6砂桩法

第六章 砂 桩 法
地基处理
§6.4

施工工艺
1、施工标高
砂桩施工标高一般高于基础底面设计标高1～2m， 以便挖开基坑时将没有充分挤实的或被挤松的表 层土完全挖去。 如果砂桩施工后对地基表层1～2m深度内的土层 进行适当处理，则砂桩施工可以从基底设计标高 开始。

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地基处理
第六章
砂 桩 法
地基处理
第六章
砂（碎石）桩 法
主要内容
§ 6.1 概述 § 6.2 加固原理 § 6.3 § 6.4 § 6.5 § 6.6 设计计算 施工工艺 质量检验 碎石桩法
第六章 砂 桩 法
地基处理
§5.1

概 述
砂桩法是指利用振动或冲击荷载，在软弱地基中 成孔后，填入砂并将其挤压入土中，形成较大直 径的密实砂桩的地基处理方法，主要包括砂桩臵 换法、挤密砂桩法等。 砂桩法起源于19世纪30年代的欧洲，用于在海湾 沉积软土上建造兵工厂的地基工程中。当时的设 计桩长为2m，桩径为0.2m，每根桩承担的荷载 为10KN。
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2）排水作用
在软弱粘性土地基中，砂桩可以像砂井一样起排 水作用，从而加快地基的固结沉降速率。砂桩复 合地基与天然地基载荷试验的对比表明，在荷载 相同的条件下，前者的沉降稳定时间比后者短得 多。以上海宝山钢铁总厂的对比试验为例，在承 压板面积影响范围内为饱和的粉质粘土和淤泥质 粉质粘土，在荷载约为160kPa时，砂桩复合地 基沉降稳定时间为69－70h，而天然地基为190h， 说明砂桩对促进地基固结沉降有十分显著的作用
2、砂的含水量
施工时砂的含水量对砂桩密实性有很大影响， 应根据成桩方法分别规定。 （1）采用单管冲击式或振动式一次拔管成桩 或复打成桩时，使用饱和砂。 （2）采用双管冲击式或单管振动式重复压拔 管成桩时，使用7%－9%含水量。在饱和土中 施工时也可采用天然湿度砂或干砂。


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地基处理

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地基处理
此后，在长时间内由于没有实用的设计计算方法， 缺少先进的施工工艺和施工设备而影响了它的发 展。20世纪50年代后期，随着振动打桩机的出现， 又采用振动式打拔管施工方法，使其施工质量和 施工效率均有显著提高，处理深度可达30m左右。

砂桩最初是用于处理松散砂土和人工填土地基的， 而在软弱粘性土地基上的应用不太成功。因为软 弱粘性土的渗透性小，灵敏度大，成桩过程中产 生的超静孔隙水压力不能迅速消散，挤密效果较 差，而且因扰动而破坏了土的天然结构，降低了 土的抗剪强度。


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地基处理


地基土的土质不同，对砂桩的作用原理也不尽相 同。 1、在松散砂土中的作用 1）挤密作用 采用冲击法或振动法往砂土中下沉桩管和一次拔 管成桩时，由于桩管下沉对周围砂土产生很大的 横向挤压力，桩管将地基中同体积的砂挤向周围 的砂层，使其孔隙比减小，密度增大，这就是挤 密作用，有效挤密范围可达3－4倍桩直径，且地 基承载力可提高2～5倍。这就是通常所谓的“挤 密砂桩”。
②将桩管沉入地基土中达到设计深度。


③按设计规定的砂料量向桩管内投入砂料。
④边振动边拔管，拔管高度根据设计确定。
⑤边振动边向下压管，下压的高度由设计和试 验确定。
⑥停止拔管，继续振动，停拔时间长短按规定 要求。 ⑦重复步骤③～⑥，直至桩管拔出地面。


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地基处理
第六章 砂 桩 法
第六章 砂 桩 法

地基处理
根据国外的经验，在软弱粘性土中形成砂桩复合 地基后再对其进行加载预压，可提高地基强度和 整体稳定性，并减小工后沉降。国内的实践也表 明，如不进行预压，砂桩施工后的地基在荷载作 用下仍有较大的沉降变形，对沉降要求较严的建 筑物难以满足要求。因此，使用砂桩构成砂桩复 合地基，对它再进行堆载预压，可显著提高地基 强度，改善地基的整体稳定性，并减小地基沉降 量。

