擠

密

樁

法Compaction-pileMethod合肥工業(yè)大學(xué)本科生教學(xué)《

地基處理

》專題石灰樁法1、石灰樁石灰樁是在軟弱地基中成孔后填入適當(dāng)粒度的生石灰并逐段夯

實成為樁狀的柱體。相應(yīng)地叫石灰樁處理加固方法。為提高樁身強(qiáng)

度，還可摻入適量的石膏、水泥等外加劑。2、適用范圍江、河、濱沖積層、濱湖區(qū)近代湖積層及沖積層等軟弱土層分布區(qū)。包括雜填土、素填土、粘土、淤泥土、淤泥質(zhì)土、粉土等，

還適于砂土和透水性大的砂質(zhì)土、粉土等，加固深度從幾米到十幾

米。不適用于地下水位下的砂類土。3)石灰漿壓力噴注法：

采用壓力將石灰漿或石灰一粉煤灰混合漿噴注于地基土的孔隙內(nèi)或預(yù)先鉆孔之內(nèi)，使?jié){體在地基中擴(kuò)散和

凝固硬化而達(dá)到加固的目的——(該種處理方法實質(zhì)是壓力注漿

法

的

一

種

)。-

P塊或再摻入適量水硬性摻合料(粉煤灰和火山灰)

,

一

般

經(jīng)

驗

配

合比7:3或8:2。

在拔管的同時進(jìn)行振密成樁。成E

下成挫E·亡中理生步

K指搖術(shù)后分力門固原料與原位軟土攪拌均勻，促使軟土硬結(jié)，形成力學(xué)性能較強(qiáng)的石灰(土)柱—(實際上是粉體攪拌法的一種)。3、施工方法分類(按用料及施工工藝)石灰樁加固地基的機(jī)理包括成孔擠密作用；樁料吸水膨脹擠密作用；

樁周土脫水固結(jié)作用；樁身置換作用；膠凝強(qiáng)化作用等方面?？梢?/p>

從樁間土、樁身及復(fù)合地基三方面加以歸納分析。二

、加固機(jī)理樁孔是通過對鋼管的振動或打入完成的。今

→當(dāng)鋼管被打入土中時，由鋼管所置換的土體擠入四周土體內(nèi)，使得樁周土得到擠密，擠密效果除了與石灰樁的置換率有關(guān)外，還與原地基土的滲透性能及地下水狀況(水位)有關(guān)。當(dāng)然，如果采用排土成孔方法時，則不存在擠密效應(yīng)。1)

成孔擠密作用(物理加固效應(yīng))1、樁間土擠密、固結(jié)作用成孔后，灌入樁孔中的石灰樁吸水包括兩個部分：一部分是CaO

的水化反應(yīng)吸水；另一部分是石灰樁本身的水化產(chǎn)物Ca(OH)?

的孔隙吸水。1kg的CaO完全潮解的理論吸水量是

0.32

kg

,且

生

成

的Ca(OH)?不含水，它會繼續(xù)從四周土中吸取水分，

儲存在樁體孔隙中。

吸水后樁體發(fā)生的膨脹使樁間土產(chǎn)生強(qiáng)大

的擠壓力而使其獲得密實效果。(生石灰在熟化之后的體積可達(dá)

到原體積的1.5～3.5

倍)。2)樁料吸水膨脹擠密作用(物理加固效應(yīng))·6②另一方面，生石灰吸水反映后產(chǎn)生的熱效應(yīng)造成水體蒸發(fā)，進(jìn)一步促進(jìn)了樁固土體中水的脫出?！鷺吨芡梁?、

孔

隙比↓,→土體密實度提高，強(qiáng)度合。石灰樁的含水量和滲透性均大于樁間土，如果樁體內(nèi)再摻和一部分煤渣、礦渣、鋼渣等粗顆粒時，排水固結(jié)的作用更加顯著。體現(xiàn)在兩個方面。①

石灰樁吸水后，樁間土的含水量必然降低?！鷺渡砦厝粚?yīng)樁周土的脫水→土顆?？繑n擠密、固結(jié)。3)脫水?dāng)D密固結(jié)作用(物理加固效應(yīng))石灰的重度為8kN/m3

,

顯著小于土的密度。即使樁體

飽和后其重度約為14kN/m3

,

仍然小于土的天然密度。當(dāng)采用排土成樁時，加固層的自重減輕，作用在樁底平面

的自重應(yīng)力顯著減少，可減少樁底下臥層頂面的附加壓力。

當(dāng)采用不排土成孔時，對于雜填土、砂類土等，由于成孔擠

密了樁間土，加固層的重量變化不大。1)對下臥層的減載作用(物理加固效應(yīng))2、樁體減載與硬化加固作用樁體吸水后，其溶液中隨鈣離子(Ca2+)的增多變?yōu)閴A性環(huán)

境，→→一部分鈣離子(Ca2+)又與樁周土中的SiO?及Al?O?發(fā)生反映，生成結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的硅酸鈣水化物(CaO

·SiO?

·nH2O)

鋁酸鈣水化物(CaO·Al?O?·nH?O)

以及鈣鋁黃長石水化物

(2CaO·Al?O?·SiO?·6H?O

,

這些水化物又牢牢地將其周圍土顆粒膠結(jié)、固化在一起，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)→→土顆粒間聯(lián)系的更加牢固、強(qiáng)度大大增加強(qiáng)，并與

時間成正相關(guān)。2)

膠凝加固效應(yīng)(

化學(xué)加固效應(yīng))3)離子交換作用(化學(xué)加固效應(yīng))生石灰吸水后，一定條件下電離出的Ca2+

與粘土表面陰離子交換并吸附在土顆粒表面上→增大了鈣質(zhì)結(jié)核團(tuán)粒，使土中

顆粒相對含量下降→土力學(xué)性能改善。當(dāng)樁體內(nèi)摻入粉煤灰、

火山灰等摻合物之后，在整個樁體內(nèi)的這種離子交換作用、膠

凝作用、膠凝作用也同時會發(fā)生，使樁體的后期強(qiáng)度比單純的石灰樁更高。碳酸鈣化作用

(化學(xué)加固效應(yīng))石灰與土體中二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)→生成不溶的碳酸鈣，在樁身外產(chǎn)生一個相對堅硬的外殼?！?0然

而

，當(dāng)樁體夯填施工過程中，只要滿足一定的初始填

充密實度，并保證一定的封頂壓力，樁體就完全可以避免“軟心”現(xiàn)象的發(fā)生，而起到承重樁的作用，即置換作用。剛度較大的石灰樁體承受較大的應(yīng)力，正常置換率下，石灰

樁分擔(dān)了30%以上的荷載，此時，與發(fā)生了擠壓密實效用的

樁間土共同作用，支承載荷，發(fā)揮著復(fù)合地基的作用。試驗和實踐表明，當(dāng)樁體吸水量過大，會在樁體內(nèi)部形成“軟心”,此時樁體就難以起到承重作用。石灰樁作為豎向增強(qiáng)體和天然地基土體組成復(fù)合地基。3、復(fù)合地基作用·11三、設(shè)計計算要點1、樁料要求及配比◆石灰樁的主要固化劑為生石灰(Ca0

含量>70%,粒徑≤70mm,含粉量≤15%)?！魮胶狭弦藘?yōu)先選用粉煤灰、火山灰、爐渣等工業(yè)廢料。生石灰與摻合料的配合比宜根據(jù)工程地質(zhì)情況確定，生石灰

與摻合料的體積比可選用1:

1或1:2。

對于淤泥、淤泥質(zhì)土等軟土可適當(dāng)增加生石灰用量，樁頂附近生石灰用量不宜過大?！舢?dāng)摻石膏和水泥時，摻加量為生石灰用量的3%～10%?！?2石灰樁可僅布置在基礎(chǔ)底面下

.

