《高速铁路路基施工与维护（第3版）》课件 任务2-4碎石桩（人工填土）

|杂填土地基加固及碎石桩施工方法|适用条件工艺流程加固方法原理施工要点碎石桩质量控制杂填土地基介绍学习目标：

(1）能够选择合适的杂填土地基加固方案,提出合理的施工措施。（2）能够对施工过程中的关键工序及质量检验进行控制并完成方案实施工作。

某客运站工程线路位于成都市沙河堡片区,道路全长280m,宽18m。该区域内地势起伏大,地基土分布不均。该线原地形为山谷,后因临近的成昆铁路，因而有施工弃土堆填,现地坪标高高于设计路面高程1~3m,堆填厚度7~11m左右。该新近人工填土主要由建筑垃圾和粘性土混部分冰水沉积层卵石组成,堆填时间约一年,堆填时并未采取分层碾压夯实等措施,属欠固结土,其下为第四系中下更新统冰水沉积层粘土，厚度较大,压缩性较小,承载力较高。

人工填土裂隙较发育，受雨季降水和周边生活用水无组织排放等影响,土体中聚集大量上层滞水,水位埋深约在现地坪下3~4m左右。拟建道路周边紧邻施工临时用房,若采用大开挖方式无放坡条件。

碎石桩加固范围至道路红线外不小于8m,全部采用正三角形排列,设计桩径500mm,桩间距为1.5m,面积置换率0.10,桩尖进入原生粘土层不小于1m,共布置碎石桩4266根,要求复合地基承载力特征值不小于150kPa。碎石桩施工结束后,在地基上铺设30cm厚的碎石垫层,以调整地基的均匀性,削减半刚性碎石桩体对道路路基及管线工程不均匀沉降的影响。

沙河堡成都市新客站片区基础设施建设工程M7线道路工程采用碎石桩人工复合地基处理深厚人工填土,取得了较好的社会效益和经济效益。碎石作为散体填充材料,在竖向冲击力的作用下在预钻孔中向侧壁扩散,填充填土空隙并有效挤密土体孔隙,能有效地降低填土孔隙率,减少土体的沉降量，提高地基土承载力。杂填土地基介绍

杂填土是人类生产活动中形成的地面填土层。

杂填土的组成物质因各地区生产和生活特点的不同而各不相同，可分为建筑垃圾、生活垃圾、工业垃圾所形成的杂填土或几者的混合。

杂填土的土质组成成分、堆积的时间与成因以及杂填土坏境条件不同，则相应地基的工程性质差异很大,主要表现在:①性质不均匀,厚度变化大;②承载力低;③变形大并有较强的湿陷性;④孔隙率大且渗透性不均匀;⑤腐蚀性和污染性。

常用的杂填土地基处理方法有换填法、碎（砂）石桩法、强夯法和强夯置换法、夯实水泥土桩法、柱锤冲扩桩法、振冲法、水泥土搅拌法、石灰桩法、水泥粉煤灰碎石桩（CFG)等。

下面重点介绍碎（砂)石桩法。加固方法原理|碎石桩|01碎（砂）石桩概念

砂桩也称为挤密砂桩或砂桩挤密法，是指用振动或冲击荷载在软弱地基中成孔后将砂再挤入土中，形成大直径密实砂柱体的加固地基的方法。砂桩法适用于挤密松散的砂土、粉土、黏性土、素填土、杂填土等地基。饱和黏土地基对变形控制要求不严的工程也可采用砂桩置换处理。砂石挤密桩的施工现场挤密砂桩法

碎石桩是以碎石（卵石）为主要材料制成的复合地基加固桩。碎石桩和砂桩等在国外统称为散体桩或粗颗粒土桩。散体桩是无黏结强度的桩，由碎石桩或砂桩等散体桩和桩间土组成的复合地基亦可称为散体桩复合地基。目前在国内外广泛应用的碎石桩、砂桩等复合地基都是散体桩复合地基。挤密砂石桩复合地基碎石桩施工挤密、振密置换加速固结加固方法原理

对于砂性土地基和黏性土地基，采用不同的加固方法，其加固原理也不相同。

一、砂性土地基加固原理

松散砂土地基属单粒结构，是典型的散粒状体，其颗粒之间存在较大的孔隙，颗粒位置不稳定，在动（静）荷载的作用下很容易产生位移，因而产生较大的沉降，特别是在振动力作用下更为明显（体积可减小20%)。

另外,砂土地基的承载力和抗液化能力也随其密实度的变化有很大差别，密实砂土地基承载力和抗液化能力最佳,随着密实度的减小,其承载力和抗液化能力也随之减小。碎石桩加固原理一、砂性土地基加固原理

挤密碎（砂）石桩法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承载力、减小变形和增强抗液化性。碎（砂）石桩加固砂土地基抗液化的机理主要体现在以下三个方面:挤密作用、振密作用、抗液化作用。①挤密作用

对挤密碎（砂）石桩，由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管中的碎石挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大。②振密作用

采用沉管施工时，桩管四周的土体受到挤压，同时桩管的振动能量以波的形式在土体中传播，引起桩四周土体的振动，由于土的结构破坏，土颗粒重新进行排列，从而使土由较松散状态转变为密实状态。如果有排水通道，如碎（砂）石桩,土中的水就沿排水通道排出。土体由于孔隙水排出,孔隙比降低,密实度便得到提高。③抗液化作用。

