要通过置换法( (用碎石桩置换粘性土用碎石桩置换粘性土) ) 实现改良土基的目实现改良土基的目的，具体表现在两个方面。的，具体表现在两个方面。 桩体置换作用。桩体置换作用。以性能良好的砂石桩直接替换部分粘以性能良好的砂石桩直接替换部分粘性土，构成性能良好的复合地基性土，构成性能良好的复合地基。由密实的碎石桩桩体取代由密实的碎石桩桩体取代了与桩体体积相同的软弱土，因为砂石桩的强度和抗变形性了与桩体体积相同的软

12、弱土，因为砂石桩的强度和抗变形性能等均优于其周围的土，所以形成的复合地基的承载力、模能等均优于其周围的土，所以形成的复合地基的承载力、模量就比原来天然地基的承载力、模量大，从而提高了地基的量就比原来天然地基的承载力、模量大，从而提高了地基的整体稳定性，减小了地基的沉降量。复合地基承载力增大率整体稳定性，减小了地基的沉降量。复合地基承载力增大率与沉降量的减小率均和置换率成正比关系。与沉降量的减小率均和置换率成正比关系。 2) 2) 加固机理加固机理： 排水固结作用。排水固结作用。饱和黏性土地基中，碎石桩体的排水饱和黏性土地基中，碎石桩体的排水通道作用是砂石桩法处理饱和软弱黏性土地基的主要作用之通

13、道作用是砂石桩法处理饱和软弱黏性土地基的主要作用之一一。由于沉管成桩过程中的挤压和振动等作用，桩间土会出。由于沉管成桩过程中的挤压和振动等作用，桩间土会出现较大的孔隙水压力，导致土强度降低。碎石桩施工结束后，现较大的孔隙水压力，导致土强度降低。碎石桩施工结束后，上覆土体重力作用下，借助于砂石桩良好的排水作用，桩间上覆土体重力作用下，借助于砂石桩良好的排水作用，桩间土发生排水固结，同时由于黏粒、水分子、离子之间重新形土发生排水固结，同时由于黏粒、水分子、离子之间重新形成新的稳定平衡体系，使土的强度得以恢复，甚至超过原土成新的稳定平衡体系，使土的强度得以恢复，甚至超过原土体强度。体强度。 不管是松

14、散砂性土还是软弱粘土，不管是松散砂性土还是软弱粘土，表现在表现在5 5个方面：个方面：挤密、置换、排水挤密、置换、排水固结、垫层和加筋作用固结、垫层和加筋作用。 对地基的加固效果具体表现在：可以使对地基的加固效果具体表现在：可以使承载力提高承载力提高，使使地基沉降量减小地基沉降量减小，抗剪强度增加抗剪强度增加和和抗滑稳定性抗滑稳定性提高。提高。 1 1、加固范围：、加固范围： 总体上要大于基础底面的面积，具体根据建筑物的重要性及总体上要大于基础底面的面积，具体根据建筑物的重要性及场地条件确定。场地条件确定。 对于一般地基，宜在基础外缘扩大对于一般地基，宜在基础外缘扩大1 13 3排桩；排桩；

15、对可液化地基，在基础外缘扩展宽度不小于基底可液化土对可液化地基，在基础外缘扩展宽度不小于基底可液化土层厚度的层厚度的1/21/2，并不应小于，并不应小于5m5m。具体见下表所示。具体见下表所示。 基础形式基础形式加固范围加固范围条形基础条形基础不超出或适当超出基底面积不超出或适当超出基底面积筏形、十字交叉及箱筏形、十字交叉及箱形基础形基础基础平面外轮廓范围内满堂加固，轮廓线外基础平面外轮廓范围内满堂加固，轮廓线外加加23排保护桩排保护桩正方形布置正方形布置矩形布置矩形布置三角形布置三角形布置扇形布置扇形布置2 2、布桩形式：、布桩形式： 对大面积满堂处理对大面积满堂处理，宜用等边，宜用等边三角

16、形布置；三角形布置；对单独基础或条形基对单独基础或条形基础础，采用正方形、矩形，等腰三角，采用正方形、矩形，等腰三角形较合适。形较合适。 3 3、桩径：、桩径：1)1)碎石桩：碎石桩：取决于施工设备的桩管大小和地基土条取决于施工设备的桩管大小和地基土条件，一般为件，一般为0.70.71.0m 1.0m ；2)2)沉管法施工桩：沉管法施工桩：一般为一般为0.m ；3)3)振冲桩：振冲桩：直径一般为直径一般为0.80.81.2m1.2m。4 4、材料要求：、材料要求：碎石料可使用碎石料可使用砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等，这些材料可单独用一种，也可以粗细粒