當(dāng)基底土承載力特征值小于70kPa時，宜在基礎(chǔ)以外布置1～2排圍護(hù)樁；可按等邊三角形或距形布樁，樁間中心距取成孔直徑的2-3倍；300～400mm

,

具體取決于成孔管的管徑；3、布樁及樁距2、成孔直徑4、布置范圍

·135、橙長洛陽鏟成孔時，樁長≤6m;

機(jī)具成孔管成孔時，樁

長≤8m;

螺旋鉆成孔時，樁長可適當(dāng)加長。6、樁頂上部處理當(dāng)?shù)鼗枧潘ǖ罆r，在樁頂上部設(shè)200-300mm厚的砂石層

。7、樁端持力層選擇選在承載力較高的土層中。對深厚的軟弱地基，采用“懸浮樁(端部未觸及持力層)”時，減少上部結(jié)構(gòu)重心與基礎(chǔ)形心間的偏心距?！?41)石灰樁復(fù)合地基承載力特征值不宜超過160Kpa,當(dāng)土層較

好并采取保證樁身強(qiáng)度措施之后，經(jīng)試驗后，可適當(dāng)提高。2

)

承載力特征值應(yīng)通過單樁或多樁復(fù)合地基載荷試驗確定。初步設(shè)計

時，可按公式：Jspk=mfpk+(1-m)fsk

加

以

估

算

。其中，fpk:

樁身抗壓強(qiáng)度比例界限值，由單樁豎向載荷試驗確定，一般取350～500kPa,

土質(zhì)軟時取低值；fsk:樁間土承載

力特征值，取天然地基承載力特征值的1.05～1.2倍；m:樁土面積置換率，樁面積按1.1～1.2倍成孔直徑計算，土質(zhì)軟者取高值。8、復(fù)合地基承載力確定·15按

照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB5007有關(guān)規(guī)定計算處理后的地基變形。變形經(jīng)驗系數(shù)按該區(qū)沉降觀測資料及經(jīng)驗確定[沉降量S=S?(樁長范圍壓縮量)+S?(樁下土層的壓縮量)]有關(guān)復(fù)合土層的壓縮模量Esp

,通過樁身及樁間土壓縮試驗確定。初步設(shè)計時，可按下試估算：a—

系數(shù)，取1.1～1.3,擠密效應(yīng)好或置換率(m)大時取高值

；n—樁土應(yīng)力此，取3~4,長樁取大值；

E?—天然土壓縮模量

(Mpa)Esp=α(1+m(n-1)Es9、地基變形計算·16石灰樁體中一般均含有大量的摻和料，摻料不可避免有一定含水量，當(dāng)摻料與生石灰拌和后，內(nèi)中的水分會迅速發(fā)

生反應(yīng)，生石灰體積膨脹，極容易發(fā)生堵管現(xiàn)象。管外投料法避免了堵管，可以利用現(xiàn)有的混凝土灌注樁設(shè)備施工。但在軟土中成孔時容易發(fā)生塌孔或縮孔現(xiàn)象，且孔深不宜超過6m。樁徑和樁長的保證率也相對較低。1.管外投料法1)

特

點四、施工工藝·17采用打入、振入、壓入的灌注樁設(shè)備均可施工。樁管采用

200～325mm

無縫鋼管。為防止拔管時孔內(nèi)負(fù)壓進(jìn)入造成塌孔，

采用活動式樁尖，拔管時樁尖靠自重落下，空氣由樁管進(jìn)入孔內(nèi)

，避免負(fù)壓。樁尖角度一般為45°、60°、90°。土質(zhì)較硬時用小值。樁機(jī)定位→沉管◆提管→填料→壓實◆再提管→再填料→再壓實，這樣反復(fù)幾次，最后填土封口壓實，一根樁即告完成。

3)工藝流程

2)施工方法

·181)灌料量控制。控制灌料量的目的是保證樁徑、樁長和樁體密實度。影響灌料量因素很多(樁周土強(qiáng)度、壓實次數(shù)、

設(shè)計樁徑、樁管直徑等)。確定灌料量時，先根據(jù)設(shè)計樁徑計算每米樁料體積，然后乘以1

.4的系數(shù)作為每米灌料量。2)打樁順序。

應(yīng)盡量采用封閉式，即從外圈向內(nèi)圈施工。樁機(jī)宜采用前進(jìn)式，即剛打完的樁處于樁機(jī)下方，以機(jī)身重量增加覆蓋壓力，減少地面隆起量。為避免生石灰膨脹引起鄰近孔塌孔，宜間隔成孔成樁。4)施工控制·19②

孔口土封頂宜用含水量適中的土，封口高度不宜小于0.5m,

孔口封土標(biāo)高應(yīng)高于地面，防止早期地表水浸泡樁頂。③遇有地下障礙物時，技術(shù)人員在現(xiàn)場可根據(jù)基礎(chǔ)尺寸、荷載等因素適當(dāng)變動樁位。正常情況下，樁位偏差不宜大于10cm

,傾

斜

度不大于1.5%,

樁徑誤差不大于±3cm,

樁長誤差不大于±15cmo④大塊生石灰必須破碎，粒徑不大于10cm。生石灰在現(xiàn)場露天

堆放時間視空氣濕度及堆放條件確定，一般不長于2～3天。樁

頂

應(yīng)

高出基底標(biāo)高10cm左右.3)技術(shù)措施。①

生石灰與摻料的拌和不宜過早，隨灌隨拌，以免生石灰遇水膨脹影響質(zhì)量?！?0工藝流程：樁機(jī)定位→沉管→灌料→拔管→成樁◆反壓

封口壓實。管內(nèi)投料法適用于地下水位較高的軟土地區(qū)。管內(nèi)投料

施工工藝與振動沉管砂石樁的工藝類似。2.

管內(nèi)投料法·213.

挖孔投料法1)

優(yōu)

點

。利用特制的洛陽鏟人工挖孔、投料夯實，是廣泛應(yīng)用的一種施工方法。由于洛陽鏟在切土、取土過程中對周圍土體的

擾動很小，在軟土甚至淤泥中可保持孔壁穩(wěn)定。該施工方法避免了振動和噪聲、能在狹窄場地和室內(nèi)作業(yè)，造價低、工期短、質(zhì)量可靠。因此，適用的范圍較大。2)限制。挖孔投料法主要受深度的限制，一般情況下樁長不宜

超過6m。在地下水位下的砂類土及塑性指數(shù)小于8的粉土中則難

以成孔。3)工藝流程。定位→鋼釬或鐵鍬開口(深度50cm左右)

→人

工

洛

陽鏟成孔

→孔內(nèi)抽水→孔口拌和樁料→下料→夯擊◆再下料→再夯實→封口填土夯實。>一般宜先加固四周，后加固中間、先打外排樁，后打內(nèi)排樁

；>

單排布樁時，先打兩端，后打中間，并間隔1～2孔跳打進(jìn)行。>

對軟粘土地基，除間隔跳打外，

還應(yīng)間歇28天后再按設(shè)計間距補(bǔ)樁。這些措施也有利于提高樁間土對樁身的約束力。1、注意施工順序五、施工注意事項·231)沉管法：最常用。將由特制的尖頭鋼管打入設(shè)計深度成孔；2)沖擊法：錐形鉆頭提升到一定高度自由落體沖擊成孔；3)螺鉆進(jìn)法：類似螺絲釘鉆進(jìn)，使土不斷向兩側(cè)擠壓并成孔；4)

人工洛陽鏟掏土成孔。5)爆擴(kuò)法：用鉆機(jī)或洛陽鏟等打成小孔，然后裝藥，爆擴(kuò)成孔；有沉管法、沖擊法、螺旋鉆進(jìn)法；爆擴(kuò)法、挖孔法多種。2、注意選擇成孔方法·24藥管爆擴(kuò)法成孔施工流程圖(a)

產(chǎn)挖土孔；(b)裝

填

炸

藥

；(c)引

爆

成

孔

。1-土孔：2-填砂；3-炸藥管；4-封土；5-導(dǎo)火線；6-所成樁孔；7-削土層。藥眼爆擴(kuò)法成孔施工流程圖(a)

打小藥眼孔；(b)裝

填

炸

藥

；(c)引

爆

成

孔

。1-藥眼；2-鋼釬；3-炸藥：4-封土層；5-導(dǎo)火線；6-所成樁孔：7-削土層。·251)逐段填料夯實成樁(人工填料，逐段夯實。每段填

料需厚度≤400mm,施工時要做好場地排水措施，防

止積水);2)樁位偏差不大于樁徑的一半(0.5d);3)做好施工記錄，監(jiān)督成樁質(zhì)量；4)封頂(墊層封頂、夯實)·26成樁試驗和材料配比試驗既可以驗證設(shè)計的合理性和成樁工藝的適宜性，還可以具體確定合理的成樁參

數(shù)

。如樁身材料配合比，填料數(shù)量、氣壓和夯擊參數(shù)等，了解施工時可能發(fā)生的問題和決定相應(yīng)的解決措施。4施工前進(jìn)行成樁試驗和材料配比試驗·27“沖孔”是指由于孔內(nèi)進(jìn)水使生石灰與水迅速反應(yīng)，其溫度高達(dá)200~300°C,

