4 砂石桩(碎石桩)解析
砂桩和碎石桩
砂桩和碎石桩作业指导书1 目的明确砂桩作业的工艺流程、操作要点和相应的工艺标准，指导、规范砂桩施工作业。
2 编制依据《客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准》《客运专线铁路路基工程施工技术指南》3 适用范围砂桩适用于软土、人工填土和松散砂土的挤密加固地基；碎石桩适用于砂性土、粉土、黏性土和湿陷性黄土等地基的加固。
4施工方法4.1施工准备4.1.1清理场地、去除障碍物，平整地表，换填地表软土层，压实换填土达到设计要求。
4.1.2测量放样，并进行桩位编号，合理布置施工场地，按设计要求埋设沉降观测设备。
4.1.3选择符合设计要求的砂（碎石）料。
4.1.4进行成桩试验，确定施工工艺和参数，试桩数量应符合设计要求且不得少于2根。
4.1.5安装、调试机械机具设备。
4.2 施工方法4.2.1单管法冲击式成桩法①施工机具：D3-25冲击成桩机，锤重2.5t，落高2.5m；桩管；装砂料斗；桩靴等。
②施工工艺：桩管就位→将桩管打入土层中到设计深度→用料斗向桩管内灌砂，当灌砂量大时分两次灌砂：第一次灌入三分之二，桩管上拔一半长度后灌剩余砂→按规定的拔出桩管速度从土层中拔出桩管。
1234图4-1 单管法冲击式成桩法施工过程示意图③质量控制：控制拔管速度以保证桩身连续性，拔管速度根据试验确定，一般为1.5~3.0m/min；用灌砂量控制桩直径，当实际灌砂量未达到设计要求时，在原位再将桩管打下灌砂（复打）1次或在旁边补加1根砂桩。
4.2.2双管法冲击式成桩法①施工机具：D3-25冲击成桩机，履带式吊车，桩管（内、外管），装砂料斗等。
②施工工艺：桩管垂直就位→锤击内管和外管下沉到土层中设计深度→拔起内管向外管中灌砂→放下内管到外管中砂面上→拔起外管到与内管底面齐平→锤击内管和外管将砂压实→重复上述步骤直到桩管拔出地面。
1234567图4-3 双管法冲击式成桩法工艺流程框图③质量控制：锤击内管和外管将砂压实时按贯入度控制，以保证桩身连续性，密实性及其周围土层的均匀性；试桩确定灌砂量。
深层密实法(砂石桩)详解
Ap
当复合地基上作用荷载p时
则有
pA e p p Ap ps A e Ap
Ap p pp 1 p s mp p (1 m) p s Ae Ae Ap
复合地基承载力
《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002规定,振冲桩（砂桩) ①复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定 ,初步设计时也可用单桩和处理后桩间土的承载力特征值估 算. 2 2
中密
稍密
松散
砾砂、粗砂、 e<0.60 中砂
细砂、粉砂
0.60<e<0.75 0.75<e<0.85 e>0.85
e<0.70 0.70<e<0.85 0.85<e<0.95 e>0.95
2）根据抗震规范要求，确定加固后地基的相对密度Dr
e1 emax Dr (emax emin )
复合地基的复合 csp、sp 值
tansp tan p (1 ) tans csp (1 )cs
m p ——与桩土应力比n和置换率m有关的参数，
一般取0.4~0.6
第三节 施工
一、施工方法
振冲法 干振法 施工方法
振冲法
振动沉管法 沉管法 内击沉管法 心管密实法 强夯置换法 射水成孔袋装法
l方 0.89d H h e0 e1 H h 1 e0
规范 d 给出 l三角 0.95
1 e0 e0 e1
l方 0.89d
1 e0 e0 e1
3、地基挤密后的孔隙比 e1
1）根据加固后地基承载力的要求，由密实度推算加固后孔隙比
砂土密实度参考表
碎石桩密实度标准
碎石桩密实度标准
1.桩体密度
桩体密度是碎石桩密实度的重要指标，要求达到一定的密实度，以保证桩体的承载力和稳定性。
根据相关规范，碎石桩的桩体密度不应小于1.8吨/立方米。
2.粒径分布
碎石桩的粒径分布也是密实度的重要指标。
要求碎石的粒径在5～40毫米之间，且粒径分布均匀，以保证桩体的稳定性和承载力。
3.桩长与桩径
碎石桩的桩长和桩径应根据设计要求确定，一般采用较大的桩径和较长的桩长，以提高桩体的承载力和稳定性。
