第三章-3 深层挤密法

2023/2/11深层挤密法概述⒈深层挤密法

——是利用某些成孔机具（如打入带活瓣的钢管或用振冲器）插入土中，挤出一个孔穴来，然后填入砂或碎石等材料形成桩的形式，以增加土的密实度或形成复合地基，从而提高地基强度，减少地基沉降。⒉桩的作用：

①挤密周围松散土体，使桩和被挤密的桩间土共同组成基础下的持力层；

②置换桩位处的软土，形成复合地基；

③排水固结作用；2023/2/12

④

消除地基液化或湿陷性。⒊桩体材料：松散材料（散粒体）,如:砂、碎石、灰土、石灰、素土等。⒋不同材料的挤密桩

挤密砂桩沉管碎石桩挤密土桩（素土）挤密灰土桩挤密石灰桩振冲碎石桩

本章着重讲述工程中常用的挤密砂桩和振冲碎石桩。2023/2/13挤密砂桩一、挤密砂桩的概念

——在软弱或松散地基中，利用沉管灌注桩的施工机械和方法，在地基中形成砂桩，挤密周围软弱或松散土层，使砂桩和挤密后的桩间土共同组成持力层,形成复合地基。二、施工设备2023/2/14D162023/2/15D182023/2/16三、施工工艺

⑴桩机就位，桩管对中桩位；

⑵合拢活瓣桩尖；

⑶沉管到设计深度；

⑷从进料口向管中灌入砂料；

⑸边拔管边振动；

⑹桩管拔出形成砂桩。在上述施工过程中，若向桩管灌入的是碎石，就是沉管碎石桩。2023/2/17四、挤密桩的加固机理⒈对于松散砂土地基的加固机理

①挤密作用

成孔时的横向挤密作用和成桩时的横向挤密作用；

②排水固结作用

桩体是良好的排水通道，促使地基排水固结。

③砂基预振效应

实验证明：砂土的液化性不仅和其相对密度有关，而且与其振动历史有关。⒉对粘性土地基的加固机理

①置换作用

由于粘性土的渗透系数较小，在成孔和成桩的过程中，在振动力或挤压力的作用下土中的水不易排出，所以砂桩2023/2/18主要不是使地基挤密，而是强制置换，即通过桩管将不良地基土强制排开并置换。②排水固结作用由颗粒较粗的砂土组成的桩体，在地基中形成良好的竖向排水通道，加快地基排水固结。③应力集中作用

在基底压力的作用下，桩与桩间土一同承受荷载（复合地基），由于桩体的Es远大于土的Es，在基础（刚性体）均匀沉降的条件下，桩体将承受较大的应力，而桩间土所受应力较小。④垫层作用

在软弱土层较厚时，砂桩可只处理一定厚度的软弱土层，这时的砂桩复合地基起垫层的作用。2023/2/19五、挤密桩的施工要点⒈施工前应进行成桩试验，孔数不少于3个。⒉开挖基坑时应预留1~2m厚的土层，打好桩后再将其挖除。⒊在松砂地基中，应首先施工外围桩，然后再施工隔行桩，以增加挤密效果。⒋砂桩用料宜用中、粗砂，含泥量不超过5%，粒径不大于5cm。⒌质量控制

⑴桩身连续性用拔管速度控制，一般不大于2m/min。

⑵桩径

以灌砂量控制，实际灌砂量应不小于设计值的95%。12342023/2/110六、挤密效果检验可采用标贯、静探或密度测试等方法，检测砂桩及其周围土的挤密效果。对于重要或大型工程，必要时应用载荷试验。桩间土检测位置宜在正三角形或正方形的中心。一般用砂桩加固地基后，复合地基承载力可提高80~100%，沉降量减少50%左右，地基下沉速度加快2~2.5倍，加固影响深度与砂桩同深。七、适用范围一般适用于处理深层松砂、素填土、杂填土、湿陷性黄土及粘粒含量不高的粘性土等地基。2023/2/111挤密土桩及灰土桩

