挤密桩法

山东科技大学王清标17.1.1挤密桩法的概念7.1概述以振动、冲击或带套管等方法成孔，然后向孔中填人砂、碎石、土或灰土、石灰、渣土或其他材料，再加以振实成桩并且进一步挤密桩间土的软弱地基处理方法。挤密桩与桩周围因受挤压而变得密实的土体一起组成复合地基，从而达到提高复合地基承载力，减少最终沉降量的目的。《建筑地基处理规范》规定：碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩，是指采用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将砂或碎石挤压入已成的孔中，形成大直径的砂石所构成的密实桩体。7挤密桩法复合地基应力状态山东科技大学王清标21）按桩体填充材料分类（1）碎石（砂）桩法（2）石灰桩法（3）土或灰土挤密桩法7.1.2挤密桩法的分类2）按施工方法分类（1）振冲挤密桩法（2）沉管挤密桩法（包括振动挤密成桩法和冲击挤密成桩法。）（3）爆破挤密桩法山东科技大学王清标37.1.3挤密桩法的作用机理1）侧向挤密作用2）振密作用3）置换作用4）排水固结作用5）化学加固作用挤密桩的桩体材料具有一定的活性，在特定条件下发生复杂的胶凝反应、离子交换、碳酸化反应，提高土体的强度。对于砂性土，侧向挤密振密（或振密）作用占主导地位；对于粘性土，以置换作用为主，桩体与桩间土形成复合地基。7.1.4挤密桩法的施工成孔应按设计要求、成孔设备、现场土质和周围环境等情况，选用沉管（振动、锤击）或冲击等方法。成孔时，地基土宜接近最优含水量，当土的含水量低于12％时，宜对拟处理范围的土层进行增湿。应于地基处理前4-6天，将需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔，均匀的浸入拟处理范围内的土层中。铺设灰土垫层前，应按设计要求将桩顶标高以上的预留松动土层挖除或夯密实。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，方可进行施工。雨季或冬季施工，应采取防雨或防冻措施，防止灰土或土料受雨水淋湿或冻结。山东科技大学王清标47.1.5挤密桩法的质量检验成桩后，应及时抽查检验灰土挤密桩复合地基的质量。对一般工程，主要应检验施工记录、检测全部处理深度内桩体和桩间土的干密度，并将分别换算到平均压实系数和平均挤密系数。对重要工程，除检验的数量对一般工程不应少于桩总数的1％，对重要工程不应小于桩总数的1.5％。灰土或土挤密桩复合地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。检验数量不应少于桩总数的0.5％，且每项单体工程不应小于3点。山东科技大学王清标5山东科技大学王清标67.2碎石桩和砂桩7.2.1概念及其发展过程振动水冲法是1937年由德国JohannKell（凯勒）公司设计制造出的具有现代振冲器雏形的机具，用于处理柏林一幢建筑物的7.5m深的松砂地基，结果将砂基的承载力提高了一倍，相对密度由原来的45%提高到80%，取得了显著的加固效果。随后，Kell公司大力推广这一方法，在国内外进行了一大批砂基挤密工程，取得了丰硕的实践经验。我国应用振冲法始于1977年，30多年来，在坝基、道路、桥梁、工业与民用建筑地基处理中，振冲法均已得到了广泛的应用。因振冲碎石桩有泥水污染环境，在城市和已有建筑物地段的应用受到限制，且有软化土的作用。从20世纪80年代开始，各种不同的施工工艺相应产生，如锤击法、振挤法、干振法、沉管法、振动气冲法、袋装碎石法、强夯碎石桩置换法等。山东科技大学王清标720世纪50年代，砂桩在国内外才得以迅速发展，施工工艺才逐步走向完善和成熟。在20世纪50年代末，日本成功研制了振动式和冲击式的砂桩施工工艺，并采用了自动记录装置，大大提高了施工质量和施工效率，处理深度也有较大幅度的增大，由原来的6m增加到30余m。砂桩技术自20世纪50年代引进我国后，在工业及民用建筑、交通、水利等工程建设中均得到应用。碎石（砂）桩法的施工工艺呈多样化发展，如沉管、锤击、振挤、干振、振动气冲、袋装碎石、强夯置换法等。采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩称为振冲碎石桩（或湿法碎石桩）；采用无水冲工艺（如干振、振挤、锤击等）制成的桩为砂石桩（或干法碎石桩）。山东科技大学王清标87.2.2适用范围振冲碎石桩（振冲法）适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基。振冲法对不同性质的土层分别具有置换、挤密和振动密实等作用。对粘性土主要起到置换作用，对中细砂和粉土除置换作用外还有振实挤密作用。山东科技大学王清标9砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严工程也可采用砂石桩置换处理。砂石桩法也可用于处理可液化地基。砂石桩用于处理松散砂土和塑性指数不高的非饱和粘性土地基，其挤密（或振密）效果较好，不仅可以提高地基的承载力、减少地基的固结沉降，而且可以防止砂土由于振动或地震所产生的液化。山东科技大学王清标107.2.3加固机理1）在松散砂土和粉土地基中的作用（1）挤密作用松散砂土在振动力作用下，其体积缩小可达20％。山东科技大学王清标11（2）振密作用（3）抗液化作用①桩间可液化土层受到挤密和振密作用。土层的密实度增加，结构强度提高，表现在土层标贯击数的增加，从而提高土层本身的抗液化能力。②碎石（砂）桩的排水通道作用。碎石（砂）桩为良好的排水通道，可以加速挤压和振动作用产生的超孔隙水压力的消散，降低孔隙水压力上升的幅度，因而提高桩间土的抗液化能力。山东科技大学王清标122）在粘性土地基中的作用（1）置换作用（2）排水固结作用（3）加筋作用（4）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。山东科技大学王清标137.2.4设计计算1）一般原则（1）加固范围应超出基础的宽度，每边放宽不少于1～3排桩；消除地基液化沉陷时，每边放宽不小于处理深度的1／2，并不小于5m。