第9章--碎石樁

1、第第9 9章章 碎石樁碎石樁Chapter 9 Chapter 9 Stone ColumnStone Column9.1 9.1 概概 論論9.1 Introduction 在地基中設(shè)置由碎石組成的豎向增強(qiáng)在地基中設(shè)置由碎石組成的豎向增強(qiáng)體（或稱樁體）形成復(fù)合地基達(dá)到地基體（或稱樁體）形成復(fù)合地基達(dá)到地基處理的目的，均稱為處理的目的，均稱為碎石樁法碎石樁法。 按施工方法的不同，可分為按施工方法的不同，可分為（1 1）振）振沖碎石樁法；（沖碎石樁法；（2 2）干振擠密碎石樁法；）干振擠密碎石樁法；（3 3）沉管碎石樁法；（）沉管碎石樁法；（4 4）沉管夯擴(kuò)碎）沉管夯擴(kuò)碎石樁法；（石樁法；（5

2、5）袋裝碎石樁法；（）袋裝碎石樁法；（6 6）強(qiáng)）強(qiáng)夯置換碎石樁法。夯置換碎石樁法。碎石樁加固機(jī)理碎石樁加固機(jī)理 碎石樁加固地基原理是在地基中設(shè)置碎石樁碎石樁加固地基原理是在地基中設(shè)置碎石樁體形成復(fù)合地基，以提高地基承載力和減少沉降體形成復(fù)合地基，以提高地基承載力和減少沉降。碎石樁樁體具有很好的透水性，有利于超孔隙。碎石樁樁體具有很好的透水性，有利于超孔隙水壓力消散，碎石樁復(fù)合地基具有較好的抗液化水壓力消散，碎石樁復(fù)合地基具有較好的抗液化性能。性能。 碎石樁碎石樁是以碎石是以碎石( (卵石卵石) )為主要材料制成的復(fù)合地基加為主要材料制成的復(fù)合地基加固樁。碎石樁和砂樁等在國(guó)外統(tǒng)稱為散體樁或租顆

3、粒土固樁。碎石樁和砂樁等在國(guó)外統(tǒng)稱為散體樁或租顆粒土樁。所謂散體樁是指無(wú)粘結(jié)強(qiáng)度的樁，由碎石柱或砂樁樁。所謂散體樁是指無(wú)粘結(jié)強(qiáng)度的樁，由碎石柱或砂樁等散體樁和樁間土組成的復(fù)合地基亦可稱為散體樁復(fù)合等散體樁和樁間土組成的復(fù)合地基亦可稱為散體樁復(fù)合地基。目前在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的碎石樁、砂樁、渣土樁地基。目前在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的碎石樁、砂樁、渣土樁等復(fù)合地基都是散體樁復(fù)合地基。等復(fù)合地基都是散體樁復(fù)合地基。 碎石樁是散體樁的一種，按其制樁工藝可分碎石樁是散體樁的一種，按其制樁工藝可分為振沖為振沖( (濕法濕法) )碎石樁和干法碎石樁兩大類。采用振碎石樁和干法碎石樁兩大類。采用振動(dòng)加水沖的制樁工藝制成的碎

4、石樁稱為振沖碎石動(dòng)加水沖的制樁工藝制成的碎石樁稱為振沖碎石樁或濕法碎石樁。采用各種無(wú)水沖工藝樁或濕法碎石樁。采用各種無(wú)水沖工藝( (如干振、如干振、振擠、錘擊等振擠、錘擊等) )制成的碎石樁統(tǒng)稱為干法碎石樁。制成的碎石樁統(tǒng)稱為干法碎石樁。當(dāng)以礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、卵石、碎當(dāng)以礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、卵石、碎石等為填充料制成的樁稱為砂石樁。石等為填充料制成的樁稱為砂石樁。 振動(dòng)水沖法是振動(dòng)水沖法是19371937年由德國(guó)凱勒公司設(shè)計(jì)制年由德國(guó)凱勒公司設(shè)計(jì)制造出的具有現(xiàn)代振沖器雛形的機(jī)具，用來(lái)擠密砂造出的具有現(xiàn)代振沖器雛形的機(jī)具，用來(lái)擠密砂土地基獲得成功。土地基獲得成功。2020世紀(jì)