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地基处理
4、成桩试验

施工前要进行成桩试验，如不能满足设计要求， 就应调整桩间距、填料量等施工参数，重新进行 试验或修改施工工艺设计。
5、成桩工艺

施工可采用振动沉管、锤击沉管等成桩法。当用 于消除粉细砂及粉土液化时，宜用振动沉管成桩 法。

1)振动沉管法
一次拔管法
振动沉管法
§6.2
加固原理
第六章 砂 桩 法


地基处理
2）振密作用
采用振动法往砂土中下沉桩管和逐步拔出桩管成 桩时，下沉桩管对周围砂层产生挤密作用，拔起 桩管对周围砂层产生振密作用，有效振密范围可 达6倍桩直径左右。振密作用比挤密作用更显著， 其主要特点是砂桩周围一定距离内地面发生较大 的下沉。采用这种成桩方法的砂桩称为“振密砂 桩”。







（3）当软土层厚度较大时，对于按稳定性要求 控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面一 下2m的深度； （4）在可液化地基中，加固深度应按要求的抗 震处理深度确定； （5）桩长不宜小于4m。 4、桩径 根据臵换率要求、成桩方法、施工机械能力等因 素综合考虑确定砂桩直径。在饱和软弱粘性土中 尽可能采用较大的直径。目前国内采用的桩径一 般为0.3－0.8m，国外最大达2m。
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地基处理


⑤起动桩锤，锤击内、外管将砂料压实。桩底第 一次投料较少，如填0.15 m3（约1手推车）。 (只是桩身每次投料的一半)，然后锤击压实，这 一阶段叫做“座底”，“座底”可以保证桩长和 桩底的密实度。 ⑥拔起内管，向外管里加砂料，每次投料约为 0.3 m3。 ⑦重复步骤④～⑥，直至拔管接近桩顶为止。 ⑧制桩达到桩顶时，即最后1～2次加料每次加 1~1.5手推车砂料，进行锤击压实，至设计规定 的桩长或桩顶标高，这一阶段叫“封顶”。

地基处理
质量控制项目如下
一次拔管法
拔管速度
质量控制项目
桩身连续性
逐步拔管法
拔管速度，防 止断桩或缩颈 慢，砂料应充 分振密
重复压拔管法 拔管速度、拔管 高度和压管高度 压管高度和桩管 的留振时间。一 般桩管每提高 100cm，下压 30cm，留振10～ 20s 拔管速度和下压 桩管的高度
桩身密实度





5、材料 宜使用中粗混合砂，含泥量不大于5%。在对砂 桩成型没有足够约束力的软弱粘性土中，可以使 用砂和角砾混合料。桩孔填料量应通过现场试验 确定，估算时可按桩孔体积乘以充盈系数1.2－ 1.4确定。 6、垫层 砂桩施工完毕后，地面应铺设30－50cm厚的砂垫 层或砂石垫层。垫层要分层铺设，用平板振动器 振实。 在地面很软不能保证施工机械正常型式和操作时， 可以在砂桩施工前铺设垫层。
速度1～2m/ 分
桩身直径
填砂数量
填砂数量

2) 锤击成桩法
双管成桩法
锤击成桩法ຫໍສະໝຸດ Baidu单管成桩法


(1)单管成桩法。成桩工艺步骤如下图示。
①桩管垂直就位，下端为活瓣桩靴时则对准桩位，下端 为开口时则对准已按桩位埋好的预制钢筋混凝土锥形桩尖 ②启动蒸汽桩锤或柴油桩锤将桩管打入土层至设计深 度


③从加料漏斗向桩管内灌入砂料。当砂量较大时，可分 两次灌入：第一次灌总料量的2／3或灌满桩管，然后上 拔桩管；当能容纳剩余的砂料时再第二次加够所需砂料 ④按规定的拔管速度，将桩管拔出。
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地基处理
第六章 砂 桩 法

地基处理
质量控制项目如下
单管成桩法 拔管速度 双管成桩法 拔管速度，防止 断桩或缩颈
质量控制项目 桩身连续性
桩身密实度 桩身直径
速度1.5～3.0m/分 灌砂数量
利用贯入度和填 料量两项指标
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地基处理
§6.5

质量检验


（1）施工后应间隔一定时间方可进行质量检验 对于饱和粘性土地基，应间隔28d后进行质量检 验；对于粉土、砂土和杂填土地基，质量检验宜 在7d以后进行。 （2）砂桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验 对于桩体可采用动力触探试验检测，对于桩间图 可采用标准贯入、静力触探、动力触探或其他原 位测试等方法进行检测。检测数量应采用复合地 基载荷试验。
逐步拔管法
重复压拔管法


