水泥土重力式围护结构

水泥土重力式围护结构第一页，共80页。水泥土重力式结构的特点：

（1）适用于基坑开挖深度；对于软土的基坑支护，一般支护深度不大于6m，对于非软土基坑的支护则支护深度可达10m，做止水帷幕则受到垂直度要求的控制。

（2）用途：（a）作为基坑开挖重力式围护结构，同时起到隔水作用；（b）作为提高边坡抗滑稳定性加固；（c）作为止水帷幕（独立式及联合式）；(d)与其它桩、型钢等组成组合式结构。第二页，共80页。

水泥土重力式围护结构设计计算方法按重力式挡土墙考虑，主要包括下述计算内容：

1.初步确定挡土墙的宽度B和长度L（或插入深度d）；

2.土压力计算（或挡土墙荷载主力、附加力及特殊力计算）；

3.抗倾覆验算；

4.抗滑动验算；

5.墙体强度验算；

6.基坑抗隆起验算；

7.整体稳定性验算；

8.抗管涌验算。如果3～８项验算中存在不满足要求或安全度偏高，则应调整挡土墙尺寸，重新验算，直至合格满足规范要求，且较经济合理为止。第三页，共80页。第四页，共80页。

1.初步确定挡土墙宽度B和长度L

基坑开挖深度为H，根据地基土质情况，挡土墙宽度B可取（0.45~0.95）H，基坑底插入深度d可取（0.7~1.2）H，即挡土墙长度L=（1.7~2.2）H。2.土压力计算

1）方法一：作用在离地面深度为h处的主动土压力密度pa为：

(2.2.21)

作用在离地面深度为h处的被动土压力密度pp为:(2.2.22)式中

Ka——主动土压力系数，

Kp——被动土压力系数，第五页，共80页。关于土压力计算的几点说明：(1)上两式是土体处于极限平衡状态下得到的，而且只考虑挡土结构的刚性平移。实际中水泥挡土墙在土压力作用下会产生弯曲变化，它将改变土压力按三角形分布的形状。大部分基坑围护工程中，土体未达到极限状态。土体未达到一定量的位移，实际主动压力要比式2.2.21计算值大，而被动压力要比式2.2.22计算值小。实际设计中，常对由式2.2.22计算得到的被动土压力值作一折减，若基坑周围建筑不允许围护结构产生较大位移，主动土压力计算值可取静止土压力值与由式2.2.21计算值之间。土的静止土压力系数K0值由下式计算；

K0=1-sinφ’(2.2.23)

为了考虑挡土结构弹性变形对土压力的影响，可采用“m”法进行验算。在“m”法中，作用在挡土结构上的力采用弹簧力模拟，每只弹簧的力不仅与土的基床系数有关，而且与该点位移有关。

第六页，共80页。关于土压力计算的几点说明：

(2)关于水土合算与水土分算的合理性在理论上尚未有明确结论。在工程实际上，不少工程师在计算中，对渗透系数较小的粘性土地基，采用水土合算计算土压力(包括水压力)，上式中的重度取饱和重度，土的强度指标取总应力指标。对渗透系数较大的砂土地基，采用水土分算，上式中的重度取有效重度，土的强度指标取有效应力指标。同时计算作用在支挡结构上的水压力，距地下水位距离为h’处水压力值Pw为：

Pw=γwh’(3)对多层地基，计算参数可采用厚度加权平均值计算土压力，也可分层计算土压力。第七页，共80页。

2）方法二：《建筑基坑支护技术规范》（JGJ120-99）规定的方法：①主动土压力计算：（a）对于砂性土、粉土及透水性好的杂填土按水土分算原则计算主动土压力：

(b)对于粘性土按水土合算原则确定主动土压力：式中

σai——作用于深度zj处的竖向应力标准值；

mj——计算参数，当zj<h时，取zj

，当zj>h时，取h；

ηwa——计算系数，当hwa≦h时，取1，当hwa>h时，取零；

zj——计算点深度；

hwa——基坑外侧水深；

cik——第i层土粘结力，由三轴固结不排水试验确定；

Kai——第i层土主动土压力系数。

γw——水的重度。第八页，共80页。②被动土压力计算：（a）对于砂性土、粉土及透水性好的杂填土按水土分算原则计算被动土压力：(b)对于粘性土按水土合算原则确定被动土压力：符号意义同上。第九页，共80页。3.抗倾覆验算