5、世紀(jì)6060年代初，振沖法在德年代初，振沖法在德國(guó)開始用來(lái)加固粘性土地基，由于填料是碎石，國(guó)開始用來(lái)加固粘性土地基，由于填料是碎石，故稱為碎石樁，之后，在各國(guó)推廣應(yīng)用。故稱為碎石樁，之后，在各國(guó)推廣應(yīng)用。 我國(guó)應(yīng)用振沖法始于我國(guó)應(yīng)用振沖法始于19771977年，在壩基、道路、橋涵、年，在壩基、道路、橋涵、大型廠房及工業(yè)與民用建筑地基處理中，振沖法均已得大型廠房及工業(yè)與民用建筑地基處理中，振沖法均已得到了廣泛的應(yīng)用。因振沖碎石樁有泥水污染環(huán)境，在城到了廣泛的應(yīng)用。因振沖碎石樁有泥水污染環(huán)境，在城市和已有建筑物地段的應(yīng)用受到限制，且有軟化土的作市和已有建筑物地段的應(yīng)用受到限制，且有軟化土的作用。用

6、。 從從8080年代開始，各種不同的施工工藝相應(yīng)產(chǎn)年代開始，各種不同的施工工藝相應(yīng)產(chǎn)生。如錘擊法、振擠法、干振法、沉管法、振動(dòng)生。如錘擊法、振擠法、干振法、沉管法、振動(dòng)氣沖法、袋裝碎石法、強(qiáng)夯碎石柱置換法等。雖氣沖法、袋裝碎石法、強(qiáng)夯碎石柱置換法等。雖然這些方法的施工不同于振動(dòng)水沖法，但是，同然這些方法的施工不同于振動(dòng)水沖法，但是，同樣可以形成密實(shí)的碎石樁，所以碎石樁的內(nèi)涵擴(kuò)樣可以形成密實(shí)的碎石樁，所以碎石樁的內(nèi)涵擴(kuò)大了。從制樁工藝和樁體材料方面也進(jìn)行了改進(jìn)大了。從制樁工藝和樁體材料方面也進(jìn)行了改進(jìn)，如在碎石樁中添加適量的水泥和粉煤灰，如在碎石樁中添加適量的水泥和粉煤灰( (稱為水稱為水泥粉煤

7、灰碎石樁，即泥粉煤灰碎石樁，即CFGCFG樁樁) )，或添加鋁土礦濕泥，或添加鋁土礦濕泥等，使樁體獲得一定程度的膠結(jié)強(qiáng)度。這種碎石等，使樁體獲得一定程度的膠結(jié)強(qiáng)度。這種碎石樁按力學(xué)特性已屬柔性樁，但是，按制樁工藝也樁按力學(xué)特性已屬柔性樁，但是，按制樁工藝也屬于法碎石樁的范疇。各種碎石樁只要制成的是屬于法碎石樁的范疇。各種碎石樁只要制成的是以碎石科組成的樁體，均可稱為碎石樁。各種干以碎石科組成的樁體，均可稱為碎石樁。各種干法碎石樁施工技術(shù)蓬勃發(fā)展，與濕法碎石樁并存法碎石樁施工技術(shù)蓬勃發(fā)展，與濕法碎石樁并存，是碎石樁技術(shù)發(fā)展的特色之一。，是碎石樁技術(shù)發(fā)展的特色之一。振沖碎石地基處理振沖碎石地基處理

8、夯擴(kuò)碎石樁夯擴(kuò)碎石樁 振沖碎石地基處理振沖碎石地基處理碎石振沖置換樁碎石振沖置換樁碎石樁地基處理碎石樁地基處理 采用采用振沖法振沖法在地基中設(shè)置碎石樁加固在地基中設(shè)置碎石樁加固地基的方法稱為振沖碎石樁法。振沖碎石地基的方法稱為振沖碎石樁法。振沖碎石樁法樁法適用于適用于處理不排水抗剪強(qiáng)度不小于處理不排水抗剪強(qiáng)度不小于20kPa20kPa的黏土、粉土、砂土、飽和黃土和的黏土、粉土、砂土、飽和黃土和人工填土地基。人工填土地基。 9.2 9.2 振沖碎石樁法振沖碎石樁法9.2 Vibroflotation Stone Column Method 振沖法加固軟粘土?xí)r，在制樁過(guò)程中，填料在振沖法加固軟粘土

