地基处理碎石桩剖析

1、 Vibroflotation From Das, 1998 Vibroflotation is a technique for in situ densification of thick layers of loose granular soil deposits. It was developed in Germany in the 1930s. 碎石桩是以碎石碎石桩是以碎石( (卵石卵石) )为主要材料制成的复合地基加固桩。碎石桩和砂桩为主要材料制成的复合地基加固桩。碎石桩和砂桩 等在国外统称为散体桩或租颗粒土桩。所谓散体桩是指无粘结强度的桩，由碎等在国外统称为散体桩或租颗粒土桩。所谓

2、散体桩是指无粘结强度的桩，由碎 石柱或砂桩等散体桩和桩间土组成的复合地基亦可称为散体桩复合地基。目前石柱或砂桩等散体桩和桩间土组成的复合地基亦可称为散体桩复合地基。目前 在国内外广泛应用的碎石桩、砂桩、渣土桩等复合地基都是散体桩复合地基。在国内外广泛应用的碎石桩、砂桩、渣土桩等复合地基都是散体桩复合地基。 碎石桩是散体桩的一种，按其制桩工艺可分为振冲碎石桩是散体桩的一种，按其制桩工艺可分为振冲( (湿法湿法) )碎石桩和干法碎碎石桩和干法碎 石桩两大类。采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法石桩两大类。采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法 碎石桩。采用各种

3、无水冲工艺碎石桩。采用各种无水冲工艺( (如干振、振挤、锤击等如干振、振挤、锤击等) )制成的碎石桩统称为干制成的碎石桩统称为干 法碎石桩。当以砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等为填充料制成法碎石桩。当以砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等为填充料制成 的桩称为砂石桩。的桩称为砂石桩。 振动水冲法是振动水冲法是19371937年由德国凯勒公司设计制造出的具有现代振冲器雏形的年由德国凯勒公司设计制造出的具有现代振冲器雏形的 机具，用来挤密砂土地基获得成功。机具，用来挤密砂土地基获得成功。2020世纪世纪6060年代初，振冲法在德国开始用来年代初，振冲法在德国开始用来 加固粘性土地基

4、，由于填料是碎石，故称为碎石桩，之后，在各国推广应用。加固粘性土地基，由于填料是碎石，故称为碎石桩，之后，在各国推广应用。 我国应用振冲法始于我国应用振冲法始于19771977年，在坝基、道路、桥涵、大型厂房及工业与民年，在坝基、道路、桥涵、大型厂房及工业与民 用建筑地基处理中，振冲法均已得到了广泛的应用。因振冲碎石桩有泥水污染用建筑地基处理中，振冲法均已得到了广泛的应用。因振冲碎石桩有泥水污染 环境，在城市和已有建筑物地段的应用受到限制，且有软化土的作用。环境，在城市和已有建筑物地段的应用受到限制，且有软化土的作用。 从从8080年代开始，各种不同的施工工艺相应产生。如锤击法、振挤法、干振年

5、代开始，各种不同的施工工艺相应产生。如锤击法、振挤法、干振 法、沉管法、振动气冲法、袋装碎石法、强夯碎石柱置换法等。虽然这些方法法、沉管法、振动气冲法、袋装碎石法、强夯碎石柱置换法等。虽然这些方法 的施工不同于振动水冲法，但是，同样可以形成密实的碎石桩，所以碎石桩的的施工不同于振动水冲法，但是，同样可以形成密实的碎石桩，所以碎石桩的 内涵扩大了。从制桩工艺和桩体材料方面也进行了改进，如在碎石桩中添加适内涵扩大了。从制桩工艺和桩体材料方面也进行了改进，如在碎石桩中添加适 量的水泥和粉煤灰量的水泥和粉煤灰( (称为水泥粉煤灰碎石桩，即称为水泥粉煤灰碎石桩，即CFGCFG桩桩) )，或添加铝土矿湿泥

6、等，或添加铝土矿湿泥等 ，使桩体获得一定程度的胶结强度。这种碎石桩按力学特性已属柔性桩，但是，使桩体获得一定程度的胶结强度。这种碎石桩按力学特性已属柔性桩，但是 ，按制桩工艺也属于法碎石桩的范畴。各种碎石桩只要制成的是以碎石科组成，按制桩工艺也属于法碎石桩的范畴。各种碎石桩只要制成的是以碎石科组成 的桩体，均可称为碎石桩。各种干法碎石桩施工技术蓬勃发展，与湿法碎石桩的桩体，均可称为碎石桩。各种干法碎石桩施工技术蓬勃发展，与湿法碎石桩 并存，是碎石桩技术发展的特色之一。并存，是碎石桩技术发展的特色之一。 根据施工工艺不同根据施工工艺不同 振冲碎石桩是指利用振冲器成孔和制作的桩。振冲器构造如图振冲

7、碎石桩是指利用振冲器成孔和制作的桩。振冲器构造如图 它是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动它是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动 偏心轮，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高偏心轮，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，在边振动边水冲的综合作压水通过喷嘴喷射高压水流，在边振动边水冲的综合作 用下，将振冲器沉到土中的设计预定深度，经过清孔后，用下，将振冲器沉到土中的设计预定深度，经过清孔后， 就可从地面向孔中逐段填人碎石，每段填料均在振动作就可从地面向孔中逐段填人碎石，每段填料均在振动作 用下逐渐振挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器，用下逐渐振挤

