第五章1(砂石桩法)

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第五章 挤密桩法
5.1 砂石桩法
d. 大功率振冲器投料不提出孔口,小功率振冲器下料困难 时,可将振冲器提出孔口投料,每次填料厚度不宜大于50cm。将 振冲器沉入填料中进行振密制桩,当电流达到规定的密实电流值 和规定的留振时间后,将振冲器提升30~50cm。 e. 重复以上步骤,自上而下逐段制作桩体直至孔口,记录 各段深度的填料量、最终电流和留振时间,并均应符合设计规定。 f. 关闭振冲器和水泵。
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5.1 砂石桩法
对挤密砂桩和碎石桩的沉管法或干振法,由于在成桩过程中 桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力,桩管中的砂挤向桩管周围 的砂层,使桩管周围的砂层孔隙比减小,密实度增大,这就是挤密 作用。有效挤密范围可达3~4倍桩直径。 对振冲挤密法,在施工过程中由于水冲使松散砂土处于饱 和状态,砂土在强烈的高频强迫振动下产生液化并重新排列致密, 且在桩孔中填入大量粗骨料后,被强大的水平振动力挤入周围土中, 这种强制挤密使砂土的密实度增加,孔隙比降低,干密度和内摩擦 角增大,土的物理力学性能改善,使地基承载力大幅度提高,一般 可提高2~5倍。同时,由于地基密实度显著提高,其抗液化的性能 也得到改善。
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5.1 砂石桩法
(9) 砂石桩复合地基承载力特征值 砂石桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基荷载试 验确定,初步设计时也可采用单桩和处理后桩间土承载力特征值按 下式估算:
f spk mfpk (1 m) f sk
对小型工程的粘性土地基如无现场载荷试验资料时,初步 设计时复合地基的承载力特征值也可按下式估算:
形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道,可有效地消散和防止 超孔隙水压力的增高和砂土产生液化,并可加快地基的排水固结。
பைடு நூலகம்
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③ 砂基预震效应 美国H.B.Seed等人(1975)的试验资料表明,相对密度Dr 0.54 但受过预震影响的砂样,其抗液能力相当于相对密度 Dr 0.80 的未受 过预震的砂样。即在一定应力循环次数下,当两试样的相对密度相同时, 要造成经过预震的试样发生液化,所需施加的应力要比施加未经预震的 试样引起液化所需应力值提高46%。从而得出了砂土液化特性除了与砂 土的相对密度有关外,还与其振动应变史有关的结论。 国外报道中指出只要小于0.074mm的细颗粒含量不超过10%,都 可得到显著的挤密效应。根据经验数据,土中细颗粒含量超过20%时, 振动挤密法对挤密而言不再有效。
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(2) 对粘性土的加固机理 ① 置换作用 密实的砂石桩在软弱粘性土中取代部分软弱粘性土,形成复合 地基,使承载力有所提高,地基沉降减少。载荷试验和工程实践证明, 砂石桩复合地基承受外荷载时,发生压力向砂石桩集中的现象,使桩周 围土层承受的压力减少,沉降也相应减小。砂石桩复合地基与天然软弱 粘性土地基相比,地基承载力增大率和沉降减小率与置换率成正比关系。 根据日本的经验,地基沉降减少70%~90%;根据我国在淤泥质亚粘土和 淤泥质粘土中形成的砂石桩复合地基的载荷试验,在同等荷载作用下, 其沉降可比天然地基减少20%~30%。
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5.1 砂石桩法
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5.1 砂石桩法
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③施工顺序 施工顺序见图5-5。
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2. 加固机理 (1) 对松散砂土和粉土的加固机理 砂石桩法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承载力、 减少变形和增强抗液化性。 砂石桩加固砂土地基抗液化的机理主要有下列三方面作用: ① 挤密作用 砂土和粉土属于单粒结构,其组成单元为松散粒状体,渗透 系数大,一般大于10-4cm/s。单粒结构在松散状态时,颗粒的排列 位置是极不稳定的,在动力和静力作用下会重新进行排列,趋于较 稳定的状态。即使颗粒的排列接近较稳定的状态,在动力和静力作 用下也将发生位移,改变其原来的排列位置。松散砂土在振动力作 用下,其体积可减少20%。
