振冲法加固地基讲义内容丰富

第四章振冲法

一、概述

碎石桩(StoneColumn)和砂桩(SandPile)等在国外统称为粗颗粒土桩(GranularPile)。它是指用振动、冲击或水冲等施工方式，在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂等粗骨料挤压入孔中，使被加固的松散地基挤密或填料成桩并和原地基土组成复合地基，提高地基强度的加固技术。5/23/20231地基处理技术第四章振冲法振冲法示意图5/23/20232地基处理技术第四章振冲法

1937年德国凯勒公司（JahannKeller）按斯图门(Steuerman)设计制造出具有现代振冲器雏形的机具，并开始用于加密砂基，其有效性和经济性越来越为人们所承认。50年代末60年代初德国和英国相继把振冲法用来加固黏土地基，我国在大坝、道路、桥涵、大型厂房及工业与民用建筑地基上广泛采用了振冲法加固技术。我国在实际工程中采用的振冲法是一种水平径向的振动。双向振冲处于试验研究阶段。

5/23/20233地基处理技术第四章振冲法

随着各种不同的施工工艺相应产生，如沉管法、振动气冲法、袋装碎石桩法、碎石桩强夯置换法等，虽然它们施工不同于振冲法，但同样可形成密实的碎石桩，人们自觉或不自觉地套用了“碎石桩”的名称。所以碎石校的内涵扩大了。不管加固的地基是砂性土还是黏性土；不论施工方法是振冲法、干振法、振动沉管法还是其它方法，只要制成的是以石料组成的柱或桩体，均称为“碎石桩”。5/23/20234地基处理技术第四章振冲法振冲法按加固机理和效果的不同，分为振冲置换法和振冲密实法两类。前者是在地基土中借助振冲器成孔，在孔内填料、振密，制作出以碎石、砂砾等散粒材料组成的桩体，该桩体与原地基土组成复合地基，又称振冲置换碎石桩法；后者是在松散的砂层中，使砂层液化、密实，可根据砂土的不同，有加填料和不加填料两种，又名振冲挤密砂桩法。5/23/20235地基处理技术第四章振冲法振冲法加固软弱地基的特点：1.振动力直接作用在地基深层软弱土的部位，对软弱土施加的振动侧向挤压力大，因而使土密实的效果与其它地基处理方法相比为最好；2.对不均匀的天然地基土，在平面和深度范围内，由于地基的振密程度可随地基软硬程度对不同的填料量进行调整，同样可取得相同的密实电流，使加固后成为较为均匀的地基，以满足工程对地基变形的要求；3.施工机具简单、操作方便、施工速度较快、加固质量容易控制，目前的施工技术最深可达30m；5/23/20236地基处理技术第四章振冲法

4.不用钢材和水泥，仅用碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂、粗砂和中砂等当地硬质材料，因而造价较低，与钢筋混凝土桩基相比较，一般可节约投资三分之一；5.在天然软弱地基中，经振冲法灌入碎石或卵石等粗骨料，成桩后改变了地基排水条件，可加速地震时超孔隙水压力的消散，有利于地基抗震和防止液化。6.施工中排放污水、污泥量较大，在人口稠密地区和没有排污泥场地时使用受到一定限制。5/23/20237地基处理技术第四章振冲法振冲法适用条件：振冲置换法一般适于处理不排水抗剪强度大于20kPa的黏性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基，但对不排水抗剪强度小于20kPa的淤泥质土、淤泥等地基，应通过场地试验确定其适用性。这样既不限制适用范围，也对设计人员采用时提醒其应持慎重态度；振冲密实法适于处理砂土和粉土等地基，不加填料的振冲密实法仅适用于处理粘土粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。5/23/20238地基处理技术第四章振冲法

二、加固地基原理（一）松散地基加固

疏松的砂性土不经处理不能作为建筑地基。碎石桩不论振冲法或干振法)加固砂性土地基的主要目的是提高地基土的承载力和模量，并增强抗液化性。1.

挤密效应振冲器的水平振动加水使饱和砂层液化、砂颗粒重新排列，孔隙减少；水平振动力又可使砂层挤压、加密；若做碎石桩，则桩体具有良好透水性，加速地基固结。5/23/20239地基处理技术第四章振冲法2.

排水减压效应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裁作用时，将发生体积收缩和趋于密实。在砂土无排水条件时，体积的块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土产生液化，并可加快地基的排水固结。5/23/202310地基处理技术第四章振冲法3.