17、料卵石、碎石等，这些材料可单独用一种，也可以粗细粒料以一定的比例配合使用以一定的比例配合使用。填料中含泥量。填料中含泥量5%5%，并且不含有，并且不含有粒径大于粒径大于50mm50mm的颗粒。的颗粒。5 5、垫层：、垫层：垫层是基础的垫层是基础的“保护层保护层”。故。故桩体施工结束后，桩桩体施工结束后，桩顶与基础间宜铺设顶与基础间宜铺设300300500mm500mm厚的碎厚的碎( (砂砂) )石垫层，并振实。石垫层，并振实。 6 6、桩长、桩长( (加固深度加固深度) )：取决于建筑物对地基的强度和变形条件取决于建筑物对地基的强度和变形条件等的设计要求以及地质条件等的设计要求以及地质条件(软

18、土层的厚度、性能等软土层的厚度、性能等)而定，砂而定，砂土地基还应考虑抗液化的要求。主要注意四个方面：土地基还应考虑抗液化的要求。主要注意四个方面： 1）地基中松软土层厚度不大时地基中松软土层厚度不大时。根据较好土层埋深确定。根据较好土层埋深确定。 2）松软土层厚度较大时。松软土层厚度较大时。按稳定性控制的工程，桩长不应按稳定性控制的工程，桩长不应小于最危险滑动面的深度；按沉降变形控制的工程，桩长应满小于最危险滑动面的深度；按沉降变形控制的工程，桩长应满足复合地基的沉降量不超过建筑物地基的容许沉降量。足复合地基的沉降量不超过建筑物地基的容许沉降量。 3）对于可液化地基，对于可液化地基，加固深度

19、按要求的抗震处理深度确定。加固深度按要求的抗震处理深度确定。 4）桩长不宜小于桩长不宜小于4m，砂桩的长度一般应达砂桩的长度一般应达8- -20m。 加固目的是提高地基承载力，减小变形及抗加固目的是提高地基承载力，减小变形及抗液化性等。液化性等。因此，因此， 基本出发点是挤密。基本出发点是挤密。 由此，要求我们确定由此，要求我们确定密实度密实度( (r rd d) )，孔隙度孔隙度( (e) )，桩位布置桩位布置，桩径桩径( (d) )，间距间距( (L) )，桩体长或处理深桩体长或处理深度度( (H H ) ) 。 假定在松散砂土中打入的砂石桩达到假定在松散砂土中打入的砂石桩达到100%10

20、0%的挤密效果的挤密效果( (即成桩过程中无隆起、下隆沉现象，加固土无损失即成桩过程中无隆起、下隆沉现象，加固土无损失) ) 。 设：设：A单根桩所分担的加固面积；单根桩所分担的加固面积；V加固处理后的土加固处理后的土体体积变化量；体体积变化量；V0原砂土地基单位深度的平均体积，对应原砂土地基单位深度的平均体积，对应体重为体重为G ；VS砂层固体颗粒单位深度的体积；砂层固体颗粒单位深度的体积；L桩距，桩距，处理前后重度处理前后重度g g0 0、g g1 1( (对应孔隙比对应孔隙比eo，e1 ) ，h 为地基竖向变为地基竖向变形，下沉时取正值，反之取负值，形，下沉时取正值，反之取负值，H为欲处

21、理的天然土层厚为欲处理的天然土层厚度度; Vv 处理后空隙体积处理后空隙体积。svosvVVeVVe.1 (3-3-1) (3-3-1) LApALLLApV 1VoVv灌沙孔隙土粒图图 3-3-1 3-3-1 正方形桩位正方形桩位 图图3-3-2 3-3-2 孔隙比变化示意图孔隙比变化示意图 则：则：处理前的体积：处理前的体积： (3-3-2) (3-3-2) 处理后的体积：处理后的体积： V (3-3-3) (3-3-3) 00010111VVVeeVV(3-3-4)(3-3-4) HLeeeV20101(3-3-5)(3-3-5) 当桩位正方当桩位正方形布置时形布置时hlhHdVd22)