稳定性。国外通常将这类加固归属于“加筋法”范畴。
不论对疏松砂性土或软弱粘性土,砂石桩的加固作用有:挤密、 置换、排水、垫层和加筋。
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3. 设计计算
(1) 处理范围
砂石桩处理范围应根据建筑物的重要性和场地条件及基础型 式而定,通常都大于基底范围。处置宽度宜在基础外缘扩大1~3排桩; 对可液化地基,在基础外缘扩大宽度应不小于可液化土层厚度的1/2, 并不应小于5m。 (2) 桩位布置 砂石桩桩位宜采用等边三角形或正方形布置。对大面积满堂
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① 松散粉土和砂土地基
《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)规定,按下列公 式确定桩间距:
正方形布桩
1 e0 l 0.89d e0 e1
1 e0 l 0.95d e0 e1
正三角形布桩
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② 粘性土地基 《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)规定,按下列公
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③ 对可液化地基,砂石桩桩长应按现行国家标准《建筑 抗震设计规范》(GB50011-2001)的有关规定采用; ④ 桩长不宜短于4m。
(4) 桩径
砂石桩直径可采用300~800mm,可根据地基土质情况或成 桩设备等因素确定。对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。 (5) 桩间距 砂石桩间距应通过现场试验确定。对粉土和砂土地基不宜 大于砂石桩直径的4.5倍;对粘性土地基不宜大于砂石桩直径的3倍。 初步设计时,砂石桩的间距可按下列公式估算:
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② 排水作用 如果在选用砂石桩材料时考虑级配,则所制成的砂石桩是粘土 地基中一个良好的排水通道,它能起到排水砂井的效能,且大大缩短了
孔隙水的水平渗透途径,加速软土的排水固结,使沉降稳定加快。
总之,砂石桩作为复合地基的加固作用,除了提高地基承载力、 减少地基的沉降量外,还可用来提高土体的抗剪强度,增大土坡的抗滑
处理,桩位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;对于圆形或环形基础(如油罐基础)宜 用放射形布置,如图5-1。
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(3) 桩长 砂石桩桩长可根据工程要求和工程地质条件通过计算确定: ① 当松软土层厚度不大时,砂石桩桩长宜穿过松软土层; ② 当松软土层厚度较大时,对按稳定性控制的工程,砂石桩桩 长应不小于最危险滑动面以下2m的深度;对按变形控制的工程,砂石 桩桩长应满足处理后地基变形量不超过建筑物地基的容许变形值并满 足下卧层承载力的要求;
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② 排水减压作用 对砂土液化机理的研究证明,当饱和松散砂土受到剪切循环 荷载作用时,将发生体积的收缩和趋于密实,在砂土无排水条件时 体积的快速收缩将导致超静孔隙水压力来不及消散而急剧上升。当 砂土中有效应力降低为零时便形成了完全液化。碎石桩加固砂土时,
桩孔内充填碎石(卵石、砾石)等反滤性好的粗颗粒料,在地基中
f spk [1 m(n 1)] f sk
n pp ps
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5.1 砂石桩法
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(6) 桩体材料 砂石桩桩体材料可就地取材,一般可用碎石、卵石、角砾、 圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑等硬质材料,含泥量不得大于5%。 最大粒径不宜大于50mm。 (7) 填料量 砂石桩桩孔内的填料量应通过现场试验确定,估算时可按 设计桩孔体积乘以充盈系数β确定,β可取1.2~1.4。如施工中地面有 下沉或隆起现象,则填料量应根据现场具体情况予以增减。 (8) 垫层 砂石桩施工完毕后,砂石桩顶部宜铺设300~500mm厚度 的砂石垫层。垫层应分层铺设,用平板振动器振实。在不能保证施 工机械正常行驶和操作的软弱土层上,应铺设施工用临时性垫层。
式确定桩间距:
正方形布桩
l
正三角形布桩
A
l 1.08 A Ap A m
d2 m 2 de