预震效应美国的试验表明，密实度Dr＝54％但未受过预震影响的砂样，与其抗液化能力相当于相对密实度Dr＝80％的未受过预震的砂样相比，即在一定循环次数下，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的特性，除了与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，振冲器以每分钟1450次振动频率，9.8m／s2水平加速度和90kN激振力喷水沉入士中时，使填料和地基土在挤密的同时获得强烈的预振，这对砂土增强抗液化能力是极为有利的。5/23/202311地基处理技术弹性区挤密区过渡区流态区振冲孔第四章振冲法5/23/202312地基处理技术第四章振冲法（二）黏性土地基加固由于黏性土在施加上振动后具有的“触变现象”（密实度不变，强度能恢复到原来强度的特性），所以振冲法只是成孔，然后孔内填料成桩，桩与原地基土形成复合地基。由于桩、土的变形模量不等（土为1～5MPa；桩3～10MPa），施加荷载后，一部分荷载作用在桩上，另一部分作用在地基土上。由于碎石桩的刚度比桩周土的刚度大，而地基中应力按材料变形模量进行重新分配时，大部分荷载将由碎石桩承担，桩体应力和桩间黏性土应力之比值称为桩土应力比。5/23/202313地基处理技术第四章振冲法

三、设计计算

（一）设计的一般原则1.处理范围振冲挤密法：建筑物基础外缘每边加宽至少5m。振冲置换法：一般地基，在基础外缘应扩大1～2排桩；对可液化地基，在基础外缘应扩大2～4桩。2.桩位布置和桩距对大面积满堂处理，桩位采用等边三角形布置；对独立或条形基础，采用正方形、矩形、或等腰三角形布置。5/23/202314地基处理技术第四章振冲法桩的间距根据地基土性质、荷载大小、振冲器的功率来确定。如振冲器为30kW，则桩距为1.8～2.5m；振冲器为75kW，则桩距为2.5～3.5m。振冲挤密法也可按3-5式来计算。

（4-1）式中s—桩距，m；α—系数，正方形为1，等边三角形为1.075；VF—单位桩长平均填料量，0.3～0.7m3；V—原地基为达到规定密实度单位体积所需填料量。5/23/202315地基处理技术第四章振冲法

ep—桩体材料孔隙比；e0—原地基土孔隙比；e—地基土要求达到的孔隙比。振冲置换法的桩距一般为1.5～2.5m。3.桩长的确定当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层的埋藏深度确定；当相对硬层的埋藏深度较大时，应按建筑物地基的变形允许值确定。桩长不宜短于4m。桩顶应铺设一层200～500mm厚的碎石垫层。

5/23/202316地基处理技术第四章振冲法4.桩的直径可按每根桩所用的填料计算，一般振冲挤密法为0.3～0.5m；振冲置换法为0.8～1.2m。5.填料选择振冲挤密法：可采用中粗砂或砂砾混合物，原地基为中粗砂时可不加填料；振冲置换法：碎石、卵石、砾砂、矿渣、碎砖等，粒径一般为2～5cm。6.振动影响振冲器工作时其振波向四周传递，对于松砂地基，影响不超过8m；对于黏性土地基不超过2～3m。所以一般不做抗振处理。5/23/202317地基处理技术第四章振冲法二、对砂性土设计计算对砂性土地基，主要是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要求)，确定碎石桩加固后要求达到的密实度和孔隙比，从而考虑桩位布置形式和桩径大小，再计算桩距和桩长。5/23/202318地基处理技术第四章振冲法

1.

桩距确定设碎石桩的布置如图4—1示，假定在松散砂土中打入碎石桩能起到100％的挤密效果，即在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。已知一根碎石桩所分担的加固面积为A，单位深度灌碎石量为AP，原砂土地基单位深度的平均体积为Vo，其中原砂的固体颗粒所占的体积为Vs，桩距为L(图4—2)。图4-1正方形布桩示意图图4-2孔隙比变化示意图5/23/202319地基处理技术第四章振冲法

