地基处理(碎石桩)

碎石桩复合地基StoneColumnCompositionFoundation南京林业大学土木工程学院邵光辉振冲法施工1概述碎石桩(StoneColumn)碎石桩最早在1835年由法国在Bayonne建造兵工厂车间时使用1937年由德国人发明了振动水冲法(Viborfloatation)(简称振冲法)用来挤密砂土地基本世纪60年代初，振冲法开始用来加固粘性土地基，并形成碎石桩。随着时间的推移，各种不同的施工工艺相应产生，如沉管法、振动气冲法、袋装碎石桩法、强夯置换法等。它们虽施工不同于振冲法，但同样可形成密实的碎石桩，人们自觉或不自觉地套用了“碎石桩”的名称。2按施工方法分类及其适用性振密法沉管法干振法振冲挤密法置换法钻孔锤击法振冲置换法排土法沉管法强夯置换法振动气冲法其它方法群围碎石桩法袋装碎石桩法水泥碎石桩法3加固机理3.1对松散砂土加固机理疏松的单粒结构，产生较大的沉降，特别在振动力作用下更为显著，其体积可减少20％。碎石桩和挤密法加固砂性土地基的主要目的是提高地基承载力、减少变形和增强抗液化性。挤密作用排水减压作用砂基预震效应液化地基3.2对粘性土加固机理换土置换不论对疏松砂性土或软弱粘性土，碎石桩的加固作用有：挤密、置换、排水、垫层和加筋的五种作用。强制置换强制置换4设计计算4.1一般设计原则(一)加固范围大于基底面积。对一般地基，在基础外缘宜扩大1—2排；对可液化地基，在基础外缘应扩大2—4排桩。(二)桩位布置（a）正方形（b）矩形（c）等腰三角形（d）放射形(三)加固深度(1)当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定；(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；(3)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；(4)在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定；(5)桩长不宜短于4m。目前国外振冲碎石桩加固地基最大深度为25m，国内振冲碎石桩加固地基最大深度为18m，因此设计时最大桩长不要超过25m，否则应做专门的试验研究。碎石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。采用30kw振冲器成桩时，碎石桩的桩径一般为0.70一1.0m；采用沉管法成桩时，碎石桩的桩径一般为0.7m，对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。(四)桩径4.2用于砂性土设计计算方法(一)桩距确定当正方形布置时：处理前体积：处理后体积：可得正方形桩位布置计算桩距孔隙比e变化图故设桩体直径为d，由于代入当正方形布置时：当等边三角形布置时：Dr——地基挤密后要求砂土达到的相对密实度，可取0.70—0.85。(二)液化判别标准贯入试验判别法：N63.5——标准贯击试验贯入锤击数实测值(未经杆长修正)Ncr——液化判别标准贯入锤击数临界值N0——液化判别标准贯入锤击数基准值（可查表得到）ds——饱和土标准贯入点深度(m)ρ0——粘粒含量百分牢，当小于3或为砂土时，均采用3dw——地下水位深度(m）4.3用于粘性土设计计算方法（一）桩间距确定等边三角形布置时：正方形布置时：mAApe式中：Ae——一根碎石桩承担的处理面积；Ap——碎石桩的截面积；m——面积置换率，一般为0.10~0.30（1）按置换要求计算步骤如下：a、根据所提供的天然地基容许承载力、已确定的砂石桩容许承载力、要求达到的复合地基承载力，利用复合地基承载力计算公式，求出满足上述要求的置换率。b、按碎石桩设计直径，计算出碎石桩截面积。c、求出一根桩所分担的地基处理面积。d、求桩间距。（2）按固结度要求确定同排水固结法砂井计算。（二）复合地基承载力或pcf——桩极限承载力（kPa）psf——天然地基限承载力（kPa）K1——复合地基中桩实际极限承载力与单桩极限承载力不同的修正系数。K2——桩间土与天然地基承载力不同的修正系数。λ1——反映桩的极限承载力发挥程度的系数。λ2——反映桩间土的极限承载力发挥程度的系数。m——复合地基置换率。桩周土可能发挥的对桩体的侧限能力对散体材料桩复合地基极限承载力起关键作用。一般表达式如下：σru——桩侧土提供的侧向极限应力；Kp——桩体材料的被动土压力系数。侧向极限应力的计算方法主要有Brauns（1978）计算式，圆孔扩张理论计算式，Wong.H.Y.（1975）计算式，Hughes和Withers（1974）计算式和被动土压力法等。（三）沉降计算1、分层总和法复合模量式中桩土应力比m在无实测资料时，对粘性土可取2—4，对粉土可取1.5—3，原土强度低者取大值，原土强度高者取小值。目前尚未形成碎石桩复合地基的沉降计算经验系数Ψs。韩杰(1992)通过对5幢建筑物的沉降观测资料分析得到，Ψs＝0.43—1.20，平均值为0.93，在没有统计数据时可假定Ψs＝1.0。2．沉降折减法处理后的沉降量可用下式表示：(四)固结度计算Goughnour和Bayuk(1979)认为一般常用的排水砂并理论也适用于计算复合地基的沉降与时间关系。为了考虑涂抹作用，Barksdale和Bachus(1983)提出将桩径乘以，并且一般可假定水平渗透系数为垂直渗透系数的3~5倍。固结系数ββ是反映地基因结快慢的重要参数，β值越大，其固结速率也越快。由分析可知，碎石桩复合地基的β值均大于天然地基，从而证明了碎石桩加速地基固结的有效性，但淤泥质土的效果不及粘质粉土。(五)稳定分析Priebe(1978)所提出的方法，采用了φsp和csp的复合值，并由下式求得：式中ω——与桩土应力比和置换率有关的参数，ω＝mμp，一般ω＝0.4—0.6。μp——应力集中系数，如已知φsp和csp后，可用常规稳定分析方法计算抗滑安全系数，或者根据要求的安全系数，反求需要的ω和m。5施工工艺振冲法施工5.1振冲法振冲器构造图Addingstoneintop-feedinstallationBottom-feedvibroflotrigchicago1CPRail-CMOTerminalRelocationMarineWorkCPRail-CMOTerminalRelocationMarineWorkbCPRail-CMOTerminalRelocationMarineWorkcCPRail-CMOTerminalRelocationMarineWorkddunkerque1dunkerque2dunkerque3PASIRPAJANGCONTAINERTERMINAL(Singapore)5.2沉管法(一)振动成桩法振动挤密碎石桩施工顺序图振动沉管碎石桩加固地基(二)冲击成桩法1．单管法单管冲击成桩工艺2、双管法（1）芯管密实法芯管密实法成桩工艺(2)内击沉管法内击沉管法制桩工艺6质量检验碎石桩施工结束后，除砂土地基外，应间隔一定时间方可进行质量检验。对粘性土地基，间隔时间可取3—4周，对粉土地基可取2—3周。质量检验可用单桩载荷试验，其圆形压板的直径与桩的直径相等，可按每200~400根桩随机抽取一根进行检验，但总数不得少于3根。对砂土或粉土层中碎石桩，除用单桩载荷试验检验外，尚可用标准贯入、静力触探等试验对桩间土进行处理前后的对比试验。复合地基承载力检测（载荷试验振冲碎石桩的动探检测更多碎石桩施工图片资料NationalCityMarineTerminalExtensionSanDiego(US)沉管法