地基处理之挤密砂石桩法PPT

1、挤密砂石桩法3.3 挤密砂石桩法加固机理和适用范围挤密砂石桩法主要内容设计施工及质量检验工程实例定义 通过在地基中设置砂石桩（也包括设置只由碎石组成的碎石桩和只由砂组成的砂桩），并在地基中设置桩体过程中对桩间土进行挤密，形成挤密砂石桩复合地基，以达到提高地基承载力，减小沉降目的的一类地基处理方法，统称为挤密砂石桩法（包括挤密碎石桩和挤密砂桩法）3.3 挤密砂石桩法碎石桩Stone Cloumn;砂桩Sand Pile;碎（砂）石桩，又称粗颗粒土桩-Granular Pile对定义理解 在设置砂石桩的过程中对桩间土进行挤密是这类地基处理的关键，否则就不是挤密砂石桩；例如在饱和软粘土地基中无论采用

2、什么方法设置砂石桩，在桩体设置过程中，桩间土不能被有效压密，故称为置换砂石桩，桩的作用主要作用排水。（置换砂石桩已较少采用）3.3 挤密砂石桩法发展史碎石桩的发展史： 碎石桩最早在1835年由法国城Bayonne建造兵工厂车间时使用。这个兵工厂座落在海湾沉积的软土上，当时设计桩径为0.2m，桩长2m，每根桩承担荷载10kN。加固后的沉降量只有未加固前，后被人们所遗忘。直到1937年由德国人发明了振动水冲法用来挤密砂土地基，直接形成挤密的砂土地基。我国应用振冲法始于1977年。3.3 挤密砂石桩法砂桩的发展史：砂桩在19世纪30年代起源于欧洲，但长期缺少实用的计算方法，先进的施工工艺和施工设备，

3、砂桩的应用和发展受到很大的影响；自本世纪50年代后期，产生了目前日本采用的振动式和冲击式的施工方法，并采用了自动记录装置，提高了施工质量和施工效率，处理深度也有较大幅度的增长。砂桩技术自50年代引进我国后，在工业，交通，水利等建设工程中得到了应用。发展史3.3 挤密砂石桩法砂桩3.3 挤密砂石桩法 采用沉管法或干振法，会在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管体积的砂挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大，这就是挤密作用。有效挤密范围可达3-4倍直径； 采用振冲挤密桩，在施工过程中由于水冲使松散砂土处于饱和状态，砂土在强烈的高频强迫振动下产生液化并重新排列致密，

4、且在桩孔中填入大量粗骨料后，被强大的水平振动力挤入周围土中，这种强制挤密使砂土的相对密实度增加，孔隙率降低，干密度和内摩角增大，土的物理性能改善，地基承载力在幅度提高。挤密砂石桩的加固机理 挤密作用 排水减压作用砂基预震效应3.3 挤密砂石桩法 对砂土液化机理的研究证明，当饱和松散砂土受到剪切循环荷载作用时，将发生体积的收缩和趋于密实，在砂土无排水条件进体积的快速收缩将导致超静孔隙水压力来不及消散而急剧上升。当砂土中的有效应力降低为零时便形成了完全液化。碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石等反滤性好的粗颗粒料，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂

5、土产生液化，并可加快地基的排水固结。挤密砂石桩的加固机理 挤密作用 排水减压作用砂基预震效应3.3 挤密砂石桩法 研究证明，在一定应力循环次数下，当两试样的相对密实度相同时，要造成经过预震的试样发生液化，所需施加的应力要比施加未经预震的试样引起液化所需应力值提高46%，从而得出了砂土液化特性除了与砂土的相对密实度有关外，还与其振动应变史有关的结论。在振冲法施工时，振冲器的振动作用使地基土获得强烈的预震，这对砂土增强抗液化能力是极为有利的。挤密砂石桩的加固机理 挤密作用 排水减压作用砂基预震效应3.3 挤密砂石桩法 砂石桩加固粘土的机理 置换作用 排水作用 对于粘性土地基，砂石桩的作用不是挤密，

6、而是部分置换 对于粘性土地基，砂石桩的作用缩短了排水距离，加速了固结速率。3.3 挤密砂石桩法 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）中规定：砂石桩法适用于挤密松散砂土，粉土，粘性土，素填土，杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换处理。砂石桩法也可用于处理可液化地基砂石桩的应用3.3 挤密砂石桩法 砂桩的设计计算一般原则施工方法的选用桩长的确定复合地基置换率设计加固范围和桩位布置垫层沉降计算挤密砂石桩施工方法有多种：振冲法、振动沉管法，后面将详细介绍这两种方法。3.3 挤密砂石桩法砂桩的设计计算一般原则施工方法的选用桩长的确定复合地基置换率设计加固范围和

