深層密實法碎石樁地基處理（65頁附圖豐富）

1、第四章 深層密實法第三節(jié) 碎（砂）石樁一. 概述碎石樁（Stone Column Pile) 和砂樁（Sand Pile）總稱為碎（砂）石樁，國外又稱粗顆粒土樁（Granular Pile） ，是指用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石或砂擠壓入已成的孔中，形成大直徑的碎（砂）石所構成的密實樁體。 發(fā)展歷史 1835年 法國 Bayonne (0.2m，2m) 1930s 德國 振沖法用于河床砂土的加固 1937年 德國 水沖法（并開始商業(yè)化） 1956年 日本 Oda發(fā)明砂樁（Sand Compaction Pile）專利 1960s 碎石樁用于粘性土加固 1970s 伊朗首次

2、利用碎石樁 1977年 中國 75kN振沖器 1984年 韓國首次將sand compaction pile 與砂 井排水相結合用于軟基處理 適用范圍 松散砂土、人工填土、粉土和雜填土等地基。應用范圍 中小型工民建、散料堆場、碼頭、路堤、油罐等工程。作用 提高地基強度、減少壓縮性、提高抗震能力、防止松散砂土發(fā)生振動液化。優(yōu)點 經(jīng)濟性好、施工工藝簡單、應用范圍廣。注意 用于飽和軟弱土地基應謹慎，應先預壓以消除沉降。分類施工方法成樁工藝適用土類擠密法振沖擠密振沖器水沖成孔，振動密實填料砂土，非飽和黏土雜填土沉管法沉管成孔，振動密實成樁干振法振孔器成孔，振孔器密實置換法振沖置換振沖器振動水沖成孔飽和

3、土鉆孔錘擊沉管且鉆孔取土成孔，錘擊填料排土法振動氣動壓縮氣體成孔，振動或錘擊填料飽和軟粘土沉管法沉管成孔，振動或錘擊填料強夯置換重錘夯擊成孔其他方法水泥碎石樁碎石內(nèi)加水泥或膨脹土飽和軟粘土裙圍碎石樁裙樁周圍設置剛性裙圍袋裝碎石樁碎石帶入土工聚合物碎石樁施工方法砂樁 砂樁常用的成樁方法有振動成樁法和沖擊成樁法。振動成樁法是使用振動打樁機將樁管沉入土層中，并振動擠密砂料。沖擊成樁法是使用蒸汽或柴油打樁機將樁管打人土層中，并用內(nèi)管夯擊密實砂填料，實際上這也就是碎石樁的沉管法。 因此，砂樁的成樁方法對于砂性土相當于擠密法，對粘性土則相當于排土成樁法。二、加固原理（一）對松散砂土加固原理（二）對粘性土加

4、固機理（一）對松散砂土加固原理 碎石樁和砂樁擠密法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承載力、減少變形和增強抗液化性。1 擠密作用 對沉管法或干振法，有效擠密范圍可達3-4倍樁直徑。對振沖擠密法，使地基承載力大幅度提高，一般可提高2-5倍。2 排水減壓作用 碎石樁加固砂土時，樁孔內(nèi)充填碎石（卵石、礫石）等反濾性好的粗顆粒料，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水減壓通道，可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高和砂土產(chǎn)生液化，并可加快地基的排水固結。3 砂基預震效應 經(jīng)過預震的試樣發(fā)生液化，所需施加的應力要比施加未經(jīng)預振的試樣引起液化所需應力值提高46。（二）對粘性土加固機理1.置換作用 對粘性土

5、地基（特別是飽和軟土），碎（砂）石樁的作用不是使地基擠密，而是置換。 碎石樁置換法是一種換土置換，即以性能良好的碎石來替換不良地基土；排土法則是一種強制置換，它是通過成樁機械將不良地基土強制排開并置換，在地基中形成具有密實度高和直徑大的樁體，它與原粘性土構成復合地基而共同工作。 樁體應力和樁間粘性土應力之比值稱為樁土應力比，一般為2-4。2.排水作用 粘性土的滲透系數(shù)很小，設置砂樁可縮短排水距離，加速固結，提高強度。 碎（砂）石樁作為復合地基的加固作用，除了提高地基承載力、減少地基的沉降量外，還可用來提高土體的抗剪強度，增大土坡的抗滑穩(wěn)定性。 碎（砂）石樁的加固作用主要有：擠密、置換、排水、墊