当正方形布置时，处理前体积：（4-2）处理后体积：（4-3）从式(4—2)和(4-3)可求得：

（4-4）（4-5）设桩体直径为d，由于5/23/202320地基处理技术第四早章振冲外法当正桃方形争布置散时：（4-顺6）当等隔边三映角形亦布置宝时：（4武-7欺）地基态挤密果后要烫求达俘到的抢孔隙脚比e1，可按救工程对阻地基承午载力要嘱求或按之挤密后圈要求，听达到抗经液化的厘相对密破实度Dr确定玩：（4-歌8）——砂土础的最大猫和最小棍孔隙比利，可按傍国家标些准《土裕工试验疗方法标巩准》(征GBJ外l23但—88镇)的有魔关规定别确定；——地匪基挤密弦后要求贫砂土达孕到的相雪对密实富度，可缘瑞根据场由地地震品烈度需微要而取捐得，一满般为。5/5寇/20吐2321地基处捡理技术第四章振冲味法碎石鸦桩每数根桩饼每米插长度录的填袜料量抹q为捕：（4-育9）式(卷4—勿6)种和(适4—捡7)贯也可膛用加欺固前捞、后望土的故重度井γo畅和γ阁1，污表示皱，即怪：（4号-1撒0）（4-局11）当正抛方形嚼布置撇时：等边混三角概形布爹置时碌：实际裙上，瓜成桩茄后挤担密范炸围内酒地面桑经常抹发生支隆起第或下号沉现兄象，恋说明锻挤密蓝范围采内土天层体冈积已闪发生走变化背，因误此，盾若按戴以上州公式漆计算宅，则狠结果予会时勇大时德小，宿需要沸修正愿：5/5舰/20粪2322地基腔处理计技术第四亭章振冲法当正方划形布置蚂时：等边患三角宰形布弃置时催：式中：权l——爹桩长，麦m；Δ晒h——漆制桩过伴程中地淋面高程拦升降殃变化（独升＋降状－），飞m。5/5楼/20久2323地基处独理技术第四章振冲法2.常液化像判别根据《陷建筑抗恼震设计另规范》丽(GB泼Jll番—89糕)规定卫：应采窝用标准震贯入试盼验判别翠法，在切地面下盲15m赞深度范亭围内的汤液化土露应符合辨下式要阿求(当立有成熟京经验时颠，尚可肃采用其消它判别腔方法)送。N63之.5——饱和土藏标准贯悔入锤击援数实测堡值(未帽经杆长怠修正)违；Ncr同——液棋化判别世标准贯晒入锤击弯数临界秆值；5/5扰/20隙2324地基票处理忠技术第四章振冲法N0——脑液化丧判别累标准似贯入张锤击录基准圆值，耐应按楼表采菜用ds——饱刑和土标映准贵入煤点深度糊，mdw——膀地下夕水位右深度期，宜迷按建此筑使筑用期化内年黑平均浙最高查水位泪采用沟，也线可按捷近期厨年最倒高水叠位采俭用，检m辉；ρc——起粘粒绝含量案百分趟率，膛当小吐于3重或为淋砂土办时，碍均应着采用轧3。5/己5/抄20肥2325地基处医理技术第四救章振冲煮法三、黏厚性土设陶计计算在黏把性土胆地基柱中打蹈入挤芬密砂讲桩后里，形膊成了宏黏性植土和拥砂桩企的复智合地席基，硬其应锣力分渣布由名于黏惑性土康和砂召桩的寸物理哲、力泻学性稳质不饭同，挑二者挺分担用的应舅力也对有所相不同辈，应堵力分图布产押生向译砂桩油的应医力集炭中，敢在黏涂性土伙地基持上，贵进行华砂桩苦设计谈时，宫应根得据不弊同的血对象僵，满弹足地磨基承坊载力敲、稳勿定性予和沉樱降等渔要求蛛。图4拆-3辩复渐合地货基示童意图5/抵5/斗20连2326地基处失理技术第四纺章振冲法在黏弓性土肌和砂戴桩所老构成昌的复示合地爽基中畅，当迷作用静的外秒荷载虑为p肺时，孙设作君用在确砂桩础的应觉力为扛fp、作用挎于桩间蛇黏性土患上的应蜘力为fs，假猫定在瓜砂桩港和黏谈性土链的各孟自的成作用雹面积取为A柴p及裤A-迟Ap蛾的范躺围内歼，作置用的帜应力蛾为均求匀分颠布，译则根呈据平杯衡条座件求蕉得：式中耽A—莫—1产根砂粥桩所窗分组并的处辨理面寺积。桩土秘应力御比(箩也称丹为应拉力集野中比铁）面积置政换率5/5呀/20溉2327地基处水理技术第四属章振冲冷法式中今：μ软p—梢—应望力集冲中系喝数；μs肾——瞎应力万降低授(扩尸散)反系数滥。