22、(4,又设桩径hHeeehHdL0101887. 0当正方形时(3-3-6)(3-3-6) hHeeehHdL010195. 0:当等边三角形布置时(3-3-7)(3-3-7) 桩径桩径d 与桩与桩距距L的关系的关系1001887. 0eeedL当正方形时100195. 0:eeedL当等边三角形布置时 按照规范给出的简化公式按照规范给出的简化公式修正系数修正系数用来考虑振动下沉密实作用，取值为用来考虑振动下沉密实作用，取值为1.11.11.21.21100ggG，VGV，由于处理前后体积如果转用重度表示)1 (00eVVs正方形布置时正方形布置时 011887. 0gggdLdddccddL

23、rrrgggmaxmax01195. 095. 0(3-3-8)(3-3-8) (3-3-9)(3-3-9) 地基挤密前干密度地基挤密前干密度；桩间土最大干密度桩间土最大干密度；挤实后的平压实系数挤实后的平压实系数(取取0.930.93) drmaxdrc)1 (11eVVs地基挤密后，要求达到的孔隙比地基挤密后，要求达到的孔隙比e1，可按下式求得：，可按下式求得： )(minmaxmax1eeDeer 这儿：这儿：emax 、emin为砂土最大、最小孔隙比，按为砂土最大、最小孔隙比，按土工试土工试验方法标准验方法标准确定确定(GB/T50123)(GB/T50123) ；Dr地基挤密后要求达

24、地基挤密后要求达到的相对密实度到的相对密实度( (一般取一般取0.70.70.850.85) ) 。AAeee0110101qggg(3-3-10)(3-3-10) 由式由式(3-3-5)可引伸出，单根桩可引伸出，单根桩(分担的加固面积为分担的加固面积为A)、单、单位长的填料量为位长的填料量为q 2 2、桩长、桩长 2)2) 对松散土层较厚时。对松散土层较厚时。桩长不应小于地基稳定性分桩长不应小于地基稳定性分析所确定的危险滑动面以下析所确定的危险滑动面以下2m2m的深度；对于按变形要的深度；对于按变形要求控制的工程，长度应满足处理之后地基变形量不超求控制的工程，长度应满足处理之后地基变形量不超

25、过建筑物的地基变形的允许值，同时应满足软弱下卧过建筑物的地基变形的允许值，同时应满足软弱下卧层的承载力要求层的承载力要求。 应根据工程地质条件和工程要求通过计算确定。具体应根据工程地质条件和工程要求通过计算确定。具体有四种情况：有四种情况：1)1) 松散土层厚度不大时。松散土层厚度不大时。桩长宜穿过松软土层桩长宜穿过松软土层; ; 2 2、桩长、桩长 3)3) 对可液化地基，原则上要穿过液化层，如液化层过对可液化地基，原则上要穿过液化层，如液化层过深，则桩长按现行的深，则桩长按现行的筑抗震设计规范筑抗震设计规范(GB50011-(GB50011-2001)2001) 的有关要求确定的有关要求确

26、定; ; 4) 桩长不宜小于桩长不宜小于4m（Why?）。(单桩载荷试验表明，桩体受荷过单桩载荷试验表明，桩体受荷过程中，在顶部程中，在顶部4倍桩径范围内将发倍桩径范围内将发生侧面膨胀，故设计深度应大于生侧面膨胀，故设计深度应大于主要受荷深度，即不小于主要受荷深度，即不小于4m)图图3-3-3 3-3-3 桩体膨胀破坏模式桩体膨胀破坏模式 对于砂性土地基，桩体的承载力虽然较大，但成桩过程对于砂性土地基，桩体的承载力虽然较大，但成桩过程中，桩间土被挤密，承载力也得到有效提高中，桩间土被挤密，承载力也得到有效提高。实际中，实际中，可按挤密的砂土垫层为模型计算其承载力，具体按可按挤密的砂土垫层为模型

27、计算其承载力，具体按建筑地建筑地基基础规范基基础规范(GB5007-2002) 有关规定执行。有关规定执行。 基于上述原因，该类地基的稳定性分析同样是按挤密砂基于上述原因，该类地基的稳定性分析同样是按挤密砂土类为模型进行稳定性分析和变形计算。土类为模型进行稳定性分析和变形计算。 AL08. 1AL 式中为单根桩承担的处理面积式中为单根桩承担的处理面积(m2) ； m (=桩身平均桩身平均直径直径d 2/ /单根桩分担的处理地基面积的等效圆直径单根桩分担的处理地基面积的等效圆直径de2)为桩土面积为桩土面积置换率，与桩间距成反比；置换率，与桩间距成反比；Ap为砂石桩的截面积。为砂石桩的截面积。m