樁體內(nèi)空氣遇熱膨脹之后，不僅樁身孔隙大，不易夯實，

而且孔隙內(nèi)空氣在高溫下的迅速膨脹，

迅速增大的膨脹力還會將上部夯實的樁料推出孔口，形成沖

孔現(xiàn)象。故應(yīng)采取減少攙和料含水量，排干孔內(nèi)積水或降水，

加強(qiáng)夯實等措施，確保安全。5應(yīng)注意石灰樁施工過程中的“(放炮)”現(xiàn)象·28為了減小樁體向上脹發(fā)引起的能量損失，防止地表水流入樁身和防止石灰樁因水化過分激烈而引起樁孔噴料，以保證樁身強(qiáng)度。成樁后需利用素土、灰土或素混凝土等立即進(jìn)行樁身封頂，并夯壓密實，長度一般為50~100cm。石灰樁施工時應(yīng)采取防止沖孔傷人的有效措施，確保施工人員的安全。6

嚴(yán)格做好封頂7注意施工安全·29六、質(zhì)量檢驗1

石灰樁施工檢測宜在施工7～10d后進(jìn)行；竣工驗收檢測宜在施工28d后進(jìn)行；2

施工檢測可采用靜力觸探、動力觸探或標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗。檢測部位為樁中心及樁間土，每兩點為一組。檢測組數(shù)不少于總樁數(shù)的1%;3石灰樁地基竣工驗收時，承載力檢驗應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試

驗

；4載荷試驗數(shù)量宜為地基處理面積每200m2左右布置一個點，且每一單體工程不應(yīng)少于3點、●30【

例

題

2

】在初步設(shè)計時，對于采用石灰樁處理過的地基，其復(fù)合土層的壓縮模量可以按照式Esp=a[1+m(n-1)]E

進(jìn)行估算，a

為系數(shù)，其值為(

D

)。A、小于1;

B

、大于0.5;

C、大于0.9;D、大于1,可取1.1～1.3;【例題1】對軟土采用石灰樁處理后，石灰樁外表層會形成一層強(qiáng)度很高的硬殼層，這主要是由

(

D

)

起的作用。A、吸水膨脹；B、離子交換；C、反應(yīng)熱；D、碳酸鈣化反應(yīng)；例題·31【例題3】為了保證石灰樁的施工安全，下列說法正確的是CA

、石灰樁施工時，必須強(qiáng)調(diào)用電安全；B

、石灰樁施工時，必須配戴安全帽；C

、石灰樁施工時，應(yīng)采取防止沖孔傷人的有效措施，確保施工人員的安全；D

、石灰樁施工時，項目部應(yīng)有完善的安全生產(chǎn)管理體系，確保安全生產(chǎn)，文明施工?！?2【例題4】對于軟土地基，采用石灰樁處理后，其施工質(zhì)量檢測包括(

A、B

)。A、樁

間

土

加

固

效

果

檢

驗

；

B

、

樁身質(zhì)量檢驗；C、單樁復(fù)合地基載荷試驗；D、多樁復(fù)合地基載荷試驗；【例題5】在對石灰樁進(jìn)行竣工驗收檢驗時，載荷試驗的數(shù)量宜為

(

D

),

每一單體工程不得少于3點。A、

總樁數(shù)的0.5%;

B、

總樁數(shù)的1%;C、總樁數(shù)的2%;D、地基處理面積每200m2

左右布置一個點；E

、地基處理面積每500m2左右布置一個點；●331、基本定義碎(砂)石樁又被稱做粗顆粒土樁，是指用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔之后，形成由砂石構(gòu)成的大直徑密實樁體，包括碎石樁、砂樁和砂石樁，總稱為碎石樁。砂石樁與樁周土共同組成基礎(chǔ)下的復(fù)合土層，構(gòu)成持力層。2、成樁方式1)成砂樁方式：振動法和沖擊法為主；2)成碎石樁方式：有振沖法、沉管法、干振法、強(qiáng)夯置換法、

鉆孔錘擊法等。砂石樁(碎石樁)一

概

述●343、適用范圍：碎石樁用于擠密松散砂土、粉土、黏性土、素填土及雜填土地基

。但需注意兩點：1)

當(dāng)處理不排水抗剪強(qiáng)度小于

20kPa

的飽和黏性士和飽和黃士地基時，應(yīng)在施工前通過現(xiàn)場試驗確定其適用性。Why?2)

不加填料的振沖加密法適用于處理黏粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基。

Why?(周圍砂料能自行塌入孔內(nèi)，可進(jìn)行原地振沖)。砂石樁法也可用于處理可液化地基?！?5一

概

述

3、適用范圍：工程上，碎石樁法可用以下各類建筑：1)中、小型工業(yè)與民用建筑物；2)

港灣建筑物(碼頭、護(hù)岸工程等);3)

土工構(gòu)筑物(土石壩、路基等);4)

材料堆置場地(礦料場等);5)其它場地?；馈C(jī)場等。砂石樁(碎石樁)●361)松散砂土的工程特性砂土和粉土屬于散粒狀結(jié)構(gòu)，

粒間孔隙大，

顆粒的排列位置很不穩(wěn)定，

→在外荷(動力和靜力)作用下易發(fā)生移位，

并會重新進(jìn)行排列，趨于較穩(wěn)定狀態(tài)。因此，

松散砂土沉降變形大、抗液化性弱、承載力小。尤其是受振動作用后，

體積可縮小20%。2)加固機(jī)理通過碎石樁處理，可有效地改善松散砂(粉)土的工程特性，主要表現(xiàn)在三個方面：1、松散砂土及粉土的加固機(jī)理二、加固機(jī)理碎石樁(砂石樁)·37①

擠密作用：

a、對振沖法而言：施工過程中由于水沖使得松散砂土達(dá)到飽和狀態(tài)，并在高頻強(qiáng)迫振動下產(chǎn)生液化、重新排列密實；孔中填入的粗骨料被強(qiáng)迫振動、密實的同時，樁體半徑還不斷增大，對樁周土形成水平擠壓作用，甚至有一部分被擠入樁周土中。

于是

，

砂土密實度合、孔隙率↓,干密度和內(nèi)摩擦角食，→達(dá)到力學(xué)性能改善、承載力提高、抗液化性能增強(qiáng)的目的；b、對沉管法或干振法而言：施工中，樁管對周圍砂層產(chǎn)生很大的水平擠壓力，并將樁管處砂子擠向樁管周圍的土層中，

→樁

管四周砂層孔隙率↓、密實度

。二

、加固機(jī)理

1、松散砂土及粉土的加固機(jī)理●38式中：R--—塑性區(qū)最大半徑；樁孔半徑(樁孔直徑d=2R

。);土的抗剪強(qiáng)度；G——土的剪切模量，其中Eo,μ

分別為土的變形模量及泊松比。由于擠壓，緊貼于樁周管上的土結(jié)構(gòu)遭到完全破壞。樁管周圍塑性變形區(qū)，由于受到擠壓和孔隙水壓力的共同作用，

強(qiáng)度顯著降低。樁管周圍塑性變形區(qū)(圖3-3-2

)半徑Rp可由下由式(3-3-1)知，塑性變形區(qū)域的大小與樁管半徑、土的變形模量成正比，與土的抗剪強(qiáng)度成反比。二、加固機(jī)理

1、松散砂土及粉土的加固機(jī)理式確定。(3-3-1)●39塑性區(qū)

彈性區(qū)完全破壞區(qū)E?,μ二、加固機(jī)理

1、松散砂土及粉土的加固機(jī)理圖3-3-2樁孔周圍應(yīng)力分布區(qū)·40lld樁周土擠密后干密度沿徑向距離(V/d)的變化1.051.000.950.900.850.800.752.5019181716151413120有效擠密區(qū)(Pa>15kN/m3λe>0.90)樁體或樁孔

孔

璧0.250

.50

0.751.001.25

1.50Pa/(kN/m3)擠密影響區(qū)2.251.75·41②

排水減壓振密作用：振沖成樁過程中，樁周土體在循環(huán)荷載作用下發(fā)生收縮和趨于緊密，砂土在無排水條件下體積不斷收縮導(dǎo)致超孔隙水壓力產(chǎn)生，有效應(yīng)力降為零時引起砂土液化。碎石樁體材料具有良好的反濾效

果，是理想的人工豎向排水減壓通道，土體中的超水孔隙水必然沿著改排水通道排出地面。隨著孔隙水排出，土體的孔隙比降低，密實度得到提高。砂土和粉土中排水減壓振密作用比擠密作用顯著,是砂石樁的主要加固作用之一。振密作用在宏觀上表現(xiàn)為振密變形。振動