按重力式挡土墙计算绕前趾O点（图2-2-13）的抗倾覆安全系数。抗倾覆力矩MR有：（a）墙前被动土压力Pp及水压力对O点力矩；（b）水泥围护结构自重对O点力矩。倾覆力矩Ma有：（a）墙背主动土压力Pa及水压力对O点力矩；（b）地面荷载对O点产生的倾覆力矩。抗倾覆安全系数K1为：

K1=MR/Ma

(2.2.25)一般要求K1值不小于1.3（按《铁路路基支挡结构设计规范》2001）第十页，共80页。4.抗滑动验算

验算围护结构沿底面OA产生滑动破坏的可能性。滑动力Fa为：作用在墙背上的主动压力Pa及水压力之和；抗滑力FR为：墙前的被动土压力Pp及水压力之和FR2及OA面上能提供的抗滑力FR1之和。FR1为：

FR1=Wf+C0B抗滑动安全系数为：式中W——围护结构自重；B——OA界面宽度；

f、C0——OA界面上摩擦系数及内聚力；第十一页，共80页。5.墙体强度验算

按《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）规定：

1）压应力验算：

2）拉应力验算：式中

γ——水泥土墙平均重度；W——断面抗弯模量，m3。

γ0——基坑安全等级重要性系数；

fc——水泥土开挖龄期抗压强度设计值；

z——由墙顶至计算截面的深度；

M——单位长度墙截面弯矩设计值，M=1.25γ0MckNm；Mc——截面弯矩计算值。

第十二页，共80页。6.基坑抗隆起验算方法一（按墙体极限弯矩）：如图2-2-14所示，假定软土地基沿某圆柱面EF发生破坏和滑动，失去稳定的地基土绕圆柱面中心轴O转动，其滑动力矩Ma为：抗滑动力矩Mr为：抗隆起安全系数K3表达式为：式中q——基坑面上荷载，kPa；

γ——土的重度，kN/m3；

x,H——滑动面半径和基底深度m；Cu——地基土不排水抗剪强度kPa；一般要求K3不小于1.2。第十三页，共80页。7.整体稳定性验算《建筑基坑支护技术规程》建议采用圆弧滑动简单分条法计算，如图所示：式中

ci、φi——最危险滑动面上第i土条滑动面上的粘聚力、内摩擦角；

li——第i土条的弧长；

bi——第i土条的宽度；

Wi——第i土条的重力；

αi——弧线中点切线与水平线夹角。最危险滑动面往往在挡土墙底下0.5~1.0m处，如土层差，还可能深一些。资料表明，整体稳定性条件是嵌入深度的主要控制因素。

第十四页，共80页。8.抗管涌验算抗管涌验算如图2-2-15所示，基坑土体最大可能的渗透压应力f为：式中i——水力梯度；

γw——水的重度，kN/m3。抗管涌安全系数K5表达式为：式中

w1——基底表面单元体重力w1=γ’×1×1×1；

F——基底表面单元体受到的渗透压力F=f×1×1γ’——土的有效重度。由式2.2.35可得挡土墙插入基坑底深度d的表达式抗管涌安全系数K5一般不应小于1.5~2.5。第十五页，共80页。9.水泥土墙的变形计算1）“m”法（注册岩土工程师复习资料）挡墙被动土压力分布如图所示。将坑底以上的墙背土压力简化到挡墙坑底截面处（为M0、H0）,坑底以下墙体视为桩头有水平力H0和力矩M0共同作用的完全埋置桩，然后根据挡墙坑底以下墙身受力条件，计算墙坑底截面处的水平位移Y0和转动角θ0。