28、AAP 应通过现场试验确定，间距一般不应大于砂石桩直径的三倍。应通过现场试验确定，间距一般不应大于砂石桩直径的三倍。初步设计可按下式估计：初步设计可按下式估计： 等边三角形布置等边三角形布置:de =1.05l; 正方形布置正方形布置:de =1.13l; 矩形布矩形布置置: 。 l、l1、l2分别为桩的间距、纵向间距和横向分别为桩的间距、纵向间距和横向间距。间距。 1) 等边三角形布置：等边三角形布置：2) 正方形布置：正方形布置： (3-3-11a) (3-3-11b) 2113. 1llde 1) 软粘土层较薄时，桩体直接落至下卧相对坚硬土层之上软粘土层较薄时，桩体直接落至下卧相对坚硬土

29、层之上 (单桩承载力地基单桩承载力地基)； 2) 相对硬层埋深较大时，相对硬层埋深较大时， 桩长不应小于地基稳定性分析所桩长不应小于地基稳定性分析所确定的危险滑动面以下确定的危险滑动面以下2m的深度的深度； 3) 桩长不宜小于桩长不宜小于4m ，但不能够大于砂石桩直径的，但不能够大于砂石桩直径的30倍。倍。 1) 桩径可采用桩径可采用300800mm，具体可根据地基土质情况及成，具体可根据地基土质情况及成桩设备确定桩设备确定；2) 按设计的复合地基承载力特征值确定；按设计的复合地基承载力特征值确定； 1) 1) 粘性土地基中桩、土作用特征粘性土地基中桩、土作用特征 粘性土地基中，振冲砂石桩处理

30、主要是一种置换处理，粘性土地基中，振冲砂石桩处理主要是一种置换处理，桩体在处理后的地基中所起作用分两种情况桩体在处理后的地基中所起作用分两种情况: : 对较薄软粘土。对较薄软粘土。桩体是直接落至下卧硬的土层之上，并桩体是直接落至下卧硬的土层之上，并起着应力集中的作用。起着应力集中的作用。需要计算单桩承载力；需要计算单桩承载力； 对厚层粘性土。对厚层粘性土。桩体未穿透粘性土层，桩与桩间土起到桩体未穿透粘性土层，桩与桩间土起到复合地基的作用。复合地基的作用。需要按复合地基计算承载力。需要按复合地基计算承载力。 地基地基 2) 2) 单桩的承载力确定单桩的承载力确定 对于由对于由散体颗粒散体颗粒组成

31、的砂石桩，其承载力主要取决于桩组成的砂石桩，其承载力主要取决于桩间土的间土的侧向约束能力侧向约束能力，因此该类桩最可能的破坏形式是，因此该类桩最可能的破坏形式是桩体桩体的膨胀破坏的膨胀破坏。 宜通过单桩载荷试验确定宜通过单桩载荷试验确定( (用的最多最可靠用的最多最可靠) ); ; 如无试验资料、宜通过以下方法估算如无试验资料、宜通过以下方法估算( (有多种方法有多种方法) ) a a） 侧向极限压力法计算单桩极限承载力侧向极限压力法计算单桩极限承载力 Pp maxmax )245()4(0200maxpuptgCupp(3-3-12) 式中式中 、u0 分别为原土的起始有效压力和孔隙水分别为

32、原土的起始有效压力和孔隙水压力压力; ; 0pCu为地基土不排水抗剪强度；为地基土不排水抗剪强度； 桩料内摩接角。桩料内摩接角。 puCup200有效压力和孔隙水压力之和有效压力和孔隙水压力之和 PsPp图图3-3-4 3-3-4 复合地基应力状态复合地基应力状态245602maxpPtgCuP单桩极限承载力单桩极限承载力 Pp maxmax 如果令如果令 038pupCPThorburn2 .25 :)1976(max建议的经验公式简化式求桩的允许承载力时，安全系数取求桩的允许承载力时，安全系数取3 b) b) 综合单桩极限承载力的方法综合单桩极限承载力的方法 假定单桩侧向挤出破坏具有轴对称

33、性，据桩周土体为被动假定单桩侧向挤出破坏具有轴对称性，据桩周土体为被动破坏。则单桩极限承载力破坏。则单桩极限承载力 P Pp p maxmax可按下试计算：可按下试计算： (3-3-15)还可进一步改写为：还可进一步改写为：PPmax = KpK Cu 不同算法Kp及K取值见表(3-3-1)Cu不排水抗剪强度；不排水抗剪强度；Kp被动土压力系数，取值与算法有被动土压力系数，取值与算法有关，此处关，此处 ; ; rlppKPmax(3-3-15)245(tan2popKrl桩体侧向极限应力。桩体侧向极限应力。表表3-3-1 粘土不排水抗剪强度及单桩极限承载力系数取值粘土不排水抗剪强度及单桩极限承