4.承载力要求
碎石桩的承载力要求根据不同的工程需要而定。
根据相关规范，碎石桩的单桩承载力不应小于设计要求的承载力。
5.压缩性指标
碎石桩的压缩性指标是评价桩体密实度和稳定性的重要参数。
要求碎石桩的压缩系数不大于0.015，以避免桩体在荷载作用下发生过大的压缩变形。
6.抗拔性能
碎石桩的抗拔性能也是密实度的重要指标之一。
要求碎石桩在抗拔试验中能够承受一定的拉拔力，且不发生过大的位移和变形。
7.耐久性评估
碎石桩的耐久性评估包括抗冻性、耐腐蚀性和耐久性等方面的评估。
要求碎石桩在这些方面具有一定的耐久性能，以保证工程的安全性和稳定性。
8.施工工艺要求
碎石桩的施工工艺要求包括施工前的准备工作、施工方法、施工顺序和施工设备等方面。
要求严格按照相关规范进行施工，以确保桩体的质量和安全性。
9.质量检测标准
碎石桩的质量检测标准包括外观质量、尺寸偏差和密实度等方面的检测。
要求碎石桩的外观质量良好，尺寸偏差符合规范要求，密实度达到设计要求。
碎(砂)石桩
碎石桩
伸缩履带式桩 机振动锤
履带排钻整机 工作状态
履带式桩架拖行状态
二台GPE120振动锤联动桩锤 二台GPE120振动锤联动桩锤
各种与旋挖钻机配套的钻头、旋挖斗、 长式及短式螺旋钻头、筒状环状钻头、 旋挖扩底钻头等
振冲法施工
（一）碎石桩： 碎石桩： 碎石桩施工方 法按其成桩过程 和作用分为四类
Байду номын сангаас、施工方法
• （一）振冲法 • “振冲挤密” 振冲挤密” • "振冲置换 振冲置换" 振冲置换
（二）沉管法
• 1 振动成桩法
2 冲击成桩法
(1)单管法 (1)单管法 (2)双管法 (2)双管法 1)芯管密实法 1)芯管密实法 2)内击成管法 2)内击成管法
（二）砂桩
砂桩的成桩方法有： 砂桩的成桩方法有：
振动成桩法： 振动成桩法：使用振动打桩机将桩管沉
入土层中，并振动挤密砂料。 入土层中，并振动挤密砂料。
冲击成桩法： 冲击成桩法：使用蒸汽或柴油打桩机将
桩管打入土层中，并用内管夯击密实砂填 桩管打入土层中， 料。 砂桩的沉桩方法对于砂土相当于挤密法， 砂桩的沉桩方法对于砂土相当于挤密法， 对黏性士则相当于排土成桩法 砂桩的适用范围: 砂桩的适用范围:用于松散砂土和人工填土地 软粘土慎用。 基。对 软粘土慎用。
碎(砂)石桩资料
1937年
德国用振冲器，采用振动水冲法加固 砂土地基（不设桩体）。
20世纪50年代末、60年代初，德国凯勒公司在Nurembreg的一项 地基工程中用振冲器在粘性土中制造了2m深的孔，填入块石， 再用振冲器使块石密实，处理后，地基承载力有很大提高。
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 ——粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，均采用3 dw ——地下水位深度(m）
设计计算
标准贯入击数基准值N0
烈度
设计地震分组
7
8
9
第一组 6（8） 10（13）
16
第二、三组 8（10） 12（15）
沉管法成桩，填料最大粒径不宜大于50mm。 桩孔填料量应通过现场试验确定。
估算时： q h AP
充盈系数。1.2—1.4 材料挤密程度、施工中的损失
设计计算
7、垫层
砂、石桩施工完毕后，应铺设0.3—0.5m厚碎（砂）石 垫层。分层铺设，用平板振动器振实。
作用： 水平向排水通道。 调整桩、土应力比。 软弱土层上铺设，保证施工机械正常行驶、操作。
设计计算
5、间距
振冲桩的间距应根据上部结构荷载大小和场地土 层情况，并结合所采用的振冲器功率大小综合考 虑。
30kW振冲器布桩间距可采用1.3—2.0m；
55kW振冲器布桩间距可采用1.4—2.5m；
75kW振冲器布桩问距可采用1.5—3.0m。
荷载大或对粘性土宜采用较小的间距，荷载小或 对砂土宜采用较大的间距
桩周土体在受到挤密、振密两种作用时，有效的密实 范围可达6d
4 砂石桩(碎石桩)解析
第三节
砂石桩(碎石桩)
1、松散砂土及粉土的加固机理
① 挤密作用：
a 、对振冲法而言：施工过程中由于水冲使得松散砂土达到饱
和状态，并在高频强迫振动下产生液化、重新排列密实；孔中填
