第7讲(2)-土桩和灰土桩

注意：
当地基的含水量大于23%，且其饱和度大于0.65 时，由于成孔质量不好，拔管后桩孔容易缩颈，而且打 管时容易对邻近已回填的桩体造成破坏。如果施工时不 采取排水措施，则不宜采用土（或灰土）桩挤密法处理 地基。 如果黄土层中夹有薄砂砾层时，必须要经过成孔试 验；而且当夹层厚度大于0.4m时，因施工时打管困难 ，也不宜采用土（或灰土）桩挤密法。 土桩主要用来消除湿陷性黄土的湿陷性；当以提高 地基的承载力或水稳性为主要目的时，应适用灰土桩。
（三）桩距及桩排
鉴于地基处理时干密度值变化较大，一般不采用 上式计算孔距，而用承载力的形式确定：
s 0.95d
f pk f sk f spk f sk
从提高地基承载力考虑，可由复合地基承载力公
式得到桩间距表达式。
f spk mf pk (1 m ) f sk
（四）处理范围
（六）承载力和变形
（1）采用荷载试验的方法确定 （2）参照工程经验来确定（工程类比法）
（1）用载荷试验方法确定 对重大工程，应通过载荷试验确定其承载力设计值。 如挤密桩的目的是消除地基的湿陷性，还应进行浸水试 验，判定消除湿陷性的效果。 载荷试验时，如果p～s曲线上无明显直线段，则土 桩挤密地基按s/b=0.01～0.015、灰土桩复合地基按 s/b=0.008（b为载荷板宽度）所对应的荷载作为处理地 基的承载力设计标准值。
（三）桩距及排距
桩孔宜按等边三角形布置，桩孔之间的中心 距离，可为桩孔直径的 2.0～2.5 倍，也可按下 式估算：
c d max s 0.95d c d max d
（三）桩距及桩排
1.桩间土的平均挤 密系数ηc ，应按 下式计算：
2.桩孔的数量可按 下式估算：
（三）土（或灰土）的特点

