第03章2碎石桩地基

1、 砂石桩是采用振冲或冲击的方法，在软砂石桩是采用振冲或冲击的方法，在软弱地基中成孔，填入砂石料且挤压入土中，弱地基中成孔，填入砂石料且挤压入土中，形成大直径密实砂石桩的地基处理方法。形成大直径密实砂石桩的地基处理方法。 主要包括主要包括砂桩置换法砂桩置换法、挤密砂桩法挤密砂桩法和和沉沉管碎石桩法管碎石桩法等。等。 碎石桩法一开始主要是处理松散砂土、碎石桩法一开始主要是处理松散砂土、人工填土或饱和粘性土地基。人工填土或饱和粘性土地基。 近年来，在软粘土地基处理中也取得了近年来，在软粘土地基处理中也取得了一些经验。一些经验。砂石桩法砂石桩法 砂/碎石桩历史: 1835年 法国 Bayonne (0

2、.2m，2m) 1937年 德国 水冲法 1977年 中国 75kN 适用土性：无粘性土和粘性土 碎石桩施工方法分类施工方法 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vibrocasing(5) Environmen

3、t %松散砂土 挤密 横向挤压，有效挤密范围34倍桩直径 排水减压 液化时作为排水通道 砂基预振效应 Dr=54%通过预振后等于Dr=80%的未经预振的砂土地基粘性土 作为复合地基进行加固。 提高地基承载力，减小沉降，提高抗剪强度。 砂性土设计计算砂性土设计计算挤密的角度考虑地基加固设计的问题，根据要求（承载力、沉降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。和抗液化）得到设计的密实度，孔隙比，布桩，桩径和桩间距。桩间距 砂石桩应用于砂石桩应用于松散砂土或粉土松散砂土或粉土地基处理地基处理时，考虑挤密作用和振密作用，桩位按等边

4、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，加固处理后的土体三角形平面布置。因此，加固处理后的土体体积减小体积减小 V 式中式中 则有则有 0VVv0101eeeVHsV2023HseeeV2010231砂石桩加密效果示意图砂石桩加密效果示意图sdHH-hh原地面d/2d/2 砂石桩挤密作用和振密作用产生地基体积砂石桩挤密作用和振密作用产生地基体积压缩压缩 V，根据几何关系可以得到，根据几何关系可以得到 式中式中 d砂石桩直径砂石桩直径(m)； h振密作用产生的竖向变形振密作用产生的竖向变形(m)，当挤，当挤密下降时，取正值；当隆起上抬时，取负值。密下降时，取正值；当隆起上抬时

5、，取负值。hshHdV22123)(4将式（将式（6-49）和式（）和式（6-50）联立，整理后得）联立，整理后得 （6-51）一般设计中不考虑振密作用，即一般设计中不考虑振密作用，即h=0，则，则 （6-52）式中式中 为计算参数为计算参数当砂石桩平面布置等边三角形时，当砂石桩平面布置等边三角形时， =0.95；当采用矩形布桩时，则计算参数当采用矩形布桩时，则计算参数 =0.89，而表达式形式不变。而表达式形式不变。hHeeehHds01011001eeeds 液化判别烈度789近振61016远振812cwscrcrddNNNN3)( 1 . 09 . 005 .63标准贯入击数基准值标准贯

6、入击数基准值 液化判别spNmmNN)1 (1注意事项注意事项注意事项注意事项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，检测一般要求大于30天；4、表层12m范围内进行再处理粘性土地基设计 单桩承载力 Brauns Method(1978): Ppmax=20.75Cu 其中： p=380 35450 Ppmax= 单桩极限承载力 经验公式： Ppmax=Kprl 为什么粘性土地基设计 复合地基承载力 P=m(n-1)+1ps 其中 m=Ap/A n=pp/ps计算复合地基承载力计算复合地基承载力沉降计算 复合