9、時(shí)，在制樁過(guò)程中，填料在振沖器的水平向振動(dòng)力作用下擠向孔壁的軟土中振沖器的水平向振動(dòng)力作用下擠向孔壁的軟土中，從而樁體直徑擴(kuò)大。當(dāng)這一擠入力與土的約束，從而樁體直徑擴(kuò)大。當(dāng)這一擠入力與土的約束力平衡時(shí)，樁徑不再擴(kuò)大。顯然，原土強(qiáng)度越低力平衡時(shí)，樁徑不再擴(kuò)大。顯然，原土強(qiáng)度越低（即抵抗填料填料擠入的約束力越?。纬傻模吹挚固盍咸盍蠑D入的約束力越?。?，形成的樁體就越粗。但原土的強(qiáng)度過(guò)低，以致土的約束樁體就越粗。但原土的強(qiáng)度過(guò)低，以致土的約束力始終不能平衡使填料擠入孔壁的力，那就始終力始終不能平衡使填料擠入孔壁的力，那就始終不能形成樁體，這不能形成樁體，這 種方法就不再適用。種方法就不再適用。

10、振沖碎石樁振沖碎石樁復(fù)合地基承載力特征值復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)也可現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)也可用單樁和處理后樁間土承載力特征值按下式估用單樁和處理后樁間土承載力特征值按下式估算：算：9.2.2 9.2.2 復(fù)合地基承載力特征值復(fù)合地基承載力特征值 等邊三角形布樁等邊三角形布樁 正方形布樁正方形布樁矩形布樁矩形布樁s s為等邊三角形布樁和正方形布樁時(shí)的樁為等邊三角形布樁和正方形布樁時(shí)的樁間距，間距，s s1 1、s s2 2分別為矩形布樁時(shí)的縱向樁分別為矩形布樁時(shí)的縱向樁間距和橫向樁間距。間距和橫向樁間距。 skpkspkfmmff)1

11、( 22/eddm sde05. 1sde13. 12113. 1ssde 對(duì)小型工程的黏性土地基如無(wú)現(xiàn)場(chǎng)載對(duì)小型工程的黏性土地基如無(wú)現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)資料，初步設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)合地基的承荷試驗(yàn)資料，初步設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)合地基的承載力特征值也可按下式估算：載力特征值也可按下式估算： 式中式中 n n為樁土應(yīng)力比，在無(wú)實(shí)測(cè)資料為樁土應(yīng)力比，在無(wú)實(shí)測(cè)資料 時(shí)，可取時(shí)，可取2 24 4，原土強(qiáng)度低取大值，原，原土強(qiáng)度低取大值，原土強(qiáng)度高取小值。土強(qiáng)度高取小值。skspkfnmf)1(1 振沖碎石樁復(fù)合土層的壓縮模量可按下式振沖碎石樁復(fù)合土層的壓縮模量可按下式計(jì)算：計(jì)算：式中式中 E Espsp復(fù)合土層壓縮模量（復(fù)合土層壓

12、縮模量（ MPaMPa）；）； E Es s 樁間土壓縮模量（樁間土壓縮模量（MPaMPa），），宜按經(jīng)驗(yàn)取值，可取天然地基壓縮模量。宜按經(jīng)驗(yàn)取值，可取天然地基壓縮模量。 n n值當(dāng)無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，對(duì)黏性土可取值當(dāng)無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，對(duì)黏性土可取2 24 4，對(duì)粉土和砂土可取對(duì)粉土和砂土可取1.531.53，原土強(qiáng)度低取大值，原土強(qiáng)度低取大值，原土強(qiáng)度高取小值。原土強(qiáng)度高取小值。 sspEnmE)1(1 9.2.3 9.2.3 振沖碎石樁振沖碎石樁 振沖碎石樁是指利用振沖器成孔和制振沖碎石樁是指利用振沖器成孔和制作的樁。振沖器構(gòu)造如圖：作的樁。振沖器構(gòu)造如圖：它是以起重機(jī)吊起振沖器，啟動(dòng)潛水電它是以起

