《碎石桩与砂桩》

第四章 碎石桩与砂桩
第一节 概述 第二节 加固机理 第三节 设计计算 第四节 施工工艺
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碎石桩与砂桩
方法
用振动、冲击或水冲等方法在 软弱地层中成孔后，再将碎石或 砂挤压入土孔中，形成大直径的 由碎石或砂所构成的密实桩体称 碎石桩(Stone Column)或砂桩 (Sand Pile，总称粗颗粒桩 (Granular Pile)。
(2) 当相对硬层埋深较大时，对按变形控制的工程，加固深度应该满足碎石桩
或砂桩复合地基的变形不超过建筑物地基容许变形值的要求；
(3) 对于按稳定性控制的工程，加固深度应该不小于最危险滑动面的深度；
(4) 在可液化地基中，加固深度应该按抗震处理深度要求确定；
(5) 桩长不宜小于4米。
4、桩径
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桩径应该根据地基土质情况和设备因素确定
设计计算：砂性土—桩距
碎石桩与砂桩
设桩的布置如下图(p82)。假设在松散砂土中桩能起 到100%的挤密效果，即成桩过程中地面没有隆起或下 沉，被加固的砂土没有流失。设桩的加固面积为A， 单位深度灌碎石(或砂)量为Ap，原砂土地基单位深度 的平均体积为Vo，其中砂固体颗粒所占体积为Vs；桩 距为L。
碎石桩与砂桩
设计计算：砂性土－液化判别
一般对在地下15m范围内的液化土应该符合下面要求：
N63.ห้องสมุดไป่ตู้ Ncr
Ncr No[0.90.1(dsdw)]
3
c
N63.5--饱和土标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正)； Ncr—液化判别标准贯入锤击数临界值； No—液化判别标准贯入锤击数基准值，按下表取值； ds—饱和土标准贯入点深度(m)； ρc—粘粒含量百分率，当小於3或为砂土时，均采用3； dw—地下水位深度(m)。
采用压缩气体成孔，振动密实填料成桩
采用沉管成孔，振动或锤击密实填料成桩
采用强夯击成孔，重锤夯击填料成桩
在碎石内加入水泥和膨润土制成桩体
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 将碎石装入土工聚合物袋而制成桩体，土工 聚合物约束桩体的侧. 向鼓胀
碎石桩与砂桩 适用土类 砂性土、非饱 和粘性土，以 及炉灰、炉渣、 建筑垃圾为主 的杂填土，松 散素填土
近、远
地震烈度
震
78
9
近 震 6 10 16
远 震 8 12 -- .
碎石桩与砂桩
设计计算：粘性土－承载力计算 单桩的加固范围及破坏形式
碎石桩与砂桩
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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(p86)
fR—地基土极限承载力的作用面积； fn—Cu的作用面积； fm—pro的作用面积 pP—桩顶应力(kPa)； ps—桩间土面上的应力(kPa)； pro—桩对土块的侧向作用力(kPa)； δ—BA面与水平面的夹角； Cu—地基土不排水. 抗剪强度(kPa)。 碎石桩与砂桩
成桩方法： 沉管法、振动气冲法、袋装碎石桩法以及强夯置换法等
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碎石桩与砂桩
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施工方法分类
分类 施工方法
振冲挤密法 挤 密 沉管法 法
干振法
置 振冲置换法 换 法 钻孔锤击法
排 振动气冲法 土 沉管法 法 强夯置换法
水泥碎石桩法 其 它 裙围碎石桩法 方 法 袋装碎石桩法
碎石桩
成桩工艺 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 采用沉管成孔，振动或锤击密实填料成桩， 并挤密桩间土 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 采用振冲器振动水冲成孔，再振动密实填料 成桩 采用沉管且钻孔取土成孔，再振动密实填料 成桩
对于一般地基，在基础外缘加1~2排桩
对可液化地基，在基础外缘加2~4排桩
2、桩位布置
对大面积处理，采用等边三角形
对独立或条形基础，采用矩形、正方形或等腰三角形
对圆形或环形基础，采用放射形
3、加固深度
加固深度应该根据软土层的性能、厚度以及工程要求按照以下原则确定：
(1) 当相对硬层埋深不大时，加固深度应该按相对硬层的埋深确定；
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碎石桩与砂桩
处理前地基土的体积： VoL21Vs(1eo) (3-2)
处理后地基土的体积： V 1V s(1e1)V oA p
从式(3-2) 和(3-3) 可以得到：
V1 1e1 Vo Ap Vo 1e0 Vo
(3-3) (3-4)
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所以：
Ape1oeeo1 Voe1oeeo1 L2
设桩的直径为d，则：
emax, emin分别为砂土的最大与 最小孔隙比。地基挤密后要求
达到的相对密实度0.70~0.85。
碎石桩和砂桩每根桩每米长度的填料量q：
q eo e1 A 1 eo
如果用加固前后土的重度γo、γ1表示则：
正方形布置：
等边三角形布置：
L 0.887d 1 1 o
L 0.95d 1 1 o
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挤密作用； 排水减压作用； 砂基预振作用。
二、对粘性土的加固机理
置换作用； 排水固结； 加筋作用。
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碎石桩与砂桩
设计计算
一、一般设计原则 二、砂性土
1、桩距确定 2、液化判别
三、粘性土
1、承载力计算 2、沉降计算 3、固结度计算 4、稳定分析
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碎石桩与砂桩
1、加固范围
设计计算：一般设计原则
碎石桩与砂桩
饱和粘性土
饱和软粘土
饱和软粘土
施工方法分类
砂桩
碎石桩与砂桩
砂桩施工方法主要有两种： 振动成桩法与冲击成桩法。
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碎石桩与砂桩
应用范围
中小型工业与民用建筑 港湾构筑物：如码头、护岸等 土工构筑物：如土石坝、路基等 材料堆置场：如矿石场、原料场等 其它：如轨道、滑道、船坞等。
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加固机理
一、对松散砂土的加固机理
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
假设碎石桩的内摩擦角为φP，当桩顶应力达 到极限值时，考虑B’BAA’内的土体发生被动
破坏，即土块ABC在桩的侧向力的作用下沿
BA面滑出，桩出现膨胀破坏。
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碎石桩与砂桩
Ap
4
d
2
(3-5)
(1) 当桩按正方形布置时： L 0.887d 1 eo eo e1
(2) 当桩按等边三角形布置时：
L. 0.95d
1 eo eo e1
碎石桩与砂桩
地基挤密后，要求得到的孔隙比e1可以按照工程对地 基承载力的要求或下式求得：
e 1em axD r(em ax em in)