(1)一次拔管法。成桩工艺步骤如下：
①把桩管垂直对准桩位。 ②启动振动桩锤，将桩管振动沉入土中，达到 设计深度，对桩管周围的土进行挤密或挤压。 ③从桩管上端的投料漏斗加入砂料，数量根据 设计确定，为保证顺利下料，可适当加水。 ④边振动边拔管，直至拔出地面。


第六章 砂 桩 法
第六章 砂 桩 法

地基处理
我国1959年首次在上海重型机器厂采用锤击沉管挤密砂 桩法处理地基，1978年又在宝山钢铁总厂采用振动重复 压拔管砂桩施工法处理原料堆场地基。 近十多年来，砂桩法在我国工业与民用建筑、交通、水 利等工程建设中得到了广泛应用。 工程实践表明，砂桩法用于处理松散砂土和塑性指数不 高的非饱和粘性土地基，其挤密(或振密)效果较好，不 仅可以提高地基的承载力、减小地基的沉降，而且可以 防止砂土由于振动或地震所产生的液化。砂桩处理饱和 软弱粘性土地基时，主要是臵换作用，可以提高地基承 载力和减小沉降，同时，还起排水通道作用，能够加速 地基的固结。
地基处理

(2)逐步拔管法。


①施工步骤同一次拔管法步骤。
②逐步拔管，边振动边拔管，每拔管50 cm，停 止拔管继续振动，停拔时间10～20 s，继续拔管， 直至将桩管拔出地面为止
第六章 砂 桩 法
地基处理
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地基处理
(3)重复压拔管法。成桩工艺步骤如下图示


①桩管垂直就位，闭合桩靴。
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地基处理


2、在软粘土中的作用 1）臵换作用 密实的砂桩在软弱粘性土中取代了同体积的软 弱粘性土（臵换作用），形成复合地基，使承 载力有所提高，地基沉降也变小。一般地，砂 桩复合地基承受外载荷时，发生压力向砂桩集 中的现象，使桩周围土层承受的压力减小，沉 降也相应减小。砂桩复合地基与天然的软弱粘 性土地基相比，地基承载力增大率和沉降减小 率都与臵换率成正比关系。根据载荷试验，在 同等载荷作用下，其沉降可比天然地基减小 20%－30%。
3、施工顺序

在松散砂土中，宜从外围或两侧向中间进行。首 先施工外围桩，然后施工隔排的桩，对最后几排 桩，如下沉桩管困难时，可适当增大桩距。

在软弱粘性土中，采用“间隔跳打”方法。砂桩 成型困难时可隔排施工，各排中的桩可间隔施工。 当加固区附近有其他建筑物时，必须先从邻近建 筑物一边的桩开始施工，然后逐步向外推移。

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地基处理

对大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布臵； 对于独立或条形基础，桩位宜采用正方形、矩形 等腰三角形布臵；对圆形或环形基础宜用放射形 布臵。 3、加固深度 加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要 求按下列原则确定； （1）当软土层不厚时，应穿透软土层； （2）当软土层较厚时，对按变形控制的工程， 加固深度应满足砂桩复合地基变形不超过地基容 许变形值并满足下卧层承载力的要求；
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地基处理
（3）砂桩地基竣工验收时，承载力检验应采用 复合地基载荷试验。

复合地基载荷试验数量不应少于总桩数的0.5% 且每个单体建筑不应少于3点。
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§6.6

碎石桩法
在地基中设臵由碎石组成的竖向增强体（或称桩 体）形成复合地基达到地基处理目的的地基处理 方法，均称为碎石桩法。
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地基处理

3、砂桩用途

（1）在松散砂土中，可用于增大相对密度，防 止振动液化。

（2）在软弱粘性土中，可用于提高地基承载力， 加速固结沉降，改善地基的整体稳定性。
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§6.3

设计计算
1、加固范围 应根据建（构）筑物的重要性和场地条件及基础 型式而定。对于一般基础，在基础外应扩大1～3 排；对于可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应 小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m；对 于高等级公路，一般应处理至边缘外1～3m。 2、桩位布臵
第六章 砂 桩 法
地基处理
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地基处理
(2)双管成桩法。成桩工艺步骤如下图示。


①桩管垂直就位。
②起动蒸汽桩锤或柴油桩锤，将内、外管同时 打入土层中至设计规定的深度。 ③拔起内管至一定高度不致堵住外管上的投料 口，打开投料口门，将砂料装入外管里。


④关闭投料口门，放下内管压在外管内的砂面 上，拔起外管，使外管上端与内管和桩锤接触。