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5.1 砂石桩法
(6) 桩体材料 砂石桩桩体材料可就地取材,一般可用碎石、卵石、角砾、 圆砾、砾砂、粗砂、中砂或石屑等硬质材料,含泥量不得大于5%。 最大粒径不宜大于50mm。 (7) 填料量 砂石桩桩孔内的填料量应通过现场试验确定,估算时可按 设计桩孔体积乘以充盈系数β确定,β可取1.2~1.4。如施工中地面有 下沉或隆起现象,则填料量应根据现场具体情况予以增减。 (8) 垫层 砂石桩施工完毕后,砂石桩顶部宜铺设300~500mm厚度 的砂石垫层。垫层应分层铺设,用平板振动器振实。在不能保证施 工机械正常行驶和操作的软弱土层上,应铺设施工用临时性垫层。
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(10) 稳定性分析 若砂石桩用于改善天然地基整体稳定性时,可利用复合地 基的抗剪特性,再使用圆弧滑动法进行计算。 (11) 沉降计算 砂石桩处理地基的沉降变形包括复合地基加固区的沉降变 形和下卧层的沉降变形两部分。砂石桩处理地基的沉降变形应按现 行国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007-2002)的有关 规定计算。复合土层的压缩模量可按下式计算:
第五章 挤密桩法
挤密桩法是以振动、冲击或带套管等方法成孔,然后向 孔中填入砂、石、土(或灰土、二灰、水泥土)、石灰或其它 材料,再加以振实而成为直径较大桩体的方法。 挤密桩属于柔性桩,而木桩、钢筋混凝土桩和钢桩属于 刚性桩,两者的区别如表5-1所示。与后者不同,挤密桩主要靠 桩管打入地基时对地基土的横向挤密作用,在一定的挤密功能 作用下土粒彼此移动,小颗粒填入大颗粒的孔隙,颗粒间彼此 紧靠,孔隙减小,此时土的骨架作用随之增强,从而使土的压 缩性减小、抗剪强度提高。由于桩身本身具有较高的承载能力 和较大的变形模量,且桩体断面较大,约占松软土加固面积的 20%~30%左右,故在粘性土地基加固时,桩体与桩周土组成 复合地基,可共同承担建筑物的荷载。
④ 施工要点 a. 为了保证桩顶部的密实,振冲前开挖基坑时应在桩顶高 程以上预留一定厚度的土层。一般30kW振冲器应留0.7~1.0m, 75kW振冲器应留1.0~1.5m,当基槽不深时可振冲后开挖。 b. 不加填料振冲加密宜采用大功率振冲器,为了避免造 孔中塌砂将振冲器抱住,下沉速度宜快,造孔速度宜为 8~10m/min,到达深度后将射水量减至最少,留振至密实电流达 到规定值时,上提0.5m,逐段振密至孔口,一般每米振密时间约 1分钟。 在粗砂中施工如遇下沉困难,可在振冲器两侧增焊辅助水管, 加大造孔水量,但造孔水压宜小。 c. 要保证振冲桩的质量,必须控制好密实电流、填料量和 留振时间。
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第五章 挤密桩法
5.1 砂石桩法
4. 施工 砂石桩施工可以采用振冲法、沉管法、冲击法、振动法等。下 面主要介绍以下两种施工方法:振冲法和沉管法。 (1) 振冲法 振冲法是指在振冲器和高压水的共同作用下,使松砂土层振密, 或在软弱土层中成孔,然后回填碎石等粗粒料形成桩柱,并和原地基组 成复合地基的处理方法。 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。 ① 施工机具 振冲器是振冲法施工的主要机具,国内常用的振冲器型号见表5-2。
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5.1 砂石桩法
第五章 挤密桩法
5.1 砂石桩法
② 施工步骤 a. 清理平整场地,布置桩位; b. 施工机具就位,使振冲器对准桩位; c. 启动水泵和振冲器,水压可用200~600kPa,水量可用 200~400L/min,将振冲器徐徐沉入土中,造孔速度宜为 0.5~2.0m/min,直至达到设计深度。记录振冲器经各深度的水压、 电流和留振时间。 d. 造孔后边提升振冲器边冲水至孔口,再放至孔底,重 复2~3次扩大孔径并使孔内泥浆变稀,开始填料制桩。
第五章 挤密桩法
5.1 砂石桩法
1. 概述 碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩,又称粗颗粒土桩,是 指采用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后,再将碎石、砂 或砂石挤压入已成的孔中,形成砂石所构成的密实桩体,并和原桩周 土组成复合地基的地基处理方法。 砂石桩适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填 土地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石 桩置换。砂石桩也可用于处理可液化地基。
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