8、密实，达到所要求的密实度后提升振冲器， 如此重复填料和振密，直到设计预定的桩顶或至地面，从而在地基中形成一根如此重复填料和振密，直到设计预定的桩顶或至地面，从而在地基中形成一根 大直径的很密实的碎石桩体。大直径的很密实的碎石桩体。 振冲器有两个功能，一是产生几十到几百振冲器有两个功能，一是产生几十到几百kNkN的水平振动力作用于周围土体的水平振动力作用于周围土体 ，二是从端部及侧面进行高压射水。振动力是加固地基的主要因素，射水协助，二是从端部及侧面进行高压射水。振动力是加固地基的主要因素，射水协助 振动力在土中钻进成孔，并在成孔后实现清孔和护壁。振动力在土中钻进成孔，并在成孔后实现清孔和护壁。

9、 Stage1: The jet at the bottom of the Vibroflot is turned on and lowered into the ground Stage2: The water jet creates a quick condition in the soil. It allows the vibrating unit to sink into the ground Stage 3: Granular material is poured from the top of the hole. The water from the lower jet is tr

10、ansferred to he jet at the top of the vibrating unit. This water carries the granular material down the hole Stage 4: The vibrating unit is gradually raised in about 0.3-m lifts and held vibrating for about 30 seconds at each lift. This process compacts the soil to the desired unit weight. From Das,

11、 1998 振冲碎石桩 干振碎石桩技术是对振冲碎石桩的直接改进，即干振碎石桩技术是对振冲碎石桩的直接改进，即 以无射水干振的以无射水干振的“振孔器振孔器”取代振动加水冲的取代振动加水冲的“振冲振冲 器器”造孔和制桩，利用造孔和制桩，利用“振孔器振孔器”的水平振动力和自的水平振动力和自 重成孔、挤密碎石而成干振碎石柱。从面避免泥水污重成孔、挤密碎石而成干振碎石柱。从面避免泥水污 染环境及非饱和土遭水浸的缺点。干振法的染环境及非饱和土遭水浸的缺点。干振法的“振孔器振孔器 ”构造见图。构造见图。 From Das, 1998 桩 三、沉管碎石桩三、沉管碎石桩 沉管碎石桩包括振挤碎石桩沉管碎石桩包括振

12、挤碎石桩( (振动沉管法振动沉管法) )、锤击碎石桩管干振碎石桩、锤击碎石桩管干振碎石桩( (芯管芯管 密实法密实法) )和管内取土、锤击填料法等。和管内取土、锤击填料法等。 振挤碎石桩也称振动沉管碎石桩，它采用振动沉管打桩机为主要机具，是振挤碎石桩也称振动沉管碎石桩，它采用振动沉管打桩机为主要机具，是 模仿挤密砂桩工艺制造的碎石柱。该法一般采用管内填科，拔管时可采用匀速模仿挤密砂桩工艺制造的碎石柱。该法一般采用管内填科，拔管时可采用匀速 拔管法，拔管速度一般不宜大于拔管法，拔管速度一般不宜大于1 15m5mminmin，在易缩孔的地层，拔管速度可适，在易缩孔的地层，拔管速度可适 当放慢。另外

13、，为了避免缩颈、断桩，应适当扩大桩径，可采用反插法。所谓当放慢。另外，为了避免缩颈、断桩，应适当扩大桩径，可采用反插法。所谓 反插法指在拔管时拔简反插法指在拔管时拔简0.51.0m0.51.0m再将桩管沉人再将桩管沉人0.50.5一一1.0m1.0m，。对于已经将。对于已经将 桩管拔出地面，而填料少于设计值的可以复打。桩管拔出地面，而填料少于设计值的可以复打。 振挤碎石桩适应于松散的粘性土和砂性土。粘粒含量越大，桩间土的振密振挤碎石桩适应于松散的粘性土和砂性土。粘粒含量越大，桩间土的振密 和挤密效应越差。对于粘粒含量大的饱和软粘土、采用振挤碎石桩时，其桩间和挤密效应越差。对于粘粒含量大的饱和软

14、粘土、采用振挤碎石桩时，其桩间 土的振密和挤密效应小，桩间土对碎石桩的侧向约束作用小，所以桩在垂直荷土的振密和挤密效应小，桩间土对碎石桩的侧向约束作用小，所以桩在垂直荷 载作用下变形大。在此情况下，采用振挤碎石桩加固效果不理想。载作用下变形大。在此情况下，采用振挤碎石桩加固效果不理想。 桩 锤击碎石桩又称为干冲碎石桩，它是采用重锤内击沉管和分层击实填料锤击碎石桩又称为干冲碎石桩，它是采用重锤内击沉管和分层击实填料 工艺制造的碎石桩。该法采用具有两个卷扬机工艺制造的碎石桩。该法采用具有两个卷扬机( (主、副各一主、副各一) )的简易打桩架，的简易打桩架， 一根管径为一根管径为300300一一40

15、0mm400mm的钢管，长度根据所需地基加固深度来确定，管内设的钢管，长度根据所需地基加固深度来确定，管内设 一吊锤，其重量为一吊锤，其重量为1010一一12kN12kN。其工艺是首先将桩管立于桩位，并且通过桩管。其工艺是首先将桩管立于桩位，并且通过桩管 仰面的填料口从地面向桩管内填仰面的填料口从地面向桩管内填1.0m1.0m左右的碎石，然后用吊锤夯击碎石，靠左右的碎石，然后用吊锤夯击碎石，靠 碎石和桩管之间的摩擦力将桩管带到设计深度，最后分段向桩管投碎石和夯碎石和桩管之间的摩擦力将桩管带到设计深度，最后分段向桩管投碎石和夯 实填料，同时向上提拔桩管，直至拔出地面，即成碎石桩。实填料，同时向上

