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地基处理2第八讲土桩、灰土桩和夯实水泥土桩法3一、概述•采用挤土成孔或非挤土成孔方式在地基中成孔，然后分层回填填料，逐层夯实成桩。根据回填填料不同，分别称为土桩、灰土桩和夯实水泥土桩法。•用土回填称为土桩法，用石灰拌土制备成的灰土回填称为灰土桩法，用水泥拌土制备成的水泥土回填称为夯实水泥土桩法，用粉碎后的建筑垃圾加水泥和土回填称为渣土桩等。4二、适用范围•土桩、灰土桩和夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的素填土、杂填土、粘性土以及湿陷性黄土等地基。•当处理以消除地基土湿陷性为主要目的时宜采用土桩挤密法。•当处理以提高地基承载力或增强其水稳性为主要目的时，宜采用灰土挤密桩法和水泥土桩法。•当地基土含水量大于24％，饱和度大于65％时，不宜选用土桩、灰土桩法和夯实水泥土桩法。5三、加固机理1.1.侧向挤密作用侧向挤密作用•桩管沉入土中时，桩孔内的土被强制侧向挤出，桩周一定范围内的土被压缩、扰动和重塑。如图8.1所示，在半径为Ru的桩孔外将产生半径为RP的塑性区，桩孔内土的体积在塑性区被全部压缩；在半径Ru以外弹性区，土体仍处于弹性平衡状态。图中Pu为沉桩的最终侧向压力。图8.1桩孔周围应力分区6“挤密影响区”半径：•图8.2所示为单桩成孔挤密试验结果的一般规律。靠近孔壁处土的干密度ρd接近或超过其最大密度ρdmax，压实系数λc≈1.0。依次向外，干密度和压实三、加固机理系数逐渐减小，直至接近土的原始干密度(ρd0)。对应于ρd=ρd0。界限点距桩中心的距离，可称为“挤密影响区”半径，其值通常为(1.5～2.0)d。图8.2桩周土挤密后干密度沿径向距离（l/d）的变化情况72.2.土桩挤密地基土桩挤密地基•土桩挤密地基是由素土夯填的土桩和桩间挤密土体组合而成。土桩挤密地基的加固作用主要是增加土的密实度，降低土中孔隙率，从而达到消除地基湿陷性和提高水稳定性的目的。•设计土桩挤密地基时，可以将其视为一个厚度较大的素土垫层，处理范围及承载力等的设计原则与土垫层相同。三、加固机理83.3.灰土桩挤密地基灰土桩挤密地基根据试验结果，在竖向荷载作用下，桩长超过6~10倍桩径的灰土桩其变形、破坏特征及其荷载传递规律有下述几点：(1)灰土桩在竖向荷载作用下，桩顶的沉降主要是桩身的压缩变形，从分段变形特征看，灰土桩既不同于土桩，也不同于混凝土桩，是一种具有一定胶凝强度的柔性桩。(2)在极限荷载作用下，灰土桩的破坏多数发生在桩顶(1.0~1.5)d的长度范围内，灰土桩的承载能力主要取决于桩身的强度，特别是上层灰土的强度。三、加固机理9(3)灰土桩身的应力测试结果见图8.4所示，灰土桩荷载传递的深度与桩径及灰土的强度成正比，而与桩周土的摩擦力成反比，一般为(4～10)d。图8.4桩周土挤密后干密度沿径向距离（l/d）的变化情况三、加固机理10四、设计计算1.1.主要用于消除地基湿陷性的挤密土桩设计主要用于消除地基湿陷性的挤密土桩设计设计内容施工方法和填料的选用确定桩径和桩长处理范围桩位布置桩距的确定地基沉降的计算•加固地基的目的主要是用于消除湿陷性黄土地基的湿陷性，还是主要用于提高地基承载力、减小沉降，两者的地基处理的设计思路是不同的。11（1）施工方法的选用根据工程地质和施工设备条件选用施工方法，如采用沉管法、爆破法、冲击法等。（2）确定桩径和桩长•采用桩孔直径要合理。目前，我国土桩、灰土桩桩孔直径一般选用300~450mm。•桩长选用可按下述原则：对非自重湿陷性地基，桩长一般要求至地基压缩层下限，或穿过附加压力与土自重压力之和大于湿陷起始压力的全部土层；对自重湿陷性黄土地基，桩长要求至非湿陷性土层顶面。