地基处理新技术5(碎石桩)
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(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；
.
（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 p c f K 11 m p fp K 22 ( 1 m )p sf
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。 .
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。
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复合地基承载力检测（载荷试验
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振冲碎石桩的动探检测
振密法
振冲挤密法
沉管法
干振法
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振冲置换法 振动气冲法
置换法
排土法 沉管法
钻孔锤击法 强夯置换法
水泥碎石桩法
其它方法
群围碎石桩法
.
袋装碎石桩法
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
碎石桩复合地基
Stone Column Composition Foundation
南京林业大学土木工程学院 邵光辉
.
1概 述
碎石桩(Stone Column) 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
.
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 A p
d 2
4
代入
.
当正方形布置时： 当等边三角形布置时：
D r——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：
2 15 ，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β U1et
β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，
.
CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work c
.
CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work d
.
dunkerque1
.
dunkerque2
.
dunkerque3
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PASIR PAJANG CONTAINER TERMINAL (Singapore)
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：
ppf ruKp
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。
振冲法施工
.
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
.
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Adding stone in top-feed installation
.
Bottom-feed vibroflot rig
.
chicago1 .
CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work
.
CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work b
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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。
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（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。
(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。
.
(四) 桩径
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。
（一）桩间距确定
等边三角形布置时：l 1.08 Ae
正方形布置时： l Ae
Ae
Ap m
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。
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ห้องสมุดไป่ตู้地基
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3.2 对粘性土加固机理
换土置换
强制置换
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
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。
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，p
n 1m(n1)
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。
.
5.1 振冲法
5 施工工艺
振冲法施工
.
.
振冲器构造图
.
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
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(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。
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更多碎石桩施工图片资料
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National City Marine Terminal Extension San Diego (US)
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沉管法
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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。
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2．沉降折减法 处理后的沉降量可用下式表示：
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(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1 ~ 1
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3 dw ——地下水位深度(m）
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4.3 用于粘性土设计计算方法
(二)桩位布置
（a）正方形 （b）矩形 （c）等腰三角形 （d）放射形
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(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；
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（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 p c f K 11 m p fp K 22 ( 1 m )p sf
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。 .
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。
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复合地基承载力检测（载荷试验
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振冲碎石桩的动探检测
振密法
振冲挤密法
沉管法
干振法
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振冲置换法 振动气冲法
置换法
排土法 沉管法
钻孔锤击法 强夯置换法
水泥碎石桩法
其它方法
群围碎石桩法
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袋装碎石桩法
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
碎石桩复合地基
Stone Column Composition Foundation
南京林业大学土木工程学院 邵光辉
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1概 述
碎石桩(Stone Column) 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
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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
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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 A p
d 2
4
代入
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当正方形布置时： 当等边三角形布置时：
D r——地基挤密后要求砂土达到的相对密实度，可取0.70— 0.85。
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(二)液化判别 标准贯入试验判别法：
2 15 ，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β U1et
β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。
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(五)稳定分析 Priebe(1978)所提出的方法，采用了φsp和csp的复合值，
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CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work c
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CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work d
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dunkerque1
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dunkerque2
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dunkerque3
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PASIR PAJANG CONTAINER TERMINAL (Singapore)
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：
ppf ruKp
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。
振冲法施工
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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。
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2 按施工方法分类及其适用性
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Adding stone in top-feed installation
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Bottom-feed vibroflot rig
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chicago1 .
CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work
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CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work b
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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。
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（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。
(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。
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(四) 桩径
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。
（一）桩间距确定
等边三角形布置时：l 1.08 Ae
正方形布置时： l Ae
Ae
Ap m
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
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（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。
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
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液ห้องสมุดไป่ตู้地基
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3.2 对粘性土加固机理
换土置换
强制置换
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。
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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。
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，p
n 1m(n1)
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。
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5.1 振冲法
5 施工工艺
振冲法施工
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振冲器构造图
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5.2 沉管法 (一)振动成桩法
振动挤密碎石桩施工顺序图
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振动沉管碎石桩加固地基
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(二)冲击成桩法 1．单管法
单管冲击成桩工艺
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2、双管法 （1）芯管密实法 芯管密实法成桩工艺
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(2)内击沉管法
内击沉管法制桩工艺
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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。
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更多碎石桩施工图片资料
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National City Marine Terminal Extension San Diego (US)
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沉管法
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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。
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2．沉降折减法 处理后的沉降量可用下式表示：
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(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1 ~ 1
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3 dw ——地下水位深度(m）
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4.3 用于粘性土设计计算方法