7、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 ciwwicciiiiciiiisuiihhhUmhUCtancos)()(1 (111质量检验 CPT(静力触探) SPT(标准贯入) 轻便锥型触探 Plate load test (PLT，载荷试验) SASW(瑞力波测试) Cross-hole shear wave velocity tests(跨孔剪切波速法)碎石桩（液化地基碎石桩（液化地基 ）碎石桩（交互地基）碎石桩（交互地基）砂桩砂桩( (交互地基）交互地基）土桩、灰土桩法土桩、灰土桩法是利用成孔时的侧向挤压作用，是利用成孔时的侧向挤压作用，使桩

8、间土得以挤密，随后将桩孔用素土或灰土分使桩间土得以挤密，随后将桩孔用素土或灰土分层夯填密实。层夯填密实。土桩和灰土桩法土桩和灰土桩法前者称为土桩挤密法；前者称为土桩挤密法；后者称为灰土桩挤密法；后者称为灰土桩挤密法； 机理是土的侧向深层挤密加固。机理是土的侧向深层挤密加固。l处理对象：处理对象：1）土桩、灰土桩法用于处理地下水位以上的湿）土桩、灰土桩法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陷性黄土、素填土和杂填土等地基;2）处理深度宜为）处理深度宜为515m;3）地基土含水量大于）地基土含水量大于23%及饱和度大于及饱和度大于0.65时，时，桩间土的挤密效果差，且施工成孔困难，

9、不宜采桩间土的挤密效果差，且施工成孔困难，不宜采用这一方法。用这一方法。 土桩和灰土桩法土桩和灰土桩法目的：目的： 土挤密桩法宜应用于以消除土的湿陷性病害为主土挤密桩法宜应用于以消除土的湿陷性病害为主要目的场合；要目的场合； 灰土挤密桩法则不仅如此，还可应用于地基承载灰土挤密桩法则不仅如此，还可应用于地基承载力加固或地基水稳性提高力加固或地基水稳性提高; 有条件和有经验的地区，也可就近利用工业废料有条件和有经验的地区，也可就近利用工业废料（如粉煤灰、矿渣或其它无公害废渣）夯填桩孔，并（如粉煤灰、矿渣或其它无公害废渣）夯填桩孔，并可渗入适量石灰或水泥作为胶结料，可提高桩体的强可渗入适量石灰或水泥

10、作为胶结料，可提高桩体的强度和水稳定性。度和水稳定性。土桩和灰土桩法土桩和灰土桩法加固机理加固机理 单个桩孔外侧土挤密效果，孔壁附近土单个桩孔外侧土挤密效果，孔壁附近土的干密度的干密度 d最大，沿径向随着与孔壁距离增最大，沿径向随着与孔壁距离增加，干密度逐渐减小，直至接近土原始干密加，干密度逐渐减小，直至接近土原始干密度度 0。 挤密影响区半径一般为挤密影响区半径一般为1.52.0d，d为桩为桩孔的成孔直径。孔的成孔直径。 相邻相邻2桩或桩或3桩成孔挤密后，交界面处有桩成孔挤密后，交界面处有挤密叠加作用，叠加效果与桩距成反比。挤密叠加作用，叠加效果与桩距成反比。 地基土含水量对挤密效果影响很大

11、，类地基土含水量对挤密效果影响很大，类似于似于Proctor击实原理，当土的含水量接近其击实原理，当土的含水量接近其最优含水量时，挤密效果最佳。最优含水量时，挤密效果最佳。 土原始干密度对挤密影响区半径和挤密土原始干密度对挤密影响区半径和挤密效果亦有显著响，原始干密度较小时，挤密效果亦有显著响，原始干密度较小时，挤密影响区半径就小，挤密效果就差。影响区半径就小，挤密效果就差。 土桩挤密地基中，土桩与桩间土桩挤密地基中，土桩与桩间土物理力学性质无明显差异，土桩土物理力学性质无明显差异，土桩上应力上应力 p与桩间土上的应力与桩间土上的应力 s之比之比n= p/ s 1.0。 灰土桩使用石灰和土按一

