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地基处理GroundTreatment重庆交通大学河海学院第四章碎石桩概述适用范围及优缺点加固机理设计计算施工第四章碎石桩概述碎石桩是指用振动、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后，再将碎石挤入土中形成大直径的由碎石所构成的密实桩体。分类制桩工艺：振冲（湿法）碎石桩和干法碎石桩。采用振动水冲法施工的碎石桩称为振冲碎石桩。采用各种无水冲工艺（干振、振挤、锤击）施工的碎石桩称为干法碎石桩。填加适量水泥和粉煤灰，形成水泥粉煤灰碎石桩CementFly-ashGravel（CFG桩）。第四章碎石桩振冲法第四章碎石桩适用范围及优缺点振冲法适用于处理砂土、粉土、粘性土、填土以及软土，但对不排水抗剪强度小于20kPa的软土使用要慎重。不加填料仅适用于处理粘粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。在工程中的应用⑴软弱地基加固；⑵堤坝边坡加固；⑶消除可液化土的液化性；⑷消除湿陷性黄土的湿陷性。缺点：在粘性土中施工排放的污水、污泥量大。第四章碎石桩加固机理1、振冲密实(砂基）：一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减少，另一方面依靠振冲器的水平振动力，在加回填料情况下还通过填料使砂层挤压加密，所以这一方法称为振冲挤密法。第四章碎石桩加固机理2、振冲置换：在软弱粘性土地基中，主要通过桩体的置换和排水作用加速桩间土体的排水固结，并形成复合地基，提高地基的承载力和稳定性，改善地基土的力学力性能。1)置换作用（桩柱作用）2)垫层作用3)排水固结作用4)加筋作用第四章碎石桩1)置换作用（桩柱作用）对于桩体打到相对硬层，复合土层中的桩体在荷载作用下主要起应力集中的作用。通过基础传给复合地基的外加压力随着桩、土的等量变形会逐渐集中到桩上去，使软土负担的压力相应减小。复合地基有如钢筋混凝土，地基中的桩体有如钢筋。碎石桩对饱和粘性土的地基的作用不是挤密加固作用，甚至桩周土体的强度会出现暂时的降低。是桩体与土形成复合地基。通过机械将不良地基强制排开并置换，以性能良好的砂石来替换不良的软弱粘性土。第四章碎石桩2)垫层作用如果软弱土层较厚，则桩体不可能穿透整个土层，此时，加固过的复合桩土层能起到垫层作用，垫层将荷载扩散，使扩散到下卧层顶面的应力减弱并使分布趋于均匀，从而提高地基的整体抵抗力，减小其沉降量。第四章碎石桩3)排水固结作用在软粘土中，所制的碎石桩或砂桩是粘性土地基中一个良好的排水通道，碎石桩或砂桩可以和砂井一样起排水作用，大大缩短了孔隙水的水平渗透途径，加速了软土排水固结，加快了地基土的沉降稳定。加固结果使有效应力增加，强度恢复并提高，甚至超过原土强度。第四章碎石桩4)加筋作用可以提高土体抗剪强度，加固后的复合桩土层能改善土坡的稳定，象阻滑桩一样迫使滑动面远离坡面、向深处转移，这种加固作用类似于干振碎石桩和砂桩的加筋作用。第四节振冲碎石桩设计计算一、振冲密实法设计计算二、振冲置换法设计计算一、振冲密实法设计计算1、加固范围2、加固深度3、孔位布置和间距4、承载力和变形计算第四节振冲碎石桩设计计算一、振冲密实法设计计算1、加固范围砂基振冲密实的范围应大于建筑物基础范围，在建筑物基础外缘每边放宽不得小于5m，应在基底轮廓线外加2-3排保护桩。第四节振冲碎石桩设计计算2、加固深度加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定：（1）当相对硬层的埋藏深度不大时，穿透松软土层达相对硬层一定深度。（2）当相对硬层的埋藏深度较大时，对按变形控制的工程，加固深度应满足碎石桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形值的要求。对按稳定性控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面的深度。在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定。（3）桩长不宜短于4m。