入的粗骨料被强迫振动、密实的同时，桩体半径还不断增大，对 桩周土形成水平挤压作用,甚至有一部分被挤入桩周土中。于是 ， 砂土密实度、孔隙率 ，干密度和内摩擦角，达到力学性 能改善、承载力提高、抗液化性能增强的目的； b 、对沉管法或干振法而言：施工中，桩管对周围砂层产生很
大的水平挤压力，并将桩管处砂子挤向桩管周围的土层中, 桩
管四周砂层孔隙率、密实度 。
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新郑高速公路震动沉管挤密 碎石桩施 工
第三章 深层密实法
二、加固机理
第三节
砂石桩(碎石桩)
1、松散砂土及粉土的加固机理
由于挤压，紧贴于桩周管上的土结构遭到完全破坏。桩管 周围塑性变形区，由于受到挤压和孔隙水压力的共同作用， 强度显著降低。桩管周围塑性变形区(图3-3-2 )半径RP可由下 式确定。
2、对粘性土的加固机理
2) 加固机理： ② 排水固结作用。饱和黏性土地基中，碎石桩体的排水
通道作用是砂石桩法处理饱和软弱黏性土地基的主要作用之
一。由于沉管成桩过程中的挤压和振动等作用，桩间土会出 现较大的孔隙水压力，导致土强度降低。碎石桩施工结束后， 上覆土体重力作用下，借助于砂石桩良好的排水作用，桩间 土发生排水固结，同时由于黏粒、水分子、离子之间重新形 成新的稳定平衡体系，使土的强度得以恢复，甚至超过原土 体强度。
2 ） 不加填料的振冲加密法适用于处理黏粒含量不大于 10 ％的 中砂、粗砂地基。 Why?
第4章 碎石桩
碎石桩施工方法分类
分类 施工方法 成桩工艺
振冲挤密
挤密法 沉管法
干振法
振冲器水冲成孔，振动密实填料 沉管成孔，振动密实成桩 振孔器成孔，振孔器密实
振冲置换
置换法
钻孔锤击
振冲器振动水冲成孔 沉管且钻孔取土成孔，锤击填料
振动气动 压缩气体成孔，振动或锤击填料
排土法 沉管法
沉管成孔，振动或锤击填料
强夯置换 重锤夯击成孔
其他 方法
水泥碎石桩 碎石内加水泥或膨胀土 裙围碎石桩 裙桩周围设置刚性裙围 袋装碎石桩 碎石带入土工聚合物
适用土类
砂土，非饱和黏土杂 填土 饱和土
饱和软粘土
四、碎（砂）石桩
一、碎石桩
1、概述
碎石桩（Stone Column Pile) 和砂桩（Sand Pile）总称为碎（砂）石桩，国外又称粗颗粒土桩 （Granular Pile） ，是指用振动、冲击或水冲等方式 在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入已成的孔中， 形成大直径的碎（砂）石所构成的密实桩体。
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。 ➢3 ．砂基预振效应
经过预振的试样发生液化，所需施加的应力要比施加 未经预振的试样引起液化所需应力值提高46％。
饱和软粘土
二、砂桩
砂桩常用的成桩方法有振动成桩法和冲 击成桩法。 ➢振动成桩法是使用振动打桩机将桩管沉入 土层中，并振动挤密砂料。 ➢冲击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩 管打入土层中，并用内管夯击密实砂填料， 实际上这也就是碎石桩的沉管法。
碎石桩和砂桩介绍
4.2.4 碎(砂)石桩1、概述 碎石桩和砂桩总称为碎(砂)石桩，又称粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的碎(砂)石所构成的密实桩体。
(1)碎石桩 目前国内外碎石桩的施工方法多种多样，按其成桩过程和作用可分为四类，如表4.2.4-1所示。
表4.2.4-1 碎石桩施工方法分类分类施工方法成桩工艺适用土类挤振冲挤密法采用振冲器振动水冲成孔，再振动密实填料成桩，并挤密桩间土砂性土、非饱和粘性土，以炉灰、炉密沉管法采用沉管成孔，振动或锤击密实填料成桩，并挤密桩间土渣、建筑垃圾为主的杂填土，松散的法干振法采用振孔器成孔，再用振孔器振动密实填料成桩，并挤密桩间土素填土置换振冲置换法采用振冲器振动水冲成孔，再振动密实填料成桩饱和粘性土法钻孔锤击法采用沉管且钻孔取土方法成孔，锤击填料成桩排振动气冲法采用压缩气体成孔，振动密实填料成桩土沉管法采用沉管成孔，振动或锤击填料成桩饱和粘性土法强夯置换法采用重锤夯击成孔和重锤夯击填料成桩其水泥碎石桩法在碎石内加水泥和膨润土制成桩体它方裙围碎石桩法在群桩周围设置刚性的（混凝土）裙围来约束桩体的侧向鼓胀饱和粘性土法袋装碎石桩法将碎石装入土工聚合物袋而制成桩体，土工聚合物可约束桩体的侧向鼓胀 中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)中规定：“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。
