振冲法——教学

水工建筑物地基处理——软弱地基处理——振冲法授课对象：水工专业2003级任课教师：王润英时间：2006年4月~2006年5月2授课内容及安排第三节振冲置换碎石桩一、振冲法概述及振冲置换碎石桩的加固原理二、振冲置换碎石桩的设计三、振冲置换碎石桩的施工四、工程应用五、该工法主要存在的问题312345678910L1——吊具2——水管3——电缆4——电机5——联轴器6——轴7——偏心块8——壳体9——翅片10——水管振冲器构造示意图振冲法——利用振冲器成孔成桩，加固地基的方法。目前国产振冲器有：ZCQ-15ZCQ-30ZCQ-55ZCQ-75ZCQ-100振冲置换碎石桩——振冲法概述4振冲器参数型号ZCQ-30ZCQ-55BL-75电机功率（kW）305575转速（rpm）145014501450额定电流（A）60100150不平衡重量（N）6601040\振动力（kN）90200160振幅（mm）4.25.07.0振冲器外径（mm）351450426长度L（mm）215025003000总重量（kN）9.416.020.55振冲法大致分为两类：（1）振冲挤密碎石桩：适用于处理砂类土，从粉细砂到含砾粗砂，只要小于0.005mm的粘粒不超过10%，都可得到显著的挤密效果。（2）振冲置换碎石桩：适用于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土、粉土、饱和黄土、和人工填土等地基。振冲置换碎石桩——振冲法概述6振冲置换碎石桩加固原理（1）强制挤密效应（对桩身和桩间土而言）（2）置换作用（3）排水减压作用振冲置换碎石桩——振冲置换碎石桩加固原理7强制挤密效应（ZCQ30）振冲置换碎石桩——振冲置换碎石桩加固原理d0PP8置换作用：小粒径碎石（≤50mm）→碎石桩桩身内摩擦角大粒径碎石（50粒径≤80mm）→卵石：一般振冲置换碎石桩——振冲置换碎石桩加固原理38p42p38p9排水减压作用振冲置换碎石桩——振冲置换碎石桩加固原理≥的排水通道d≥800mm的排水通道101、几个重要参数（1）碎石桩的加固范围及加固形式（2）碎石桩桩长L（3）桩径d和桩距s2、碎石桩复合地基承载力设计3、碎石桩复合地基变形验算振冲置换碎石桩——设计11（1）碎石桩的加固范围及加固形式散体材料桩复合地基：应在轮廓线以外设置保护桩。振冲置换碎石桩——设计中的几个参数12碎石桩复合地基的桩体布置范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定，常依基础形式而定：筏基、交叉条基、柔性基础→应在轮廓线内满堂布置，轮廓线外设2~3排保护桩；其他基础→应在轮廓线外设1~2排保护桩。振冲置换碎石桩——设计中的几个参数13布桩形式：对大面积满堂布置，宜采用等边三角形梅花布置；振冲置换碎石桩——设计中的几个参数对独立柱基、条基等，宜采用正方形、矩形布置。14（2）碎石桩桩长L定义确定原则①当软土层不厚时，L由软土层厚度来控制，伸入硬层一定深度；②当软土层较厚时，L由上部结构的容许变形来控制；③按稳定性控制的工程，L由最危险滑动面控制，一般应伸入最危险滑动面以下至少1~2m；④构造要求：L≥4m振冲置换碎石桩——设计中的几个参数15振冲置换碎石桩——设计中的几个参数桩长L碎石连续层1m16振冲置换碎石桩——设计中的几个参数17L≥4m→与桩体破坏特性有关→防止刺入破坏。振冲置换碎石桩——设计中的几个参数刺入破坏剪切破坏鼓出破坏18（3）桩径d和桩距sd与振冲器功率、碎（卵）石粒径、土的抗剪强度和施工质量有关。桩距s与土的抗剪强度指标和上部结构荷载有关。振冲置换碎石桩——设计中的几个参数191、确定复合地基承载力标准值振冲置换碎石桩——碎石桩复合地基承载力设计)5.0(_,dffPdKSPSP2、确定复合地基承载力设计值fSP：3、设计中以上公式运用的两种情况：（1）业主对（处理之后的）地基承载力有要求，即已知fSP,K。