13、重機(jī)吊起振沖器，啟動(dòng)潛水電機(jī)后，帶動(dòng)偏心輪，使振沖器產(chǎn)生高頻機(jī)后，帶動(dòng)偏心輪，使振沖器產(chǎn)生高頻振動(dòng)，同時(shí)開動(dòng)水泵，使高壓水通過(guò)噴振動(dòng)，同時(shí)開動(dòng)水泵，使高壓水通過(guò)噴嘴噴射高壓水流，在邊振動(dòng)邊水沖的綜嘴噴射高壓水流，在邊振動(dòng)邊水沖的綜合作用下，將振沖器沉到土中的設(shè)計(jì)預(yù)合作用下，將振沖器沉到土中的設(shè)計(jì)預(yù)定深度，經(jīng)過(guò)清孔后，就可從地面向孔定深度，經(jīng)過(guò)清孔后，就可從地面向孔中逐段填人碎石，每段填料均在振動(dòng)作中逐段填人碎石，每段填料均在振動(dòng)作用下逐漸振擠密實(shí)，達(dá)到所要求的密實(shí)用下逐漸振擠密實(shí)，達(dá)到所要求的密實(shí)度后提升振沖器，如此重復(fù)填料和振密，度后提升振沖器，如此重復(fù)填料和振密，直到設(shè)計(jì)預(yù)定的樁頂或至地面

14、，從而在直到設(shè)計(jì)預(yù)定的樁頂或至地面，從而在地基中形成一根大直徑的很密實(shí)的碎石地基中形成一根大直徑的很密實(shí)的碎石樁體。樁體。 振沖器有兩個(gè)功能，一是產(chǎn)生幾十到幾百振沖器有兩個(gè)功能，一是產(chǎn)生幾十到幾百kNkN的水的水平振動(dòng)力作用于周圍土體，二是從端部及側(cè)面進(jìn)平振動(dòng)力作用于周圍土體，二是從端部及側(cè)面進(jìn)行高壓射水。振動(dòng)力是加固地基的主要因素，射行高壓射水。振動(dòng)力是加固地基的主要因素，射水協(xié)助振動(dòng)力在土中鉆進(jìn)成孔，并在成孔后實(shí)現(xiàn)水協(xié)助振動(dòng)力在土中鉆進(jìn)成孔，并在成孔后實(shí)現(xiàn)清孔和護(hù)壁。清孔和護(hù)壁。Stage1: The jet at the bottom of the Vibroflot is turned

15、 on and lowered into the groundStage2: The water jet creates a quick condition in the soil. It allows the vibrating unit to sink into the groundStage 3: Granular material is poured from the top of the hole. The water from the lower jet is transferred to he jet at the top of the vibrating unit. This

16、water carries the granular material down the holeStage 4: The vibrating unit is gradually raised in about 0.3-m lifts and held vibrating for about 30 seconds at each lift. This process compacts the soil to the desired unit weight.From Das, 1998振沖碎石樁一、干振擠密碎石樁法一、干振擠密碎石樁法 它與振沖擠密碎石樁的不同之處是不用高它與振沖擠密碎石樁的不同

17、之處是不用高壓水沖。主要壓水沖。主要適用于適用于地下水位較低的非飽和地下水位較低的非飽和黏性土、素填土、雜填土和二級(jí)以上非自重黏性土、素填土、雜填土和二級(jí)以上非自重濕陷性黃土。濕陷性黃土。二、沉管碎石樁法二、沉管碎石樁法 可分為管內(nèi)投料重錘夯實(shí)法、管內(nèi)投料振可分為管內(nèi)投料重錘夯實(shí)法、管內(nèi)投料振動(dòng)密實(shí)法、先拔管后投料復(fù)打密實(shí)法。動(dòng)密實(shí)法、先拔管后投料復(fù)打密實(shí)法。9.3 9.3 其他碎石樁法其他碎石樁法9.3 Other Gravel Column Methods 三、夯擴(kuò)碎石樁法三、夯擴(kuò)碎石樁法 夯擴(kuò)碎石樁法夯擴(kuò)碎石樁法適用于適用于非飽和土地基，對(duì)雜填土、非飽和土地基，對(duì)雜填土、素填土地基加固效