” (2)砂桩 目前国内外砂桩常用的成桩方法有振动成桩法和冲击成桩法。
振动成桩法是使用振动打桩机将桩管沉入土层中，并振动挤密砂料。
冲击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩管打入土层中，并用内管夯击密实砂填料，实际上这也就是碎石桩的沉管法。
砂桩碎石桩
砂桩、碎石桩1.1施工准备1 测量放样，平整地表，清除障碍物。
2 施工前应进行成桩试验，确定施工工艺和参数，试桩数量应符合设计要求且不得少于2根。
3 砂桩桩体用砂应选用一定级配的中、粗、砾砂，含泥量不得大于5%；碎石桩桩体应选用一定级配且未风化的碎石或砾石，粒径宜为20～50mm，含泥量不得大于5%。
1.2成桩施工宜采用振动成桩法或锤击成桩法。
振动成桩法宜采用重复压拔管法，锤击成桩法宜采用双管法。
砂桩、碎石桩施工工艺流程如图1.2所示。
→图1.2 砂桩、碎石桩施工流程图1.3重复压拔管法施工1 机械按设计桩位就位。
2 桩管沉入至设计深度。
3 向桩管内加料。
4 边振动边拔管，拔至设计或试验确定高度。
5 边振动边下压沉管至设计或试验确定高度。
6 停止拔管后应继续振动，一般停拔悬振时间为10～20s。
7 重复循环施工至桩顶。
1.4双管法施工1 机械按设计桩就位。
2 桩管沉入至设计深度。
3 拔起内管，加料至外管内。
4 放下内管至外管内的砂（或碎石）料面上，拔起外管与内管平齐。
5 锤击内外管、压实砂（或碎石）料。
6 重复循环施工至桩顶。
1.5施工控制1 振动法施工应严格控制拔管高度、拔管速度、压管次数和时间、填砂量、电机工作电流，保证桩体连续、均匀、密实。
2 锤击法施工应根据冲击锤的能量，控制拔管高度、分段填砂量、贯入度，保证桩体质量。
3 施工中应选用适宜的桩尖结构。
当选用活瓣桩靴时，砂性土地基宜采用尖锥型，黏性土地基宜采用平底型。
4 当实际灌砂（或碎石）量没有达到设计要求时，应在原位将桩打入，补充灌砂（或碎石）后复打一次，或在旁边补桩。
5 砂（或碎石）桩施工时，砂性土地基应从外围或两侧向中间进行，以挤密为主的桩宜隔排施工。
软弱黏性土地基宜从中间向外围或隔排施工。
6 质量检测应在施工结束后间隔一定时间进行。
饱和黏性土宜为2周，其它土为3～5d。
7 砂（或碎石）桩处理软弱土地基应检验成桩及复合地基质量，其复合地基的承载力应符合设计要求。
第6讲 碎(砂)石桩法
1 + e0 l = 0.89d e0 − e1
H-h
π
H
三、砂土地基液化判别
《建筑抗震设计规范》（GB50011－2010）规定： 20m范围内的液化土应符合下式要求：
N 63.5 ≤ N cr = N 0 β [ln ( 0.6d s + 1.5 ) − 0.1d w ]
3
ρc
式中，N63.5－未经杆长修正；N0－与设计基本地震加速度相 关的标准贯入锤击数基准值； β－与地震分组相关的 调整系数；ds－饱和土标准贯入点的深度；dw－地下水 位深度；ρc－粘粒含量百分率，当<3或为砂土时，取3。
2
A' C h
'
ps
pp
ps A C τm cu N
p r0 δ B
'
f
n
δp B r0
δ
p 0=0
θ
- f
m
f
R
2cu ⎛ tan δ p ⎞ ⎡ p ⎣ pp ⎤ ⎦ max = tan δ p sin 2δ ⎜ tan δ + 1⎟ ⎝ ⎠ 1 N tan δ p = tan δ ( tan 2 δ − 1) 2 ⎡ ϕ ＝38° δ＝61° ⎣ pp ⎤ ⎦ = 20.75cu
五、桩材与垫层 1、材料
就地取材，中、粗混合砂、碎石等，含泥量 ≤5%；沉管法，最大粒径不宜大于5cm；振冲法， 30kw振冲器，d粒＝2～8cm。55kw振冲器，d粒＝3～ 10cm。75kw振冲器，d粒＝4～15cm。