16、提拔桩管，直至拔出地面，即成碎石桩。 桩 芯管法制成的碎石桩称为芯管密实碎石芯管法制成的碎石桩称为芯管密实碎石 桩，它包括芯管干振碎石桩和芯管锤击碎石桩，它包括芯管干振碎石桩和芯管锤击碎石 桩两种不同的施工工艺。桩两种不同的施工工艺。 (1)(1)芯管干振碎石桩芯管干振碎石桩 芯管干振碎石桩是采用振动沉管打桩机芯管干振碎石桩是采用振动沉管打桩机 将桩管将桩管( (外管外管) )和芯管和芯管( (内管内管) )沉入设计标高，沉入设计标高， 然后提出内芯管，向桩管倒入一定高度的碎然后提出内芯管，向桩管倒入一定高度的碎 石，再将芯管放入桩管的碎石面上，边压边石，再将芯管放入桩管的碎石面上，边压边 拔

17、。重复上述步骤，即可制成拔。重复上述步骤，即可制成1 1根碎石桩。根碎石桩。 该法的特点是将振动沉管打校机的激振该法的特点是将振动沉管打校机的激振 力和内芯管的压力相结合，使桩身密实，减力和内芯管的压力相结合，使桩身密实，减 少断桩的可能性，提高成桩质量。少断桩的可能性，提高成桩质量。 桩 芯管法制成的碎石桩称为芯管密实碎石桩，它包括芯管干振碎石桩和芯芯管法制成的碎石桩称为芯管密实碎石桩，它包括芯管干振碎石桩和芯 管锤击碎石桩两种不同的施工工艺。管锤击碎石桩两种不同的施工工艺。 (1)(1)芯管干振碎石桩芯管干振碎石桩 芯管干振碎石桩是采用振动沉管打桩机将桩管芯管干振碎石桩是采用振动沉管打桩机

18、将桩管( (外管外管) )和芯管和芯管( (内管内管) )沉入沉入 设计标高，然后提出内芯管，向桩管倒入一定高度的碎石，再将芯管放入桩设计标高，然后提出内芯管，向桩管倒入一定高度的碎石，再将芯管放入桩 管的碎石面上，边压边拔。重复上述步骤，即可制成管的碎石面上，边压边拔。重复上述步骤，即可制成1 1根碎石桩。根碎石桩。 该法的特点是将振动沉管打校机的激振力和内芯管的压力相结合，使桩该法的特点是将振动沉管打校机的激振力和内芯管的压力相结合，使桩 身密实，减少断桩的可能性，提高成桩质量。身密实，减少断桩的可能性，提高成桩质量。 (2)(2)芯管锤击碎石桩芯管锤击碎石桩 参见第六章参见第六章6 64

19、 42 2中芯管密实法中芯管密实法 所谓强夯置换碎石桩是利于强夯设备和技术制造的粗而短的所谓强夯置换碎石桩是利于强夯设备和技术制造的粗而短的“矮胖形矮胖形” （碎石墩（碎石墩) )。 施工机具包括重锤、机架和升降机等；施工工艺一般为在夯点夯击一定深施工机具包括重锤、机架和升降机等；施工工艺一般为在夯点夯击一定深 度的夯坑，用翻斗车向境内填满碎石或建筑垃圾等粗粒材料，再在原夯点夯击度的夯坑，用翻斗车向境内填满碎石或建筑垃圾等粗粒材料，再在原夯点夯击 ，将碎石击入坑底并挤向旁侧，形成新的夯坑，然后重复上述步骤，直到单击，将碎石击入坑底并挤向旁侧，形成新的夯坑，然后重复上述步骤，直到单击 夯沉量达到

20、设计要求为止，在地基中形成一碎石桩墩，该桩墩与桩间土共同工夯沉量达到设计要求为止，在地基中形成一碎石桩墩，该桩墩与桩间土共同工 作形成复合地基。该方法可以在软土中应用，这时，承裁力提高的幅度较大。作形成复合地基。该方法可以在软土中应用，这时，承裁力提高的幅度较大。 射水成孔袋装碎石柱是指采用高压射水成孔，然后向孔中置入袋装碎石而射水成孔袋装碎石柱是指采用高压射水成孔，然后向孔中置入袋装碎石而 成的桩。该法避免了碎石桩在软土中由于侧向约束小，而在垂直荷载作用下变成的桩。该法避免了碎石桩在软土中由于侧向约束小，而在垂直荷载作用下变 形大的特点，因此，袋装碎石柱复合地基比一般碎石桩复合地基承载力高。

21、形大的特点，因此，袋装碎石柱复合地基比一般碎石桩复合地基承载力高。 桩 这种工艺是通过在碎石桩体中添加以水泥为主的这种工艺是通过在碎石桩体中添加以水泥为主的 胶结材料胶结材料( (添加粉煤灰是为了增加混合料的和易性并添加粉煤灰是为了增加混合料的和易性并 有低标号水泥的作用同时还添加适量的石膏以改善有低标号水泥的作用同时还添加适量的石膏以改善 级配级配) )，使桩体获得胶结强度并从散体材料桩转换为，使桩体获得胶结强度并从散体材料桩转换为 柔性桩。柔性桩。 机具和施工工艺与振挤碎石桩大体相同，但也可机具和施工工艺与振挤碎石桩大体相同，但也可 采用锤击碎石桩的机具和工艺制桩，近年来还有用长采用锤击碎

