地基基础工程：挤密桩地基

挤密桩地基1 灰土桩地基灰土挤密桩是利用锤击将钢管打入土中侧向挤密成孔，将管拔出后，在桩孔中分层回填2：8或3：7灰土夯实而成，与桩间土共同组成复合地基以承受上部荷载。

1．特点及适用范围灰土挤密桩与其他地基处理方法比较，有以下特点：灰土挤密桩成桩时为横向挤密，可同样达到所要求加密处理后的最大干密度指标，可消除地基土的湿陷性，提高承载力，降低压缩性；与换土垫层相比，不需大量开挖回填，可节省土方开挖和回填土方工程量，工期可缩短50%以上；处理深度较大，可达12~15m；可就地取材，应用廉价材料，降低工程造价2/3；机具简单，施工方便，工效高。

适于加固地下水位以上、天然含水量12%~25%、厚度5~15m的新填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的软弱地基。

当地基土含水量大于23%及其饱和度大于0.65时，打管成孔质量不好，且易对邻近已回填的桩体造成破坏，拔管后容易缩颈，遇此情况不宜采用灰土挤密桩。

灰土强度较高，桩身强度大于周围地基土，可以分担较大部分荷载，使桩间土承受的应力减小，而到深度2~4m以下则与土桩地基相似。

一般情况下，如为了消除地基湿陷性或提高地基的承载力或水稳性，降低压缩性，宜选用灰土桩。

2．桩的构造和布置（1）桩孔直径根据工程量、挤密效果、施工设备、成孔方法及经济等情况而定，一般选用300~600mm。

（2）桩长根据土质情况、桩处理地基的深度、工程要求和成孔设备等因素确定，一般为5~15m。

（3）桩距和排距桩孔一般按等边三角形布置，其间距和排距由设计确定。

（4）处理宽度处理地基的宽度一般大于基础的宽度，由设计确定。

（5）地基的承载力和压缩模量灰土挤密桩处理地基的承载力标准值，应由设计通过原位测试或结合当地经验确定。

灰土挤密桩地基的压缩模量应通过试验或结合本地经验确定。

3．机具设备及材料要求（1）成孔设备一般采用0.6t或1.2t柴油打桩机或自制锤击式打桩机，亦可采用冲击钻机或洛阳铲成孔。

（2）夯实机具常用夯实机具有偏心轮夹杆式夯实机和卷扬机提升式夯实机两种，后者工程中应用较多。

夯锤用铸钢制成，重量一般选用100~300kg，其竖向投影面积的静压力不小于20kPa。

夯锤最大部分的直径应较桩孔直径小100~150mm，以便填料顺利通过夯锤4周。

夯锤形状下端应为抛物线形锥体或尖锥形锥体，上段成弧形。

（3）桩孔内的填料桩孔内的填料应根据工程要求或处理地基的目的确定。

土料、石灰质量要求和工艺要求、含水量控制等同灰土垫层。

夯实质量应用压实系数λc控制，λc 应不小于0.97。

4．施工工艺方法要点（1）施工前应在现场进行成孔、夯填工艺和挤密效果试验，以确定分层填料厚度、夯击次数和夯实后干密度等要求。

（2）桩施工一般采取先将基坑挖好，预留20~30cm土层，然后在坑内施工灰土桩。

桩的成孔方法可根据现场机具条件选用沉管（振动、锤击）法、爆扩法、冲击法或洛阳铲成孔法等。

沉管法是用打桩机将与桩孔同直径的钢管打入土中，使土向孔的周围挤密，然后缓慢拔管成孔。

桩管顶设桩帽，下端作成锥形约成60°角，桩尖可以上下活动（图7-13），以利空气流动，可减少拔管时的阻力，避免坍孔。

成孔后应及时拔出桩管，不应在土中搁置时间过长。

成孔施工时，地基土宜接近最优含水量，当含水量低于12%时，宜加水增湿至最优含水量。

本法简单易行，孔壁光滑平整，挤密效果好，应用最广。

但处理深度受桩架限制，一般不超过8m。

爆扩法系用钢钎打人土中形成直径25~40mm孔或用洛阳铲打成直径60~80mm孔，然后在孔中装人条形炸药卷和2~3个雷管，爆扩成直径20~45cm。

本法工艺简单，但孔径不易控制。

冲击法是使用冲击钻钻孔，将0.6~3.2t 重锥形锤头提升0.5~2.0m高后落下，反复冲击成孔，用泥浆护壁，直径可达50~60cm，深度可达15m以上，适于处理湿陷性较大的土层。