18、果很好。素填土地基加固效果很好。 四、袋裝碎石樁法四、袋裝碎石樁法 當(dāng)天然地基土的側(cè)限壓力過(guò)小時(shí)，可采用土當(dāng)天然地基土的側(cè)限壓力過(guò)小時(shí)，可采用土工織物將碎石樁包上，形成袋裝碎石樁。它具有工織物將碎石樁包上，形成袋裝碎石樁。它具有填料用量少，易于控制填料數(shù)量，樁身密實(shí)度較填料用量少，易于控制填料數(shù)量，樁身密實(shí)度較高，受力性能較好的高，受力性能較好的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)，且土工織物袋能起到，且土工織物袋能起到隔離、過(guò)濾保證排水固結(jié)并防止軟黏土受壓后擠隔離、過(guò)濾保證排水固結(jié)并防止軟黏土受壓后擠入碎石孔隙的作用，入碎石孔隙的作用，特別適合于特別適合于在高含水量、低在高含水量、低強(qiáng)度的軟黏土中應(yīng)用。強(qiáng)度的軟黏土中應(yīng)

19、用。五、強(qiáng)夯置換碎石樁（墩）法五、強(qiáng)夯置換碎石樁（墩）法 該法為在地基中設(shè)置碎石墩，并對(duì)地該法為在地基中設(shè)置碎石墩，并對(duì)地基進(jìn)行擠密，碎石墩與墩間土形成復(fù)合基進(jìn)行擠密，碎石墩與墩間土形成復(fù)合地基以提高地基承載力，減小沉降。地基以提高地基承載力，減小沉降。9.4 9.4 碎石樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)碎石樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)9.4 Design of Gravel Column Composite Ground 1 1 樁徑樁徑 可按每根樁所用的填料量計(jì)算，常為可按每根樁所用的填料量計(jì)算，常為0.81.2m0.81.2m。樁徑與成樁方法、成樁機(jī)械。樁徑與成樁方法、成樁機(jī)械以及土質(zhì)條件有關(guān)。以及土質(zhì)條件有關(guān)。 l

20、2 樁長(zhǎng)樁長(zhǎng)l 樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)軟弱土層的性能、厚樁長(zhǎng)應(yīng)根據(jù)軟弱土層的性能、厚度或工程要求按下列原則確定：度或工程要求按下列原則確定：l （1 1）當(dāng)軟土層不厚時(shí)，應(yīng)穿透軟土層；）當(dāng)軟土層不厚時(shí)，應(yīng)穿透軟土層；l （2 2）當(dāng)軟土層較厚時(shí)，對(duì)按變形控制的）當(dāng)軟土層較厚時(shí)，對(duì)按變形控制的工程，加固深度應(yīng)滿足砂樁復(fù)合地基變形不超過(guò)工程，加固深度應(yīng)滿足砂樁復(fù)合地基變形不超過(guò)地基容許變形值的要求；地基容許變形值的要求；l （3 3）對(duì)按穩(wěn)定性控制的工程，樁長(zhǎng)應(yīng)不）對(duì)按穩(wěn)定性控制的工程，樁長(zhǎng)應(yīng)不小于最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的深度；小于最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的深度；l （4 4）在可液化地基中，樁長(zhǎng)應(yīng)按要求的）在可液化地基中，樁長(zhǎng)應(yīng)按要求的抗震處理深度確定；抗震處理深度確定；l （5 5）樁長(zhǎng)不宜小于）樁長(zhǎng)不宜小于4m4m。 3 3 布樁范圍布樁范圍 應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性和場(chǎng)地條件及基礎(chǔ)應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性和場(chǎng)地條件及基礎(chǔ)形式而定。對(duì)一般基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)外應(yīng)擴(kuò)大形式而定。對(duì)一般基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)外應(yīng)擴(kuò)大1 13 3排；對(duì)可液化地基，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)排；對(duì)可液化地基，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于可液化土層厚度的小于可液化土層厚度的1/21/2，并不應(yīng)小于，并不應(yīng)小于5m 5m 。 4 4 樁間距樁間距 應(yīng)根據(jù)荷載大小和原土的抗剪