成樁過程中，一般形成以樁管為中心的“沉降漏斗”,直徑達(dá)樁

徑的6～9倍，并形成多條環(huán)狀裂隙。二、加固機(jī)理

1、松散砂土的加固機(jī)理·42③預(yù)震抗液化作用：砂石樁法的預(yù)震抗液化作用主要有兩個方面：①樁間可液化土層受到擠密和振密作用。土層的密實度增

加，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高，表現(xiàn)在土層標(biāo)貫擊數(shù)的增加，從而提高土

層本身的抗液化能力；②

砂土的液化特性不僅與相對密實度和排水體有關(guān)，還與

砂土的振動應(yīng)變史有關(guān)。

預(yù)先受過適度水平的循環(huán)應(yīng)力預(yù)振的

砂

土，將具有較大的抗液化強(qiáng)度。

砂石樁成樁過程中，樁間土

受了多次預(yù)振作用，并通過樁體將產(chǎn)生的超孔隙水壓力消散，

因而提高樁間土的抗液化能力。1、松散砂土的加固機(jī)理二、加固機(jī)理·431)粘性土的工程特性：結(jié)構(gòu)為蜂窩狀或絮狀結(jié)構(gòu)，

粘粒含量高、粘間結(jié)合力強(qiáng)

、滲透性低。

在受到動、靜外荷作用時，黏粒之間的結(jié)合力以及黏粒、離子、水分子所組成的平衡體系雖然受到破壞，孔隙水壓力升高，土的強(qiáng)度降低，塑性變形增大，但是土中水并不容易排放。

黏性土密實度提高效果不佳，無法達(dá)到最終提高承裁力的目的。二、加固機(jī)理

2、對粘性土的加固機(jī)理·442)加固機(jī)理主要通過置換法(用碎石樁置換粘性土)實現(xiàn)改良土基的目的，具體表現(xiàn)在兩個方面。①樁體置換作用。以性能良好的砂石樁直接替換部分粘性土，構(gòu)成性能良好的復(fù)合地基。由密實的碎石樁樁體取代了與樁體體積相同的軟弱土，因為砂石樁的強(qiáng)度和抗變形性

能等均優(yōu)于其周圍的土，所以形成的復(fù)合地基的承載力、模

量就比原來天然地基的承載力、模量大，從而提高了地基的

整體穩(wěn)定性，減小了地基的沉降量。復(fù)合地基承載力增大率與沉降量的減小率均和置換率成正比關(guān)系。二、加固機(jī)理

2、對粘性土的加固機(jī)理·452)加固機(jī)理：②排水固結(jié)作用。飽和黏性土地基中，碎石樁體的排水

通道作用是砂石樁法處理飽和軟弱黏性土地基的主要作用之一。由于沉管成樁過程中的擠壓和振動等作用，樁間土?xí)霈F(xiàn)較大的孔隙水壓力，導(dǎo)致土強(qiáng)度降低。碎石樁施工結(jié)束后，

上覆土體重力作用下，借助于砂石樁良好的排水作用，樁間土發(fā)生排水固結(jié)，同時由于黏粒、水分子、離子之間重新形

成新的穩(wěn)定平衡體系，使土的強(qiáng)度得以恢復(fù)，甚至超過原土

體

強(qiáng)

度。二、加固機(jī)理

2、對粘性土的加固機(jī)理·461

砂石樁加固作用：

不管是松散砂性土還是軟弱粘土，砂石樁具有復(fù)合地基的加固作用，并具體表現(xiàn)在5個方面：

擠密、置換、排水

固結(jié)、墊層和加筋作用。2砂石樁加固效果：

對地基的加固效果具體表現(xiàn)在：可以使承載力提高，使地基沉降量減小，抗剪強(qiáng)度增加和抗滑穩(wěn)定性提高。三、加固作用和效果·471、加固范圍：總體上要大于基礎(chǔ)底面的面積，具體根據(jù)建筑物的重要性及場地條件確定。①對于一般地基，宜在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大1～3排樁；②對可液化地基，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)展寬度不小于基底可液化土層厚度的1/2,并不應(yīng)小于5m。具體見下表所示?；A(chǔ)形式加固范圍獨立基礎(chǔ)不超出基底面積條形基礎(chǔ)不超出或適當(dāng)超出基底面積筏形、十字交叉及箱形基礎(chǔ)基礎(chǔ)平面外輪廓范圍內(nèi)滿堂加固，輪廓線外加2~3排保護(hù)樁四、設(shè)計計算

(一)、一般原則·482

、布樁形式：對大面積滿堂處理，宜用等邊三角形布置；

對單獨基礎(chǔ)或條形基

礎(chǔ)，采用正方形、矩形，等腰三角形較合適。

正方形布置矩形布置

三角形布置

扇形布置(一)、一般原則四、設(shè)計計算·493、樁徑：1)碎石樁：

取決于施工設(shè)備的樁管大小和地基土條件，一般為0.7～1.0m;2)沉管法施工樁：一般為0.3~0.7m;3)振沖樁：直徑一般為0.8～1.2m。4、材料要求：

碎石料可使用礫砂、粗砂、中砂、圓礫、角礫、

卵石、碎石等，這些材料可單獨用一種，也可以粗細(xì)粒料

以一定的比例配合使用。填料中含泥量≤5%,并且不含有

粒徑大于50mm

的顆粒。5、墊層：

墊層是基礎(chǔ)的“保護(hù)層”。故樁體施工結(jié)束后，樁

頂與基礎(chǔ)間宜鋪設(shè)300～500mm

厚的碎(砂)石墊層，并振實。四、設(shè)計計算

(一)、一般原則●506、樁長(加固深度):

取決于建筑物對地基的強(qiáng)度和變形條件等的設(shè)計要求以及地質(zhì)條件(軟土層的厚度、性能等)而定，砂

土地基還應(yīng)考慮抗液化的要求。主要注意四個方面：1)

地基中松軟土層厚度不大時。根據(jù)較好土層埋深確定。2)

松軟土層厚度較大時。按穩(wěn)定性控制的工程，樁長不應(yīng)

小于最危險滑動面的深度；按沉降變形控制的工程，樁長應(yīng)滿

足復(fù)合地基的沉降量不超過建筑物地基的容許沉降量。3)對于可液化地基，加固深度按要求的抗震處理深度確定。4)樁長不宜小于4m,

砂樁的長度一般應(yīng)達(dá)8-20m。四、設(shè)計計算

(一)、一般原則●51加固目的是提高地基承載力，減小變形及抗液化性等。因此，基本出發(fā)點是擠密。由此，要求我們確定密實度(p),孔隙度(e),樁位布置，樁徑(d),間

距(L),樁體長或處理深度(H)。 (二)、用于砂性土地基的設(shè)計計算四、設(shè)計計算●52假定在松散砂土中打入的砂石樁達(dá)到100%的擠密效果(即成樁過程中無隆起、下隆沉現(xiàn)象，加固土無損失)。設(shè)：A—

單根樁所分擔(dān)的加固面積；△V—

加固處理后的土體體積變化量；V?—原砂土地基單位深度的平均體積，對應(yīng)體重為G;Vs—

砂層固體顆粒單位深度的體積；L—

樁距，

處理前后重度

Y%、Y(對應(yīng)孔隙比e。,e?),h—

為地基豎向變

形，下沉?xí)r取正值，反之取負(fù)值，H

為欲處理的天然土層厚(二)、用于砂性土地基的設(shè)計計算1、樁距L的確定度；V,處理后空隙體積。四、設(shè)計計算(3-3-1)●53圖3-

3-

1

正方形樁位孔隙比變化示意圖灌沙孔隙土

粒圖3-3-2VvVs①●54(二)、用于砂性土地基的設(shè)計計算則：處理前的體積：

V?==V(1+e

。)

(3-3-2)處理后

的體積：

V?=V(1+e?)=V?-△V(3-3-3)

(3-3-4)當(dāng)樁位正方

形布置時四

、設(shè)計計算

(3-3-5)●55當(dāng)?shù)冗吶切尾贾脮r：L=0.95d當(dāng)正方形時L=0.887dH-h又設(shè)樁樁徑d與樁距L

的關(guān)系(3-3-6)(3-3-7)(二)、用于砂性土地基的設(shè)計計算四、設(shè)計計算·56修正系數(shù)ξ用來考慮振動下沉密實作用，取值為1.1～1.2當(dāng)?shù)冗吶切尾贾脮r：當(dāng)正方形時L=0.887dξ(二)、用于砂性土地基的設(shè)計計算按照規(guī)范給出的簡化公式四、設(shè)計計算

●57前后體積V?=V(1+e?)正方形布置時Pd

.