第四节振冲碎石桩设计计算一、振冲密实法设计计算3、孔位布置和间距孔位布置：对大面积处理，桩位宜用等边三角形布置，对独立或条形基础，桩位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置。对于圆形或环形基础（如油罐基础）宜用放射形布置。第四节振冲碎石桩设计计算一、振冲密实法设计计算3、孔位布置和间距间距：间距视砂土的颗粒组成、密实要求、振冲器功率、地下水位而定。砂的粒径越细，密实要求越高，则间距应越小。1）现场试验：对于大型或重要工程，应通过现场试验确定孔距、填料数量及施工工艺等参数。2）根据振冲器的功率确定：使用30KW振冲器，间距一般为1.8-2.5m；使用75KW大型振冲器，间距可以在2.5-3.5m。对大面积处理，75KW振冲器的挤密影响范围大，单孔控制面积较大，具有更高的经济效益。第四节振冲碎石桩设计计算一、振冲密实法设计计算3、孔位布置和间距3）根据填料量估算：第四节振冲碎石桩设计计算一、振冲密实法设计计算大面积砂层挤密处理时，振冲孔间距也可用下式估算：第四节振冲碎石桩设计计算4、承载力和变形计算1）承载力计算fsp,k为复合地基承载力标准值(kpa);fp,k为桩体单位面积承载力标准值(kpa);fs,k为桩间土承载力标准值(kpa);m为面积置换率，m=d2/d2e,d为碎石桩直径（m），de为等效影响圆直径(m）,等边三角形布桩de取1.05L,正方形取1.13L，矩形取1.13（L1L2）0.5。第四节振冲碎石桩设计计算一、振冲密实法设计计算4、承载力和变形计算2）变形计算按分层总和法计算。复合土层压缩模量Esp=〔1+m(n-1)〕EsEs为桩间土的压缩模量n为桩土应力比，无实测资料时，砂土地基n=1.5-3,原地基强度高时取小值，低时取大值。第四节振冲碎石桩设计计算一、振冲密实法设计计算振冲密实法适用土类砂土类，粉砂到含砾粗砂，小于0.0074mm的细粒含量小于10%。粘粒含量超过20%，几乎没有加密效果。填料选择填料可用粗砂、砾石、碎石、矿渣等硬质材料，粒径为0.5-5cm。理论上讲填料粒径越粗，挤密效果越好。使用30KW振冲器时，填料的最大粒径宜在5cm以内，若填料的多数颗粒径大于5cm，容易在孔内发生卡料现象，影响施工进度。使用75KW大功率振冲器时，最大粒径可放宽到10cm。填料含泥量不宜超过10%。第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算一）一般原则振冲置换加固设计目前还处在半理论半经验状态，一些计算方法，如复合地基容许承载力计算方法、最终沉降量计算方法等都还不够成熟；某些设计参数也只能凭经验选定。因此，对重要工程或复杂的土质情况，必须在现场进行制桩试验。根据现场试验取得的资料修改设计，制订施工要求。第四节振冲碎石桩设计计算二）加固范围根据建筑物的重要性、现场条件和基础形式综合确定。均要超出基础范围。对一般地基，在基础外缘宜扩大1-2排桩；对可液化地基，在基底轮廓线外加2-4排保护桩。第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算二）加固范围相对硬层的埋藏深度不大，宜将桩伸至相对硬层。如果软弱土层厚度很大，只能做贯穿部分软弱土层的桩，此时深度应大于土的承载力标准值应大于附加应力的2-3倍处。并满足沉降量小于建筑物的允许变形范围。一般桩长不宜短于4m,也不宜大于18m。在桩体全部制成后，将桩体顶部1m左右一段挖去，铺30-50cm厚的碎石垫层，然后在上面做基础。。桩长指桩在垫层底面以下的实有长度。第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算三）桩位布置和间距桩位布置有两种：等边三角形布置和正方形或矩形布置。前者主要用于大面积满堂加固，后者主要用于单独基础、条形基础等小面积加固。桩中心间距的确定应考虑荷载大小、原土的抗剪强度。荷载大，间距应小；原土强度低，间距亦应小。特别在深厚软基中打不到相对硬层的短桩，桩的间距应更小。一般间距为1.5-2.5m。第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算四）桩径桩径与土类及强度、桩身材料粒径、桩的填料量、振冲器类型及施工质量关系密切。一般平均理论直径d=0.8-1.2m。对一般软粘土地基，采用30KW振冲器制桩，每米桩长约需0.6-0.8m3碎石。