34、载力系数取值 为计算方便一般推荐用下式估算：为计算方便一般推荐用下式估算： 单桩极限承载力单桩极限承载力: 一般应通过现场复合地基载荷试验确定，但在初步设计时，一般应通过现场复合地基载荷试验确定，但在初步设计时，也可用以下方式计算，假定也可用以下方式计算，假定作用载荷为作用载荷为p，作用于桩的应力为作用于桩的应力为pp；作用于桩间土应力为作用于桩间土应力为ps，桩、土面积各为，桩、土面积各为Ap和和A-Ap。pppmnnpp) 1(1sssmnpp) 1(11设桩土应设桩土应力比为：力比为：spppn AAmp则有：则有： pA=ppAp+ps(A-Ap) (3-3-18)桩土面积桩土面积置换

35、率：置换率： PpPPsZ图图3-3-5 3-3-5 复合地基的剪切特性复合地基的剪切特性(3-3-18)可改写为：可改写为： nnmpnmpmpmpPpssp) 1(1)1(1 )1 (. 因此，对于小型工程的粘因此，对于小型工程的粘性土地基性土地基,如果无现场载荷试验如果无现场载荷试验资料初步设计时，复合地基的资料初步设计时，复合地基的承载力特征值可按该试估算：承载力特征值可按该试估算：p =1+m(n-1) ps (3-3-19) 复合地基模量复合地基模量ESP与与桩间土压缩模量桩间土压缩模量Es具有如下关系具有如下关系 知道了知道了ESP，则具体沉降计算可按，则具体沉降计算可按建筑地基

36、基础规范建筑地基基础规范(GB5007-2002) 中的有关计算公式进行确定中的有关计算公式进行确定 (简化的分层总和简化的分层总和法法) ，当然具体计算时还涉及到沉降计算经验系数，当然具体计算时还涉及到沉降计算经验系数y ys的取值问的取值问题，在无统计数据时，可采用表题，在无统计数据时，可采用表2-5 表表2-5 2-5 建筑物的地基变形允许值建筑物的地基变形允许值 注：注：1 1 表中数值为建筑物地基实际最终变形允许值表中数值为建筑物地基实际最终变形允许值； 2 2 有括号者仅适用于中压缩性土有括号者仅适用于中压缩性土；3 3 l l为相邻基的中心距离为相邻基的中心距离(mm), (mm

37、), Hg为自室外地面起算的建筑物高度为自室外地面起算的建筑物高度(m)(m)； 4 4 倾斜指基础倾斜倾斜指基础倾斜方向两端点的沉降差与其距离的比值方向两端点的沉降差与其距离的比值. . 地基的稳定性要求最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产地基的稳定性要求最危险的滑动面上诸力对滑动中心所产生的抗滑力矩与滑动力矩应符合关系式（生的抗滑力矩与滑动力矩应符合关系式（反映其抗倾滑能力反映其抗倾滑能力）：）： 式中式中 Ms滑动力矩滑动力矩；MR抗滑力矩抗滑力矩 可利用复合地基的抗剪特性、并使用圆孤滑动法来进行计可利用复合地基的抗剪特性、并使用圆孤滑动法来进行计算，假定地基某深度处算，假定地基某深度处(

38、Z) 剪切面与水平面的交角为剪切面与水平面的交角为，如果，如果考虑砂石桩与桩间土两者都发挥着抗剪效用，则复合地基的考虑砂石桩与桩间土两者都发挥着抗剪效用，则复合地基的抗剪强度抗剪强度t tSP为为 gt2cos.tan).().1 (pppspZpumCm(3-3-20) 式中式中: C桩间土粘聚力；桩间土粘聚力； Z自地表面的起算深度自地表面的起算深度p 桩料重度桩料重度(容重容重) ； m桩土面积置换率；桩土面积置换率； p应力集中系数；应力集中系数； p 桩料内摩擦角。桩料内摩擦角。 如果考虑桩间土荷载产生的固结，则固结后强度如果考虑桩间土荷载产生的固结，则固结后强度，桩间土粘聚力桩间土