地基擠密前干密度；Pd

max——樁間土最大干密度；λc——

擠實后的平壓實系數(shù)(取0.93)如果轉(zhuǎn)用重度表

(二)、用于砂性土地基的設(shè)計計算(3-3-8)(3-3-9)四

、設(shè)計計算●58這兒：emax、emin為砂土最大、最小孔隙比，按《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》確定(GB/T50123);D.—

—

地基擠密后要求達(dá)到的相對密實度(一般取0.7～0.85)。由式(3-3-5)可引伸出，單根樁(分擔(dān)的加固面積為A)、單位長的填料量為q

(二)、用于砂性土地基的設(shè)計計算地基擠密后，要求達(dá)到的孔隙比e?,可按下式求得：D,(emxemin)四、設(shè)計計算(3-3-10)e?=emx-●59-【例題55】地基

為

5m

厚的松散砂土，采用砂

石

樁

擠

密

法

處

理，

天

然

孔

隙比eo=0.78,w地表下沉量為多少?

【解】根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》,等邊三角形布樁柱間距s=05

,解得ej=0.68【例題54】某松散砂土地基，處理前現(xiàn)場測得砂土孔隙比為0.81,土工試驗測得砂土的最大、最小孔隙比分別為0.90和0.60。擬采用砂石樁法，要求擠密后砂土地基達(dá)到的相對密度為0.80。若砂石樁的樁徑為0.70m,等邊三角形布樁，問砂石樁的樁距采用多少為宜。(修正系數(shù)ξ=1.2)【解】根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》地基處理要求達(dá)到的孔隙比e?=emax-D,(emax-emin)=0.9-0.8×(0.9-0.6)=0.66石樁按等邊三角形布樁，直徑d=0.5m,樁間距2

.2m,震

動

下

沉

修

正

系

數(shù)

1

.

1

,則擠密后等邊三角形布樁，砂石樁間距s=0.95地表下沉量·60【例題57】某松散砂土地基e=0.85,em=0.90,e=0.55,采用擠密砂樁加固，掂采賜工二年形簾置；間距s=1.6m,

孔

徑d=0.6m,樁長5m,

樁孔內(nèi)填料就地取材，填料相對密實度和擠密后場地砂土的相對密實度相同，不考慮振動下沉密實和填料充盈系數(shù)，則每根樁孔內(nèi)需要填入松散砂多少立方?！窘狻扛鶕?jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》解法一：正三角形布樁，因為樁間解得e?=0.6152解法2:原地基中的砂土由于受振動器振動，砂土擠入周圍土體孔隙中，形成一個直徑d=0.6m,深

5m的空洞，

而空洞周圍的砂土孔隙比通過振動擠密已達(dá)到了e=0.6152

的61該題的題意可以理解為：原孔隙比e=0.85的

V。立方的松砂經(jīng)過擠密后變成孔隙比e=0.6152的

V

立方的密砂，而七的體積恰好是一根砂樁的有效處理體積。則V。-V?即為每根樁孔內(nèi)需要填入松散砂量。V?Pa=Vpa

即

即解得V?=12.752m2因為所以四1Z1JZ”11,1

4:V解法2:原地基中的砂士由于要振動器報動，砂上擠入周圍士體孔膜中，形成一個直徑,m

的空洞，而空洞周圍的妙土孔陂比通過振動擠部已達(dá)到了e=06152的密實度要求。該空洞需用eg=0.85

的松砂來填實，填實后的孔隙比同樣要達(dá)到e則為了填實這個空洞需要的砂土量即為所求。,

解得△V=1.62m3·62應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件和工程要求通過計算確定。

具體有四種情況：1)

松散土層厚度不大時。樁長宜穿過松軟土層；2)對松散土層較厚時。樁長不應(yīng)小于地基穩(wěn)定性分

析所確定的危險滑動面以下2m的深度；對于按變形要

求控制的工程，長度應(yīng)滿足處理之后地基變形量不超

過建筑物的地基變形的允許值，同時應(yīng)滿足軟弱下臥

層的承載力要求。四、設(shè)計計算2、樁

長(二)、用于砂性土地基的設(shè)計計算●63深，則樁長按現(xiàn)行的《筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011-2001)

的有關(guān)要求確定；4)樁長不宜小于4m(

Why?)。(單樁載荷試驗表明，樁體受荷過程中，在頂部4倍樁徑范圍內(nèi)將發(fā)生側(cè)面膨脹，故設(shè)計深度應(yīng)大于主要受荷深度，

即不小于4m)四、設(shè)計計算(二)、用手砂性土地基的設(shè)計計算2、樁長3)對可液化地基，原則上要穿過液化層，如液化層過圖3-3-3樁體膨脹破壞模式對于砂性土地基，樁體的承載力雖然較大，但成樁過程中，樁間土被擠密，承載力也得到有效提高。

→→實際中，可按擠密的砂土墊層為模型計算其承載力，具體按《建筑地

基基礎(chǔ)規(guī)范》

(GB5007-2002

)有關(guān)規(guī)定執(zhí)行?；谏鲜鲈?，該類地基的穩(wěn)定性分析同樣是按擠密砂土類為模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析和變形計算。

(二)、用于砂性土地基的設(shè)計計算3、承載力計算、穩(wěn)定性分析和變形計算4、穩(wěn)定性分析和變形計算四、設(shè)計計算·65應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定，間距一般不應(yīng)大于砂石樁直徑的三倍。初步設(shè)計可按下式估計：

1)等邊三角形布置：L=1.08√A

(3-3-11a)2)正方形布置：

L=√A

(3-3-11b)式中為單根樁承擔(dān)的處理面積(m2)

;m(=樁身平均直徑d2/單根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓置徑d)

為樁土面積置換率，與樁間距成反比；

A,為砂石樁的截面積。等邊三角形布置：de=1.051;

正方形布置：de=1.13l;矩形布置：d。=1.13

√L

·

l?。1、I?、l分別為樁的間距、縱向間距和橫向間距。●66四

、設(shè)計計算

(三)、用于粘性土的設(shè)計計算1、樁間距1)軟粘土層較薄時，樁體直接落至下臥相對堅硬土層之上(單樁承載力地基);2)

相對硬層埋深較大時，

樁長不應(yīng)小于地基穩(wěn)定性分析所

確定的危險滑動面以下2m的深度；3)

樁長不宜小于4m,

但不能夠大于砂石樁直徑的30倍。1)樁徑可采用300~800mm,

具體可根據(jù)地基土質(zhì)情況及成樁設(shè)備確定；2)按設(shè)計的復(fù)合地基承載力特征值確定；四、設(shè)計計算2、樁深(長)(三)、用于粘性土的設(shè)計計算3、樁徑●674、承載力計算1)粘性土地基中樁、土作用特征粘性土地基中，振沖砂石樁處理主要是一種置換處理，樁體在處理后的地基中所起作用分兩種情況：①對較薄軟粘土。樁體是直接落至下臥硬的土層之上，并起著應(yīng)力集中的作用。→需要計算單樁承載力；對厚層粘性土。

樁體未穿透粘性土層，樁與樁間土起到復(fù)合地基的作用?！枰磸?fù)合地基計算承載力。

粘性土地基中樁、土作用特征決定了它是單樁承載力還是復(fù)合地基承載力，并限定了地基承載力的計算方式。(三)、用手粘性土的設(shè)計計算四、設(shè)計計算●682)單樁的承載力確定對于由散體顆粒組成的砂石樁，其承載力主要取決于樁間土的側(cè)向約束能力，

因此該類樁最可能的破壞形式是樁體

的膨脹破壞。宜通過單樁載荷試驗確定(用的最多最可靠);②

如無試驗資料、宜通過以下方法估算(有多種方法)(三)、用于粘性土的設(shè)計計算4、承載力計算四、設(shè)計計算·69式

中Po、u?分別為原土的起始有效壓力和孔隙水壓力；C,為地基土不排水抗剪強(qiáng)度；

φp

樁料內(nèi)摩接角。2)單樁的承載力確定a)側(cè)向極限壓力法計算單樁極限承載力[Pp]max有效壓力和孔隙水壓力之和

p%+U?=2C,=>(三)、用于粘性土的設(shè)計計算4、承載力計算四、設(shè)計計算(3-3-12)·70圖3-3-4復(fù)合地基應(yīng)力狀態(tài)如果令

φp=38°簡化式(Thorburn(1976

建議的經(jīng)驗公式

(3-3-14)求樁的允許承載力時，安全系數(shù)取3(三)、用于粘性土的設(shè)計計算單樁極限承載力

4、承載力計算四、設(shè)計計算2)單樁的承載力確定(3-3-13)·712)單樁的承載力確定b)