Y0=H0δHH-M0δHM

θ0=H0δMH-M0δMM式中

δHH、δHM——分别为单位力、力矩引起的挡墙截面的水平位移；

δMH、

δMM——分别为单位力、力矩引起的挡墙截面的转角。第十六页，共80页。①墙底支承于非岩石类土中且ahp≥2.5时，或墙底支承于基岩ahp≥3.5时②墙底支承于非岩石类土中且ahp＜2.5时，或墙底支承于基岩且ahp＜3.5时第十七页，共80页。

③作用在坑底处挡墙截面上的力矩M包括坑底以上的墙背上压力产生的力矩M0和坑底以上的墙体自重产生的力矩Mw1，当M<0时，略去力矩对位移的影响，此时

Y0=H0δHHθ0=H0δMH

墙顶位移：式中a=mb1/EIE——水泥土搅拌桩弹性模量；mv——墙底土的地基系数；

I——挡墙截面的惯性距I=B3b1/12b1——挡墙计算单元长度，一般取b1=1.0m；

m——地基土水平抗力沿深度墙长的比例系数；

A0、

B0、

C0——无量纲系数。

A、

B、

C

、D——无量纲系数，按ahp查《建筑桩基技术规范》（JGJ94-94）第十八页，共80页。2.2.6施工单轴、双轴深层搅拌机械，喷浆、喷粉深层搅拌法，各自都有一定的优势。一般采用：处理低含水量地基土用喷浆，高含水量地基土（淤泥）用喷粉。处理民用住宅的条基采用单轴比较灵活，应用于围护结构、防渗帷幕特别是在搅拌形成水泥土块体时，双轴比单轴有优势。第十九页，共80页。2.2.7质量检测高压喷射水泥水灰比宜为1.0~1.5。切割搭接宽度应符合下列规定：旋喷固结体不宜小于150mm；摆喷固结体不宜小于150mm；定喷固结体不宜小于200mm；水泥土桩应在施工一周内进行开挖检查或采用钻孔取芯等手段检查成桩质量，若不符合设计要求，应及时调整施工工艺。水泥土墙应在设计开挖龄期采用钻芯法检测墙身完整性，钻芯数量不宜小于总桩数的2%，且不应少于5根；并应根据设计要求取样进行单轴抗压强度试验。第二十页，共80页。2.3强夯法和强夯置换法2.3.1概述强夯法是使用吊升设备将很重的锤（一般为100～600kN）起吊至较大高度（一般为6～40m）后，使其自由落下，产生巨大的冲击能量（600～10000kNm）作用于地基，给地基以冲击和振动，从而在一定范围内使地基的强度提高，压缩性降低，改善地基的受力性能。强夯法适用条件：

1.强夯法适用于加固碎石土、砂土、低饱和度的粘性土、素填土、杂填土、湿陷性黄土等地基。通常认为强夯法只使用于塑性指数Ip≤10的土。

2.对于淤泥和淤泥质土结构强度破坏后，土体强度恢复很慢，甚至难于恢复。土体渗透系数小，超孔隙水压力极难消散，故不宜采用强夯法加固。

3.强夯置换法在地基中设置碎石墩，并对地基土进行挤密。强夯置换法使用范围较广。第二十一页，共80页。2.3.2强夯法和强夯置换法加固原理1.强夯法加固基本原理：土层在巨大的强夯冲击能作用下，土中产生了很大的应力和冲击波，致使土中孔隙压缩，土体局部液化，夯击点周围一定深度内产生裂隙形成良好的排水通道，使土中孔隙水（气）顺利溢出，土体迅速固结，从而降低此范围内土的压缩性，提高地基承载力。有资料显示，经强夯的粘性土，其承载力可增加100%～300%，粉砂土可增加200%～400%。第二十二页，共80页。1)饱和土的加固机理

