地基处理-第7章--灰土挤密桩法和土挤密桩法

第7章灰土挤密桩法和土挤密桩法Chapter7LimeSoilColumnandEarthColumn7.1概述7.1Introduction灰土挤密桩法和土挤密桩法都是利用成孔过程中的横向挤压作用，桩孔内土被挤向周围，使桩间土挤密，然后将灰土或素土（粘性土）分层填入桩孔内，并分层夯填密实至设计标高。前者称为灰土挤密桩法，后者称为土挤密桩法。土挤密桩法是原苏联阿别列夫教授于1934年首创，20世纪50年代中期我国西北黄土地区开始进行土挤密桩法的研究和应用。分层填料夯实过程中的横向挤压密实作用，使桩间土挤密，所夯实的土桩或灰土桩属于柔性桩，它们与挤密的桩间土共同构成构成复合地基，达到提高承载力与减少沉降量的目的。当桩土为素填土材料时称为土桩挤密桩；当桩土为灰土二灰填料时称为灰土挤密桩或二灰桩挤密桩。孔内深层强夯（DDC）灰土桩孔内深层强夯（DDC）素土桩素土桩三合土桩2、适用范围1)灰土挤密桩法和土挤密桩法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度为5～15m。2)在消除土的湿陷性和减小渗透性方面，灰土挤密桩或土挤密桩的效果基本相同或差别不大。但是，土挤密桩地基的承载力和水稳性不及灰土挤密桩，选用上述方法时，应根据工程要求和处理地基的目的来确定。3)当以提高地基的承载力或增强其水稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩法；4)当以消除地基的湿陷性为主要目的时，宜选用土挤密桩法。5)大量试验研究和工程实践表明，土或灰土挤密桩用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，不论是消除土的湿陷性还是提高承载力都是有效的。但是，需要注意的是，当地基土的含水量大于24％、饱和度超过65％时，在成孔及拔管过程中，桩孔及其周围容易缩颈和隆起，挤密效果差。故上述方法不适用于处理地下水位以下及处于毛细饱和带的土层。主要特点灰土挤密桩法和土挤密桩法与其他地基处理方法比较，有如下主要特征：1)土桩和灰土挤密桩法是横向挤密，但可同样达到所要求加密处理后的最大干密度的指标；2)与土垫层相比，无须开挖回填，因而节约了开挖和回填土方的工作量，比换填法缩短工期约一半；3)可以深层加密。由于不受开挖和回填的限制，较垫层法处理深度大，可达12～15m；4)由于填入桩孔的材料均属就地取材，因而比其他处理湿陷性黄土和人工填土的方法造价均要低，能取得很好的效益。1、土的侧向挤密作用土(或灰土)桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周一定范围内的土层密实度提高。其挤密影响半径通常为1.5~2.0d(为桩径直径)。相邻桩孔间挤密效果试验表明，在相邻桩孔挤密区交界处挤密效果相互叠加，桩间土中心部位的密实度增大，且桩间土的密度变得均匀，桩距越近，叠加效果越显著。合理的相邻桩孔中心距约为2~3倍桩孔直径。7.2加固机理一、加固机理2、灰土性质作用1)灰土桩：用石灰和土按一定体积比例(灰：土=2：8或3：7)拌和，并在桩孔内夯实加密后形成的桩。①密实作用。在力学性能上，它可达到挤密地基效果，提高地基承载力，消除湿陷性，沉降均匀和沉降量减小；②石灰桩的效用。灰土在化学性能上具有气硬性和水硬性，由于石灰内带正电荷钙离子与带负电荷粘土颗粒相互吸附，形成胶体凝聚，并随灰土龄期增长，土体固化作用提高，使土体逐渐增加强度。2)二灰桩：不仅利用了石灰料、粉煤灰材料在化学性能上的气硬性与水硬性，同时也有效地利用了石灰料的胶体凝聚与膨胀充填性,→→共同作用提高强度。3桩体作用在灰土桩挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形模量(灰土的变形模量为E0=29~36MPa，相当于夯实素土的2~10倍)，荷载向桩上产生应力集中，从而降低了基础底面以下一定深度内土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。