綜合單樁極限承載力的方法假定單樁側(cè)向擠出破壞具有軸對稱性，據(jù)樁周土體為被動破壞。則單樁極限承載力[P]max可按下試計算：

(3-3-15)C,—不排水抗剪強(qiáng)度；K,—被動土壓力系數(shù)，取值與算法有關(guān)，此處

Orl——樁體側(cè)向極限應(yīng)力。(3-3-15)還可進(jìn)一步改寫為：[Pp]max=K·K'·C不同算法Kp及K'取值見表(3-3-1)(三)、用于粘性土的設(shè)計計算4、承載力計算四、設(shè)計計算·72Cu19.419.0~20.015.0-40.0K'4.03.06.45.05.0K。

·K'25.215.8-18.820.820.025.014.0-2.4012.2-15.2計算者Hughes

and

withers(1974)Mokashi

r等(1976)Brauns(1976)Mori(1979)Broms(1979)韓杰(1992)郭蔚東、錢鴻縉(1990)2)單樁的承載力確定表3-3-1粘土不排水抗剪強(qiáng)度及單樁極限承載力系數(shù)取值為計算方便一般推薦用下式估算：單樁極限承載力：[Pplmax=20-C

(3-3-17)(三)、用于粘性土的設(shè)計計算4、承載力計算四、設(shè)計計算·733)復(fù)合地基的承載力確定一般應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定，但在初步設(shè)計時，也可用以下方式計算，假定作用載荷為p,

作用于樁的應(yīng)力為

Pp;作用于樁間土應(yīng)力為ps,

樁、土面積各為Ap和A-Ap。稱應(yīng)力集中系數(shù)應(yīng)力降低系數(shù)則有：

p○A=ppAp+ps(A-Ap)

(3-3-18)(三)、用于粘性土的設(shè)計計算設(shè)樁土應(yīng)力比為

：

4、承載力計算四、設(shè)計計算樁土面積置換率

：·74因

此

，對于小型工程的粘性土地基，如果無現(xiàn)場載荷試驗

資料初步設(shè)計時，

復(fù)合地基的

承載力特征值可按該試估算：3)復(fù)合地基的承載力確定(3-3-18)可改寫為： p=[1+m(n-1)]ps

(3-3-19)

(三)、用于粘性土的設(shè)計計算圖3-3-5

復(fù)合地基的剪切特性·4、承載力計算四、設(shè)計計算75【例題58】某建筑場地為松砂，孔隙比為0.78,初步設(shè)計時考慮采用樁體直徑為0.6m的砂石樁進(jìn)行處理，要求處理后孔

隙

比

為

0

.5

8

,

處

理

后砂土地基承載力特征值為120kPa,

樁土應(yīng)力比為2.8

。按正方形布樁，則復(fù)合地基承載力特征值約為多少?(ξ=1

.1、n=2.8)

【解】根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》復(fù)合地基承載力特征值fk=[1+m(n-1)]fsk=[1+0.092×(2.8-1)]×120=140kPa【注】碎石樁單樁豎向承載力主要取決于樁徑、樁身密實度和樁周土的抗剪強(qiáng)度，因此提高置換率比增加樁長更能提高復(fù)合地基承載力。正方型布置，樁距正方形排列時d=·76【例題59】某可液化土層厚6m,建筑物基礎(chǔ)底面積為18m×32m,擬采用碎石樁法進(jìn)處理，處理后的樁間土承載力特征值為120kPa,樁土應(yīng)力比為3,設(shè)計要求經(jīng)碎石樁法理后的復(fù)合地基承載力特征值需提高到160kPa。

已知碎樁直徑0.8m,等邊三角形布置，試根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》確定需要布置樁的數(shù)量。【解】根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》設(shè)樁土面積置換率為m,

復(fù)合地基承載力特征值fspk=[1+m(n-1)]fsk即160=[1+m(3-1]×120,解得m=0.167

樁土面積置換率,

解

得d。=1.96m所需要樁的數(shù)量【注】因為計算過程中的步驟得到的結(jié)果一般都會四全工果試卷上沒有一模一樣的選項

沙

回

1對可液化地基，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于可液化土層厚度的1/2,并不應(yīng)小于5m。對本題，基礎(chǔ)每邊擴(kuò)寬的尺寸不少于5m,因此建筑物基底應(yīng)處理面積按下式計算：等效處理面積或·77A=(18+2×5×(32+2×5)=1176m2【例題38】某建筑物場地，地基土為山前洪坡積砂土，地基土天然承載力特征值為100kPa,設(shè)計要求地基承載力特征值為180kPa,采用振沖碎石樁處理，樁徑為0.9m

,按正三角形

布樁，樁土應(yīng)力比為3.5,問樁間距最大可為多少?！窘狻扛鶕?jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》fmk=[1+m(n-1)]fk=[1+m(3.5-1)]×1

00×1.

5

=180kPa,解得m=0.08,解得等效圓直徑d

。=3.2m正三角形布樁d

。=1.05s=3.2m,解得樁間距s=3m【注】采用振沖樁，對砂土地基，處理后的地基承載力特征值可提高1.2～1.5倍?！纠}39】某松散細(xì)粉砂場地，地基處理前承載力特征

值100kPa,

現(xiàn)采用砂石樁處理，樁徑400mm,

樁位如

圖。處理后樁間土的承載力提高了20%,

樁土應(yīng)力比為3,問：按照《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》估算該砂石樁復(fù)合地基的承載力特征值?！窘狻?虛線為編者所畫輔助線)fsnk=[1+m(n-1)]fsk=[1+0.13×(3-1)]×1.2×100=151.2kPa

【注】虛線框的面積就是單位面積S=0.8×1.2m2=0.6×1.6m2。800800800800600知道了Esp,

則具體沉降計算可按《建筑地基基礎(chǔ)規(guī)范》(GB5007-2002)

中的有關(guān)計算公式進(jìn)行確定

(簡化的分層總和

法),當(dāng)然具體計算時還涉及到沉降計算經(jīng)驗系數(shù)y,的取值

問題，在無統(tǒng)計數(shù)據(jù)時，可采用表2-5

四、設(shè)計計算

(三)、用于粘性土的設(shè)計計算5、地基沉降變形計算復(fù)合地基模量Esp與樁間土壓縮模量E具有如下關(guān)系Esp=[1+m(n-1)]E·79可利用復(fù)合地基的抗剪特性、并使用圓孤滑動法來進(jìn)行計算，假定地基某深度處(Z

)

剪切面與水平面的交角為

θ,

如

果考慮砂石樁與樁間土兩者都發(fā)揮著抗剪效用，則復(fù)合地基

的抗剪強(qiáng)度sp

為地基的穩(wěn)定性要求最危險的滑動面上諸力對滑動中心所產(chǎn)生的抗滑力矩與滑動力矩應(yīng)符合關(guān)系式(反映其抗傾滑能力):Tsp=(1-m).C+m(up.p+yp.Z)tanφp.cos2θ(3-3-20)四

、設(shè)計計算

(三)、用于粘性土的設(shè)計計算式中M

滑動力矩；Mg

抗滑力矩6、穩(wěn)定性分析·80式中：C

一樁間土粘聚力；

Z

一自地表面的起算深度p

一樁料重度(容重);

m

一樁土面積置換率；Hp一應(yīng)力集中系數(shù)；

φp

一樁料內(nèi)摩擦角。如果考慮樁間土荷載產(chǎn)生的固結(jié)，則固結(jié)后強(qiáng)度合，

→→樁間土粘聚力C這兒：U—固結(jié)度；C?—樁間土固結(jié)前飽度；μs—應(yīng)力降低系數(shù)；4cu—樁間土固結(jié)不排水內(nèi)摩擦角；P計算深度Z

處

的平均壓力。C=Co+

從

·P·U

·tan

eu……(3-3-21)四、設(shè)計計算

(三)、用于粘性土的設(shè)計計算6、穩(wěn)定性分析

·81借助于偏心塊在定軸轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的慣性力，使得振沖器

產(chǎn)生具有一定頻率和振幅的水平向振動力，振動的同時在其下端部噴射高壓水流。

→→在振沖聯(lián)合作用下，將振沖器逐步沉到土中的設(shè)計深度。清孔后→填料→振擊擠密直至地表面→→

形成實密樁體振沖法是振動水沖擊法的簡稱，按不同土類可分為振沖置換法和振沖密實法兩類。振沖法在粘性土中主要起振沖置換

作用，置換后填料形成的樁體與土組成復(fù)合地基；砂土中主要

起振動擠密和振動液化作用。振沖法的處理深度可達(dá)10m左右。五、施工方法(最常用的幾種施工方法)1、振沖器工作原理及施工過程(一)振沖法·821)吊車：用于提升、貫入振沖器及移動施工位置；2)