当可液化层上覆盖有厚度大于3m的非液化层时，每边放宽不小于液化层厚度的1／2，并不小于3m。（2）桩体材料砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等。碎石（砂）填料中含泥量不得大于5％，并且不含有粒径大于50mm颗粒。（3）桩体直径振冲桩直径通常为0.8～1.2m，对饱和粘性土地基应采用较大的直径。沉管法成桩时，碎石和砂桩的桩径一般为0.30～0.70m.（4）桩体长度当相对硬层埋深不大时，应按相对硬层埋深确定；当相对硬层埋深较大时，按建筑物地基变形允许值确定；在可液化地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定。桩长不宜小于4.0m。山东科技大学王清标14（5）桩位布置大面积满堂处理，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。圆形或环形基础（油罐基础）放射形布置。a）正方形b）矩形c）等腰三角形d）放射形碎石（砂）桩施工之后，桩顶1.0m左右长度的桩体密实度较小，此部分应当挖除，或者使之密实。然后再铺设垫层，垫层厚度300～500mm，垫层应分层压实。垫层材料选用中、粗砂或砂与碎石的混合料。山东科技大学王清标152）桩孔间距的确定（1）砂土和粉土地基a）正方形b）正三角形c）加密效果桩距计算示意图正三角形布置：100195.0eeeds正方形布置：100189.0eeeds2.1~1.1山东科技大学王清标16（2）粘性土地基只考虑置换作用时，正三角形布桩，一根砂桩的处理面积Ae为：223sAeeeAAs08.132正方形布置时：eAs式中Ae——1根碎石（砂）桩承担的处理面积；mAApe/；Ap——碎石（砂）桩的截面积；m——面积置换率，一般情况下，m0.10～0.30。山东科技大学王清标173）复合地基承载力计算skpkspkfmmff1式中fspk——振冲桩复合地基承载力特征值（kPa）；fpk——桩体承载力特征值（kPa），宜通过单桩载荷试验确定；fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值；m——桩土面积置换率；d——桩身平均直径（m）；ed—一1根桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m）；等边三角形布桩：sde05.1；正方形布桩：sde13.1矩形布桩：2113.1ssdes、1s、2s——分别为桩间距、纵向间距和横向间距（m）。山东科技大学王清标18对小型工程的粘性土地基如无现场载荷试验资料，初步设计时复合地基的承载力特征值也可按下式估算：skspkfnmf11式中n——桩土应力比，无实测值时，对粘性土可取2～4，粉土和砂土取1.5～3；原土强度低取大值，原土强度高取小值。uSnmf311spkSu为桩间土的十字板抗剪强度，可用处理前地基土十字板抗剪强度代替；复合地基的承载力特征值经验法（kPa）：山东科技大学王清标194）复合地基沉降计算spcEmmEE)1(（1）分层总和法（2）沉降折减法pHmsvH――固结土层厚度；p――垂直附加平均应力；vm――天然地基的体积压缩系数（即单位应力增量作用下的体积应变）。山东科技大学王清标205）稳定分析假定在复合地基中某深度处剪切面与水平面的夹角为,考虑碎石桩或砂桩和桩间土两者都发挥抗剪强度，则可得出复合地基的抗剪强度sp。2costan1pppspzrpmcm式中c——桩间土的粘聚力；z——自地表面起算的计算深度；pr——碎石料或砂料的重度；p——碎石料或砂料的内摩擦角；p——应力集中系数，11nmnp；m——面积置换率。山东科技大学王清标217.2.5施工技术1)振冲法山东科技大学王清标22原理：起重机吊起振冲器启动潜水电机后，带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷射高压水流，在边振边冲的联合作用下，将振冲器沉到土中的设计深度。经过清孔后，就可从地面向孔中逐段填人碎石，每段填料均在振动作用下被振挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器，如此，重复填料和振密，直至地面，在地基中形成一根大直径的和很密实的桩体。四大部分：①电动机②振动器③通水管④减振器及导管山东科技大学王清标23山东科技大学王清标24（1）施工机具及配套设备振冲法施工主要机具有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。表6.1我国振冲器主要技术参数型号项目ZCQ-13ZCQ-30ZCQ-55BL-75功率/kW13305575潜水电机转数（r/min）1450145014501450偏心距/cm5.25.77.07.2激振力/kN3590200160振幅/mm4.25.06.03.5振动体加速度/g4.3121410振冲器外径/mm274351450427全长/mm1600193525003000总重/kg78094016002050表7.1我国振冲器主要技术指标山东科技大学王清标25（2）施工前准备①收集资料②熟悉技术文件③放线布桩④做好三通一平：确保水通、电通和料通，整平好场地。⑤现场布置（3）确定施工顺序a）由里向外方式b）一边推向另一边方式c）间隔跳打方式d）邻近建筑物的施工顺序山东科技大学王清标26①就位；②成孔；③清孔；④填料；⑤振密加固；⑥成桩。振冲法施工顺序示意图山东科技大学王清标27（4）选择填料的方式振冲法填料的方式有间断填料法、连续填料法、综合填料法、先护壁后制桩法和不加填料法等。①对准桩位；②振冲成孔；③振冲器提出孔口，孔内填第一次料（每次填料高度限制0.8～1.0m高）；④将振冲器再放人孔内将桩料振实，达到“密实电流”为止；⑤重复③、④步骤，直到整根桩制作完成间断填料法制桩步骤①间断填料法山东科技大学王清标28②连续填料法①对准桩位；②振冲成孔；③振冲器孔底