→设计步骤为（2）（2）业主对（处理之后的）地基承载力无要求，但荷载已知。→设计步骤为201、确定复合地基承载力标准值（1）重大工程和有条件的中小工程，原则由现场复合地基载荷试验确定。（2）也可用单桩和桩间土的载荷试验按下式计算（3）对小型工程的粘性土地基，如无现场载荷试验资料，也可用以下公式简单计算：振冲置换碎石桩——碎石桩复合地基承载力设计KSPdKKSPfmARmf,,)1(或ksKSPfnmf,,)]1(1[)3()]1(1[,VKSPSnmf21公式中各参数的含义：①AP为碎石桩单桩横截面面积；②m为碎石桩面积置换率：定义：m=nAP/A；通常用计算；22dedm③RKd为碎石桩单桩承载力标准值，主要取决于桩间土维护力，与软土强度有关；)245(42PdKtgCuKR④fS,K为桩间土承载力标准值，由地质资料得到；⑤β为桩间土承载力折减系数，取为1。KSPdKKSPfmARmf,,)1(22de为等效处理圆的直径：梅花型布置→de=1.05s正方形布置→de=1.13s；矩形布置→2113.1ssde振冲置换碎石桩——碎石桩复合地基承载力设计23公式中各参数的含义：m为碎石桩面积置换率；fS,K为桩间土承载力标准值，由地质资料得到；n为桩土应力比，反映该种桩桩柱作用大小。无实测资料时，粘性土n=2~4；SV为野外十字板剪切试验得到的十字板剪切强度。或ksKSPfnmf,,)]1(1[)3()]1(1[,VKSPSnmf24①求m；振冲置换碎石桩——碎石桩复合地基承载力设计KSPdKKSKSPfARffm,,,PAmAnmdde2②求桩数n和de；③根据基础形式进行桩的平面布置，确定桩距s；④进行投资计算。25①反推fSP,K：根据建筑物对地基承载力的要求反推fSP,K；②求m；③求桩数n和de；④根据基础形式进行桩的平面布置，确定桩距s；⑤进行投资计算。振冲置换碎石桩——碎石桩复合地基承载力设计26③S1为下卧层沉降，可用分层总和法计算。①沉降经验系数，对碎石桩复合地基，取为1.0。振冲置换碎石桩——碎石桩复合地基变形计算)(1SSSSPS)(][11101iiiiniiSPSPZZEpSSSPEnmE)]1(1[②SSP为复合地基的沉降：其中复合地基的压缩模量由现场静载试验确定，中小工程可用经验公式271、工法：（1）定位（2）清孔（3）填料振冲成桩振冲置换碎石桩——施工282、施工中的注意事项：（1）每次加料前都应把振冲器提出孔口，以防止卡孔，加料1m；（2）每次加料成桩，都应保证密实电流和留振时间，这是做好碎石桩的关键；（3）水量、水压；（4）桩的施工顺序：①“由里向外打”②“由近到远，由轻到重”③“间隔跳打”振冲置换碎石桩——施工29应通过现场成桩试验确定密实电流、留振时间及加料量→施工控制标准；*I密需大于规定的I密；保证留振时间是为了使水平振力与桩间土维护力稳定平衡。振冲置换碎石桩——施工30（3）水量、水压：成孔比制桩大；遇硬夹层应加大水量、水压；制桩时不能关水；成孔至设计标高以上0.3~0.5m时，水量、水压宜小。振冲置换碎石桩——施工31振冲置换碎石桩——施工由里向外32振冲置换碎石桩——施工由近到远33振冲置换碎石桩——施工先做●，再做○34四、工程应用：1、用振冲置换碎石桩提高粘性土坡的稳定性；2、用振冲置换碎石桩加固软弱地基，提高土体的抗剪强度；3、振冲置换碎石桩和振冲挤密碎石桩结合，加固分层软弱地基。振冲置换碎石桩——工程应用351、由于桩身在轴向力N的作用下，侧向变形较大，这就限制了桩的单桩承载力，据大量工程统计：振冲置换碎石桩——主要问题KSKSPff,,)6.1~3.1(故本法仅适用于荷载较小的低层结构的地基加固。362、碎石桩必须有桩间土的维护才能成桩，如果桩间土的不排水抗剪强度Cu过小，碎石桩无法形成，故振冲置换碎石桩仅适用于Cu≥20Kpa的粘性土。若Cu略小于20kPa，如何采用振冲碎石桩？振冲置换碎石桩——主要问题373、本工法对周围环境有污染。碎石桩工法如何改进？振冲置换碎石桩——主要问题