2、垫层
基础底面应铺设30～50cm厚度的砂（碎）石 垫层，最大粒径不宜大于3cm；夯填度不应大于0.9
路堤
路堤地基
碎石桩
碎石桩处理软土路基的工程应用及效果分析摘要：针对某公路软基加固的工程实践，探讨了采用碎石桩处理软弱地基的施工工艺和工程质量控制措施。
现场检测结果说明，该公路软弱地基加固取得了较好的效果，达到了预期的目的。
关键词：软土路基；碎石桩；加固效果一、碎石桩加固机理碎石桩，是指用振动、冲击或水中等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的碎石所构成的密实桩体。
从复合地基的理论角度来看，碎石桩处理饱和软弱地基主要有置换和排水两个作用。
碎石桩在软弱地基中成桩后，形成了碎石桩和桩间土组成的复合地基。
密实的碎石桩置换了与桩体体积相同的软弱土，形成的复合地基承载力比原软弱地基承载力高，而变形量则减少了。
由于碎石桩的刚度比桩周粘性土的刚度大，而地基中应力按材料变形模量进行重新分配，因此，在外部荷载作用下，大部分荷载将由碎石桩承担，桩体应力和桩间粘性土应力之比一般为2～4 。
在成桩过程中，由于振动、挤压或扰动等原因，桩间土会出现较大的附加孔隙水压力，从而导致原地基土的强度降低。
成桩结束后一方面原地基土的结构强度会随时间逐渐恢复，另一方面孔隙水压力会向桩体转移消散，结果是有效应力增大，强度提高和恢复，甚至超过原土体强度。
如果在选用碎石桩材料时考虑级配，则所制成的碎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。
干振碎石桩加固地基的实质是把松散的天然地基变成由碎石桩和挤密后的桩间土组成的共同工作的复合地基，其承载力比天然地基可大幅度提高，建筑物沉降可大幅减少。
干振碎石桩除了置换和排水作用外，还有挤密效应、垫层和加筋作用。
由于干振碎石桩主要在非饱和土中采用，在成孔和挤密碎石的过程中，土体在水平激振力的作用下，产生径向位移，其密度提高，孔隙比减小，承载力比加固前提高60％以上，因此，挤密和振密桩问土是复合地基承载力提高的主要因素。
垫层作用主要指在较厚的软弱土层中，碎石桩没有打穿该软弱土层，这样，整个碎石桩复合地基对于没有加固的下卧层起到垫层的作用，经垫层的扩散作用将建筑物传到地基上的附加应力减小，作用于下卧层的附加应力趋于均匀，从而使下卧层的附加应力在允许范围之内，这样就提高了地基的整体抵抗力，减少了沉降。
地基处理(碎石桩)
沉管法
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：
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）
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
液化地基
3.2 对粘性土加固机理
换土置换
强制置换
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。
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。
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。
（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 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。
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。
（三）沉降计算 1、分层总和法 复合模量
碎石桩与砂桩
碎石桩与砂桩
Vo = L2 ×1 = Vs (1 + eo ) 处理前地基土的体积:
处理后地基土的体积:
从式(3-2) 和(3-3) 可以得到:
(3-2) (3-3) (3-4)
V1 = Vs (1 + e1 ) = Vo Ap
V1 1 + e1 Vo Ap = = Vo 1 + e0 Vo
所以:
碎石桩与砂桩
EsP = 1 + m ( n 1) ES
Esp—复合土层的压缩模量; Es—桩间土的压缩模量.