1. 2. 3. 4.
土（或灰土）桩挤密法与其它地基处理方法比较， 主要有以下特点： 土（或灰土）桩挤密法是横向挤密，同样可以达到 加固后所要求的最大干密度； 与换土垫层相比，不需要开挖回填，因而节约了时 间，比换土垫层法缩短工期约一半。 由于不受开挖和回填的限制，处理深度一般可达 12m～15m； 由于填料是就地取材，因而常比其它处理湿陷性黄 土和人工填土的地基处理方法造价低，尤其是可利用粉 煤灰变废为宝，取得很好的社会效益和经济效益。
土桩与灰土桩在我国西北、华北地区应用比较广泛， 适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、新近堆积的黄 土、素填土和杂填土等地基。 它们与碎石（砂）桩一样，同样属于柔性桩，桩与 桩间土共同组成复合地基。 所谓复合地基，一般可认为由两种刚度（或模量 ）不同的材料（桩体和桩间土）所组成，在相对刚性 基础下，两者共同分担上部荷载并协调变形（包括剪 切变形）的地基。
6.5 质量检验
工程质检以及验收检验包括：桩孔质量、桩间土、夯填质量、地基处 理综合效果。 桩孔质量检验： 孔径、孔深、垂直度； 桩间土挤密效果检验：挤密系数是否达到要求； 夯填质量：桩身夯填质量； 综合 效果检验目的：承载力或消除湿陷性效果。 在施工过程中应采取抽样检验，检验数据和结论应准确、真实，具有 说服力，对检验结果应进行综合分析或综合评价。抽样检验的数量， 对一般工程不应少于桩总数的 l%；对重要工程不应少于桩总数的 1.5%，且每台班至少抽查一根，不合格处应采取加桩或其它补救措 施。
6.6、工程实例
甘肃省建工局木材厂单身宿舍土桩挤密法加固地基。 该厂单身宿舍兼办公楼为五层砖混结构，长×宽 =42.9m×12.3m，建筑面积2750m2。 地质勘察资料表明：在建 筑场地内湿陷性黄土层厚7m～8m，分级湿陷量为300mm，属Ⅱ级 自重湿陷性场地。土的含水量ω=8.7％～14.2％，天然土干密度 =1.26t/m3～1.32t／m3，具有高一中压缩性。地基决定采用土挤 密桩处理。 桩孔直径为400mm，桩中心距l=2.22d=0.89m。成孔挤密后 桩间土的干密度计划提高到1.55t／m3～1.61t／m3，相应达到的压 实系数 为0.925～0.943，可满足消除湿陷性要求。桩孔内填料采用 接近最优含水量（15％～17％）的黄土，夯实后压实系数 不低于 0.93。填料夯实按每两铲土锤击五次进行。
（三）施工流程 :施工准备三通一平测量放线机具就位成孔 夯填封顶。
（四）施工注意事项
1、桩顶设计标高以上的预留覆盖一定厚度的土层。 2、成孔和孔内回填夯实的施工顺序，当整片处理时，宜从里（或中 间）向外间隔 1～2 孔进行，对大型工程，可采取分段施工；当 局部处理时，宜从外向里间隔 1～2 孔进行； 3、土料和灰土受雨水淋湿或冻结，容易出现“橡皮土”，且不易夯 实。当雨季或冬季选择灰土挤密桩或土挤密桩处理地基时，应采 取防雨或防冻措施，保护灰土或土料不受雨水淋湿或冻结，以确 保施工质量。
（一）成孔方法
⑵爆扩法成孔不需要打桩机械，可用钢钎打入土中形 成15mm～30mm的孔，直接填入炸药和1～2个电雷 管，或者用洛阳铲和其他工具在土中挖成直径为 60mm～80mm的孔，装入炸药卷和电雷管后爆扩成 孔。前者适用于含水量较小的土层，而后者适用于含水 量较高的土层。爆扩后桩孔直径D约为药眼或药卷直径 d0的15倍～18倍，并应该通过现场试验确定。 ⑶冲击法是使用冲击钻机将0.6t～3.2t的锥形锤头提 升0.5m～2.0m高后自由落下，反复冲击后成孔，直 径可达500mm～600mm，成孔深度可达20m以上， 适用于处理自重湿陷性且厚度较大的土层。
⑴沉管法是用打桩机将带有特制桩尖的钢管打入土层中至设计深度， 然后缓慢拔出桩管后成孔。该法简单易行，孔壁光滑平整，挤密效 果较易控制，但处理深度受桩架高度限制，一般不超过7m～8m。 打桩机技术性能（如锤重、激振力等）应与桩管直径、重量、长度 及地基土特性等相适应。 桩管沉至设计深度后应及时拔出，不要在土中搁置时间过长，否则 会引起拔管困难。
（四）处理范围
对于湿陷程度严重（Ⅲ级）和很严重（IV级）的自重湿 陷性黄土地基，处理后既需要消除其湿陷性，还需其具 有防渗隔水作用，此时宜采用整片处理的方法，处理范 围每边超出建筑物外墙基础外缘的宽度不宜小于处理土层 厚度的1/2 ，并且不应小于2m，以防止水从处理与未 处理土层的接触面渗入地基，提高处理地基的效果。 地基处理的深度应根据建筑物对地基的要求、地基的湿陷 类型、湿陷等级、湿陷性黄土层厚度及打桩机械的条件综 合考虑决定。 采用土桩挤密法处理地基，如果处理深度过小，则不经 济。目前，该法施工的桩孔深度可达12m～15m。
6.5 Biblioteka Baidu量检验
（三） 载荷试验法 对重要的大型工程应进行现场载荷试验和浸水载荷试验， 直接观测承载力和湿陷情况。 注意，以上前二种检验法，对灰土桩应在桩孔夯填后 48小时以内进行；二灰桩应在36小时以内进行，否则 将由于灰土或二灰的胶凝强度影响而无法进行质量检验。 对一般工程，质量检验主要应检查桩和桩间土的干密 度和承载力；对重要或大型工程，除了检测上述项目 外，还应该进行载荷试验或其它原位测试。也可以在 地基处理的全部深度内取土样测定桩间土的压缩性和 湿陷性。
（六）承载力和变形
（2）参照工程经验确定 对一般工程而言，可参照当地经验确定挤密地基 土的承载力设计值。当无经验时，对土桩挤密地基，承 载力不应大于处理前的1.4倍，并不应大于180kPa； 对灰土桩挤密地基，不应大于处理前的2倍，并不应大 于250kPa。 石灰具有明显的水硬性，而水养试块的强度更高 ，且其强度随龄期的增加而增大。 石灰30天龄期的单 桩容许抗压强度可选用0.9MPa～1.6Mpa；比灰土桩 强度提高1/4左右。
（五）填料和压实系数
桩孔内投入的填料，应该根据工程的要求或地基处 理的目的来确定，并且采用压实系数控制填料的夯实质 量。 压实系数指压实实际达到的干密度与由击实实验 得到的试样的最大干密度的比值（或土的控制干密度 与最大干密度之比） 当采用素土回填夯实时，压实系数 ≥0.95；当 用灰土回填夯实时，压实系数≥0.97，灰与土的体积 配合比宜采用2:8或3:7。
6.2 加固机理
利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆破）在地基中
成孔，通过“挤压作用”，使地基土加密，然后再在孔内 分层填入素土（或灰土、粉煤灰加石灰）后夯实而形成土
桩（或灰土桩）。它们与碎石（砂）桩一样，同样属于柔
性桩，桩与桩间土共同组成复合地基。
（一）挤密作用；（二）灰土性质作用； （三）桩体的作用
（七）变形计算

