第4章 碎石桩

2、适用范围：干振碎石桩适用于加固松散的非饱和粘性 土（含水量w<25%）,素填土,杂填土和二级以上非自重 湿陷性黄土,加固深度6m左右。
二、干振法施工流程 干冲碎石桩法
振捣
振孔器就位
振动挤土成孔 形成碎石桩 上提振孔器填料
三、沉管法施工流程
双管法（内击沉管法）
就位：清理场地布桩.机 具就位，将导管中心对准 桩位。
a
砂土：－
软粘土：
b
a c a
间隔 跳打
c
附近有建筑物时：
b
干振法
1、概念：干振碎石桩加固技术是对振冲碎石桩的一种改进, 它可克服施工过程中及其后的一段时间内桩间土含水量增 加,导致强度降低及施工过程中大量排泥浆 ,污染环境的缺 点。由研究表明干振碎石桩以挤密加固为主 , 挤密效果与 土的含水量关系密切 ,当含水量接近塑限时效果最好 ,若小 于10%或大于24%时效果很差。复合地基承载力对杂填 土提高1.3~2.5 倍；对粘性土提高0.9~1.5倍。
冲锤超深
制桩：制桩包括提管、投料和击实 三个过程。穿塞后将导管拔起一定 高度，向管内投入适量碎石，用冲 锤反复冲击将其击出导管，并达到 预定的击实要求为止。如此分段填 料击实直到制桩完成。
形成桩体：当桩的顶面达到预定高程时，制桩 完成。
5、质量检验
支墩 荷 载
次梁
百分表
主梁
基准梁
试坑
千斤顶
承压板
砂性土的设计计算
整理后得
l d
H h e0 e1 H h 1 e0
一般设计中不考虑振密作用，即h=0，则 式中为计算参数 当砂石桩平面布置等边三角形时，=0.95； 当采用矩形布桩时，则计算参数=0.89， 而表达式形式不变。
l d 1 e0 e0 e1
液化判别
3.3粘性土地基设计

复合地基承载力 P=[m(n-1)+1]ps 其中 m=Ap/A（面积置换率） n=pp/ps（桩土应力比）

f spk mfpk (1 m) f sk f spk [1 m(n 1)] f sk
沉降计算
复合模量法 Esp=[1+m(n-1)]Es 沉降折减法 b=1/[1+m(n-1)]
1、计算用的参数 （1）不排水抗剪强度cu：现场十字板剪切试验测定 由不排水抗剪强度判断加固方法的适用性，还可选定桩的 间距，预估加固后的承载力和施工难易程度。 （2）桩的直径d：一般0.8-1.2m 桩的直径与土类及其强度、桩材粒径、施工机具类型、施 工质量等因素有关 （3）桩体内擦角摩擦角φ
不同材料，桩体内摩擦角取值不一样。
2、单桩承载力 （1） Brauns（布劳恩斯） 法: ［Pp］max=20.75Cu Cu：不排水抗剪强度 其中：碎石桩内摩擦角 φp可取350～ 450，多数取φp=380 ［Pp］max： 单桩极限承载力 （2）综合单桩承载力法 经验公式： ［Pp］max=Kpσrl Kp：被动土压系数 σrl 桩体侧向极限应力 最终： ［Pp］max=KpK'CU KpK' ：根据CU 查表4-4 取
沉管：用冲锤反复冲击导管内碎 石石塞，由碎石与导管间的摩擦 力带动导管与石塞一起下沉，直 到设计深度为止.
穿塞：沉管到位后，提升 导管一定高度，用低冲程 将石塞冲出管外，并使其 冲入导管下一定深度，深 度称为冲锤超深，一般 0.5-1.0m。 制塞：在导管中投入一定数量 的碎石，形成一定高度的石塞。
2、适用范围：
振冲法适用于处理砂土、粉土、粘性土、填土地基。
3、振冲法施工机具
供水泵
排污系统 振冲器
振冲器
4、 振 冲 法 流 程
清孔，如果不清，泥浆比 重大，碎石下降慢不易密 实。
分 段 成 桩
就位：清理平整施工 场地，布置桩位。振 冲器对准桩位。
成孔：启动水泵和振冲器，水压400～ 600kpa， 水量可用200～400l/min， 成孔速度0.5 ～ 2.0m /min， 直至达到设计处理深度。
原位荷载试验装置
反压重物
反力梁
千斤顶 百分表 荷载板
基准梁
原位荷载试验装置
砂桩桩设计
1、桩间距
原 地 面 h
H s d/2 d H-h
d/2
砂石桩加密效果示意图
砂性土的设计计算
砂石桩挤密作用和振密作用产生地基体积 压缩V，根据几何关系可以得到
3 2 V d ( H h) l h 4 2
2
1
式中 d－砂石桩直径(m)； h－振密作用产生的竖向变形(m)，当挤 密下降时，取正值；当隆起上抬时，取负值。
四、碎（砂）石桩
1、概述
一、碎石桩
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。 适用范围：行业标准《建筑地基处理技术规范》（JGJ2002）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”。