(2)沉降折减法
一般天然粘性土地基沉降量可以用下式计算:
s = mv ip i H
H—固结土层厚度; p—垂直附加应力平均值; mv—天然地基的体积压缩系数.
设计计算:沉降计算
地基经过处理以后,垂直附加应力,体积压缩系数都 有变化,处理后地基的沉降量应该为:
如果考虑到由于载荷作用产生固结使凝聚力提高,则:
c = c0 + S i p iU itgcu
U—为固结度; φcu—桩间土固结不排水抗剪强度(内摩擦角); a—应力降低系数 若
c = s i p iU itgcu
则强度增长率为:
c = s iU itgcu p
碎石桩与砂桩:施工工艺
碎石桩与砂桩
2π [r0 + (r0 + x)] fn = m 2
f m = 2π r0 h
f R = (r0 + x) 2 π r02π
碎石桩与砂桩
设计计算:粘性土-承载力计算 单桩承载力-Brauns极限承载力法
假设单桩的破坏是空间轴对称问题,桩周土体是被动破坏 则可以得到:
2cu pro = ps + sin 2δ
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1) 成砂桩方式：振动法和冲击法为主；
2) 成碎石桩方式：有振冲法、沉管法、干振法、强夯置换法、 钻孔锤击法等。
3、适用范围： 碎石桩用于挤密松散砂土、粉土、黏性土、素填土及杂填土地 基。但需注意两点：
1 ）当 处理不排水抗剪强度小于 20kPa 的饱和黏性土和饱
和黄土地基时 ，应在施工前通过现场试验确定其适用性。
第三章 深层密实法
二、加固机理
第三节
砂石桩(碎石桩)
1、松散砂土及粉土的加固机理
① 挤密作用：
a 、对振冲法而言：施工过程中由于水冲使得松散砂土达到饱
和状态，并在高频强迫振动下产生液化、重新排列密实；孔中填
入的粗骨料被强迫振动、密实的同时，桩体半径还不断增大，对 桩周土形成水平挤压作用,甚至有一部分被挤入桩周土中。于是 ， 砂土密实度、孔隙率 ，干密度和内摩擦角，达到力学性 能改善、承载力提高、抗液化性能增强的目的； b 、对沉管法或干振法而言：施工中，桩管对周围砂层产生很
大的水平挤压力，并将桩管处砂子挤向桩管周围的土层中, 桩
管四周砂层孔隙率、密实度 。
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新郑高速公路震动沉管挤密 碎石桩施 工
第三章 深层密实法
二、加固机理
第三节
砂石桩(碎石桩)
1、松散砂土及粉土的加固机理
由于挤压，紧贴于桩周管上的土结构遭到完全破坏。桩管 周围塑性变形区，由于受到挤压和孔隙水压力的共同作用， 强度显著降低。桩管周围塑性变形区(图3-3-2 )半径RP可由下 式确定。
第三节
砂石桩(碎石桩)
1、松散砂土的加固机理
③ 预震抗液化作用: 砂石桩法的预震抗液化作用主要有两个方面： 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 砂土的液化特性不仅与相对密实度和排水体有关，还与
砂土的振动应变史有关。预先受过适度水平的循环应力预振的
(3-3-9)
处理前后重度g0、g1(对应孔隙比eo，e1 ) ，h —为地基竖向变
形，下沉时取正值，反之取负值，H为欲处理的天然土层厚 度; Vv 处理后空隙体积。
Vv e1 . Vs
Vv eo Vs
(3-3-1)
图 3-3-1
正方形桩位
图3-3-2
孔隙比变化示意图
第三章 深层密实法
四、设计计算
第三节
了与桩体体积相同的软弱土，因为砂石桩的强度和抗变形性