6、層和加筋五種作用。三 、設計計算（一）一般設計原則1、加固范圍 根據(jù)建筑物的重要性和場地條件及基礎形式而定,通常大于基底面積。一般基礎,在基礎外緣應擴大13排;對可液化地基,在基礎外緣擴大寬度不應小于可液化土層厚度過1/2,并不應小于5m，一般擴大24排；對于高速公路，一般應處理至外緣13m。三 、設計計算（一）一般設計原則2、樁位布置 主要布置形式有：三角形、正方形、矩形、等腰三角形、放射形。三 、設計計算（一）一般設計原則3、加固深度（樁長）（1）當相對硬層的埋藏濃度不大時，按相對硬層埋深確定;（2）相對硬層埋藏較深時，按變形和下臥層滿足要求控制;（3）對于按穩(wěn)定性控制的工程，不小于最危險

7、滑動面以下2m;（4）對可液化地基，按抗震要求處理;（5）樁長不宜短于4m.三 、設計計算（一）一般設計原則4、樁徑 根據(jù)機械設備而定，多采用300800mm，對飽和粘性土地基宜選擇較大直徑。5、材料 就地取材，以砂性或碎石為主，含泥量不大于5%，碎石粒徑為25m。6、墊層 主要為砂石墊層三 、設計計算（二）砂性土設計計算從擠密的角度考慮地基加固設計的問題，根據(jù)要求（承載力、沉降和抗液化）得到設計的密實度、孔隙比、 布樁、樁徑和樁間距。砂石樁加密效果示意圖1、樁間距確定1、樁間距確定1、樁間距確定當正方形布置時： 處理前體積 處理后體積 因此 即設樁體直徑為d，當正方形布置時 當?shù)冗吶切尾贾?/p>

8、時加固后的孔隙比按地基承載力要求或下式確定1、樁間距確定密實中密稍密松散礪砂、粗砂、中砂e0.600.60e0.750.75e0.85e0.85細砂、粉砂e0.700.70e0.850.85e0.95e0.95砂土密實度參考表1、樁間距確定若用重度表示，正方形布置時等邊三角形布置時碎（砂）石樁每根樁每米長度的填料q：1、樁間距確定2、 液化判別烈度789近振61016遠振812標準貫入擊數(shù)基準值 2、液化判別注意事項注意事項1、標貫試驗離散，要求檢測鉆孔大于5個，每土層15個 標貫以上；2、粘粒含量大于20的砂礫類土，會影響擠密效果；3、粘土夾層，應考慮時間效應，檢測一般要求大于30天；4、表

9、層12m范圍內(nèi)進行再處理（三）粘性土地基設計1、計算參數(shù)（1）不排水抗剪強度Cu，用十字板剪切試驗確定（2）樁的直徑0.81.2m（3）樁的內(nèi)摩擦角對于碎石樁取3545度，對于砂樁取38度（4）面積置換率（m）樁的截面積Ap與其影響的面積A之比（三）粘性土地基設計2、承載力計算（1）單樁承載力在荷載的作用下，樁體常出現(xiàn)三種破壞形式鼓出破壞刺入破壞剪切破壞碎石樁大部分產(chǎn)生鼓出破壞。目前計算單樁承載力的主要方法有：極限應力法、整體剪切破壞法、球穴擴張法等。（三）粘性土地基設計2、承載力計算（1）單樁承載力假設單根樁碎（砂）石樁的破壞是空間軸對稱問題，樁周土體是被動破壞，此時單樁極限承載力：樁體側向