22、石桩的机具和工艺制桩，近年来还有用长 螺旋成桩机具和工艺的工程实例。螺旋成桩机具和工艺的工程实例。 桩体的配合料可根据地层的工程地质情况和加固桩体的配合料可根据地层的工程地质情况和加固 要求通过试验确定要求通过试验确定 成桩。详细内容见成桩。详细内容见CFGCFG转有关内容。转有关内容。 桩 桩 桩 桩 干法碎石桩是采用各种无水冲施工工艺制成的碎石桩。干法碎石桩是采用各种无水冲施工工艺制成的碎石桩。 它主要包括：干振碎石桩、振挤碎石桩、锤击碎石桩、强夯置换碎石桩。它主要包括：干振碎石桩、振挤碎石桩、锤击碎石桩、强夯置换碎石桩。 干振碎石桩主要加固地下水位以上松散的非饱和的粘性土干振碎石桩主要加

23、固地下水位以上松散的非饱和的粘性土(w(w2525) )，以炉，以炉 灰、炉渣、建筑垃圾为主的杂填土及灰、炉渣、建筑垃圾为主的杂填土及级以上湿陷性黄土、松散的素壤土、一级以上湿陷性黄土、松散的素壤土、一 般加固深度为般加固深度为6m6m左右。对砂土和孔隙比左右。对砂土和孔隙比e e0.850.85的饱和粘性土则不适用。的饱和粘性土则不适用。 桩 二、干旅碎石桩的加固机理及加固效果二、干旅碎石桩的加固机理及加固效果 ( (一一) )干振碎石桩的作用干振碎石桩的作用 干振碎石桩加固地基的实质是把松散的天然地基变成由碎石桩和挤密后的干振碎石桩加固地基的实质是把松散的天然地基变成由碎石桩和挤密后的 桩

24、间土组成的共同工作的复合地基，其承载力比天然地基可大幅度提高，建筑桩间土组成的共同工作的复合地基，其承载力比天然地基可大幅度提高，建筑 物沉降可大幅度减少。干振碎石校有以下几方面的加固作用：物沉降可大幅度减少。干振碎石校有以下几方面的加固作用： 干振碎石桩主要在非饱和土中采用，在成孔和挤密碎石的过程中，土体在干振碎石桩主要在非饱和土中采用，在成孔和挤密碎石的过程中，土体在 水平激振力的作用下，产生径向位移，其密度提高，孔隙比减小，承载力比加水平激振力的作用下，产生径向位移，其密度提高，孔隙比减小，承载力比加 固前提高固前提高6060以上，挤密和振密桩间土是复合地基承载力提高的主要因素。以上，挤

25、密和振密桩间土是复合地基承载力提高的主要因素。 (1)(1)单桩的挤密效果单桩的挤密效果 (2)(2)群桩挤密效果群桩挤密效果 干振碎石桩在粘性土地基上和杂壤土地基上的试验结果：干振碎石桩在粘性土地基上和杂壤土地基上的试验结果： 干振碎石桩桩间土体的物理力学性质在径向离桩中心干振碎石桩桩间土体的物理力学性质在径向离桩中心0.8m0.8m距离内都有显著距离内都有显著 变化，干密度增加了变化，干密度增加了3 3一一1919，孔隙比降低了，孔隙比降低了8 8一一3232，含水量降低，含水量降低4 4一一 3232，压缩模量增加，压缩模量增加2828一一173173。单桩的挤密。单桩的挤密“有效半径有

26、效半径”为为0 08m8m，是原桩，是原桩 径的径的2 2倍；单桩的挤密倍；单桩的挤密“显著影响半径显著影响半径”为为0 06m6m，是原桩径的，是原桩径的1 15 5倍。倍。 有效影响半径是指在成孔和制桩的过程中，土体的干密度比加固前平均提有效影响半径是指在成孔和制桩的过程中，土体的干密度比加固前平均提 高高5 5，孔隙比降低，孔隙比降低l0l0的区域半径。显著影响半径是指在成孔和制桩过程中，的区域半径。显著影响半径是指在成孔和制桩过程中， 土体干密度比加固前平均提高土体干密度比加固前平均提高l0l0，孔隙比平均降低约，孔隙比平均降低约2020的区域半径。的区域半径。 挤密效果与含水量密切相

27、关，在整个桩长范围内，当某一段的含水量接近挤密效果与含水量密切相关，在整个桩长范围内，当某一段的含水量接近 其最优含水量其最优含水量( (或塑限或塑限) )时，其挤密效果显著增加；反之，挤密效果降低。当含时，其挤密效果显著增加；反之，挤密效果降低。当含 水量水量l0l0或或2424时，挤密效果最差。时，挤密效果最差。 土的物理力学性质在竖宜方向上的变化只发生在桩底以上，桩底以下土性土的物理力学性质在竖宜方向上的变化只发生在桩底以上，桩底以下土性 没有显著改善。没有显著改善。 在相同的地质条件下，采用相同的干振器，群桩的挤密效应比单桩的挤密在相同的地质条件下，采用相同的干振器，群桩的挤密效应比单