能等均优于其周围的土，所以形成的复合地基的承载力、模 量就比原来天然地基的承载力、模量大，从而提高了地基的 整体稳定性，减小了地基的沉降量。复合地基承载力增大率 与沉降量的减小率均和置换率成正比关系。
第三章 深层密实法
二、加固机理
第三节
砂石桩(碎石桩)
4、材料要求：碎石料可使用砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、
卵石、碎石等，这些材料可单独用一种，也可以粗细粒料
以一定的比例配合使用。填料中含泥量≤5%，并且不含有 粒径大于50mm的颗粒。 5、垫层：垫层是基础的“保护层”。故桩体施工结束后，桩 顶与基础间宜铺设300～500mm厚的碎(砂)石垫层，并振实。
第三章 深层密实法
四、设计计算
第三节
(一)、一般原则
砂石桩(碎石桩)
6、桩长(加固深度)：取决于建筑物对地基的强度和变形条件 等的设计要求以及地质条件 (软土层的厚度、性能等)而定，砂 土地基还应考虑抗液化的要求。主要注意四个方面： 1）地基中松软土层厚度不大时。根据较好土层埋深确定。 2）松软土层厚度较大时。按稳定性控制的工程，桩长不应 小于最危险滑动面的深度；按沉降变形控制的工程，桩长应满 足复合地基的沉降量不超过建筑物地基的容许沉降量。 3）对于可液化地基，加固深度按要求的抗震处理深度确定。 4）桩长不宜小于4m，砂桩的长度一般应达8-20m。
四、设计计算
1、桩距L的确定
第三节
砂石桩(碎石桩)
(二)、用于砂性土地基的设计计算
假定在松散砂土中打入的砂石桩达到 100% 的挤密效果 (即成桩过程中无隆起、下隆沉现象，加固土无损失) 。 设：A—单根桩所分担的加固面积；ΔV—加固处理后的土 体体积变化量；V0—原砂土地基单位深度的平均体积，对应 体重为G ；VS—砂层固体颗粒单位深度的体积；L—桩距，
(3-3-5)
第三章 深层密实法
四、设计计算
第三节
砂石桩(碎石桩)
(二)、用于砂性土地基的设计计算
又设桩径d , V
桩径d 与桩 距L的关系
4
d 2 ( H h) l 2 h
H h 当正方形时L 0.887d e0 e1 H h 1 e0
H h 当等边三角形布置时 : L 0.95d e0 e1 H h 1 e0
第三章 深层密实法
四、设计计算
第三节
(一)、一般原则
砂石桩(碎石桩)
1、加固范围： 总体上要大于基础底面的面积，具体根据建筑物的重要性及 场地条件确定。 ① 对于一般地基，宜在基础外缘扩大1～3排桩；
② 对可液化地基，在基础外缘扩展宽度不小于基底可液化土
层厚度的1/2，并不应小于5m。具体见下表所示。
地
基
处
理
4 砂（石）桩
第三章
一 概 述
深层密实法
第三节
砂石桩(碎石桩)
1、基本定义 碎 ( 砂 ) 石桩又被称做粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水
冲等方式在软弱地基中成孔之后，形成由砂石构成的大直径密
实桩体，包括碎石桩、砂桩和砂石桩，总称为碎石桩。 砂石桩与桩周土共同组成基础下的复合土层，构成持力层。 2、成桩方式
第三章 深层密实法
二、加固机理 ② 排水减压振密作用:
第三节
砂石桩(碎石桩)
1、松散砂土ห้องสมุดไป่ตู้加固机理
振冲成桩过程中，桩周土体在循环荷载作用下发生收缩和趋于 紧密，砂土在无排水条件下体积不断收缩导致超孔隙水压力产生， 有效应力降为零时引起砂土液化。碎石桩体材料具有良好的反滤效
果，是理想的人工竖向排水减压通道，土体中的超水孔隙水必然沿
Why?