图7-13 桩管构造1-φ275mm无缝钢管；2-φ300mm×10mm无缝钢管；3-活动桩尖；4-10mm厚封头板（设φ300mm排气孔）；5-φ45mm管焊于桩管内，穿M40螺栓；6-重块（3）桩施工顺序应先外排后里排，同排内应间隔1~2孔进行；对大型工程可采取分段施工，以免因振动挤压造成相邻孔缩孔或坍孔。

成孔后应清底夯实、夯平，夯实次数不少于8击，并立即夯填灰土。

（4）桩孔应分层回填夯实，每次回填厚度为250~400mm,人工夯实用重25kg，带长柄的混凝土锤，机械夯实用偏心轮夹杆或夯实机或卷扬机提升式夯实机（图7-14），或链条传动摩擦轮提升连续式夯实机，一般落锤高度不小于2m，每层夯实不少于10锤。

施打时，逐层以量斗定量向孔内下料，逐层夯实。

当采用连续夯实机时，则将灰土用铁锹不间断地下料，每下2锹夯2击，均匀地向桩孔下料、夯实。

桩顶应高出设计标高15cm，挖土时将高出部分铲除。

图7-14 灰土桩夯实机构造（桩直径350mm）1-机架；2-铸钢夯锤，重45kg；3-1t卷扬机；4-桩孔（5）若孔底出现饱和软弱土层时，可加大成孔间距，以防由于振动而造成已打好的桩孔内挤塞；当孔底有地下水流入时，可采用井点降水后再回填填料或向桩孔内填入一定数量的干砖渣和石灰，经夯实后再分层填入填料。

5．质量控制（1）施工前应对土及灰土的质量、桩孔放样位置等进行检查。

（2）施工中应对桩孔直径、桩孔深度、夯击次数、填料的含水量等进行检查。

（3）施工结束后应对成桩的质量及地基承载力进行检验。

（4）灰土挤密桩地基质量检验标准如表7-10所示。

灰土挤密桩地垂质量检验标准表7-10注：桩径允许偏差负值是指个别断面。

2 砂石桩地基砂桩和砂石桩统称砂石桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将砂或砂卵石（或砾石、碎石）挤压入土孔中，形成大直径的砂或砂卵石（碎石）所构成的密实桩体，它是处理软弱地基的一种常用的方法。

这种方法经济、简单且有效。

对于松砂地基，可通过挤压、振动等作用，使地基达到密实，从而增加地基承载力，降低孔隙比，减少建筑物沉降，提高砂基抵抗震动液化的能力；用于处理软粘土地基，可起到置换和排水砂井的作用，加速土的固结，形成置换桩与固结后软粘土的复合地基，显著地提高地基抗剪强度；而且，这种桩施工机具常规，操作工艺简单，可节省水泥、钢材，就地使用廉价地方材料，速度快，工程成本低，故应用较为广泛。

适用于挤密松散砂土、素填土和杂填土等地基，对建在饱和粘性土地基上主要不以变形控制的工程，也可采用砂石桩作置换处理。

1．一般构造要求与布置（1）桩的直径根据土质类别、成孔机具设备条件和工程情况等而定，一般为30cm，最大50~80cm，对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。

（2）桩的长度当地基中的松散土层厚度不大时，可穿透整个松散土层；当厚度较大时，应根据建筑物地基的允许变形值和不小于最危险滑动面的深度来确定；对于液化砂层，桩长应穿透可液化层。