28、桩的挤密 效应更加明显，这说明挤密效应有明显的叠加作用。效应更加明显，这说明挤密效应有明显的叠加作用。 从以上试验研究和分析中可得到以下几点规律：从以上试验研究和分析中可得到以下几点规律： 干振碎石桩挤密效应明显，桩间土的承载力大幅度提高，复合地基承载干振碎石桩挤密效应明显，桩间土的承载力大幅度提高，复合地基承载 力有明显提高。其主要原因是由于桩间土的挤密和振密。桩间土承担的荷载占力有明显提高。其主要原因是由于桩间土的挤密和振密。桩间土承担的荷载占 总复合地基的总复合地基的6060一一9090。挤密是加固的主要因素，桩的置换是次要因素。挤密是加固的主要因素，桩的置换是次要因素。 干振碎石桩挤密

29、、振密效果与土性有关，粘性土粘粒含量越低，挤密、干振碎石桩挤密、振密效果与土性有关，粘性土粘粒含量越低，挤密、 振密效果越明显；与含水量有关，桩间土的含水量接近其最优含水量时，挤密振密效果越明显；与含水量有关，桩间土的含水量接近其最优含水量时，挤密 、振密效果最好，含水量太低、振密效果最好，含水量太低(w(w3030) )并接近饱和的土（并接近饱和的土（w w2424) )，挤密、振，挤密、振 密效果较差。密效果较差。 干振碎石桩的挤密和振密效果与振孔器干振碎石桩的挤密和振密效果与振孔器( (或称干振器或称干振器) )的功率有关，功率的功率有关，功率 越大和振密效果越好。越大和振密效果越好。

30、干振碎石桩的挤密和振密效果与工艺有关，留振时间越长，加固效果越干振碎石桩的挤密和振密效果与工艺有关，留振时间越长，加固效果越 好。好。 桩 ( (一一) )干振碎石桩的作用干振碎石桩的作用 桩间土对桩体有约束作用，所以碎石柱体的强度高、模量大，在刚性基础作用下，地基中的桩间土对桩体有约束作用，所以碎石柱体的强度高、模量大，在刚性基础作用下，地基中的 应力按模量大小进行分配，因此，桩上应力集中是复合地基承强力提高的第二因素。应力按模量大小进行分配，因此，桩上应力集中是复合地基承强力提高的第二因素。 侧向约束力对碎石桩性状影响至关重要，如桩侧土对碎石柱的约束力很小，不但形不成应力向侧向约束力对碎石

31、桩性状影响至关重要，如桩侧土对碎石柱的约束力很小，不但形不成应力向 桩体集中，而且还影响碎石桩对桩间土的挤密作用。桩体集中，而且还影响碎石桩对桩间土的挤密作用。 如：如果把碎石置在液体中，由于液体对桩的约束力接近零，所以，在无约如：如果把碎石置在液体中，由于液体对桩的约束力接近零，所以，在无约 束力的环境下不能形成碎石桩体而坍塌；如果把碎石置在刚性筒中，由于约束力的环境下不能形成碎石桩体而坍塌；如果把碎石置在刚性筒中，由于约 束力很大，其模量也很大，桩体变形很小，这样仅靠桩也能承担外载荷。这束力很大，其模量也很大，桩体变形很小，这样仅靠桩也能承担外载荷。这 只是说明桩侧土对碎石桩的侧向约束力是

32、影响碎石桩加固效果的重要因素。只是说明桩侧土对碎石桩的侧向约束力是影响碎石桩加固效果的重要因素。 在实际工程中，随着桩周土侧向约束力的增加，桩的模量越大，因而桩传递坚向荷载的能力增在实际工程中，随着桩周土侧向约束力的增加，桩的模量越大，因而桩传递坚向荷载的能力增 加，变形减小。因此，碎石桩的挤密效应越显著，桩间土对桩的约束力也越大，地基加固效果也加，变形减小。因此，碎石桩的挤密效应越显著，桩间土对桩的约束力也越大，地基加固效果也 越显著。越显著。 桩的挤密、振密作用和桩的置换作用是相辅相成的、互为依托的，而桩的置换作用的大小主桩的挤密、振密作用和桩的置换作用是相辅相成的、互为依托的，而桩的置换

33、作用的大小主 要取决于桩侧土对桩体的约束力。要取决于桩侧土对桩体的约束力。 匀，从而使下卧层的附加应力在允许范围之内，这样就提高了地基的整体抵抗力，减少匀，从而使下卧层的附加应力在允许范围之内，这样就提高了地基的整体抵抗力，减少 了沉降（如图）。了沉降（如图）。 碎石桩的加筋作用中要是指厚度不大的软弱土层，则碎石桩可穿过整个软弱土层达碎石桩的加筋作用中要是指厚度不大的软弱土层，则碎石桩可穿过整个软弱土层达 到其下的硬层上面此时，桩体在外荷载的作用下就会产生一定的应力集中现象，从而到其下的硬层上面此时，桩体在外荷载的作用下就会产生一定的应力集中现象，从而 使桩间土承担的压力相应减小，其结果与天然

34、地基相比，复合地基的承载力会提高，压使桩间土承担的压力相应减小，其结果与天然地基相比，复合地基的承载力会提高，压 缩量会减小，稳定性会得到加强，沉降速率会加快，还可用来改善土体的抗剪强度，加缩量会减小，稳定性会得到加强，沉降速率会加快，还可用来改善土体的抗剪强度，加 固后的复合桩土层将可以改善土坡的稳定性，这种加固作用即通常所说的加筋作用。固后的复合桩土层将可以改善土坡的稳定性，这种加固作用即通常所说的加筋作用。 ( (一一) )干振碎石桩的作用干振碎石桩的作用 碎石桩垫层作用主要是指在较厚的软弱土层碎石桩垫层作用主要是指在较厚的软弱土层 中，碎石桩没有打穿该软弱土层，这样，整个碎中，碎石桩没