7、桩位布置垫层沉降计算 桩长的确定主要根据工程地质条件确定，应让砂石桩穿过主要软弱土层，以满足控制沉降要求。对可液化地基，应满足抗液化设计要求。挤密砂石桩桩长不宜小于4m。3.3 挤密砂石桩法砂桩的设计计算一般原则施工方法的选用桩长的确定复合地基置换率设计加固范围和桩位布置垫层沉降计算 可根据经验进行挤密砂石桩得合地基初步设计，然后通过现场试验提供设计参数，包括砂石桩桩径，单桩承载力和桩间土地基承载力等。根据现场试验提供的设计参数，修改完善设计。3.3 挤密砂石桩法复合地基置换率m的表达式为：砂桩的设计计算一般原则施工方法的选用桩长的确定复合地基置换率设计加固范围和桩位布置垫层沉降计算3.3 挤

8、密砂石桩法复合地基置换率m的表达式为： -工程要求复合地基极限承载力，kPa; -砂石桩单桩极限承载力，经验估，再现场试验确定； -桩间土地基承载力，经验估，再通过现场试验确定； -桩间土地基承载力修正系数，根据地质条件以及施工工艺确定砂桩的设计计算一般原则施工方法的选用桩长的确定复合地基置换率设计加固范围和桩位布置垫层沉降计算3.3 挤密砂石桩法 挤密砂石桩处理范围宜在基础外缘扩大1-3排桩，对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不小于可液化土层厚度的1/2，并应不小于5m。 砂桩的设计计算一般原则施工方法的选用桩长的确定复合地基置换率设计加固范围和桩位布置垫层沉降计算3.3 挤密砂石桩法桩位布置

9、：对大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，桩位宜用正形，矩形或等腰三角形布置；对于圆形或环形基础（如油罐基础）宜用放射形布置。 桩位布置：对大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，桩位宜用正形，矩形或等腰三角形布置；对于圆形或环形基础（如油罐基础）宜用放射形布置。 正方形 矩形 等腰三角形 放射形砂桩的设计计算一般原则施工方法的选用桩长的确定复合地基置换率设计加固范围和桩位布置垫层沉降计算3.3 挤密砂石桩法挤密砂石桩加固地基宜在桩顶铺设一砂石垫层，一般可取300-500mm厚砂桩的设计计算一般原则施工方法的选用桩长的确定复合地基置换率设计加固范围和桩位布

10、置垫层沉降计算3.3 挤密砂石桩法挤密砂石桩复合地基沉降计算可采用分层总和法计算。加固范围内复合土体的压缩模量Ec可采用下式计算： 若沉降计算不能满足要求，一般宜增加桩长，以减小沉降量。 正方形布置 桩距的确定3.3 挤密砂石桩法 对于砂性土地基，主要从挤密的观点出发考虑地基加固中的设计问题，首先根据工程对地基加固的要求（如提高地基承载力、减少变形或抗地震液化等），确定要求达到的密实度和孔隙比，并考虑桩位布置型式和桩径大小，计算桩的间距。 假定在松散砂土中打入碎石桩或砂桩能起到100%的挤密效果，亦即成桩过程中地面没有隆起或下沉现象，被加固的砂土没有流失。 正方形布置 桩距的确定3.3 挤密砂

11、石桩法 桩距的确定3.3 挤密砂石桩法挤密砂石桩主要施工方法介绍 振冲法振动沉管法孔内夯扩法柱锤冲扩桩法 首先利用振冲器的高频振动和高压水流，边振边冲，将振冲器在地面预定桩位处沉到地基中设计的预定深度，形成桩孔。经过清孔后，向孔内逐段填入碎石，每段填料在振冲器振动作用下振挤、密实。然后提升振冲器，再向孔内填入一段碎石，再用振冲器将其振挤密实。通过重复填料和振密，在地基中形成碎石桩桩体。3.3 挤密砂石桩法 振冲法振动沉管法孔内夯扩法柱锤冲扩桩法3.3 挤密砂石桩法 振冲法最早是用来振密松砂地基的，由德国S.Steuerman 在1936年提出的；在英，美称之为“vibroflotation”,

12、中国称之为“振动水冲法”，简称“振冲法” 在振捣器的基础上，发明了振冲器；1937年，Steuerman 供职的一家名叫Johann Keller 的德国施工公司首先制成了一台具有现代振冲器形式的雏形振冲器，用于处理柏林一幢建筑物的7.5m深的松砂地基，结果将砂基的承载力提高了一倍，相对密度由原来的45%提高到80%，取得了显著的加固效果。后来，keller公司大力推广这一方法。 振冲法的发展史 振冲法振动沉管法孔内夯扩法柱锤冲扩桩法3.3 挤密砂石桩法 我国应用振冲法始于1977年，由于大量工业民用建筑和水利，交通工程地基抗震加固的需要，这一方法得到迅速推广。例如，河北省怀来县官厅水库坝基松