利用沉管、冲击、爆破等方法将钢管打人土中侧向挤密成孔，然后在孔中分层回填素土或灰土或石灰、粉煤灰混合物(简称二灰)。夯实而成土桩、灰土桩或二灰桩，与桩间土共同组成复合地基承受上部荷载。一、主要持点(1)土和灰土(或二灰)挤密桩成桩时为横向挤密，但同样能达到所要求加密的处理后的最大干密度指标，可消除地基土的湿陷性，提高承载力、降低压缩性。(2)与换土垫层相比，不需大量开挖回填，可节省土方开挖和回填土方工程量，工期可缩短50％以上。(3)处理深度较大，可达12—15m。(4)可就地取材，应用廉价材料，降低工程造价2/3；二灰桩可以利用工业废料（粉煤灰）节省费用。(5)机具简单，施工方便，工效高。2023/2/112

土和灰土(或二灰)挤密桩适于加固地下水位以上，天然含水量为12％一20％，厚度为5一15m的新填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的软弱地基。当地基土含水量大于23％，以及饱和度大于0.65时，打管时成孔质量不好。且易对邻近已回填的桩体造成破坏。拔管后容易缩径，不宜采用土或灰土(或二灰)挤密桩。一般以消除地基湿陷性为主时、宜选用土桩；以提高地基的承载力或水稳性、降低压缩性为主时，宜选用灰土桩或二灰桩。二、加固机理1、挤密作用

成孔时的横向挤密作用和成桩时的横向挤密作用；2、灰土性质作用

灰土桩是用石灰和土按一定体积比例（2:8或3:7）拌合，并在桩孔内夯实加密后形成的桩，这种材料在化学性能上具有气硬性和水硬性，由于石灰内带正电荷钙离子与带负电荷粘土颗粒相互吸附，形成胶体凝聚，并随灰土龄期增长，土体固化作用提高，使灰土逐渐增加强度。在力学性能上，它可达到挤密地基的效果，提高地基承载力，消除湿陷性，使沉降均匀和沉降量减少。2023/2/1133、桩体作用

在灰土桩挤密地基中，灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形量。载菏试验结果表明：只占压板面积约20％的灰土桩承担了总荷载的一半左右，而占压板面积80％的桩间土仅承担其余一半。由于总荷载的一半由灰土桩承担，从而降低了基础底面下一定深度内土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。三、设计计算(1)桩孔直径根据工程量、挤密效果、施工设备、成孔方法等情况而定，一般选用300-600mm(2)桩长根据土质、桩处理地基的深度、工程要求和成孔设备等因素确定，一般5-15m。(3)桩距和排距一般按等边三角形布置，其间距(s)和排距(h)可按下列公式计算：2023/2/114(4)处理宽度处理地基的宽度应大于基础的宽度。局部处理时，对非自重湿陷性黄土素填土、杂填土等地基，每边超出基础的宽度不应小于0.2b，并不应小于0.5m。对自重湿陷性黄土，地基不应小于0.75b，并不应小于1m。整片处理时每边超出建筑物外墙基础边缘的宽度不宜小于处理土层厚度的1/2，并不应小于2m。５、地基的承载力和压缩模量

土或灰土(二灰)挤密处理地基的承载力标准值，应通过原位测试或结合当地经验确定。当无经验资料时，对土挤密桩地基，不应大于处理前的1.4倍，并不应大于180kPa，对灰土挤密桩地基，不应大于处理前的两倍，并不应大于250kPa。四、施工工艺

按设计要求和现场条件选用沉管(振动或锤击)、冲击或爆扩等方法进行成孔，使土向孔的周围挤密。2023/2/115成孔和回填夯实的施工应符合下列要求：(1)成孔施工时，地基土宜接近最优含水量，当含水量低于12％时，宜加水增湿至最优含水量。(2)桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5％。(3)桩孔垂直度偏差不应大于1.5％。(4)对沉管法，其直径和深度应与设计值相同；对冲击法或爆扩法误差不得超过正负70mm，桩孔深度不应小于设计深度0.5m。(5)向孔内填料前，孔底必须夯实，然后用素土或灰土在最优含水量状态下分层回填夯实。(6)成孔和回填夯实的施工顺序宜间隔进行，对大型工程可采取分段施工。2023/2/1162023/2/117五、质量检验