35、有打穿该软弱土层，这样，整个碎 石桩复合地基对于没有加固的下卧层起到垫层的石桩复合地基对于没有加固的下卧层起到垫层的 作用，经垫层的扩散作用将建筑物传到地基上的作用，经垫层的扩散作用将建筑物传到地基上的 附加应力减小，作用于下卧层的附加应力趋于均附加应力减小，作用于下卧层的附加应力趋于均 桩 ( (一一) )干振碎石桩的作用干振碎石桩的作用 在碎石桩的制桩过程中，由于振动、挤压和扰动等因素，桩间土会出现较在碎石桩的制桩过程中，由于振动、挤压和扰动等因素，桩间土会出现较 大的附加孔隙水压力，从而导致原地基土强度降低。一旦制桩结束后，一方面大的附加孔隙水压力，从而导致原地基土强度降低。一旦制桩结束

36、后，一方面 原地基土的结构强度会随时间逐渐恢复，另一方面，孔隙水压力会向桩体转移原地基土的结构强度会随时间逐渐恢复，另一方面，孔隙水压力会向桩体转移 消散，其结果是有效应力增加，强度提高和恢复，甚至会超过原土体的强度。消散，其结果是有效应力增加，强度提高和恢复，甚至会超过原土体的强度。 如果在选用碎石料时考虑级配，则所形成的碎石桩是地基土中的一个良好的排如果在选用碎石料时考虑级配，则所形成的碎石桩是地基土中的一个良好的排 水通道，它能起到排水砂井的作用，碎石桩的存在，大大缩短了超静孔隙水压水通道，它能起到排水砂井的作用，碎石桩的存在，大大缩短了超静孔隙水压 力的水平向渗流路径，加速了桩间土的固

37、结，使沉降稳定加快。力的水平向渗流路径，加速了桩间土的固结，使沉降稳定加快。 就目前的情况来讲，干振碎石柱适用于处理地下水位以上的非饱和粘性土就目前的情况来讲，干振碎石柱适用于处理地下水位以上的非饱和粘性土 振冲桩或砂桩相对较弱，对含水量较高的地基有一定的排水作用。振冲桩或砂桩相对较弱，对含水量较高的地基有一定的排水作用。 桩 1 1、在垂直荷载作用下，桩顶应力最大从桩顶至、在垂直荷载作用下，桩顶应力最大从桩顶至1 1倍桩径左右深度范围内倍桩径左右深度范围内 ，应力衰减迅速，在，应力衰减迅速，在4 4倍桩径深度以下，应力不随桩顶应力水平的增加而增加倍桩径深度以下，应力不随桩顶应力水平的增加而增

38、加 桩受到竖向应力后，其竖向应力通过碎石桩周摩擦力逐渐向桩间土扩散和桩受到竖向应力后，其竖向应力通过碎石桩周摩擦力逐渐向桩间土扩散和 转移。由于碎石桩无粘结强度，在无边载的条件下，上部桩间土对桩的约束力转移。由于碎石桩无粘结强度，在无边载的条件下，上部桩间土对桩的约束力 很小因此，在桩顶不大的范围内，桩体发生侧向膨胀，因而使桩上应力迅速很小因此，在桩顶不大的范围内，桩体发生侧向膨胀，因而使桩上应力迅速 衰减。随着深度的增加，桩间土开始对桩产生较大的约束力。桩上应力通过摩衰减。随着深度的增加，桩间土开始对桩产生较大的约束力。桩上应力通过摩 擦向桩间土转移，直至桩上应力等于柱间土的应力。擦向桩间土

39、转移，直至桩上应力等于柱间土的应力。 2 2复合地基在压板呈刚性条件下，应力传递规律是相似的。在各级荷载复合地基在压板呈刚性条件下，应力传递规律是相似的。在各级荷载 下，从地表至下，从地表至0.5m0.5m处达峰值，然后随着深度增加处达峰值，然后随着深度增加, ,应力逐渐衰减，板下复合地应力逐渐衰减，板下复合地 基中上部应力分布为中间小、边缘大的马鞍形分布。基中上部应力分布为中间小、边缘大的马鞍形分布。 3 3在碎石柱复合地基中，竖直方向的应力衰减与基础应力水平、基础尺在碎石柱复合地基中，竖直方向的应力衰减与基础应力水平、基础尺 寸有关。应力水平越高，基础尺越大，则应力衰减越慢，应力相对值越高

40、，柱寸有关。应力水平越高，基础尺越大，则应力衰减越慢，应力相对值越高，柱 中应力越集中。因此，建筑物基础尺寸越大，荷载越大，影响深度也越大。中应力越集中。因此，建筑物基础尺寸越大，荷载越大，影响深度也越大。 桩 ( (三三) )干振碎石桩复合地基变形特性干振碎石桩复合地基变形特性 群桩复合地基的载荷试验表明，板下变形值都集中在群桩复合地基的载荷试验表明，板下变形值都集中在2m2m 以上。以上。2m2m以上变形占全部变形的以上变形占全部变形的7474一一7979，载荷板宽为，载荷板宽为 2m2m。 由此可见，在由此可见，在l l倍板宽深度范围内，复合地基已完成了倍板宽深度范围内，复合地基已完成了

