地基处理第七章土桩和灰土挤密桩法

第七章灰土挤密桩法和土挤密桩法7.1概述灰土挤密桩法和土挤密桩法是利用打入钢套管(或振动沉管、炸药爆破)在地基中成孔，通过“挤”压作用，使地基土得到加“密”，然后在孔中分层填入素土(或灰土)后夯实而成土桩(或灰土桩)。它们属于柔性桩，与桩间土共同组成复合地基。灰土挤密桩法和土挤密桩法与其它地基处理方法比较，有如下主要特征：1)土桩和灰土挤密桩法是横向挤密，但可同样达到所要求加密处理后的最大干密度的指标；2)与土垫层相比，无需开挖回填，因而节约了开挖和回填土方的工作量。比换填法缩短工期约一半；3)由于不受开挖和回填的限制，一般处理深度可达12～15m；4)由于填入桩孔的材料均属就地取材，因而比其它处理湿陷性黄土和人工填土的方法造价为低，取得很好的效益。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。【例题7-1】下列哪些地基土适合采用灰土挤密桩法处理?地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土湿陷性黄土、素填土和杂填土以消除地基土的湿陷性为主要目的的地下水位以上的湿陷性黄土以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的的地下水位以上的湿陷性黄土地基土的含水量小于24％的湿陷性黄土【正确答案】ADE【解】根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)第14.1.1条，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。【例题7-2】下列哪些地基土适合采用土挤密桩法处理?(A)地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土(B)湿陷性黄土、素填土和杂填土(C)以消除地基土的湿陷性为主要目的的地下水位以上的湿陷性黄土(D)以提高地基土的承载力或增强其水稳性为主要目的的地下水位以上的湿陷性黄土(E)地基土的含水量小于24％的湿陷性黄土【正确答案】ACE【解】根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)第14.1.1条，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。7.2加固机理(1)土的侧向挤密作用土(或灰土)桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。其挤密影响半径通常为1.5～2.0(为桩径直径)。相邻桩孔间挤密效果试验表明，在相邻桩孔挤密区交界处挤密效果相互叠加，桩间土中心部位的密实度增大，且桩间土的密度变得均匀，桩距越近，叠加效果越显著。合理的相邻桩孔中心距约为2～3倍桩孔直径。土的天然含水量和干密度对挤密效果影响较大，当含水量接近最优含水量时，土呈塑性状态，挤密效果最佳。当含水量偏低，土呈坚硬状态时，有效挤密区变小。当含水量过高时，由于挤压引起超孔隙水压力，土体难以挤密，且孔壁附近土的强度因受扰动而降低，拔管时容易出现缩颈等情况。土的天然干密度越大，则有效挤密范围越大；反之，则有效挤密区较小，挤密效果较差。土质均匀则有效挤密范围大，土质不均匀，则有效挤密范围小。土体的天然孔隙比对挤密效果有较大影响，当时，挤密效果好，当时，一般情况下土的湿陷性已消除，没有必要采用挤密地基，故应持慎重态度。(2)灰土性质作用灰土桩是用石灰和土按一定体积比例(2:8或3:7)拌和，并在桩孔内夯实加密后形成的桩，这种材料在化学性能上具有气硬性和水硬性，由于石灰内带正电荷钙离子与带负电荷粘土颗粒相互吸附，形成胶体凝聚，并随灰土龄期增长，土体固化作用提高，使土体逐渐增加强度。在力学性能上，它可达到挤密地基效果，提高地基承载力，消除湿陷性，沉降均匀和沉降量减小。(3)桩体作用在灰土桩挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量(灰土的变形模量为＝29～36MPa，相当于夯实素土的2～10倍)，荷载向桩上产生应力集中,从而降低了基础底面以下一定深度内土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。此外，由于灰土桩对桩间土能起侧向约束作用，限制土的侧向移动，桩间土只产生竖向压密，使压力与沉降始终呈线性关系。土桩挤密地基由桩间挤密土和分层填夯的素土桩组成，土桩桩体和桩间土均为被机械挤密的重塑土，两者均属同类土料。因此，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。【例题7-3】灰土挤密桩法的加固机理有：(A)挤密作用(B)灰土性质作用(C)置换作用(D)排水固结(E)减载作用(F)桩体作用【正确答案】ABCF【解】灰土挤密桩法的加固机理有以下几点：1.成桩挤密作用灰土挤密桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。2.灰土性质作用灰土桩是用石灰和土按一定体积比例(2:8或3:7)拌和，并在桩孔内夯实加密后形成的桩，这种材料在化学性能上具有气硬性和水硬性，由于石灰内带正电荷钙离子与带负电荷粘土颗粒相互吸附，形成胶体凝聚，并随灰土龄期增长，土体固化作用提高，使土体逐渐增加强度。