39、粘聚力C 这儿：这儿：U 固固结结度；度；C0 桩间土固结前饱度；桩间土固结前饱度；s应力降应力降低系数低系数 ； cu 桩间土固结不排水内摩擦角；桩间土固结不排水内摩擦角；P 计算深度计算深度Z 处处的平均压力。的平均压力。 振冲法是振冲法是振动水冲击法振动水冲击法的简称，按不同土类可分为振冲置的简称，按不同土类可分为振冲置换法和振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作换法和振冲密实法两类。振冲法在粘性土中主要起振冲置换作用，置换后填料形成的桩体与土组成复合地基；砂土中主要起用，置换后填料形成的桩体与土组成复合地基；砂土中主要起振动挤密和振动液化作用。振冲法的处理深度可达振动挤密和振

40、动液化作用。振冲法的处理深度可达10m左右。左右。 借助于偏心块在定轴转动时产生的惯性力，使得振冲器借助于偏心块在定轴转动时产生的惯性力，使得振冲器产生具有一定频率和振幅的水平向振动力，振动的同时在其产生具有一定频率和振幅的水平向振动力，振动的同时在其下端部喷射高压水流。下端部喷射高压水流。 在振冲联合作用下，将振冲器逐在振冲联合作用下，将振冲器逐步沉到土中的设计深度。步沉到土中的设计深度。清孔后清孔后填料填料振击挤密直至地表面振击挤密直至地表面 形成实密桩体形成实密桩体 图图3-3-6 3-3-6 振冲法振冲法施工顺序示意图施工顺序示意图 1) 吊车：用于提升、贯入振冲器及移动施工位置；吊车

41、：用于提升、贯入振冲器及移动施工位置； 2) 振冲器：成孔并对料石的振实工作；振冲器：成孔并对料石的振实工作； 3) 供电系统及工作供电系统及工作 保证能源供应和控制开、关操作；保证能源供应和控制开、关操作； 4) 供水系统供水系统( (包括包括水泵水泵)，以，以提供应成孔施工用水；提供应成孔施工用水； 5) 运料工具。运料工具。 1)1) 三通三通( (电、水、料电、水、料) ) 一平一平( (场地场地) )； 2)2) 施工场地布置：施工场地布置：保证施工过程有序，顺利；保证施工过程有序，顺利； 3) 桩孔定位桩孔定位（测量、布线）（测量、布线） 1) 连续填料法：连续填料法：成孔后，振冲

42、器预留孔底，边填料边振实；成孔后，振冲器预留孔底，边填料边振实；2) 分次填料法：分次填料法：成孔后，逐次填料，逐次振实成孔后，逐次填料，逐次振实(类似于浅层处类似于浅层处理中的分层压实施工法理中的分层压实施工法)； 3) 综合填料法：综合填料法：分段连续填料振实分段连续填料振实(介于前两者之间介于前两者之间)； 4) 先护壁后制桩法：先护壁后制桩法：(主要针对软土层主要针对软土层) 成孔过程中沉冲一段填成孔过程中沉冲一段填料护壁，再向下沉冲一段填料护壁料护壁，再向下沉冲一段填料护壁完孔完孔填料密实。填料密实。A、回向法；、回向法；B往复拐折法；往复拐折法；C间隔跳打法间隔跳打法主要有四种工艺

43、主要有四种工艺 1) 1) 振冲挤密法振冲挤密法 对中粗砂地基土，可不用另外加料，直接用振冲器振对中粗砂地基土，可不用另外加料，直接用振冲器振动密实地基，对粉细动密实地基，对粉细粘质土，为防止提出振冲器之后发粘质土，为防止提出振冲器之后发生孔中塌方，最好采用连续填料振实的办法。生孔中塌方，最好采用连续填料振实的办法。 施工时，关键是对施工时，关键是对水量大小水量大小( (目的？目的？) )及及留振时间留振时间 ( ( ？）？）长短的控制；长短的控制； 整个加固区完工后，由桩顶部向下整个加固区完工后，由桩顶部向下1m1m左右深度段内需左右深度段内需开挖，并另作垫层进行密实处理；开挖，并另作垫层进

44、行密实处理； 2) 2) 振冲置换法振冲置换法 施工成孔后，要留有一定时间清孔，用回水将泥浆带出地施工成孔后，要留有一定时间清孔，用回水将泥浆带出地面，然后再填料振实；面，然后再填料振实； 当土层中夹有硬层时，应采用多次往复振冲办法进行扩孔，当土层中夹有硬层时，应采用多次往复振冲办法进行扩孔，便于加料；便于加料； 加料时宜加料时宜“少吃多餐少吃多餐”，以保证压实；，以保证压实； 最终填料是要大于造孔体积，最终填料是要大于造孔体积，( (确保密室确保密室) ) 对孔底部填料尤对孔底部填料尤其注意；其注意； 软土地基要注意软土地基要注意“先护壁、后制桩先护壁、后制桩”防止缩径，塌方。防止缩径，塌方