41、 大部分变形，因此，软弱地基加固的重点对独立基础为大部分变形，因此，软弱地基加固的重点对独立基础为 1.0-1.51.0-1.5倍基础宽度；对于条形基础，由于应力扩散从四倍基础宽度；对于条形基础，由于应力扩散从四 个方向减为两个方向，所以载荷影响深度大于独立基础，个方向减为两个方向，所以载荷影响深度大于独立基础， 因而，重点处理的深度为因而，重点处理的深度为1.02.01.02.0倍的基础宽度为宜。倍的基础宽度为宜。 桩 ( (四四) )干振碎石柱复合地基承强力加固效果干振碎石柱复合地基承强力加固效果 据工程的统计资料，据工程的统计资料， 杂填土地基的承载力可由原来的杂填土地基的承载力可由原来

42、的60100kPa60100kPa提高到提高到 150260kPa150260kPa，可提高，可提高1.52.21.52.2倍；倍； 非饱和粘性土可由非饱和粘性土可由80190kPd80190kPd提高到提高到190190一一230kPa230kPa可可 提高提高1.01.0一一1.51.5倍。原土承载力越低提高的倍数越大。倍。原土承载力越低提高的倍数越大。 6层建筑的承载力约180KN（每层按30KN） 桩 ( (五五) )干振碎石柱的有效桩长干振碎石柱的有效桩长 有效桩长是指桩体上的应力与桩间土应力基本接近有效桩长是指桩体上的应力与桩间土应力基本接近1 1以上部分的桩长。以上部分的桩长。

43、因此，桩长超过了有效桩长，复合地基承载力不再增加。因此，桩长超过了有效桩长，复合地基承载力不再增加。 软弱地基加固的深度可根据有效桩长来确定、但是，对于主要靠挤土效应软弱地基加固的深度可根据有效桩长来确定、但是，对于主要靠挤土效应 来提高地基承载力，有效桩长的确定就不太重要，主要是根据地基中应力扩散来提高地基承载力，有效桩长的确定就不太重要，主要是根据地基中应力扩散 来确定合理的加固深度。来确定合理的加固深度。 根据工程实践和室内模型试验资料，干振碎石桩的有效桩长为根据工程实践和室内模型试验资料，干振碎石桩的有效桩长为6969倍桩倍桩 径，另外有效桩长和基础宽度有关，一般情况下，有效桩长为径，

44、另外有效桩长和基础宽度有关，一般情况下，有效桩长为1 15 5倍的基础倍的基础 宽度。宽度。 桩 ( (六六) )护桩的作用护桩的作用 护柱是指在基础底而外围所市置的桩。室内模型试验表明、有护桩的比护柱是指在基础底而外围所市置的桩。室内模型试验表明、有护桩的比 没有护桩的承载力提高没有护桩的承载力提高2929。 护桩之所以能提高复合地基承载力，主要是因为地基沉降包括以下两部护桩之所以能提高复合地基承载力，主要是因为地基沉降包括以下两部 分：一是土体的压缩变形；二是侧向挤出。护桩的存在能使土体侧向挤出的分：一是土体的压缩变形；二是侧向挤出。护桩的存在能使土体侧向挤出的 变形受到约束，从而减小了变

45、形，提高了承裁力。实践证明，两排护桩比单变形受到约束，从而减小了变形，提高了承裁力。实践证明，两排护桩比单 排护桩效果更加明显。即使是天然地基，在基础外设置护桩也可减小沉降，排护桩效果更加明显。即使是天然地基，在基础外设置护桩也可减小沉降， 提高承载力。另外，护桩还可使具有湿陷性的天然地基湿陷量减少数倍。提高承载力。另外，护桩还可使具有湿陷性的天然地基湿陷量减少数倍。 天然地基承载力越低，扩桩作用越明显。因为，天然地基承载力低，必天然地基承载力越低，扩桩作用越明显。因为，天然地基承载力低，必 然对碎石桩的侧向约束力弱，护桩的存在可以弥补一些土体对桩体约束力弱然对碎石桩的侧向约束力弱，护桩的存在

46、可以弥补一些土体对桩体约束力弱 的缺点。在天然地基强度高的情况下，土体本身对桩能形成较强的约束力，的缺点。在天然地基强度高的情况下，土体本身对桩能形成较强的约束力， 护桩的作用就不太明显。鉴于此，对于填土地基、湿陷性黄土地基、欠固结护桩的作用就不太明显。鉴于此，对于填土地基、湿陷性黄土地基、欠固结 土地基以及软弱枯性土地基采用碎石桩复合地基时，宜设护桩。土地基以及软弱枯性土地基采用碎石桩复合地基时，宜设护桩。 桩 ( (七七) )置换率对复合地基承裁力的影响置换率对复合地基承裁力的影响 采用碎石桩加固地基时，随着置换率的增加，其复合地基承裁力也增加，采用碎石桩加固地基时，随着置换率的增加，其复

47、合地基承裁力也增加， 但置换率增加导致所用的石料也增加，置换率增加到一定程度，施工难度也但置换率增加导致所用的石料也增加，置换率增加到一定程度，施工难度也 在增加，甚至施工根本不能实现。因此，选择合理的置换率是碎石桩加固地在增加，甚至施工根本不能实现。因此，选择合理的置换率是碎石桩加固地 基中的一个重要设计参数。基中的一个重要设计参数。 室内模型试验证明，在加固后室内模型试验证明，在加固后 地面无隆起和下沉的情况下，地面无隆起和下沉的情况下， 承载力随置换率近似直线增长，承载力随置换率近似直线增长， 如图。如图。 桩 ( (八八) )桩土应力比及桩土荷载分担比桩土应力比及桩土荷载分担比 1 1