从上式罩可知，岔当n＞机1，m偿＞0时伞，应力悲向桩体谜集中，迫并使作章用于桩惭间黏土邻的应力菠减小。5/5妹/20地2328地基绍处理据技术第四蚕章振冲魔法一般悄情况竖下，无桩土黄应力脸比n寸可取炒2—催4，嫩原土售强度沫高时队，取炭小值蠢，原康土强馆度低坡时，宝取大竞值。笼如原含地基静土为弊砂土泄、粉奸土时练，n斗取1群.5址—2斯；原盲地基蹈土为偏黏性福土、敢素填恐土时嫩，n照取2碧—3犹；原切地基御土为事软塑洽黏性轿土时冲，n搅取3普—4辛。5/5假/20切2329地基处屿理技术第四姓章振冲法对于小偿型工程枣的黏性陶土地基锯，如无榨载荷试朝验资料藏，复合旬地基承灿载力标关准值可仔按下式钓求式中结Sv内——生桩间促土的们十字穴板的氏抗剪锤强度到，也脑可用棕处理剑前地局基土高的十恳字板规抗剪陆强度刚代替祝。5/5跳/20问2330地基港处理兆技术第四淘章振冲盖法四、财振冲痒法施渣工设软备、尖机具（一赛）振谈冲器1.姨振动到器结专构电动机——动晴力部分振动侍器——振趴动部分通水管——矮水路干部分减振谱器及乎导管——防匀扭部分图4番-4争振蒙冲器横结构躁示意摄图1-水京管；2鬼-导管豪；3-有活接头虑；电动雷机垫板瞎；5-浊潜水电独机；6辞-转子超；7-材电动机写轴；8恩-联轴床节；9陡-空心居轴；1累0-壳叉体；1兼1-翼钢板；1狡2-偏晕心块；睡13-膝向心轴拖承；1牧4-推田力轴承搜；15兵射水管5/5舞/20危2331地基处拐理技术第四章振冲蝴法2.振守动参数泊选择①振动皱频率娘振冲凑器振动酷迫使周沙围土颗米粒强迫封振动，辉处在共箱振状态络，产生非相对位盆移达到躁最佳加棋密效果亡。国外客试验表朝明振动谢频率在鲁150蹲0r/捕min地时，可往获得最舒佳加密网效果，蒸300稀0r/贫min勾时效果刘最差。届目前我扁国振冲显器所选颂用的电妙机转速绵是14爪50r牵/mi宁n，接仍近最佳至加密效肠果。②振堵幅剥振四冲器炼的振挡幅在啄一定换范围肌内给货土体叉以挤拒压。锋在相装同振爬动时黑间内葡，振柴幅增秤加，斑地基皆土的奥沉降努量亦户增加西，加蠢密效惭果好滑。但隔振幅孙过大席或过排小，植均不知利于倒加固以土体加。我趋国振揭冲器柄的振腊幅设感计一联般在兽10词mm崖左右遮（全形振幅赚）。③加驳速度犬反映颈振冲正器振渣动强稍度的搞主要津指标耍，我屿国振稿冲器屯自身愤发出步加速渡度值转一般兽为1背0g饿左右孙。5/5竭/20渗2332地基讯处理骄技术第四章振冲法型号ZCQ-13ZCQ-30ZCQ-55BL-75BL-100PENINE150电动机功率/k柴油机）HD225转数/r/min145014501450145014500～3600额定电流/A22.560100150220油压/0～36MPa振动力/kN3590200160200290振幅/mm4.204.205.07.07.03.5振冲器外径/mm274351450426426310振冲器长度/mm200021502500300031502200总重量/kg78094016002050——表4-额1找振冲晚器主要锻技术参摘数5/器5/欠20蜘2333地基处姑理技术第四跨章振冲哑法（二）困其它设餐备、机葱具1.浓起吊玻设备绞3错0k悄W振捎冲器混宜大雁于8售0k款N；瘦75愁kW喘振冲槽器宜待大于头16掀0k领N。坐起吊虹高度饥必须樱大于侵施工锦深度颈。2.填如料设备滥填料摄可用装岸载机和箩人工手符推车，弱30k读W振冲部器配0漏.5m粘3以上准的装载卫机，7理5kW宪振冲器默配1.慕0m3腿以上装腿载机。3.荣电器程控制碎设备比电菜气控币制系毅统除鹅为施辱工配傍电外筝，还斯应具臣有控蛛制施琴工质沉量的组功能将。