此外，由于灰土桩对桩间土能起侧向约束作用，限制土的侧向移动，桩间土只产生竖向压密，使压力与沉降始终呈线性关系。4素土垫层作用土桩挤密的地基由桩间挤密土和分层填夯的素土桩组成，土桩桩体和桩间土均为被机械挤密的重塑土，两者均属同类土料。因此，土桩与桩间挤密土两者的物理力学指标无明显差异。因而，土桩挤密地基可视为厚度较大的素土垫层。二、影响加固效果的主要因素1)天然含水量。土的天然含水量对挤密效果影响较大，当含水量接近最优含水量时，土呈塑性状态，挤密效果最佳。当含水量偏低，土呈坚硬状态时，有效挤密区变小。当含水量过高时，由于挤压引起超孔隙水压力，土体难以挤密，且孔壁附近土的强度因受扰动而降低，拔管时容易出现缩颈等情况。2)干密度。土的干密度对挤密效果同样有较大影响，土的天然干密度越大，则有效挤密范围越大；反之，则有效挤密区较小，挤密效果较差。土质均匀则有效挤密范围大，土质不均匀，则有效挤密范围小。3)天然空隙比。土体的天然空隙比对挤密效果有较大影响，当e=0.90~1.20时，挤密效果好，当e0.80时，一般情况下土的湿陷性已消除，没有必要采用挤密地基，故应持慎重态度。(一)一般原则设计时应首先根据场地工程地质条件、建筑结构类型和要求，明确地基处理主要目的，并依此确定采用土桩或灰土桩。地基处理目的一般分为下列四种：①一般湿陷性黄土场地。对单层或多层建筑，如果以消除湿陷性为主要目的时，宜采用土桩法；对高层建筑或地基浸水可能性较大的重要建筑物，如果以提高承载力和水稳定性为主要目的时，宜采用灰土桩法。②新近堆积黄土场地。除要求消除其湿陷性外，一般以降低其压缩性并提高承载力为主要目的，根据建筑类型确定采用土桩法或灰土桩法。7.3设计计算7.3DesignProcedure④对重要工程或在缺乏经验的地区。施工前应按设计要求，在现场进行试验，如土性基本相同，试验可在一处进行，如土性差异明显，应在不同地段分别进行试验。③杂填土或素填土场地。以提高承载力为主要目的时，一般多采用灰土桩法。(二)设计1处理面积灰土挤密桩和土挤密桩处理地基的面积，应大于基础或建筑物底层平面的面积：1)当采用局部处理时：a、对自重湿陷性黄土地基，超出基础底面的宽度每边不应小于基底宽度的0.75倍，且不应小于1.0m；b、对非自重湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基：每边不小于基底宽度的0.25倍，并不小于0.5m；2)采用整片处理时，超出建筑物外墙基础底面外缘的宽度，每边不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2m。2、桩孔直径(d)与处理深度1)桩孔直径设计时如桩径d过小，则桩数增加，并增大打桩和回填的工作量；如桩径d过大，则桩间土挤密不够，致使消除湿陷程度不够理想，且对成孔机械要求也高。桩孔直径300～450mm，并可根据所选用的成孔设备或成孔方法确定。2)处理深度灰土挤密桩和土挤密桩处理地基的深度，应根据建筑场地的土质情况、工程要求和成孔及夯实设备等综合因素确定。对湿陷性黄土地基，应符合现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025的有关规定。2、桩孔直径(d)与处理深度湿陷性黄土地基的处理厚度问题a要求消除地基全部湿陷量时，应符合下列要求：①在自重湿陷性黄土场地，应处理基础以下的全部湿陷性土层；②非自重湿陷性黄土场地，应将基础下湿陷起始压力小于附加压力与上覆土的饱和自重压力之和的所有土层进行处理或处理至基础下的压缩层下限为止。b消除地基部分湿陷量时，适用于乙类建筑，其最小处理厚度应符合下列要求：①在自重湿陷性黄土场地，不应小于湿陷性土层厚度的2／3，并应控制剩余湿陷量不大于20cm；②在非自重湿陷性黄土场地，不应小于压缩层厚度的2／3。1)按等边三角形布桩，桩间距(s)为桩径的2.0～2.5倍；2)或按估算(m)。ddcdcdsmaxmax95.0—桩间土最大干密度(t/m3)；地基处理前之平均干密度(t/m3)；—成孔后桩间土平均挤密系数(不宜小于0.93),对一般工程不应小于0.9；d为桩孔直径（m）maxddcmax1/ddc3、桩位及桩距土(或灰土)桩的挤密效果与桩距有关。