（3）桩的布置和桩距桩的平面布置宜采用等边三角形或正方形。

桩距应通过现场试验确定，但不宜大于砂石桩直径的4倍。

（4）处理宽度挤密地基的宽度应超出基础的宽度，每边放宽不应少于1~3排；砂石桩用于防止砂层液化时，每边放宽不宜小于处理深度的1/2，并且不应小于5m。

当可液化层上覆盖有厚度大于3m的非液化层时，每边放宽不宜小于液化层厚度的1/2，并且不应小于3m。

（5）垫层在砂石桩顶面应铺设30~50cm厚的砂或砂砾石（碎石）垫层，满布于基底并予以压实，以起扩散应力和排水作用。

（6）地基的承载力和变形模量砂石桩处理的复合地基承载力和变形模量可按现场复合地基载荷试验确定，也可用单桩和桩间土的载荷试验按“7-1-4-1振冲地基”相同的方法计算确定。

2．机具设备及材料要求（1）振动沉管打桩机或锤击沉管打桩机，其型号及技术性能参见7-2-3-2节。

配套机具有桩管、吊斗、1t机动翻斗车等。

（2）桩填料用天然级配的中砂、粗砂、砾砂、圆砾、角砾、卵石或碎石等，含泥量不大于5%，并且不宜含有大于50mm的颗粒。

3．施工工艺方法要点（1）打砂石桩地基表面会产生松动或隆起，砂石桩施工标高要比基础底面高1~2m，以便在开挖基坑时消除表层松土；如基坑底仍不够密实，可辅以人工夯实或机械碾压。

（2）砂石桩的施工顺序，应从外围或两侧向中间进行，如砂石桩间距较大，亦可逐排进行，以挤密为主的砂石桩同一排应间隔进行。

（3）砂石桩成桩工艺有振动成桩法和锤击成桩法两种。

振动法系采用振动沉桩机将带活瓣桩尖的砂石桩同直径的钢管沉下，往桩管内灌砂石后，边振动边缓慢拔出桩管；或在振动拔管的过程中，每拔0.5m高停拔振动20~30s；或将桩管压下然后再拔，以便将落入桩孔内的砂石压实，并可使桩径扩大。

振动力以30~70kN为宜，不应太大，以防过分扰动土体。

拔管速度应控制在1.0~1.5m/min 范围内，打直径500~700mm砂石桩通常采用大吨位KM2-1200A型振动打桩机（图7-15）施工，因振动是垂直方向的，所以桩径扩大有限。

本法机械化、自动化水平和生产效率较高（150~200m/d），适用于松散砂土和软粘土。

锤击法是将带有活瓣桩靴或混凝土桩尖的桩管，用锤击沉桩机打入土中，往桩管内灌砂后缓慢拔出，或在拔出过程中低锤击管，或将桩管压下再拔，砂石从桩管内排入桩孔成桩并使密实。

由于桩管对土的冲击力作用，使桩周围土得到挤密，并使桩径向外扩展。

但拔管不能过快，以免形成中断、缩颈而造成事故。

对特别软弱的土层，亦可采取二次打入桩管灌砂石工艺，形成扩大砂石桩。

如缺乏锤击沉管机，亦可采用蒸汽锤、落锤或柴油打桩机沉桩管，另配一台起重机拔管。

本法适用于软弱粘性土。

图7-15 振动打桩机打砂石桩（a）振动打桩机沉桩；（b）活瓣桩靴1-桩机导架；2-减震器；3-振动锤；4-桩管；5-活瓣桩尖；6-装砂石下料斗；7-机座；8-活门开启限位装里；9-锁轴（4）施工前应进行成桩挤密试验，桩数宜为7~9根。

振动法应根据沉管和挤密情况，以确定填砂石量、提升高度和速度、挤压次数和时间、电机工作电流等，作为控制质量的标准，以保证挤密均匀和桩身的连续性。

（5）灌砂石时含水量应加控制，对饱和土层，砂石可采用饱和状态，对非饱和土或杂填土，或能形成直立的桩孔壁的土层，含水量可采用7%~9%。

（6）砂石桩应控制填砂石量。

砂石桩孔内的填砂石量可按下式计算：)01.01(1w e d l A S sp ++∙∙= （7-8）式中 S ——填砂石量（以重量计）；A p ——砂石桩的截面积；l ——桩长；d s ——砂石料的相对密度；e ——地基挤密后要求达到的孔隙比；w ——砂石料的含水量（%）。

砂桩的灌砂量通常按桩孔的体积和砂在中密状态时的干密度计算（一般取2倍桩管入土体积）。

砂石桩实际灌砂石量（不包括水重），不得少于设计值的95%。