12、定比例（灰土桩使用石灰和土按一定比例（2 8或或3 7）拌合，）拌合，具有气硬性和水硬性，并随着龄期增长，土体固化作具有气硬性和水硬性，并随着龄期增长，土体固化作用加强。用加强。 灰土硬化后属于脆性材料，灰土硬化后属于脆性材料，28d无侧限抗压强度无侧限抗压强度qu不低于不低于500kPa。灰土桩变形模量。灰土桩变形模量En随着应力水平提随着应力水平提高而减小，一般高而减小，一般En=40 200MPa。灰土桩具有一定胶。灰土桩具有一定胶凝强度，其变形模量亦显著高于桩间土凝强度，其变形模量亦显著高于桩间土10倍左右。倍左右。 灰土软化系数灰土软化系数0.7，具有一定水稳定性，且灰土，具有一定水

13、稳定性，且灰土高含水量或水下可以硬化和发展强度。灰土水稳定性高含水量或水下可以硬化和发展强度。灰土水稳定性要求较高时，适量外掺要求较高时，适量外掺2 4%水泥等水泥等 灰土桩具有与土桩相同挤密作用外，还有灰土桩具有与土桩相同挤密作用外，还有分担荷分担荷载，降低土中应力，侧向约束载，降低土中应力，侧向约束等作用。等作用。二、设计与计算二、设计与计算 土桩、灰土桩的加固范围一般比基础或路土桩、灰土桩的加固范围一般比基础或路基宽一些基宽一些局部处理时局部处理时 对一般素填土、杂填土等地基，每边超出对一般素填土、杂填土等地基，每边超出基础宽度不应小于基础宽度不应小于0.5m; 对于自重湿陷性黄土地基，

14、不应小于对于自重湿陷性黄土地基，不应小于1.0m; 对于路基边坡则应在坡角外增打对于路基边坡则应在坡角外增打1 2排桩。排桩。图图6-19 土桩、灰土桩加固范围示意图土桩、灰土桩加固范围示意图基础bsdd/2d/2H100cm100cm加固区域土、灰土桩直径为土、灰土桩直径为30 60cm;土、灰土桩平面布置可采用等边三角形等土、灰土桩平面布置可采用等边三角形等布置形式布置形式;土桩、灰土桩的桩长的确定土桩、灰土桩的桩长的确定:加固土层较薄时，可以穿透该土层加固土层较薄时，可以穿透该土层;加固土层较厚时，通过下卧层承载力和变加固土层较厚时，通过下卧层承载力和变形的验算来确定桩长。形的验算来确定

15、桩长。 在桩径一定时，桩间距在桩径一定时，桩间距s的确定取决于的确定取决于对地基加固的要求，其桩间距可按下式计算：对地基加固的要求，其桩间距可按下式计算： （6-44）式中式中 d桩孔直径（桩孔直径（m）；）； c地基挤密后的平均压实系数，一般地基挤密后的平均压实系数，一般 c=0.93； dmax桩间土的最大干密度，可通过击实桩间土的最大干密度，可通过击实 试验或按当地经验确定（试验或按当地经验确定（g/cm3）；）； d地基挤密前的平均干密度（地基挤密前的平均干密度（g/cm3）。）。ddcdcdsmaxmax95.0图图6-20 等边三角形排列桩示意图等边三角形排列桩示意图dh=0.87ss单桩的加固处理面积 当采用灰土桩处理填土地基时，鉴于其当采用灰土桩处理填土地基时，鉴于其干密度变异性较大，可根据挤密前的地基土干密度变异性较大，可根据挤密前的地基土承载力标准值承载力标准值fs,k和挤密后复合地基要求达到和挤密后复合地基要求达到的承载力标准值的承载力标准值fsp,k，按下式计算：，按下式计算： （6-45）式中式中 fp,k灰土桩的承载力标准值，宜取灰土桩的承载力标准值，宜取 fp,k=500kPa。kskspkskpffffds,95.0 土桩、灰土桩挤密地基承载力，应通过土桩、灰土