10、極限應力（三）粘性土地基設計2、承載力計算（2）復合地基承載力（三）粘性土地基設計2、承載力計算（2）復合地基承載力假定樁和土各自面積的作用應力不變：將樁土應力比n與面積置換率m代入得：砂樁應力集中系數(shù)樁間土應力折減系數(shù)（三）粘性土地基設計2、承載力計算（2）復合地基承載力改寫成：小型工程，無現(xiàn)場實測資料時，可用十字板剪切強度代替：規(guī)范計算方法：（三）粘性土地基設計3、沉降計算（1）分層總和法沉降量主要包括加固區(qū)和下臥層沉降 計算均采用規(guī)范中的方法：分層總和法規(guī)范法注意：對于加固區(qū)的土體壓縮模量：（2）沉降折減法 一般天然粘性土地基的沉降量為： 經(jīng)處理后的沉降量為： 折減系數(shù)： 忽略原地基土的

11、處理效果，則取：（三）粘性土地基設計（三）粘性土地基設計3、穩(wěn)定性分析復合地基抗剪強度：樁間土的應力折減系數(shù)：樁的應力增加系數(shù)：（三）粘性土地基設計四.施工方法砂石樁法常規(guī)施工可采用振動成樁法(簡稱振動法)或捶擊成樁法(簡稱捶擊法)兩種施工方法。工程中一般的具體方法有：振沖成樁法、干振擠密碎石樁法、沉管碎石樁法、夯擴碎石樁法、袋裝碎石樁法等。 （1）振動成樁法（振動法）采用振沖法在地基中以設置碎石樁加固地基的方法稱為振沖碎石樁法。振沖碎石樁法適用于處理不排水抗剪強度不小于20kPa的黏土、粉土、砂土、飽和黃土和人工填土地基。 四.施工方法vibrocasing（2）捶擊成樁法（捶擊法）捶擊成樁

12、法又可分為雙管法和單管法兩種施工方法。（3）干振擠密碎石樁法 干法振動成孔器 四.施工方法（4）沉管碎石樁法采用沉管打樁機在地基中設置碎石樁按施工方法可以分為三種：管內(nèi)投料重錘夯實法，管內(nèi)投料振動密實法，先拔管、后投料復打密實法。（5）夯擴碎石樁法夯擴碎石樁法是沉管碎石樁法中先拔管、后投料復打密實法的發(fā)展。 四.施工方法夯擴碎石樁施工工藝流程示意圖五.質量檢驗CPTSPTPlate load test (PLT)SASWCross-hole shear wave velocity tests砂石樁施工結束后，除砂土地基外，應間隔一定時間方可進行質量檢測。對粘性土地基，間隔時間可取34周對粉土地

13、基可取23周關于砂石樁的施工質量檢驗，常用的方法有單樁載荷試驗和動力觸探試驗，復合地基和多樁復合地基大型載荷試驗等。單樁載荷試驗，可按照每200400根樁隨機抽取一根進行檢驗，但總數(shù)量不得少于3根。對于砂土或粉土中的碎石樁，除用單樁載荷試驗外，還可以用標準貫入試驗、靜力觸探試驗等試驗對樁間土進行處理前后的對比試驗。對砂樁還可以采用標準貫入或動力觸探等方法檢測樁的擠密質量。試驗數(shù)量不應少于總樁數(shù)的0.5%，且每個單體建筑不應少于3點。對大型的、重要的或者場地復雜的碎（砂）石樁應該進行復合地基的處理效果檢驗。檢驗點數(shù)量可按照處理面積大小取24組。擠密碎石樁、砂樁，液化土地基、液化土與軟土交互地基成樁前后進行SASW法、CPT、SPT碎石樁（液化地基 ）碎石樁（交互地基）砂樁(交互地基）CPT（液化地基碎石樁）SPT（液化地基碎石樁）CPT（液化土與軟土交互地基碎石樁）復合地基截荷試驗復合地基截荷試驗復合地基截荷試驗1、截荷試驗三大系統(tǒng)：加載、反壓、測量2、載荷及等級：最大加載壓力不應小于設計要求