3.桩体作用在灰土桩挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量荷载向桩上产生应力集中,形成复合地基，起到桩体作用和置换作用。【例题7-4】土挤密桩法的加固机理有：(A)挤密作用(B)灰土性质作用(C)置换作用(D)排水固结(E)垫层作用(F)桩体作用【正确答案】AE【解】土挤密桩法的加固机理有以下几点：1.成桩挤密作用土挤密桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。2.垫层作用土桩挤密地基由桩间挤密土和分层填夯的素土桩组成，土桩桩体和桩间土均为被机械挤密的重塑土，两者均属同类土料。因此，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。【例题7-5】灰土挤密桩法和土挤密桩法的挤密影响直径为桩径直径的多少倍?(A)1.5～2.0(B)2.0～3.0(C)3.0～4.0(D)4.0～6.0【正确答案】C【解】土(或灰土)桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。其挤密影响半径通常为1.5～2.0(为桩径直径)。相邻桩孔间挤密效果试验表明，在相邻桩孔挤密区交界处挤密效果相互叠加，桩间土中心部位的密实度增大，且桩间土的密度变得均匀，桩距越近，叠加效果越显著。合理的相邻桩孔中心距约为2～3倍桩孔直径。7.3设计计算(1)处理范围灰土挤密桩和土挤密桩处理地基的面积，应大于基础或建筑物底层平面的面积，并应符合下列规定：1)当采用局部处理时，超出基础底面的宽度：对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，每边不应小于基底宽度的0.25倍，并不应小于0.50m；对自重湿陷性黄土地基，每边不应小于基底宽度的0.75倍，并不应小于1.00m。2)当采用整片处理时，超出建筑物外墙基础底画外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2m。(2)处理深度灰土挤密桩和土挤密桩处理地基的深度，应根据建筑场地的土质情况、工程要求和成孔及夯实设备等综合因素确定。对湿陷性黄土地基，应符合现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025的有关规定。(3)桩径设计时如桩径过小，则桩数增加，并增大打桩和回填的工作量；如桩径过大，则桩间土挤密不够，致使消除湿陷程度不够理想，且对成孔机械要求也高。桩孔直径宜为300~450mm，并可根据所选用的成孔设备或成孔方法确定。(4)桩距土(或灰土)桩的挤密效果与桩距有关。而桩距的确定又与土的原始干密度和孔隙比有关。桩距的设计一般应通过试验或计算确定。而设计桩距的目的在与使桩间土挤密后达到一定平均密实度(指平均压实系数和土干密度的指标)不低于设计要求标准。一般规定桩间土的最小干密度不得小于1.5t/m3，桩间土的平均压实系数=0.90～0.93。桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心距离，可为桩孔直径的2.0～2.5倍，也可按下式估算：(7-1)式中——桩孔之间的中心距离(m)；——桩孔直径(m)；——桩间土的最大干密度(t/m3)；——地基处理前土的平均干密度(t/m3)；——桩间土经成孔挤密后的平均挤密系数，对重要工程不宜小于0.93，对一般工程不应小于0.90。桩间土的平均挤密系数，应按下式计算：(7-2)式中——在成孔挤密深度内，桩间土的平均干密度(t/m3)，平均试样数不应少于6组。桩孔的数量可按下式估算：(7-3)式中——桩孔的数量；——拟处理地基的面积(m2)；——1根土或灰土挤密桩所承担的处理地基面积(m2)，即：(7-4)——根桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)；桩孔按等边三角形布置=1.05s；处理填土地基时，鉴于其干密度值变动较大，一般不易按(7-1)式计算桩孔间距，为此，可根据挤密前地基土的承载力特征值和挤密后处理地基要求达到的承载力特征值，利用下式计算桩孔间距(7-5)式中--灰土桩体的承载力特征值，宜取=500kPa；(5)填料和压实系数桩孔内的填料，应根据工程要求或地基处理的目的确定。并应用压实系数控制夯实质量。当桩孔内用灰土或素土分层回填、分层夯实时，桩体内的平均压实系数值，均不应小于0.96；消石灰与土的体积配合比，宜为2:8或3:7。桩顶标高以上应设置300~500mm厚的2:8灰土垫层，其压实系数不应小于0.95。(6)承载力灰土挤密桩和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，可按当地经验确定，但对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250kPa；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180kPa。(7)灰土挤密桩和土挤密桩复合地基的变形计算，应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定，其中复合土层的压缩模量，可采用载荷试验的变形模量代替。