45、。 3) 3) 质量控制：质量控制：通过通过“三要素三要素”保证质量保证质量 三个要素指的是：三个要素指的是：包括包括 振动成桩法振动成桩法 和和 冲击成桩法冲击成桩法 两种。两种。 通过振动作用成孔成桩。通过振动作用成孔成桩。振动作用下，将套管打入设计振动作用下，将套管打入设计深度深度( (该过程同时也挤密了管周土体该过程同时也挤密了管周土体) ) ，然后通过套管向下投，然后通过套管向下投入桩料，边提边振实进行成桩，入桩料，边提边振实进行成桩，具体成桩方法有三种具体成桩方法有三种： 1) 1) 一次拔管法一次拔管法: : 桩管振动沉入到设计深度之后，通过投料漏斗加入砂石料桩管振动沉入到设计深

46、度之后，通过投料漏斗加入砂石料的同时，的同时，一边振实、一边拔管，一边振实、一边拔管，直至拔出地面一次完工。直至拔出地面一次完工。 质量控制两个方面：质量控制两个方面：桩身的连续性与密实度（由拔管速度桩身的连续性与密实度（由拔管速度控制）、桩径（填料量控制）控制）、桩径（填料量控制） 2) 2) 逐步拔管法逐步拔管法: : 桩管振动沉入到设计深度之后，通过投料漏斗加料，分段桩管振动沉入到设计深度之后，通过投料漏斗加料，分段填料、一边振动、一边拔管。每拔管填料、一边振动、一边拔管。每拔管50cm50cm，停止拔管而继续，停止拔管而继续振动，停拔时间振动，停拔时间101020s20s（留振时间），

47、直至将桩管拔出地面（留振时间），直至将桩管拔出地面完工。完工。 质量控制关键：质量控制关键：提提拔拔段长度，填料量与振动时间。段长度，填料量与振动时间。 3) 3) 重复压拔管法：重复压拔管法： 桩管沉入设计深度之后，按设计规定逐段灌料桩管沉入设计深度之后，按设计规定逐段灌料边振边边振边拔拔管管拔至一定长度段再拔至一定长度段再边振动边向下压管边振动边向下压管( (沉管沉管) )，压缩空气并，压缩空气并核定填料排出情况核定填料排出情况下压桩管压实填料，如此往高直至完桩。下压桩管压实填料，如此往高直至完桩。 质量控制的关键有两个方面：质量控制的关键有两个方面： 填料量的排出率填料量的排出率( (即

48、填入的料量是否最大限度地排入孔中即填入的料量是否最大限度地排入孔中) )； 2120hhhhV控制施工控制施工 用实际压入比用实际压入比 VAARPPV)/(11PA 桩管内径断面面积；桩管内径断面面积；AP桩断面面积）桩断面面积）. . 桩管拔起高度桩管拔起高度h1时，桩管内有时，桩管内有h0高度的料排出到桩孔内，高度的料排出到桩孔内， 则排出率则排出率= h0 / h1 ；h2为桩体压实后的高度；为桩体压实后的高度；压实后体积变化率为压实后体积变化率为 主要是通过冲击作用成孔、成桩，具体有两种主要是通过冲击作用成孔、成桩，具体有两种 1) 1) 单管法：单管法： 用冲击器用冲击器( (桩锤

49、桩锤)将管打入设计深度，分次从套管填料、拔将管打入设计深度，分次从套管填料、拔管、振冲密实成桩。管、振冲密实成桩。 质量控制质量控制： 桩身连续性桩身连续性( (用拔管速用拔管速度控制度控制) )； 桩径桩径( (由灌砂量控制由灌砂量控制) ) 。2) 2) 双管法：双管法： 内外管下沉到设计完深度内外管下沉到设计完深度 ， 拔起内管，向外管内填料，拔起内管，向外管内填料，放下内管，再拔起外管到内管相同高度；锤击内外管放下内管，再拔起外管到内管相同高度；锤击内外管压实填压实填料料逐步成桩、完工。逐步成桩、完工。 质量控制：质量控制：桩体连续性桩体连续性(由贯入度控由贯入度控制制)、密实性和其周