抽样检验的数量不应少于桩孔总数的2％，不合格处应采取加桩或其他补救措施。1．轻便触探检验法

先通过试验夯填，求得“检定锤击数”，施工检验十时以实际锤击数不小于检定锤击数为合格。

2．环刀取样枪验法先用洛阳铲在桩孔中心挖孔或沤过开副杖身，从基底算起沿深度用带长把的小环刀分层取出原状夯实土样，测定其干密度。

3．载荷试验法对重要的大型工程应进行现场载荷试验和浸水载荷试验，直接观测承载力和湿陷情况。2023/2/118石灰桩及石灰粉煤灰桩施工技术

石灰桩又称石灰挤密桩，是在地基中钻，然后将生石灰注入孔内夯实挤密成桩，或在生石灰块中掺人适量粉煤灰(一船经验配合比为8:2或7:3)，制成石灰粉煤灰桩(又称二灰桩)。石灰桩及石灰粉煤灰桩具有加固效果显著、材料易得、施工简便等特点。适于处理含水量较高(30%-130%)的粘性土地基、淤泥、含有有机质的土、不太严重的黄土地基的湿陷性事故或作为严重湿陷事故的辅助处理措施。一般加固后地基强度可提高1—3倍，是一种简易处理软弱地基的有效方法。2023/2/119(一)加固机理

石灰桩除了成孔时挤密桩周围土外，主要作用还在于生石灰在桩孔中吸收桩土层的孔隙水变成熟石灰时产生体积膨胀，挤密桩周土，减少其孔隙比，加速地基土的固结，提高地基承载力，消除湿陷性，从而使地基得到加固。石灰在吸取桩周土体中水分进行化学反应的过程中，产生吸水、膨胀、发热、脱水、挤密、离子交换、胶凝等一系列作用，从而使土体的含水量降低，孔隙比减少，承载力提高，与桩周土层一起组合成复合地基。石灰桩体本身也具有一定的强度。

(二)桩的设计(1)桩径桩径一般为150一400mm，具体根据使用成孔机械的管径、钻孔而定。(2)桩距及布置桩距取决于桩径和要求达到的挤密效果，按生石灰吸水膨胀后体积增加l倍考虑，一般取3倍桩径，桩距太大则约束力太小。平面布置可为梅花形或正方形，一般离桩的3—4倍桩径外，原状土得不到挤密或消除湿陷。

2023/2/1203)桩长桩长根据土层加固要求和上部结构情况而定。如加固是为了形成一个压缩性较小的垫层，桩长可较小，一般可取2—4m；如加固是为了减少沉降，则需要较长的桩，应深入到压缩土层界限内；如加固是为了消除黄土湿陷或处理湿陷性事故，则桩长应达到消除湿陷层要求的深度；如是为了解决深层滑动向题，则桩长应穿过滑动面。(三)施工工艺

１、材料生石灰应选用新鲜块灰，并应破碎过筛，粒径为2-5mm，含粉量不得超过总重量的10％；CaO含量不得低于80％，其中夹石不大于5％，不含有机杂质。粉煤灰应采用干灰，含水量应小于5％。２、施工顺序多排桩：先外排后内排，先周边后中间单排桩：先两端后中间，间隔１-２孔2023/2/1213、成桩(1)成孔桩成孔与灰土桩基本相同，可采用沉管法、冲击法、螺旋钻进法、爆扩法等。(2)填夯桩孔经验收合格应立即向桩孔内分层填入要求粒径的生石灰。石灰粉煤灰桩、粉煤灰与生石灰的重量比一般为3：7，使用时要拌合均匀。用人工填料，每填20一50cm，用10一15Kg的夹板锤或梨形锤进行夯实。

(3)封顶因生石灰吸水膨胀，对各个方向都将产生很大的膨胀力，为减少向上