传统的饱和土固结理论为Terzaghi固结理论：认为饱和土是二相土，假定水和土粒本身是不可压缩的，固结就是土体孔隙体积的缩小和孔隙水的排出。饱和土在冲击荷载的作用下，水不能及时排除，故土体积不变而只发生侧向变形，因此夯击时饱和土造成侧面隆起，重夯时形成“橡皮土”。强夯时则不同，Menard认为：饱和土并非二相土，二相土的液体中存在一些封闭气泡，约占气体总体积的1%～3%，在夯击时，这部分体积可压缩，认为饱和土是可压缩的。他还提出了一个新的动力固结模型。Menard动力固结理论及模型概述：①饱和土的压缩性（液体的可压缩性）：强夯时土体中封闭气泡体积压缩，孔隙水压力增大，随后气体体积有所膨胀，孔隙水排出，液相、气相体积减小，即饱和土具有可压缩性，这就是强夯时土体产生瞬间压缩变形的条件。第二十三页，共80页。1)饱和土的加固机理

②不定比弹簧（局部液化）：强夯时土体结构被破坏，土体被压缩，土粒周围的弱结合水由于震动和温度影响，束缚作用降低，随着夯击能量的增大，可产生局部液化，弱结合水变成自由水，土的强度下降到最小值。随着自由水被排出，孔隙水压力降低，结构恢复，强度增加，因此土的压缩模量在各阶段不断变化。③变孔径排水活塞（可变渗透系数）：由于强夯时夯击能较大并以波的形式传播，在土体内出现裂隙，形成树枝状排水网络，使土体渗透系数变化，孔隙水得以顺利溢出。随着孔隙水压力消散，土颗粒重新排列，微裂缝重新闭合。④有摩擦活塞：在强夯击作用下土中含气孔隙水不能立即消散而具有滞后的现象，气相体积不能立即膨胀。也就是夯坑较深的压密土被外围土约束而不能膨胀。而重夯击实时压密土很浅，侧向土不能约束加固土，土产生侧向膨胀，气相立即恢复，不能形成孔隙水压力，土不能被压密，这是重夯时出现“橡皮土”的原因。第二十四页，共80页。2）非饱和土加固机理

强夯时在土中形成很大的冲击波（主要是纵波和横波），土体因而受到很大的冲击力，此冲击力远远超过土的强度。在此冲击力的作用下，土体破坏，土颗粒相互靠拢，排除孔隙中的气体，颗粒重新排列，土在动荷载作用下被挤密压实，强度提高，压缩性降低。非饱和土夯击一遍后，夯坑深度可达0.6～1.0m，夯底形成一层厚度为夯坑直径的1.0~1.5倍的超压密土层，承载力可比夯前提高2~3倍。第二十五页，共80页。σ——土中的动应力与自重应力之和；σf——土的极限强度。

第二十六页，共80页。图2-3-1

第二十七页，共80页。

第二十八页，共80页。

第二十九页，共80页。2.强夯置换法加固原理

为了发展强夯加固地基应用于饱和粘性土地基，发展了强夯置换法。强夯置换法加固机理：利用重锤高落差产生的冲击能将碎石、矿渣等物理力学性质较好的材料强力挤入地基，在地基中形成一个一个碎石墩。对周围土体的作用同强夯法。在强夯置换过程中，土体结构破坏，地基土体中产生超孔隙水压力。随着时间发展土体结构强度会得到恢复，碎石墩一般具有较好的透水性，利于土体中超孔隙水压力消散，产生固结。

第三十页，共80页。

碎石墩复合地基

1第三十一页，共80页。2.3.3强夯法设计与施工1.设计（1）强夯法有效加固深度和单位夯击能强夯法有效加固深度H，可用下式（梅纳Menard）估算：有效加固深度除取决于锤重和落距之外，地基土性质、不同土层厚度，地下水位，以及夯击次数，锤底面积等对其也有影响。第三十二页，共80页。《建筑地基处理技术规范》推荐的表1第三十三页，共80页。2.3.3强夯法设计与施工

在设计中，根据需要加固的深度初步确定采用的夯击能，然后再根据击距条件确定起重设备、自动脱钩装置、夯锤尺寸。夯锤平面一般为圆形，夯锤中设置若干个上下贯通的起孔，夯锤底面取决于表层土质，对砂性土一般为2~4m2，对粘性土一般为3~6m2。第三十四页，共80页。（2）夯击范围和夯击点布置