【例题7-6】某场地湿陷性黄土厚度7～8m、平均干密度t/m3。设计要求消除黄土湿陷性，地基经治理后，桩间土最大干密度要求达到t/m3。现决定采用挤密灰土桩处理地基。灰土桩桩径为0.4m，等边三角形布桩。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)的要求，该场地灰土桩的桩距最接近下列哪个值?（桩间土平均挤密系数取0.93）(A)0.76m(B)0.78m(C)0.80m(D)1.0m【正确答案】C【解】根据规范公式（14.2.3）有：取为0.8m【例题7-7】采用灰土挤密桩处理后的复合地基承载力特征值一般不宜大于多少?采用土挤密桩处理后的复合地基承载力特征值一般不宜大于多少?(A)150kPa(B)180kPa(C)200kPa(D)250kPa(E)280kPa【正确答案】(D)(B)【解】根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ-79-2002)第14.2.8条，灰土挤密桩和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，可按当地经验确定，但对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250kPa；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180kPa。7.4施工方法(1)施工工艺土(或灰土)桩的施工应按设计要求和现场条件选用沉管(振动或锤击)、冲击或爆扩等方法进行成孔，使土向孔的周围挤密。桩顶设计标高以上的预留覆盖土层厚度宜符合下列要求：1)沉管(锤击、振动)成孔，宜为0.50~0.70m；2)冲击成孔，宜为1.20～1.50m。成孔时，地基土宜接近最优(或塑限)含水量，当土的含水量低于12％时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿，增湿土的加水量可按下式估算：(7-6)式中——计算加水量(m3)；——拟加固土的总体积(m3)；——地基处理前土的平均干密度(t/m3)；——土的最优含水量(％)，通过室内击实试验求得； ——地基处理前土的平均含水量(％)； ——损耗系数，可取1.05～1.10。应于地基处理前4～6d，将需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔，均匀地浸入拟处理范围内的土层中。成孔和孔内回填夯实应符合下列要求：1)成孔和孔内回填夯实的施工顺序，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)向孔内填料前，孔底应夯实，并应抽样检查桩孔的直径、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，向孔内分层填人筛好的素土、灰土或其他填料，并应分层夯实至设计标高。桩孔填料夯实机目前有两种：一种是偏心轮夹杆式夯实机；另一种是采用电动卷扬机提升式夯实机。前者可上、下自动夯实，后者需用人工操作。夯锤形状一般采用下端呈抛物线锤体形的梨形锤或长锤形。二者重量均不小于0.1t。夯锤直径应小于桩孔直径100mm左右，使夯锤自由下落时将填料夯实。填料时每一锹料夯击一次或二次，夯锤落距一般在600～700mm，每分钟夯击25～30次，长6m桩可在15～20min内夯击完成。(2)施工中可能出现的问题和处理方法1)夯打时桩孔内有渗水、涌水、积水现象可将孔内水排出地表，或将水下部分改为混凝土桩或碎石桩，水上部分仍为土(或灰土)桩。2)沉管成孔过程中遇障碍物时可采取以下措施处理：①用洛阳铲探查并挖除障碍物，也可在其上面或四周适当增加桩数，以弥补局部处理深度的不足，或从结构上采取适当措施进行弥补；②对未填实的墓穴、坑洞、地道等面积不大，挖除不便时，可将桩打穿通过，并在此范围内增加桩数，或从结构上采取适当措施进行弥补。3)夯打时造成缩径、堵塞、挤密成孔困难、孔壁坍塌等情况，可采取以下措施处理：①当含水量过大缩径比较严重时，可向孔内填干砂、生石灰块、碎砖碴、干水泥、粉煤灰；如含水量过小，可预先浸水，使之达到或接近最优含水量；②遵守成孔顺序，由外向里间隔进行(硬土由里向外)；③施工中宜打一孔，填一孔，或隔几个桩位跳打夯实；④合理控制桩的有效挤密范围。【例题7-8】某场地湿陷性黄土厚度为8m，需加固面积为200m2，平均干密度t/m3，平均含水量为10%，该地基土的最优含水量为18%。现决定采用挤密灰土桩处理地基。根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)的要求，需在施工前对该场地进行增湿，增湿土的加水量最接近下列哪个值?（损耗系数取1.10）(A)162m3(B)1619m3(C)16192m3(D)161920m3【正确答案】C【解】根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ-2002)第14.3.3条，成孔时，地基土宜接近最优(或塑限)含水量，当土的含水量低于12％时，宜对拟处理范围内的土层进行增湿，增湿土的加水量可按下式估算：m3【例题7-9】灰土挤密桩法或土挤密桩法的施工顺序可采用哪些顺序?(A)由里向外间隔进行(B)分段施工(C)由外向里间隔进行【正确答案】ABC【解】根据《建筑地基处理