振沖器：成孔并對料石的振實工作；3)供電系統(tǒng)及工作保證能源供應(yīng)和控制開、關(guān)操作；4)供水系統(tǒng)(包括水泵),以提供應(yīng)成孔施工用水；5)

運料工具。1)三通(電、水、料)一

平(場地);2)施工場地布置：

保證施工過程有序，順利；3)

樁孔定位

(測量、布線)五、施工方法(最常用的幾種施工方法)3、施工前的準(zhǔn)備工作2、機(jī)具配置(一)振沖法·83主要有四種工藝1)連續(xù)填料法：成孔后，振沖器預(yù)留孔底，邊填料邊振實；2)分次填料法：成孔后，逐次填料，逐次振實(類似于淺層處

理中的分層壓實施工法);3)綜合填料法：

分段連續(xù)填料振實(介于前兩者之間);4)先護(hù)壁后制樁法：(主要針對軟土層)成孔過程中沉沖一段填

料護(hù)壁，再向下沉沖一段填料護(hù)壁→

…→完孔→填料密實。成樁順序：A、

回向法；B

往復(fù)拐折法；

C

間隔跳打法五、施工方法(最常用的幾種施工方法)4、施工工藝及順序(一)振沖法·841)振沖擠密法①對中粗砂地基土，可不用另外加料，直接用振沖器振

動密實地基，對粉細(xì)-

粘質(zhì)土，為防止提出振沖器之后發(fā)

生孔中塌方，最好采用連續(xù)填料振實的辦法。②

施工時，關(guān)鍵是對水量大小(目的?

)及

留振時間

(?)

長短的控制；③整個加固區(qū)完工后，由樁頂部向下1m左右深度段內(nèi)需開挖，并另作墊層進(jìn)行密實處理；間)足夠的振沖時間可以使得沙土充分液化，并形成足夠大的液化區(qū)，

→確保停振后砂土顆粒重新排及密實度的增大；五、施工方法(最常用的幾種施工方法)5、施工要點(一)振沖法852)振沖置換法①施工成孔后，要留有一定時間清孔，用回水將泥漿帶出地

面，然后再填料振實；②當(dāng)土層中夾有硬層時，應(yīng)采用多次往復(fù)振沖辦法進(jìn)行擴(kuò)孔，便于加料；③加料時宜“少吃多餐”,以保證壓實；④最終填料是要大于造孔體積，(確保密室)對孔底部填料尤

其注意；

軟土地基要注意“先護(hù)壁、后制樁”防止縮徑，塌方。五、施工方法(最常用的幾種施工方法)5、施工要點(

一

)振沖法·863)質(zhì)量控制：

通過“三要素”保證質(zhì)量三個要素指的是：a

填料量b密實電流c留振時間這三個要素是保證砂土產(chǎn)生液化及密實的能量關(guān)鍵。五、施工方法(最常用的幾種施工方法)5、施工要點(一)振沖法·87通過振動作用成孔成樁。

振動作用下，將套管打入設(shè)計深度(該過程同時也擠密了管周土體),

然后通過套管向下投

入樁料，邊提邊振實進(jìn)行成樁，具體成樁方法有三種：1)

一

次拔管法：

樁管振動沉入到設(shè)計深度之后，通過投料漏斗加入砂石料的同時，一

邊振實、

一

邊拔管，直至拔出地面一次完工。質(zhì)量控制兩個方面：

樁身的連續(xù)性與密實度(由拔管速度

控制)、樁徑(填料量控制)五、施工方法(最常用的幾種施工方法)包括

振動成樁法

和

沖擊成樁法

兩種。1、振動成樁法(二)

沉管法·882)逐步拔管法：

樁管振動沉入到設(shè)計深度之后，通過投料漏斗加料，分段填料、

一邊振動、一邊拔管。每拔管50cm,

停止拔管而繼續(xù)振動，停拔時間10～20s(留振時間),

直至將樁管拔出地面完

工

。質(zhì)量控制關(guān)鍵：

提拔段長度，填料量與振動時間。五、施工方法(最常用的幾種施工方法)1、振動成樁法(二)

沉管法·89重復(fù)壓拔管法：樁管沉入設(shè)計深度之后，按設(shè)計規(guī)定逐段灌料→邊振邊拔

管→拔至一定長度段再邊振動邊向下壓管(沉管),壓縮空氣并

核定填料排出情況→下壓樁管壓實填料，如此往高直至完樁。質(zhì)量控制的關(guān)鍵有兩個方面：①填料量的排出率(即填入的料量是否最大限度地排入孔中);②

用實際壓入比

控制施工樁管拔起高度h?時，樁管內(nèi)有h?

高度的料排出到樁孔內(nèi)，則排出率η=h?/h?

;h?

為樁體壓實后的高度；壓實后體積變化率為

一樁管內(nèi)徑斷面面積；

Ap樁

斷

面

面

積

)即

按要求的壓入比V控制樁的施工。●90主要是通過沖擊作用成孔、成樁，具體有兩種1)單管法：用沖擊器(樁錘)將管打入設(shè)計深度，分次從套管填料、拔

管、振沖密實成樁。

質(zhì)量控制：①

樁身連續(xù)性(用拔管速

度控制);②

樁

徑(由灌砂量控制)。2)雙管法：內(nèi)外管下沉到設(shè)計完深度，

→拔起內(nèi)管，向外管內(nèi)填料，放下內(nèi)管，再拔起外管到內(nèi)管相同高度；錘擊內(nèi)外管→壓實填

料→逐步成樁、完工。

質(zhì)量控制：

樁體連續(xù)性(由貫入度控

制)、密實性和其周圍土層擠密后的均勻性五、施工方法(最常用的幾種施工方法)2、沖

擊成樁法：(二)

沉管法·911

應(yīng)在施工期間及施工結(jié)束后，檢查砂石樁的施工記錄；對沉管法，

尚應(yīng)檢查套管往復(fù)擠壓振動次數(shù)與時間、套管升降幅度和速度、每次填砂石料量等項施工記錄；2施工后應(yīng)間隔一定時間方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗。對飽和粘性土地基，應(yīng)待孔隙水壓力消散后進(jìn)行，間隔時間不宜少于28d;對粉土、砂土和雜填土地基，

不宜少于7d;六、地基質(zhì)量檢驗●923砂石樁的施工質(zhì)量檢驗可采用單樁載荷試驗，對樁體可采用動力觸探試驗檢測，對樁間土可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探、

動力觸探或其他原位測試等方法進(jìn)行檢測。樁間土質(zhì)量的檢測

位置應(yīng)在等邊三角形或正方形的中心。檢測數(shù)量不應(yīng)少于樁孔

總數(shù)的2%;4砂石樁地基竣工驗收時，承載力檢驗應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試

驗

；5復(fù)合地基載荷試驗數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的0.5%,且每個單體建筑不應(yīng)少于3點。六、地基質(zhì)量檢驗●931概念：水泥粉煤灰碎石樁，簡稱CFG(Cement

Fly-ash

Gravel)樁。是由碎石和適量的石屑，粉煤灰和少量水泥，加水拌和后用成樁機(jī)具制成具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的柔性樁。過調(diào)整水泥摻量及配比，可使樁體強(qiáng)度等級在C5~C20

之間變化。2

適用土類CFG

樁復(fù)合地基適用于可塑-硬塑狀粘性土、粉士、砂土、碎石土的地基處理工作。對于素填土、淤泥質(zhì)土、流-軟塑狀粘性土應(yīng)慎用?？砂吹貐^(qū)經(jīng)驗或經(jīng)試驗確定其有效性后使用。CFG

樁(水泥粉煤灰碎石樁)一

、概述●943優(yōu)點：CFG

地基加固方法吸取了振沖碎石樁法和水泥攪拌樁法的

優(yōu)

點

，表現(xiàn)在五個方面。①施工工藝與普通振動沉管灌注樁一樣，工藝簡單，與振沖碎石樁相比，無場地污染，振動影響也較??；②僅需少量水泥而樁體強(qiáng)度增強(qiáng)效果好，便于就地取材，

基礎(chǔ)工程不會與上部結(jié)構(gòu)爭“三材”