强夯法处理范围应大于建筑物基础，每边超出基础外缘的宽度一般为加固厚度的1/2至2/3，并不小于3m。夯击点一般为三角形布置或正方形布置，第一遍夯击点间距可取5~9m，以后可适当减小。图中三角形布置4.2m,4.2m,3.0m,2.1m。第三十五页，共80页。（3）夯击击数和夯击遍数

每遍夯点夯击数可通过实验确定。一般以最后一击的沉降量小于某一数值，或连续二级的沉降差小于某一数值为标准。每夯点夯击数N也可采用下式估算：夯击遍数一般可采用点夯2~3遍，最后再以低能量满夯2遍（对于渗透性较差的细粒土）。第三十六页，共80页。（4）间歇时间

时间间隔取决于土中超孔隙水压力的消散。对渗透性好的地基，超孔隙水压力消散很快，夯完一遍，第二遍可连续夯击。粘性土地基夯完一遍一般需要间歇3~4周才能进行下一遍夯击。第三十七页，共80页。

（5）现场测试设计

现场测试主要包括：a.地面沉降观测；b.孔隙水压力观测；c.强夯振动影响范围观测：通常将地面的最大振动加速度等于0.98m/s2（认为是相当于7度地震列度）的位置作为设计振动是的安全距离。一般建议夯坑离建筑物的最小距离为15m~20m，也有距离只有3m（单击夯击能1000kNm）进行夯击的报道。为了减小振动对建筑物的影响，可在夯区周围设置隔振沟。第三十八页，共80页。2.施工

强夯法施工一般按下列步骤：（1）清理并整平施工场地；（2）铺垫层；（3）夯点放线定位；（4）按设计进行第一遍夯击；（5）完成第一遍夯击后，用推土机填平夯坑，并测量场地高程；（6）在规定间歇时间内进行第二遍夯击；（7）按上述步骤完成设计要求的夯击遍数，最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后高程。第三十九页，共80页。

2.3.4强夯置换法设计与施工

1.设计强夯置换法设计内容与强夯法基本相同，也包括下述几方面：（1）起重设备和夯锤的确定；（2）夯击范围和夯击点布置；（3）夯击击数和夯击点布置；（4）间隔时间；（5）现场测试。第四十页，共80页。

2.3.4强夯置换法设计与施工

几点说明：（1）深圳机场停机坪采用强夯置换法加固地基时，采用特制的异形锤，横断面直径1.0m，高2.5m，重150kN，落差17~18m，比一般夯锤置换率提高4倍。（2）夯击点间距比一般强夯法大。夯击点间距按设计的复合地基置换率确定。深圳机场停机坪夯点采用正方形布置，(3~3.2)(3~3.2)m2。马鞍山钢厂原料厂夯点采用三角形布置，点距3.5m。（3）夯击击数一般每遍取三夯，一般夯三遍，再进行满夯。（4）置换法夯击前垫层要用碎石垫层，厚度一般2m。第四十一页，共80页。

2.施工

深圳机场停机坪强夯置换法加固地基施工步骤：（1）平整场地；（2）铺级配碎石垫层；（3）强夯置换设置碎石墩，墩长6~7m；间距(3~3.2)(3~3.2)m2；（4）平整并填级配碎石垫层；（5）满夯一遍；（6）找平，并铺土工布。（7）回填风化石渣垫层，用振动碾碾压8遍。第四十二页，共80页。

2.施工

马鞍山钢厂原料堆场强夯置换夯点布置示意图。第四十三页，共80页。

2.3.5强夯法和强夯置换法质量检验击加固效果

1.强夯法根据地基工程地质情况及地基处理要求，选择下列方法进行质量检验：室内土工试验测定处理后土体的物理力学指标，现场十字板试验，静力触探试验，旁压仪试验，波速试验和荷载试验。第四十四页，共80页。强夯法工程实例