48、桩土应力比桩土应力比 基础下基础下( (压板下压板下) )桩上的应力同桩间土应力之比为桩土应力比，简称应力桩上的应力同桩间土应力之比为桩土应力比，简称应力 比。应力比是计算复合地基承载力和变形的重要参数之一，因此，准确的测比。应力比是计算复合地基承载力和变形的重要参数之一，因此，准确的测 定应力比有其重要意义。从工程现场和室内模型桩的载荷试验得出以下结论定应力比有其重要意义。从工程现场和室内模型桩的载荷试验得出以下结论 (1)(1)桩土应力比与应力水平有关。一般情况下，应力水平越高，应力比也桩土应力比与应力水平有关。一般情况下，应力水平越高，应力比也 越高。现场实测越高。现场实测n n14.5

49、14.5，在允许应力水平时，在允许应力水平时(150(150一一200kPa)200kPa)，n n2.5-4.02.5-4.0， 建议在没有实测资料时，建议在没有实测资料时，n n取值小于取值小于3.03.0。 (2)(2)桩上应力比与施工质量有关。如果在施工中达不到规定的桩上应力比与施工质量有关。如果在施工中达不到规定的“密实电流密实电流 ”和和“留振时间留振时间”，应力比就小于正常值；但由于干振碎石桩复合地基承载，应力比就小于正常值；但由于干振碎石桩复合地基承载 力提供的主要因素是挤土效应，桩上应力集中是提高复合地基承载力的次要力提供的主要因素是挤土效应，桩上应力集中是提高复合地基承载力

50、的次要 因素。所以在实际工程中，有时，尽管因素。所以在实际工程中，有时，尽管n n值很低，但加固效果仍很显著。值很低，但加固效果仍很显著。 （3)3)桩土应力比与被加固地基的土质、桩径、碎石级配有关桩土应力比与被加固地基的土质、桩径、碎石级配有关 桩 ( (八八) )桩土应力比及桩土荷载分担比桩土应力比及桩土荷载分担比 2 2桩土荷载分担比桩土荷载分担比 桩 ( (九九) )置换率相同，桩径对承载力的影响置换率相同，桩径对承载力的影响 干振碎石桩加固地基时，在置换率相同的情况下，是大直径桩承载力加干振碎石桩加固地基时，在置换率相同的情况下，是大直径桩承载力加 固效果好呢？还是小直径桩加固效果好

51、固效果好呢？还是小直径桩加固效果好? ?这是一个值得探讨的问题。这是一个值得探讨的问题。 经室内模型试验得：置换率相同时，经室内模型试验得：置换率相同时， 桩径越大，桩数越少，复合地基承载力桩径越大，桩数越少，复合地基承载力 越低，见图越低，见图 其主要原因是在相同置换率的条件下，在三相其主要原因是在相同置换率的条件下，在三相 土中，小桩分布比较均匀，挤土也比较均匀，对于土中，小桩分布比较均匀，挤土也比较均匀，对于 以挤密作用为主要作用的干振碎石桩来说，承载力以挤密作用为主要作用的干振碎石桩来说，承载力 提高的幅度也较大。而对于复合地基承载力提高的主要作用是置换作用的振提高的幅度也较大。而对于

52、复合地基承载力提高的主要作用是置换作用的振 冲碎石桩来说，大直径的桩身自我约束较小直径的桩要好，这可以弥补强度冲碎石桩来说，大直径的桩身自我约束较小直径的桩要好，这可以弥补强度 很低的桩间土对桩身约束力小的缺陷，所以对于振冲桩来说，大直径桩比小很低的桩间土对桩身约束力小的缺陷，所以对于振冲桩来说，大直径桩比小 直径桩加固效果好。直径桩加固效果好。 桩 ( (一一) )加固范围加固范围 加固范围应根据建筑物的重要性及基础类型和场地条件确定。加固范围应根据建筑物的重要性及基础类型和场地条件确定。 通常情况下，都大于基底面积。对一般地基条件下的建筑物，在基通常情况下，都大于基底面积。对一般地基条件下

53、的建筑物，在基 础外缘宜扩大础外缘宜扩大1212排桩；对于可液化地基，在基础外缘扩大排桩；对于可液化地基，在基础外缘扩大2424排排 桩；对箱基、筏基及大面积堆场地基处理范围应在基础外缘扩大桩；对箱基、筏基及大面积堆场地基处理范围应在基础外缘扩大 1212排桩，或使处理范围大于基础外缘的距离为地基处理深度的排桩，或使处理范围大于基础外缘的距离为地基处理深度的 0.50.5倍左右。对于欠固结土、自重湿陷性黄土、杂填土地基，可在倍左右。对于欠固结土、自重湿陷性黄土、杂填土地基，可在 基础外缘适当加大处理范围。基础外缘适当加大处理范围。 碎石桩类型的选择与当地材料有关，碎石桩的材料有： 砂、级配良好的碎石，其中粘粒的含量不能大于5%。 桩 ( (二二) )布桩原则布桩原则( (桩距及布桩方式选择桩距及布桩方式选择) ) 碎石桩的布桩原则是有利于施工，同时加固后的地顶不发生隆起或碎石桩的布桩原则是有利于施工，同时加固后的地顶不发生隆起或 下沉打入的碎石桩能起到下沉打入的碎石桩能起到100100的挤密效果，被加固的土体没有流失的挤密效果，被加固的土体没有流失 。