在振动作用下，饱和砂土的结构遭到破坏，土中的孔隙水压力升高，从而使土的抗剪强度降低。当土的抗剪强度降低或完全丧失，使土不再能抵抗它原来所能承受的剪应力时,土体就发生液化流动破坏。碎（砂）石桩形成的复合地基，其抗液化作用主要有两个方面:a.桩间可液化土层受到挤密和振密作用。

碎（砂）石桩法形成的复合地基，可使土层密实度增大，结构强度提高,表现为土层标贯击数的增加,从而提高土层本身的抗液化能力。工程实践表明:只要小于0.075mm的细颗粒含量不超过10%的土,均可得到显著的挤密效应。一、砂性土地基加固原理b.碎（砂)石桩的排水通道作用。

作为复合地基的碎（砂）石桩具有良好的排水通道，能有效地消散振动所引起的超孔隙水压力,提高桩间土的抗液化能力。二、黏性土地基加固原理

对黏性土地基（特别是饱和软土),碎（砂）石桩的作用不是使地基挤密,而是置换。通过成桩机械将不良地基土强制排开并置换,虽然对桩间土的挤密效果并不明显，但是可在地基中形成密实度高和直径大的桩体，与原黏性土构成复合地基，共同工作。

碎（砂）石桩的刚度由于比桩周黏性土的刚度大，且地基中应力按材料变形模量进行重分配，因此，大部分荷载将由碎石桩承担。从复合地基角度看，碎（砂）石桩处理饱和软弱黏性土地基主要有以下两个作用:a.置换作用b.排水作用

a.置换作用（当碎石桩法用于处理软土地基，由于软粘土含水量高、透水性差，碎石桩很难发挥挤密效用，其主要作用是部分置换并与软粘土构成复合地基，增大地基抗剪强度，提高软基的承载力和提高地基抗滑动破坏能力）b.排水作用（碎石桩可加速软土的排水固结，从而增大地基土的强度，提高软基的承载力）

总之，碎（砂）石桩复合地基除了可提高地基承载力，降低地基的沉降量外,还可用于提高土体的抗剪强度,增强土坡的抗滑稳定性。适用条件碎石桩用于砂土、粉土、黏性土、软土、淤泥质土、素填土及杂填土地基。举例成功的支柱碎石桩碎石桩施工方法

按制桩工艺分为振冲（湿法）碎石桩和干法碎石桩两大类。利用振动水冲法施工的碎石桩称为湿法碎石桩。振冲（湿法）碎石桩干法碎石桩振冲（湿法）碎石桩碎石桩的主要特性振冲法碎石桩施工工艺流程1.根据设计要求选用振冲器及配套工具；2.根据建设单位提供的轴线，按图纸测放桩位;3.组装好振冲器后，接通水源、电源;4.调试设备,校核各项技术参数,以确定设备处于良好运行状态;5.施工机具、人员就位，吊车起吊振冲器对准桩位;6.造孔:开动高压水泵冲水，启动自动控制系统，待振冲器运转正常后，使振冲器徐徐贯入土中，振冲器下降速率控制在0.5-2.0m/min;7.清孔:造孔结束后，将振冲器提出孔口，再以较快速度从原孔贯入，使桩孔畅通，为了便于填料加密，可将振冲器提升2-3次;8.填料加密:向孔内倾倒部分石料压底，然后用振冲器反插至设计标高后上提30-50cm，待达到加密电流和留振时间后，可依次向上分段加密，加密段长度应符合设计要求，控制在30-50cm;9.重复上8步骤，自下而上加密，直至孔口;10.关闭振冲器，关闭水泵，单根制桩结束.碎石桩施工示意图沉管法碎石桩施工工艺1、开工前应设置五根试验桩。设置试验桩时，应认真仔细地记录桩的贯入时间和深度、冲水量和水压、压入的碎石量和电流的变化等，以确定桩体在密实状态下的各项指标，以此作为设置碎石桩的控制指标；

2、试验桩设置完毕后，应对其中的三根试验桩进行标准贯入试验，并对其中的两根进行荷载试验，以检验施工设备和方法是否符合规范的要求；

3、若一次试验不成功，则应改装或更换设备，改变施工方法，进行两次或多次试桩的设置，直到5根桩全部符合要求；碎石桩施工要点

4、施工时碎石料应分批加入。每次加料量一般为1米堆高的填料；

5、设置碎石桩时，应根据试验桩的成果严格控制电流，使其大于密实试验桩的电流值；

6、碎石桩设置完毕后，其顶部应按设计图纸要求铺设碎石或砂砾垫层。在整个施工过程中，应保证碎石料不被周围土体污染。碎石桩施工要点

（1）振冲器在土层深处不得断电停振。所以施工前了解供电情况，必要时可自备发电机。

（2）成孔困难，振冲器不易沉入。主要是水压不够，应加大水压。上层较硬时水压应增大，下降速度应更慢，水压要保持6～8kg/cm2，在现场管路上应装阀门以调节水压水量。

注意事项：

1、在制桩过程中，各段桩体均应符合密实电流、填料量和留振时间等方面的要求。制桩时宜将水量关小，填料方法或将振冲器提出孔口加料，或边振边填。加料不宜过猛，原则上“少吃多餐”。2、施工现场应实现开设泥水排放系统，将制桩过程中产生的泥水集中引入沉淀池，沉淀池底部沉积的泥浆可定期挖出送至指定地点。3、碎石桩的施工顺序从中间向两边进行，或由一边推向另一边的方式施工。4、