（1）河北藁城热电厂松砂地基强夯法处理土质为黄褐色粘土、粉土、细砂等，地基承载力110~130kPa，在洪水期6m以上产生液化。强夯法施工要素：夯锤直径2.1m，高1.2m，重105kN，落距10~12m。夯点三角形布置，夯点距离5m。夯点击数由最后三夯沉降量控制在30mm~50mm确定。采用一遍连夯方法。加固深度达到6m，消除了地基土液化，地基承载力提高到170~190kPa。第四十五页，共80页。强夯法工程实例（2）兰州乳品厂杂填土地基强夯法处理工程地质情况，以工业建筑垃圾为主的人工填土，厚度为4.5~5.7m，具有较大的湿陷性；第二层为淤泥质亚粘土，厚度0.8~2.0m，第三层为卵石层。强夯要素：夯锤重100kN，落距18m，夯点正方形布置，点距3.5m。采用一遍顺次夯击方案，每夯击点12击，每夯平均下沉量50~80mm。加固效果检验：浸水载荷试验表明处理后地基容许承载力300kPa。强夯前地基在100kPa压力时浸水附加沉降233mm；强夯后200kPa时，地表下1.5m和3.5m处浸水附加沉降分别为1.5mm和0.55mm。处理效果良好第四十六页，共80页。2.强夯置换法

强夯置换法质量检验：除了了解墩间土的性状外，更需要了解复合地基的形状。强夯置换法处理后的地基承载力可采用复合地基荷载试验确定。采用强夯置换法处理，需要了解强夯置换形成的碎石墩的直径和深度，可采用雷达检测、斜钻孔检测来检查碎石桩的形状。第四十七页，共80页。2.强夯置换法实例（1）马鞍山钢厂堆场强夯置换法处理（1992）工程地质情况：场地属于长江河漫滩阶地，地形平坦，地层为第四系河流冲积层。上部为饱和软粘土，下部为砂。地层如表2-3-2。强夯置换法施工要素：夯锤重200kN，夯击能量3200kNm，垫层厚度1.5m~2.0m，夯点三角形布置，间距为3.5m，在三角形中点设置塑料排水带一根。第一遍每夯点三夯後用钢渣或山皮土填满夯坑，同样再夯第二遍和第三遍。形成如图2-3-5所示的碎石桩复合地基。第四十八页，共80页。1第四十九页，共80页。1第五十页，共80页。2.强夯置换法实例（2）广东番禺莲花山软粘土地基复合强夯置换法（1993）工程地质情况：第一层灰黑色耕植土和吹填细砂，饱和、软塑状，厚度2.5~3.0m；第二层为灰褐色淤泥，饱和、软塑-流塑状，含水量高达60%~80%，厚5~8m，第三层为砂土，第四层为坚实亚粘土。强夯施工置换要素：夯锤重130kN，直径2.1m，落距15.5m，夯点间距为2.5m，第五十一页，共80页。2.强夯置换法实例

第一遍控制落坑深度在1.5~2.0m，此时一般为6击夯，然后在夯坑内充填石碴，石碴最大粒径30cm。第二遍与第一遍相同，第三遍进行3击夯。最后填平地面，碾压3遍。强夯置换法处理效果：处理前天然地基承载力为40kPa，处理后复合地基承载力220kPa。第五十二页，共80页。2.4碎石桩法2.4.1概述

碎石桩法：是在地基中设置由碎石（或矿渣等松散颗粒材料）组成的竖向增强体形成复合地基达到地基处理的目的。按照施工方法的不同，碎石桩法又可分为下述几种：（1）振冲碎石桩法；（2）干振挤密碎石桩法；（3）沉管碎石桩法；（4）沉管夯扩碎石桩法；（5）强夯置换碎石桩法；（6）袋装碎石桩法。第五十三页，共80页。2.4碎石桩法

碎石桩法加固地基的原理是在地基中设置碎石桩，形成复合地基以提高地基承载力和减少沉降。碎石桩桩体具有很好的透水性，利于超孔隙水压力消散，碎石桩复合地基具有较好的抗液化性能。碎石桩属于散体材料桩，其桩体承载力取决于桩周土提供的侧限力。软粘土地基提供侧限力较小，碎石桩法处理粘土地基，地基承载力提高幅度较小。第五十四页，共80页。2.4.2振冲碎石桩法