第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算五）承载力计算1）复合地基承载力标准值a有静载试验条件，或甲级和重要建筑及土质复杂工程，按现场静载试验确定。b有碎石桩和桩间土载荷试验资料，第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算c对于乙级及以下工程的粘性土地基，无现场载荷试验资料，kskspfnmf,,·]11[)·3(·]11[,vkspsnmf五）承载力计算2）碎石桩单桩承载力一般实际工程中，碎石桩桩体承载力通过荷载试验确定。也可用计算法和经验法确定。第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算2）碎石桩单桩承载力b.综合单桩极限承载力计算第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算2）碎石桩单桩承载力C.经验法第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算六）复合地基沉降计算按常用的分层总和法计算加固区和加固区下卧层之和。加固区1）进行过单桩和复合地基载荷试验2）无试验资料，按碎石桩和桩间土载荷试验资料。第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算六）复合地基沉降计算3）无试验资料，按土的变形模量Es取合适的应力比计算桩、土应力比无试验资料时，粘性土n取2-4，砂土、粉土取1.5-3.0,软塑粘性土取3-4或4-6。原土强度高者取小值，低者取大值。第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算七）抗滑稳定计算采用复合地基的抗剪强度，用圆弧滑动法计算第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算七）抗滑稳定计算采用复合地基的抗剪强度，用圆弧滑动法计算第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算八）适宜土类1）粉土：Ip≤10的土。介于黏土与砂土之间。2）一般粘性土：Ip＞10，且天然地基承载力标准值≥100kpa的土。3）软黏土：天然地基承载力标准值＜100kpa的粘性土，强度低、含水量高、孔隙比大、饱和度高的中、高灵敏度土。4）杂填土、粉煤灰、自重湿陷性黄土第四节振冲碎石桩设计计算二、振冲置换法的设计计算第五节振冲碎石桩的施工一）施工前准备工作二）施工机具三）施工顺序四）施工工艺五）填料方法六）表层处理第五节振冲碎石桩的施工一）施工前准备工作㈠施工前准备工作⑴现场勘察了解场地的地形及周围环境；⑵了解场地的工程地质条件和地下水情况；⑶进行振冲试验，确定各项施工参数；⑷编写施工组织设计，合理布置现场、明确施工顺序、施工方法以及配备所需施工机械。㈡桩身材料碎石或卵石可选用自然级配，含泥量小于10％，粒径一般位20～50mm；碎石作为桩体材料比卵石好，其咬合力大，形成的桩身强度高。第五节振冲碎石桩的施工二）施工机具振冲法施工的主要机具有振冲器、起吊机械、水泵、泥浆泵、填料机械、电控系统等。第五节振冲碎石桩的施工1.振冲器振冲器是一种利用自激振动，配合水力冲击进行作业的机具。⑴主要有四大部分组成：①电动机；②振动器；③通水管；④减振器及导管。第五节振冲碎石桩的施工⑵振动参数①振动频率：只有振动器的振动频率接近土的自振频率时，产生共振现象，使土达到最佳加密效果；②振幅：振幅在一定范围内对土体产生挤压，振幅大时，加固效果相对好；过大过小，则不利。③加速度：对于振冲挤密，只有振动加速度达到一定值后才有挤密效果。第五节振冲碎石桩的施工2.起吊机械一般采用履带吊、汽车吊、自行井架式专用吊机或抗扭胶管式专用汽车。3.水泵4.填料机械5.电控系统6.泥浆泵第五节振冲碎石桩的施工三）施工顺序⑴施工顺序一般采用“先中间后周边”或“一边推向一边”的顺序进行。⑵在软粘土地基中，为减少对地基土的扰动，可采用间隔跳打的方式。⑶邻近有建筑物时，要采取保护措施。第五节振冲碎石桩的施工四）施工工艺①就位；②成孔；③清孔；④填料；⑤振密加固；⑥成桩。第五节振冲碎石桩的施工五）填料方法（1）间断填料法（2）连续填料法（