土（或灰土）桩挤密法处理地基的变形计 算应按国标《建筑地基基础设计规范》（GBJ7 －－89） 有关规定执行，其中复合地基的压缩 模量应通过试验或结合当地经验确定。
6.4 施工方法
（一）成孔方法 土桩和灰土桩的成孔方法有沉管法、爆扩法及冲击法等。 可按地基土的物理力学性质、桩孔深度、机械设备和施 工经验等因素选定。
6.2 加固机理
（二）灰土性质作用
石灰和土按照2：8或3：7形成的桩体材料具有气硬性 和水硬性，石灰的正电荷钙离子与粘土颗粒的负离子相 互吸附形成胶体凝聚，土体固化，强度增加。
（三）桩体的作用
灰土桩的变形模量远大于桩间土的，桩体产生应力集中 ，减少土体应力，限制桩间土侧向位移。 土桩与桩间土的物理力学指标差异小，所以，土桩挤密 地基可视为厚度较大的素土垫层。
土桩或灰土桩处理地基的宽度应大于基础宽度。 若主要考虑消除地基的部分或全部湿陷量，而不考虑防 渗隔水作用，或者用于提高地基的承载力，则一般采用局 部处理的方法： 对非自重湿陷性黄土、素填士和杂填土等地基，处理宽 度每边超出基础宽度不应小于0.25b（b为基础短边宽 度），并不应小于0.5m； 对自重湿陷性黄土地基，为了有效地阻止基础底面下被处 理的土层产生侧向变形，处理宽度不应小于0.75b，且 不应小于1m。
6.2 加固机理
（一）挤密作用
桩孔位置的土体被挤开，桩周土被挤压，挤密范 围1.5-2.0d（d-桩直径）； 挤密具有叠加效果，桩距越近，叠加效果越明显 ； 天然含水率、干密度与孔隙比对挤密效果影响大 。最优含水率时挤密效果最好，干密度越大，挤 密范围越大，e=0.9-1.2时，挤密效果好。e〈0.8 时，湿陷性黄土没有必要采用挤密地基。

6.5 质量检验
夯填质量的检验方法有下述三种。 （一）轻便触探法 先通过试验夯填，求得“检定锤击数”，施工检验 时以实际锤击数不小于检定锤击数为合格。 （二）环刀取样法 先用洛阳铲在桩孔中心挖孔或通过剖开桩身，从基 底算起沿深度方向每隔1.0m～1.5m用带长把的小环 刀分层取出原状夯实土样，测定其干土密度。
6.3 设计计算
（一）桩体材料配合比设计
当桩孔内用灰土或素土分层回填、分层夯实时，石灰与 土的体积配合比，宜为 2︰8 或 3︰7。
（二）桩径及布置
1. 桩孔直径宜为 300～450mm，并可根据所选用的成孔设 备或成孔方法确定。 2. 桩孔宜按等边三角形布置
6.3 设计计算
（三）桩距及排距

（二）桩孔回填夯实
回填桩孔用的土料应尽量使用就地挖取的净黄土或一般粘性土， 过筛后土块直径不大于20mm。 石灰使用消解3天～4天后的熟石灰并过筛，其粗粒粒径不大于 5mm，质量不低于Ⅲ级，（CaO＋MgO）的含量不小于50％。 灰土体积比一般可用2:8。含水量应该接近最优含水量，当其偏离 ±3％以上时应加以调整。 填夯施工前应进行试验，确定每次填料数量和夯击次数。夯锤重 量不小于100kg，锤底直径小于桩孔直径90mm～120mm，锤 底面静压力不宜小于20kPa。 成孔和回填夯实的施工宜间隔进行，对大型工程可采取分段施工， 以保证工程质量。 雨季或冬季施工，应采取防雨、防冻措施，防止土料和灰土受雨 水淋湿和冻结。
土（或灰土）桩的挤密效果与桩距有关。而桩距的确定 又与土的原始干密度和孔隙比有关，所以，桩距的设计 应通过试验或计算确定，重要工程要求桩间土的平均压 实系数 不宜小于0.93，一般工程不应小于0.90。 条形基础下布置的灰土桩不宜少于2排，土桩不土少于 3排。为使桩间土得到均匀挤密，桩孔宜按三角形布置。 有时为了适应基础尺寸，合理减少桩孔排数和孔数时， 也可以采用正方形和梅花形等排列方式。
第 6章 土（或灰土）桩
6.1 概述
（一）定义
灰土桩或土桩通过成孔过程中的横向挤压作用，
桩孔内的土被挤向周围，使桩间土得以挤密，
然后将备好的灰土或素土（粘性土）分层填入 桩孔内，并分层捣实至设计标高。用灰土分层 夯实的桩体，称为灰土桩；用素土分层夯实的 桩体，称为土桩。
（二）适用范围
灰土桩和土桩适用范围：