因为如果桩周土强度过低，当其不排水抗剪强度小于20kPa时，将导致土的侧向约束力始终不能平衡由于填料挤入孔壁产生的作用力，那就始终不能形成桩体，故需经 过预压加固处理；
2 ） 不加填料的振冲加密法适用于处理黏粒含量不大于 10 ％的 中砂、粗砂地基。 Why?
(周围砂料能自行塌入孔内，可进行原地振冲)。
水压力升高，土的强度降低，塑性变形增大，但是土中水
并不容易排放。 黏性土密实度提高效果不佳，无法达到最终提高承裁 力的目的。
第三章 深层密实法
二、加固机理
第三节
砂石桩(碎石桩)
2、对粘性土的加固机理
2) 加固机理 主要通过置换法(用碎石桩置换粘性土) 实现改良土基的 目的，具体表现在两个方面。 ① 桩体置换作用。以性能良好的砂石桩直接替换部分粘 性土，构成性能良好的复合地基。由密实的碎石桩桩体取代
2、对粘性土的加固机理
2) 加固机理： ② 排水固结作用。饱和黏性土地基中，碎石桩体的排水
通道作用是砂石桩法处理饱和软弱黏性土地基的主要作用之
一。由于沉管成桩过程中的挤压和振动等作用，桩间土会出 现较大的孔隙水压力，导致土强度降低。碎石桩施工结束后， 上覆土体重力作用下，借助于砂石桩良好的排水作用，桩间 土发生排水固结，同时由于黏粒、水分子、离子之间重新形 成新的稳定平衡体系，使土的强度得以恢复，甚至超过原土 体强度。
(3-3-6)
(3-3-7)
第三章 深层密实法
四、设计计算
第三节
砂石桩(碎石桩)
(二)、用于砂性土地基的设计计算
按照规范给出的简化公式
1 e0 当正方形时L 0.887d e0 e1
1 e0 当等边三角形布置时 : L 0.95d e0 e1
修正系数ξ 用来考虑振动下沉密实作用，取值为 1.1～1.2
着改排水通道排出地面。随着孔隙水排出，土体的孔隙比降低，密 实度得到提高。 砂土和粉土中排水减压振密作用比挤密作用显著，是砂石桩
的主要加固作用之一。振密作用在宏观上表现为振密变形。振动
成桩过程中，一般形成以桩管为中心的“沉降漏斗”，直径达桩 径的6～9倍，并形成多条环状裂隙。
第三章 深层密实法
二、加固机理
（3-3-1） 由式(3-3-1)知，塑性变形区域的大小与桩管半径、土的 变形模量成正比，与土的抗剪强度成反比。
第三章 深层密实法
二、加固机理
第三节
砂石桩(碎石桩)
1、松散砂土及粉土的加固机理
完全破坏区
图3-3-2 桩孔周围应力分布区
桩 体 或 桩 孔
桩周土挤密后干密度沿径向距离(l/d)的变化
第三章 深层密实法
四、设计计算
第三节
砂石桩(碎石桩)
(二)、用于砂性土地基的设计计算
如果转用重度表示， 由于处理前后体积V0
G
g0
，V 1
G
g1
V0 Vs (1 e0 ) V1 Vs (1 e1 )
L 0.887d
正方形布置时
g1 g 0
g1
g1
(3-3-8)
cr d max L 0.95d 0.95d g1 g 0 cr d max r d
基础形式 独立基础 条形基础 加固范围 不超出基底面积 不超出或适当超出基底面积
筏形、十字交叉及箱 基础平面外轮廓范围内满堂加固，轮廓线外 形基础 加2~3排保护桩
第三章 深层密实法
四、设计计算
第三节
(一)、一般原则
砂石桩(碎石桩)
2、布桩形式：