采用振冲法在地基中设置碎石桩加固地基的方法称为振冲碎石桩法。振冲碎石桩法适用于处理不排水抗剪强度小于20kPa的粘土、粉砂土、砂土、饱和黄土和人工填土地基。第五十五页，共80页。2.4.2振冲碎石桩法振冲碎石桩法施工工艺第五十六页，共80页。2.4.2振冲碎石桩法

在砂性地基中：一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减小；另一方面，在回填碎石时，依靠振冲器的水平振动通过填料使砂层进一步挤压密实。通常桩间土相对密度可达到75%以上，地基承载力提高2~5倍。也可只通过振冲挤密就可使砂性土密实，达到地基加固的目的。第五十七页，共80页。2.4.2振冲碎石桩法在粘性土地基中：设置碎石桩不可能使饱和粘土挤密，制桩过程是置换过程。在制桩过程中，由于振动挤密，对桩间土产生扰动，桩间土强度会降低。实测表明桩间土十字板抗剪强度可能降低10~40%。第五十八页，共80页。2.4.2振冲碎石桩法碎石桩复合地基承载力特征值Pcf可用下式表示：式中

——分别为桩体、天然地基极限承载力，kPa；

m——复合地基置换率。对小型工程的粘土地基如无现场资料，复合地基承载力特征值可用下式计算：

Pcf=[1-m(n-1)]Psf式中n——桩土应力比，取2～4。第五十九页，共80页。2.4.2振冲碎石桩法碎石桩加固区压缩模量采用复合模量法，复合模量采用下式计算：

Ecs=[1+m(n-1)]Ess(2.4.3)式中Ess——桩间土的压缩模量；

n——桩土应力比。桩土应力比n在无实测资料时，对粘性土可取2~4，对粉土可取1.5~3.0，天然地基土体强度较高时取低值，强度较低时取高值。

第六十页，共80页。2.4.3干振挤密碎石桩法

干振挤密碎石桩法加固地基技术是由河北省建筑科学研究所等单位开发成功的一种地基加固技术。主要设备是干法振动成孔器，如图2-4-2。直径280~330mm，有效长度6m，自重约22kN。

第六十一页，共80页。2.4.3干振挤密碎石桩法

干振挤密碎石桩法主要适用于地下水位较低的非饱和粘性土、素填土、杂填土和二级以上非自重湿陷性黄土。施工工艺如下：首先用振冲器成孔，属不排水成孔，成孔过程中孔中的土体被挤到周围的土体中去；提起振孔成孔器，向孔内倒入约1m厚度的碎石，再用成孔器捣固密实，继续到碎石，直至碎石桩形成。碎石桩和压密的桩间土形成碎石桩复合地基。干振挤密碎石桩法与振冲挤密碎石桩法不同之处是不用高压水冲，所形成的复合地基也是碎石桩复合地基。其复合地基承载力和沉降计算与振冲碎石桩相同。第六十二页，共80页。2.4.4沉管碎石桩法

采用沉管打桩机在地基中设置碎石桩，按施工方法可以分为三种：管内投料重锤夯实法；管内投料振冲密实法；先拔管、后投料复打密实法。管内投料重锤夯实法（又称锤击碎石制桩工艺）：该方法是由中南勘察设计院和武汉地质勘查基础工程公司率先开发，如图所示。第六十三页，共80页。2.4.4沉管碎石桩法

管内投料重锤夯实法使用的设备主要有两个卷扬机的打桩机架，一根直径为300~400mm的钢管，管内有一吊锤（或称冲锤）。施工工艺：（1）移机就位：将导管中心对准桩位。（2）投石制塞：往导管内填入一定数量的碎石（一般高度为0.6~1.2m），形成碎石塞。（3）内击沉管：用吊锤冲击管内石塞，碎石和导管一起沉入土中达到一定深度。（4）击穿碎石：导管到达一定深度后，将导管拔起数十厘米，然后用吊锤将碎石塞击出管外，并使其冲入管底土中一定深度，称为“冲锤超深”，一般为0.5~1.0m。（5）分段填冲。（6）桩完成。超高一般0.5~1.0m。第六十四页，共80页。2.4.4沉管碎石桩法