;⑧

受力特性與水泥攪拌樁類似；●95④沉降量和差異沉降控制效果好。CFG

樁的材料強(qiáng)度等級與普通灌注墟相近，在豎向受力時，其單樁承載力、沉降量與同等條件下的灌注樁相差無幾

，因此其絕對沉降量在復(fù)合地基中是最小的幾種形式之一。此外，由于有褥墊層的變形協(xié)調(diào)作用，基礎(chǔ)的局部傾斜、

相鄰柱基的沉降羞也得以減小。因此其沉降量和差異沉降量控制效果好?！?6⑤適應(yīng)范圍廣●以地基形式而言，CFG

樁既可適用于條形基礎(chǔ)、獨立基礎(chǔ)，也可用筏基和箱形基礎(chǔ)；●就土性而言，CFG

樁可用于處理黏性土、粉土、砂土和填土；CFG

既可用于擠密效果好土，也可用于擠密效果差的土。當(dāng)CFG

樁用于擠密效果好的土?xí)r，承載力的提高既有擠密作

用、又有置換作用；●

當(dāng)CFG

樁用于不可擠密土?xí)r，承載力的提高只有置換作用。對淤泥質(zhì)土和天然地基承載力較低的土(fka≤50kPa)

,應(yīng)

按

地區(qū)經(jīng)驗或通過現(xiàn)場試驗確定CFG

樁的適用性?！?710cm

素混凝土墊層褥墊層←

樁

體圖3-6-1基礎(chǔ)土層4CFG樁與碎石柔性樁的比較：①

CFG樁身具有一定的粘結(jié)性，單樁承載力效果好，能充分發(fā)揮樁周摩阻力和端承力，故可通過改變樁長調(diào)節(jié)承載力；碎石樁為散體材料樁，樁身無粘結(jié)強(qiáng)度，主要依靠樁周土約東力來承受上部荷載，樁長超過有效長度之后，增加樁長對提高不大。②

CFG

樁對復(fù)合地基承載力調(diào)節(jié)幅度大，最高可提高4倍以上；碎石樁對復(fù)合地基承載力提高幅度只有0.5~1倍?！?9碎石樁樁土應(yīng)力比一般只有

為1.5～4.0,增加樁長對提高復(fù)合地基承載力意義不大，只有提高置換率，而提高置換率又會給施工造成很多困難。碎石樁較少用于高層建筑物地基。④CFG樁的樁土應(yīng)力比較高，一般在10～40,故樁周圍壓對應(yīng)力應(yīng)變特征影響較少，即以樁體為

主；CFG樁對多層及高層建筑物適用。碎石樁樁長超過有效長度之后，對地基變形影響較小。③CFG樁可通過增加樁長，

減少地基變形；·1001

粉

煤

灰粒度大小及配比，是影響粉煤灰質(zhì)量的主要指標(biāo)。由于原煤種類，煤粉細(xì)度以及燃燒條件的不同，對粉煤灰粒度及

配比的影響均很大。球形顆粒影響粉煤灰的活性。

此外，由于球形顆粒在水泥漿體中起潤滑作用。所以粉煤灰中如果圓滑的球形顆粒占

多數(shù)，就具有需水量小，活性高的特點。

一般粉煤灰越細(xì)，

球形顆粒越多，因而水化及接觸界面增加，容易發(fā)揮粉煤灰

的活性

。

二、材料配合比對樁體力學(xué)性能的影響特征·1012碎石、石屑和水泥1)碎石。

自身強(qiáng)度大、利用成本小，因此構(gòu)成CFG樁的骨料。2)石屑。滲入石屑是填充碎石間的孔隙，使其級配良好，增

加顆粒間的接觸面，提高聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。CFG

樁中若不摻和中等粒度

的骨料石屑，粗骨料碎石間多數(shù)為點接觸。接觸比表面積小，整體聯(lián)結(jié)強(qiáng)度必然較低，受力一旦達(dá)到聯(lián)結(jié)強(qiáng)度的極限，樁體就會破壞；而摻加石屑后將使填料級配良好，接觸比表面積增大，有效提高了樁體抗剪強(qiáng)度。3)水泥?；瘜W(xué)膠凝、粘結(jié)與固化劑作用。水泥的摻入，使得呈散體狀態(tài)的碎石、石

屑、粉煤灰被充分粘結(jié)為一個整體，大大

提高了樁體強(qiáng)度?！?023

配比試驗及其力學(xué)性能粉煤灰、石子、石屑、水泥的成分配比，對樁體強(qiáng)度、和易性有很大影響，主要通過室內(nèi)試驗確定。

試驗內(nèi)容主要包括：不同石屑摻量的配比試驗；不同水泥、粉煤灰摻量的配比試驗；不同齡期及養(yǎng)護(hù)條件的配比試驗。物理力學(xué)性能測試。

在各種配比試驗條件下，開展相應(yīng)的力學(xué)性能測試，以獲得最佳成分配比參數(shù)。力學(xué)性能測試主

要內(nèi)容包括不同養(yǎng)護(hù)齡期條件下的抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度、靜力受壓彈性模量等參數(shù)?！?034

石屑摻量的影響①對強(qiáng)度的影響：碎石料之間為點接觸，接觸比表面積小，

樁體抗剪強(qiáng)度較低。摻入中等粒度的石屑后，級配變得良好，增

大基礎(chǔ)比表面積，提高樁體的抗剪強(qiáng)度；②對塌落度和強(qiáng)度的影響：

石屑摻入率存在一個最佳值，過

大或過小對塌落度和強(qiáng)度都不利，最佳值在25～30%范圍內(nèi)。5

不同水泥、粉煤灰摻量的影響①

對于某一石屑率，不同水泥、粉煤灰摻量得出的混合料的

立方抗壓強(qiáng)度R28

與灰水比C/W

成正比；

增加粉煤灰的摻量，要保證30mm

的塌

落

度

(

?

),

混

合

料需水量要增加?！?04塌落度的概念：

用

一個上口10Dmm、

下口200mm、

高300mm

喇叭狀的桶，叫塌落度桶，灌入混凝土后搗實，然后拔起橘，混凝土因自重產(chǎn)生塌落現(xiàn)象，用桶高(30Qmum)減去塌落后混凝土最高點的高度，稱為塌落度(mm).如果差值為30mm,

則塌落度為30,一般允許有一定的幅度，所以就有了比如塌落度30~50這樣的技術(shù)指標(biāo)了.·105CFG樁不同于碎石樁，是具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的混合料。在荷載作用下CFG

樁的壓縮性明顯比其周圍軟土小，因此基礎(chǔ)傳給復(fù)合地基的附加應(yīng)力隨地基的變形逐漸集中到樁體上，出現(xiàn)應(yīng)力集

中現(xiàn)象，復(fù)合地基的CFG

樁起到了樁體作用。據(jù)南京造紙廠復(fù)合地基載荷試驗結(jié)果，在無褥墊層情況下，CFC

樁單樁復(fù)合地基的樁體應(yīng)力比n=24.3～29.4;

四樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比n=31.4～35.2:

而碎石樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比n=2.2～2.4

,

→

可見，CFG

樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比明顯大于碎

石樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比，表明其樁體作用非常顯著。

1、樁體作用三、加固機(jī)理·106當(dāng)CFG

樁用于擠密效果好的土?xí)r，由于CEG樁采

用振動沉管法施工，其振動和擠壓作用使樁間土得到

擠密，重度、壓縮模量均

個個，→復(fù)合地基承載力的

提高既有擠密又有置換。當(dāng)CFG

樁用于不可擠密的土體時，其承載力的提高只是置換作用。2、擠密與置換作用·1072)減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中。在基礎(chǔ)底面處樁頂應(yīng)力σp與

樁間土應(yīng)力

σs之比隨褥墊層厚度的變化急劇減小(圖3-6-2)。當(dāng)褥墊層厚度大于10cm時，樁對基礎(chǔ)產(chǎn)生的應(yīng)力集中已顯著降低。當(dāng)褥墊層的厚度為30cm

時，σ

p/σ

只有1.23。1)保證樁、土共同承擔(dān)荷載。

褥墊層的設(shè)置為CFG

樁復(fù)合地基在受荷后提供了樁上、下刺入的條件，即使樁端落在好土層

上，至少可以提供上刺入條件，以保證樁間土始終參與工作。由級配砂石、粗砂、碎石等散體材料組成的褥墊，在復(fù)合地基中有四種作用：3、褥墊層的調(diào)整勻化的作用·10830-20-100

10

30墊層厚度△H/(cm)圖3-6-2op/os與褥墊層厚度關(guān)系曲線應(yīng)力比n·109墊層厚度(cm)P,IPa(%)荷載(kPa)21030備

注2065