而桩距的确定又与土的原始干密度和孔隙比有关。桩距的设计一般应通过试验或计算确定。—成孔挤密深度内，桩间土平均干密度(t/m3)，平均试样数不应少于6组。1d3、桩位及桩距处理填土地基时，鉴于其干密度值变动较大，一般不易按上式计算桩孔间距，为此，可根据挤密前地基土的承载力特征值fsk和挤密后处理地基要求达到的承载力特征值fspk，利用下式计算桩孔间距式中：fpk——灰土桩体的承载力特征值，宜取fpk=500kPa4、桩孔的数量(n)桩孔的数量n=A/AeA为拟处理面积(m2)；Ae为单根桩承担的处理面积(m2)：de——根桩分担的处理地基面积的等效圆直径(m)；桩孔按等边三角形布置：de＝1.05s；桩孔按正方形布置：de＝1.13s。5、填料及压实系数桩孔内的填料，应根据工程要求或处理地基的目的确定，桩体的夯实质量宜用平均压实系数lc控制。当桩孔内用灰土或素土分层回填、分层夯实时，桩体内的平均压实系数lc值，均不应小于0.96；消石灰与土的体积配合比，宜为2：8或3：7；桩顶标高以上应设置300～500mm厚的2：8灰土垫层，其压实系数lc不应小于0.956、承载力特征值灰土挤密桩和土挤密桩复合地基承载力特征值，应通过现场单桩或多桩复合地基载荷试验确定。初步设计阶段，当无试验资料时，可按当地经验确定，但对灰土挤密桩复合地基的承载力特征值，不宜大于处理前的2.0倍，并不宜大于250kPa；对土挤密桩复合地基的承载力特征值，不宜大于处理前的1.4倍，并不宜大于180kPa7、地基变形计算灰土挤密桩和土挤密桩复合地基的变形计算，应符合现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB50007的有关规定，其中复合土层的压缩模量，可采用载荷试验的变形模量代替。施工主要包括桩孔成孔和桩孔夯填。1、成孔方法有沉管法（锤击、振动）、冲击法和爆扩法等。成孔施工时地基土宜接近最优含水量，当含水量低于12％时，宜加水增湿至最优含水量。夯填施工前应进行夯填工艺试验，确定合理的分次填料量和夯击次数。7.4施工7.4Construction2桩顶设计标高以上的预留覆盖上层厚度宜符合下列要求：1)沉管（锤击、振动）成孔，宜为0.50～0.70m；2)冲击成孔，宜为1.20～1.50m。《建筑地基处理技术规范》(JGJ79--2002)第14.3.3条规定：当土的含水量低于12%时，应对拟处理范围内的土层进行增湿，增湿土的加水量可按下式估算:式中Q：计算加水量(m3)；v：拟加固土的总体积(m3)；：地基处理前土的平均干密度（t/m3）；wop：土的最优含水量（%），通过室内击实试验求得；：地基处理前土的平均含水量（%）；k：损耗系数，可取1.05～1.10。dw应当在地基处理前4～6d，将需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔，均匀地浸人拟处理范围内的上层中。kwwvQopd)(3成孔时，地基土宜接近最优（或塑限）含水量4成孔和孔内回填夯实1)成孔和孔内回填夯实的施工顺序，当整片处理时，宜从里（或中间）向外间隔1～2孔进行，对大型工程，可采取分段施工；当局部处理时，宜从外向里间隔1～2孔进行；2)向孔内填料前，孔底应夯实，并应抽样检查桩孔的直径、深度和垂直度；3)桩孔的垂直度偏差不宜大于1.5%；4)桩孔中心点的偏差不宜超过桩距设计值的5%；5)经检验合格后，应按设计要求，向孔内分层填入筛好的素土、灰土或其他填料，并应分层夯实至设计标高。5施工过程中，应有专人监理成孔及回填夯实的质量，并应做好施工记录。如发现地基土质与勘察资料不符，应立即停止施工，待查明情况或采取有效措施处理后，方可继续施工。6注意施工过程的连续检验。包括填料及分层夯实、记录、桩位精度等。7施工中可能出现的问题和处理方法1)夯打时桩孔内有渗水、涌水、积水现象可将孔内水排出地表，或将水下部分改为混凝土桩或碎石桩，水上部分仍为土(或灰土)桩。2)沉管成孔过程中遇障碍物时可采取以下措施处理：①用洛阳铲探查并挖除障碍物，也可在其上面或四周适当增加桩数，以弥补局部处理深度的不足，或从结构上采取适当措施进