13、砂加密和河北省开滦煤矿钱家营矿区场地砂基加密等工程都取得了很好的处理效果和经济效益。 振冲法的发展史 振冲法振动沉管法孔内夯扩法柱锤冲扩桩法3.3 挤密砂石桩法 建筑地基处理技术规范（JGJ79-2002）中规定：“振冲法适用于处理砂土，粉土，粉质粘土，素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa饱和粘性土和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲器加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中砂，粗砂地基。” 振冲法的发展史 振冲法振动沉管法孔内夯扩法柱锤冲扩桩法3.3 挤密砂石桩法 振冲法施工机具主要机具有：振冲器，起重设备，供水泵，填料设备，电控系统以及配套使用

14、的排浆泵电缆，胶管以及修理机具。机具图示3.3 挤密砂石桩法 振冲法施工机具振冲器起吊设备3.3 挤密砂石桩法 振冲法施工顺序示意图间断填料法1-对准桩位2-振冲成孔3-填第一次料4-将料振实5-重复3，4注：每次填料的高度不宜大于0.5m3.3 挤密砂石桩法 振冲法施工顺序示意图连续填料法1-对准桩位2-振冲成孔3-振冲器在孔底留振4-边填边振5-上提振冲器注：5中上提距离约为振冲器锥头的长度，约为0.3-0.5m6-重复53.3 挤密砂石桩法 振冲法施工顺序示意图综合填料法1-对准桩位2-振冲成孔3-振冲器提出孔口，填料4-放入振冲器将石料压入桩底振密5-边填边振6-重复5挤密砂石桩主要施

15、工方法介绍 振冲法振动沉管法孔内夯扩法柱锤冲扩桩法 首先利用振动桩锤将桩管振动沉入到地基中的设计深度，在沉管过程中对桩间土体产生挤压。然后向管内投入砂石料，边振动边提升桩管，直至拔出地面。通过沉管振动使填入砂石料密实，在地基中形成砂石桩，并挤密振密桩间土3.3 挤密砂石桩法3.3 挤密砂石桩法 振动沉管法施工顺序示意图1-对准桩位2-桩管沉入地基3-投料4-边振动边拔管注：对逐步拔管法，当桩管沉入到设计深度后，一次投料。向下压管。对重复拔管法，可分几次投料。每投一次料，连续边振边拔一段高度后，再边振边向下压管，下压高度，时间由设计或试验确定，然后再投料。5.3.1 砂石桩挤密法 振冲法加固砂性

16、土地基的机理 振密作用 预振作用 挤密作用 在振冲器的作用下，地基土特别是松散砂土的颗粒会重新排列，体积缩小，表现为振冲过程中的地面下陷。5.3.1 砂石桩挤密法 振冲法加固砂性土地基的机理 振密作用 预振作用 挤密作用 振冲施工过程中会造成地基土的剧烈振动，从而对液化砂土产生预振作用，提高砂基抗液化能力5.3.1 砂石桩挤密法 振冲法加固砂性土地基的机理 振密作用 预振作用 挤密作用 如果忽略振冲过程中产生的振动密实作用，振冲碎石桩对地基土挤密作用则与干法碎石桩的挤密机理完全相同，通过在地基土中插入一定体积的桩体，从而对地基土达到挤密的目的。这种挤密桩桩间距越小，桩径越大，其挤密效果就越好。

17、5.3.1 砂石桩挤密法 振冲法加固粘性土地基的机理 排水作用 桩体作用 垫层作用加筋作用 在饱和粘性土地基中施工砂石桩后，由于砂石桩的渗透性较好，会吸引周围地基土中的水向砂石桩方向流动，从而缩短了排水距离，加快了地基的固结沉降速率。5.3.1 砂石桩挤密法 振冲法加固粘性土地基的机理 排水作用 桩体作用 垫层作用加筋作用 在软弱地基中布置的振冲碎石桩与周围的土体共同承担上部荷载。5.3.1 砂石桩挤密法 振冲法加固粘性土地基的机理 排水作用 桩体作用 垫层作用加筋作用5.3.1 砂石桩挤密法 振冲法加固粘性土地基的机理 排水作用 桩体作用 垫层作用加筋作用振冲法的应用振冲法的应用振冲法的应用5.3.1 砂石桩挤密法 砂石桩法用于松散砂土，粉性土，素填土及杂填土地基，主要靠桩的挤密和施工中的振动作用使桩周围土的密度增大，从而使地基的承载力提高，压缩性降低。国内外的实际工程经验证明砂石桩法处理砂土和填土地基效果显著，并已得到广泛应用砂石桩的应用 砂土及填土 液化地基 软