控摧制振絮冲加省固的曾标准敏是一拨般用瓜振冲绪器达干到某址一电美流值券及该经电流酸维持征的时焦间即砌留振匆时间勉。4.供犬水设备徒供水改泵要求笛压力0马.4～纵1.0窝MPa工，供水遵量20县～30喘m3/h左厌右。5.排口泥浆设雕备排所浆泵应篇根椐排弟浆量和逃排浆距甩离选用绒合适的庙排污泵功。5/5狂/20菜2334地基处残理技术第四帽章振冲挨法五、振盯冲法施中工（一）剂施工准津备工作领施掉工准备侨一般应猪做好下卡列工作裕：1.室参加屿设计枣单位朗的技贪术交距底2.收投集、分黑析施工台场地地唐质资料3.查向清施工守场地内大地下障毙碍物4.拥编写奔施工劫组织扎设计5.配炼备相应撤功率及愧型号的己振冲器擦和配套屯机具6.施转工场地恢应做到流“三通净一平”7.杰根据纽奉建筑曾物或钥桩位樱主要蜻轴线伞按图蔬纸测货放桩得位8.勇做好情施工摆场地搅作业帆布置9.曾在护沸桩或矩建筑荒物非眨主要穷部位顷进行泼试制蔬桩5/5肌/20里2335地基处楼理技术第四章振冲法（二桌）施寻工施工还的一跳般工祸序为或：成容孔、狼清孔啦、填像料、舱加密顿四个垮步骤表,见慌图4映-5拆。图4-监5脊振冲碎宰石桩施较工工艺(a)罚-定位处；(b纵)-振贿冲下沉铺；(c态)-振支冲至设僻计标高榜并下料暂；(d)筋-边振幻玉边下料查、边上垮提；(郊e)-结成桩5/5抄/20涨2336地基处叉理技术第四炮章振冲死法5/笔5/妇20付2337地基处族理技术第四搞章振冲狮法1.成更孔成孔最茶大速度唐一般控暮制在每勿分钟不杯大于2哈m为宜俘。造孔爹深度可鞋小于设贺计桩深符300伙mm。水加密深粘度必须疲达到设鹿计深度强。成孔霸水压大顶小视振奔冲器贯碍入速度姐和地基棒土冲刷墓情况而躺定。一致般0.旨3～0告.8M须Pa。2.清绢孔成孔时私，返出虑泥浆密与度大或胖孔中有疑狭窄或翼缩孔地布段时，尿应进行环清孔。友将振冲跨器提出型孔口或款需要扩压孔地段喂上下提磨拉振冲始器，使望孔口返押出泥浆畅变稀（前密度降炮低），私振冲孔砍顺直通努畅，以绪利填料泄加密。3.填腥料连续填惕料、间注断填料凭或强迫恋填料三南种方式榨。5/5歇/20臂2338地基蛮处理蚂技术第四视章振冲枣法4.振惠（加）进密叔振密伪是振冲椒法处理兰地基关革键环节渴，振冲矩法振密牌控制标超准基本屿上可分亦三种：①填料甲量控制迷：振密利过程中坡按每延芽米填入留填料数影量控制爆。这种尺控制标埋准缺点扇在于：吨由于孔滩内土质摩不同、辣强度不扰同，相冤同填料册量可能踏造成沿线孔深不念同土层扑存在填似料“不帆足”或脱“富余社”情况壳，加密孔不甚理狂想。目缘瑞前单纯年填料量搁控制采沟用较少打。②电流孩控制：蛙是指振榜冲器的饱电流达稿到设计抢确定的皂加密电娇流值。狸振冲器明在贯入然土层前叉运行时高的电流萝称为振饼冲器空担载电流报。当振稿冲器贯症入土层排中，受蜂到周围访土的约相束，此肆时为保末持振冲嫩器处于蝴自由振衬动状态窃，必须耽克服周焰围土对顽振冲器节的约束瓦力，结智果电机妨电流必捧然增大恒，即电带机输出堵功率增歪加。控递制一定厦的加密洋电流即厌振冲器奥以一定域电机功论率的振占动力施玻加于周第围土质躬，这样秀在孔周评围土质半软弱地咐段需要奇多填填正料，而取在土质刃强度高但的地段屡填料数丸量就需方要小些差，以达伶到与振聪冲器相唤同输出罩功率、扶振动力脊相匹配接的周围狠土的抗踏力，因壳此通过克相同电沫机功率愿振动力售作用使里加密后位周围土塔相对变枣得比较礼均匀。5/5味/20炉2339地基处宁理技术第四章振冲陕法③加据密电束流、慨留振盒时间掏、加衡密段熊长度尿综合跃指标建法：偶采用察这三彩种指谱标加荣密标糟准是脏为了骡使加勉密质目量更城具有白保证肠。因肯为加月密效偶果不远仅同侧加密纺电流项值大滥小有布关，务同时枪也和诊达到赢该电聪流值护的维把持时从间长我短有抬关，带留振误时间眼就是