管内投料振动密实法管内没有重锤夯实，依靠沉管振动密实，但要控制拔管速度，注意填料量，达不到要求时要复打。先拔管、后投料复打密实法通常采用常规沉管打桩机沉桩管，然后将管拔出。再向桩孔内投料，利用复打的方式密实桩体填料，形成碎石桩复合地基。对容易发生缩孔的地基，该法不能采用。沉管碎石桩复合地基承载力和沉降可通过荷载试验确定，也可利用散体桩复合地基理论计算。计算式同振冲桩复合地基。第六十五页，共80页。2.4.5夯扩碎石桩法

夯扩碎石桩法是沉管碎石桩法中先拔管、后投料复打密实法的发展，工艺流程如图。夯扩碎石桩法使用于非饱和土地基、对杂填土、素填土地基加固效果好。若地基中各土层强度不同，在相同夯击能作用下，低强度土层中碎石桩桩径较大，高强度碎石桩直径较小，形成葫芦状，有利于提高地基加固效果。第六十六页，共80页。2.4.6袋装碎石桩法

碎石桩属于散体材料桩，它需要桩间土提供一定的侧压力，才能形成桩体，具有一定的承载力。当天然地基土侧压力过小时，VanImpe(1985)等建议，采用土工织物将碎石桩包裹上，形成袋装碎石桩。国外也有采用竹笼、钢丝网包裹碎石桩的报道。福州大学岩土工程教研室采用自制的简易的射水器，射水成孔深度可达12~13m，直径为40~45cm，放入编织袋后，采用小直径的振动器，这样就可以边填料边捣实，而上段部分则采用插入式混凝土振动器振实，使振实效果大大提高。试验表明，福州大学住宅楼天然地基承载力为63kPa，当置换率为0.15时，复合地基容许承载力可达117~141kPa。这种方法特别适用于含水量高、低强度的软粘土中应用。这种新型碎石桩的提出，有助于降低工程造价，促进碎石桩在软粘土地基中的推广应用。第六十七页，共80页。2.4.7碎石桩复合地基设计

各类碎石桩复合地基设计主要包括下数几方面：碎石桩桩体尺寸，布桩形式和桩距的确定，桩体尺寸和桩长。碎石桩长主要根据复合地基变形控制，按建筑物地基变形允许值确定。在可液化地区中，桩长按要求的抗震处理深度确定。布桩范围一般情况下在基础外缘扩大1~2排桩，对可液化地基，扩大2~4排桩。振冲桩直径可按每根桩所用填料量计算，常为0.8~1.2m。各类碎石桩复合地基的承载力和沉降可按散体材料复合地基理论计算。第六十八页，共80页。2.4.8质量检验和加固效果

各类碎石桩法质量检验均应重视检查施工纪录。如振冲碎石桩法要检验各段密实电流、留振时间和填料量是否符合设计要求。沉管碎石桩法要检查各段填料量以及提升和挤压时间是否符合设计要求。对碎石桩与桩间土可采用标准贯入、静力触探或动力触探等方法进行检验。规法规定（JGJ79-91)对采用振冲法施工，除砂土地基外，施工结束后应间隔一定时间，方可进行质量检验。对粘性土地基间隔时间可取3~4周；对粉砂土地基，可取2~3周。对大型的、重要的或场地复杂的碎石桩复合地基应进行单桩、桩间土，以及复合地基荷载试验检验地基处理效果。第六十九页，共80页。2.4.8质量检验和加固效果（工程实例）

（1）某油罐软土地基振冲地基碎石桩加固工程地质：第一层土厚度1.4~3.0m，第二层土厚度2.5~4.3m，第三层土厚度8.4~14.3m。

第七十页，共80页。2.4.8质量检验和加固效果（工程实例）

设计与施工情况：由试验桩施工情况制定出施工控制指标：(1)水压0.4~0.8MPa；(2)碎石填料粒径不大于5cm，含泥量

5%；(3)制桩密实电流I60A；(4)留振时间t10s；(5)每米桩长填料量V0.60m3/m；(6)打桩深度达到第三层持力层为准。

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质量检验与加固效果：采用荷载试验进行