振冲挤密施工程序： 就位 反复提拔振冲成孔（将原 地基松散砂土振挤密实(留振时间长，水 量使砂土充分液化） 振冲置换施工程序： 就位 振动到设计高度以上 30~50cm提拔（重复1~2次） 清孔 填料 振动 填 料（重复直到孔口）
施工顺序：
先中间后 两边或先 外圈后中 间
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建筑 物
一边向一 边推（排 孔法）
N 63.5 N cr N cr N 0 [0.9 0.1(d s d w )] 3
c
标准贯入击数基准值
烈度
7
近振 6
8
10
9
16
远振
8
12
注意事项
1、粘粒含量大于20％的砂砾类土，会影响挤密效果； 2、粘土夹层，检测一般要求大于30天； 3、表层1－2m范围内进行在处理
4.3.3粘性土地基设计
3 、设计计算 3.1、一般设计原则
1、加固范围(大于基础宽度，P58页) 2、桩位布置(如图) 3、加固深度：桩长不小于4m(P58的五条要求) 4、桩径(据土质和设备而定) 5、材料(视当地材料而定，就地取材) 6、垫层(30-50cm厚度)
3 、设计计算 3.2、砂性土设计计算
挤密的角度考虑地基加固设计的问题，根据工程对地 基加固的要求（承载力、沉降和抗液化）得到设计的密 实度，孔隙比，部桩形式，桩径和桩间距。
碎石桩施工方法分类
分类 施工方法 成桩工艺
振冲挤密 振冲器水冲成孔，振动密实填料
适用土类
砂土，非饱和黏土杂 填土
挤密法 沉管法 干振法
振冲置换
沉管成孔，振动密实成桩
振孔器成孔，振孔器密实 振冲器振动水冲成孔 沉管且钻孔取土成孔，锤击填料 压缩气体成孔，振动或锤击填料 沉管成孔，振动或锤击填料 重锤夯击成孔
置换法
钻孔锤击 振动气动
饱和土
排土法 沉管法
强夯置换
饱和软粘土
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 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。 因此，砂桩的成桩方法对于砂性土相当 于挤密法，对粘性土则相当于排土成桩法。
稳定性分析
4.4施工工艺
一、施工方法
振冲法 干振法 沉管法 施工方法 振动沉管法 内击沉管法（干冲法） 心管密实法
强夯置换法 射水成孔袋装法
二、施工步骤
振冲法
1、概念： 振冲法是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动偏 心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通 过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的联合作用下，将振冲器 沉入到设计深度形成桩孔，再向桩孔逐段填入碎石并逐渐振 密，从而在地基中形成一根大直径的密实桩体并和原地基土 组成复合地基，使承载力提高，沉降减少的施工方法。
提出加料，将振冲器沉入填料中 振密，振密判断标准：电流超过 规定密实电流，达到标准后继续 向孔内加填料。
间断填料法（粘性土）
振捣
振孔器就位
振动挤土成孔 形成碎石桩 上提振孔器填料
振冲器
连续填料法（砂性土）
碎石桩(Stone Column)
振冲法施工
•在砂性土中，振冲起挤密作用，故称为振冲挤密；在粘性土中，振冲主 要起置换作用，故称振冲置换。
（二）对粘性土加固机理
对粘性土地基（特别是饱和软土），碎（砂）石 桩的作用不是使地基挤密，而是置换。碎石桩置换法 是一种换土置换，即以性能良好的碎石来替换不良地 基土；排土法则是一种强制置换，它是通过成桩机械 将不良地基土强制排开并置换，在地基中形成具有密 实度高和直径大的桩体，它与原粘性土构成复合地基 而共同工作。桩体应力和桩间粘性土应力之比值称为 桩土应力比，一般为2~4。 碎（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，增大土坡的抗滑稳定性。
2、加固原理
（一）对松散砂土加固原理
（二）对粘性土加固机理
（一）对松散砂土加固原理
碎石桩和砂桩挤密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。 1 ．挤密作用 对沉管法或干振法，有效挤密范围可达3~4倍桩直径。 对振冲挤密法，使地基承载力大幅度提高，一般可提高2~5 倍。 2 ．排水减压作用 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％。
3.2砂性土的设计计算
砂性土的设计计算
砂性土的设计计算
砂石桩应用于松散砂土或粉土地基处理时， 考虑挤密作用和振密作用，桩位按等边三角形平 面布置。因此，加固处理后的土体体积减小V
式中
V vV0
V
e0 e1 1 e0
则有
3 2 V0 l H 2
e0 e1 3 2 V l H 1 e 2
4.3.3粘性土地基设计
（4）面积置换率 面积置换率为桩的截面积Ap与其影响面积Ａ之比， 用m表示。
M是表征桩间距的一个指标，m越大，桩间距越小。
面积置换率： 等边三角形： 正方形：
m d /d e
2
2
矩形：
d e 1.05l d e 1.13l
d e 1.13 l1 l2
3.3粘性土地基设计