50、围土层挤密后的均匀性、密实性和其周围土层挤密后的均匀性 1 应在施工期间及施工结束后，检查砂石桩的施工记录；应在施工期间及施工结束后，检查砂石桩的施工记录； 对沉管法，对沉管法，尚应检查套管往复挤压振动次数与时间、套管尚应检查套管往复挤压振动次数与时间、套管升降幅度和速度、每次填砂石料量等项施工记录；升降幅度和速度、每次填砂石料量等项施工记录； 2 施工后应间隔一定时间方可进行质量检验施工后应间隔一定时间方可进行质量检验。 对饱和粘性土地基，对饱和粘性土地基，应待孔隙水压力消散后进行，应待孔隙水压力消散后进行，间隔时间隔时间不宜少于间不宜少于28d； 对粉土、砂土和杂填土地基，对粉土、砂土和杂

51、填土地基，不宜少于不宜少于7d； 3 砂石桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验，对桩体可采砂石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、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。桩间土质量的检测动力触探或其他原位测试等方法进行检测。桩间土质量的检测位置应在等边三角形或正方形的中心。检测数量不应少于桩孔位置应在等边三角形或正方形的中心。检测数量不应少于桩孔总数的总数的2%； 4 砂石桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷砂石桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验；试验；

52、5 复合地基载荷试验数量不应少于总桩数的复合地基载荷试验数量不应少于总桩数的0.5%，且每个单，且每个单体建筑不应少于体建筑不应少于3点。点。碎石桩施工方法分类碎石桩施工方法分类分分类类施工方法施工方法成成 桩桩 工工 艺艺适用土类适用土类挤挤密密法法振冲挤密法振冲挤密法 采用振冲器振动水冲成孔，再振动密实填料成桩，并采用振冲器振动水冲成孔，再振动密实填料成桩，并挤密桩间土挤密桩间土砂性土、非饱砂性土、非饱和粘性土，以和粘性土，以炉、炉渣、建炉、炉渣、建筑垃圾为主的筑垃圾为主的杂填土，松散杂填土，松散的素填土的素填土沉管法沉管法 采用沉管成孔，振动或锤击密实填料成桩，并挤密桩采用沉管成孔，振动

53、或锤击密实填料成桩，并挤密桩间土间土干振法干振法 采用振孔器成孔，再用振孔器振动密实填料成桩，并采用振孔器成孔，再用振孔器振动密实填料成桩，并挤密桩间土挤密桩间土置置换换法法振冲置换法振冲置换法采用振冲器振动水冲成孔，再振动密实填料成桩采用振冲器振动水冲成孔，再振动密实填料成桩饱和粘性土饱和粘性土钻孔锤击法钻孔锤击法采用沉管且钻孔取土方法成孔，锤击填料成桩采用沉管且钻孔取土方法成孔，锤击填料成桩排排土土法法振动气冲法振动气冲法 采用压缩气体成孔，振动密实填料成桩采用压缩气体成孔，振动密实填料成桩饱和粘性土饱和粘性土沉管法沉管法 采用沉管成孔，振动或锤击填料成桩采用沉管成孔，振动或锤击填料成桩强

54、夯置换法强夯置换法 采用重锤夯击成孔和重锤夯击填料成桩采用重锤夯击成孔和重锤夯击填料成桩其其它它方方法法水泥碎石桩法水泥碎石桩法 在碎石内加水泥和膨润土制成桩体在碎石内加水泥和膨润土制成桩体饱和粘性土饱和粘性土裙围碎石桩法裙围碎石桩法 在群桩周围设置刚性的（混凝土）裙围来约束桩体的在群桩周围设置刚性的（混凝土）裙围来约束桩体的侧向鼓胀侧向鼓胀袋装碎石桩法袋装碎石桩法 将碎石装入土工聚合物袋而制成桩体，土工聚合物可将碎石装入土工聚合物袋而制成桩体，土工聚合物可约束桩体的侧向鼓胀约束桩体的侧向鼓胀【例题例题2】不加填料振冲加密法适用于处理黏粒含量不大于不加填料振冲加密法适用于处理黏粒含量不大于(

55、)的中砂、粗砂地基。的中砂、粗砂地基。 A、3； B、5； C、10； D、15； 答案：答案：【例题例题1】采用振冲桩处理地基时，对于处理不排水抗剪强采用振冲桩处理地基时，对于处理不排水抗剪强度小于度小于( )kPa的饱和黏性土和饱和黄土地基，应在施工前通的饱和黏性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。过现场试验确定其适用性。 A、10； B、20； C、30； D、40；答案：答案： B C【例题例题3】根据土质条件的不同，振冲法加固地基的主要作根据土质条件的不同，振冲法加固地基的主要作用有用有( ) 。 A、置换作用；、置换作用； B、挤密作用；、挤密作用； C、振密作用；、振密作用；