•桩长还应满足沉降量控制要求。•通常土桩、灰土桩的处理深度为6-15m。四、设计计算12（3）处理范围确定原则：•对非自重湿陷性黄土地基，加固范围每边超出基础宽度不小于0.25b（b为基础短边宽度），并不应小于0.5m；对自重湿陷性黄土地基，每边超出基础宽度不应小于0.75b，并不小于1.0m。•局部处理时不考虑防渗隔水作用。整片处理时要求具有防渗隔水作用。四、设计计算13（4）桩位布置和桩距设计•桩位布置：等边三角形、正方形和矩形。•桩距设计：桩距应通过试验或计算确定，一般为桩径的2.0~2.5倍。四、设计计算14•常用平均挤密系数表示桩间土的挤密程度。平均挤密系数按下式计算：1maxdcdρηρ=cηcη式中：—成孔挤密深度内，桩间土的平均干密度，t/m3；—桩间土最大干密度，通过击实试验确定，t/m3。1dρmaxdρ•为消除黄土的湿陷性，对重要工程采用挤密桩处理后的桩间土平均挤密系数不宜小于0.93；一般工程不应小于0.90。(8-1)eη四、设计计算15•当按等边三角形排列桩孔时，桩间距可按下式计算：maxmax0.95ededdsdηρηρρ=−式中：s—桩孔间距，m；d—桩间孔直径，m；—桩间土成孔挤密后平均挤密系数，对重要工程不宜小于0.93；一般工程不应小于0.90；—桩间土最大干密度，通过实验确定，t/m3。maxd(8-2)ρeη四、设计计算16（5）桩孔填料选用•填料选用应首先保证工程要求，然后尽量利用地方材料，以节省工程投资。通常要求控制桩孔填料以保证夯实后桩体平均系数λc≥0.96。四、设计计算17（6）沉降计算•挤密桩地基沉降计算可采用分层总和法计算。加固区压缩模量可采用复合压缩模量，复合压缩模量计算式为：(1)cpsEEmmE=+−(8-3)式中：Ec—加固区复合压缩模量；Ep—桩体压缩模量；Es—桩间土压缩模量；m—挤密桩复合地基置换率。四、设计计算182.2.主要用于提高地基承载力，减小沉降的灰土桩、水主要用于提高地基承载力，减小沉降的灰土桩、水泥土桩加固设计泥土桩加固设计设计内容施工方法和填料的选用确定桩径和桩长处理范围桩位布置复合地基置换率地基沉降的计算四、设计计算19（1）施工方法的选用根据工程地质和施工设备可采用沉管法、爆破法、冲击法、人工挖孔法等。（2）确定桩径和桩长•桩孔直径主要取决于设计要求的施工方法，一般可取300~600mm。•桩长应根据工程地质条件和工程要求综合考虑，一般应穿透软弱土层或由沉降控制确定。四、设计计算20（3）复合地基置换率cfsfpfsfPpmPpλλ+=+(8-3)式中：Pcf—复合地基极限承载力，kPa；Psf—桩间土极限承载力，kPa，可通过载荷试验测定；Ppf—灰土桩或水泥土桩极限承载力，kPa，可通过载荷试验测定；λ—桩间土强度发挥度。•根据复合地基承载力要求，确定复合地基置换率为：四、设计计算21（4）确定加固范围和桩位布置（5）沉降计算•同上小节沉降计算介绍，沉降计算方法可采用分层总和法计算，加固区模量采用复合压缩模量。•采用灰土桩和夯实水泥土桩加固地基加固范围一般可在基础范围之内。桩位布置可采用等边三角形布置或正方形布置，也可采用矩形布置形式。根据基础实际情况和计算桩数，确定实际用桩数。四、设计计算22五、施工方法•土桩、灰土桩和夯实水泥土桩施工主要分两部分，一是成孔，二是回填夯实。•挤土成孔施工方法有：沉管法、爆扩法和冲击法。1.沉管法施工程序示意图如图8.4所示。图8.4沉管法施工程序示意图232.药管法成孔施工程序示意图如图8.5所示。3.冲击法施工程序示意图如图8.6所示。图8.5药管法成孔施工程序示意图图8.6冲击法施工程序示意图五、施工方法24六、质量检验1.挤密效果检验2.消除湿陷性效果检验3.地基加固效果的综合检验检验内容{25思考题