应用大粒径振冲沉管碎石桩处理超软土地基的现场试验

应用大粒径碎石桩处理超软土地基的现场试验研究主讲：2023年7月6日碎石桩复合地基基本原理碎石桩复合地基的效用也不同。综合各类复合地基的效用，主要有5个方面：桩体效用：竖向增强体复合地基都有桩体效用，并随着桩体刚度的提高，其桩体效用会更加明显。

垫层效用：复合地基的复合压缩模量比天然地基的高，复合地基有均匀应力、增大应力扩散角、减小加固区下卧层土体中应力的作用。

排水效用：不少竖向增强体或水平向增强体都具有良好的透水性，是地基中的排水通道。在荷载作用下，加速了桩间土的排水固结。挤密效用：一些复合地基在施工过程中对桩间土体有挤密作用。

加筋效用：水平向增强体中的土工格栅等材料使土体抗拉强度提高。

2023年7月6日13-2碎石桩大粒径碎石桩现场试验一、概述碎石桩又称粗颗粒土桩，是指通过振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石挤压入已成的孔中，形成大直径的碎石所构成的密实桩体。《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-91）中规定：“振冲法适用于处理地基土不排水抗剪强度Cu不小于20kPa的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基”。对不排水抗剪强度小于20kPa的淤泥、淤泥质土等地基应通过试验确定其适用性。2023年7月6日大粒径碎石桩现场试验2023年7月6日大粒径碎石桩现场试验1．挤密作用：用沉管法或干振法施工挤密碎石桩，由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力。由桩管灌入的填料在振动力或静压力作用下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倍桩直径。

2．排水减压作用：碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石（卵石、砾石）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静孔隙水压力的增高和砂土液化，并可加快地基的排水固结。

3．砂基预震效应：在振冲法施工时，振冲器施工过程使填土料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，这对砂土地基增强抗液化能力是极为有利的。

二、加固原理（一）对松散砂土的加固原理2023年7月6日大粒径碎石桩现场试验1．对粘性土地基（特别是饱和软土），由于土的粘粒含量多，粒间结合力强，渗透性低，在振动力或挤压力的作用下土中水不易排走，所以碎石桩和砂桩的作用不是使地基挤密，而是置换。

2．碎石桩置换法是一种换土置换，即以性能良好的碎石来替换不良地基土；排土法则是一种强制置换，它是通过成桩机械将不良地基土强制排开并置换。3．振冲法施工时，通过振冲器借助其自重、水平振动力和高压水将粘性土变成泥浆排出孔外，形成大于振冲器直径的孔，再向孔中灌入碎石料，并在振冲器的作用下，形成密实度高和直径大的桩体。（二）对粘性土的加固原理2023年7月6日大粒径碎石桩现场试验4．在制桩过程中，由于振动、挤压或扰动等原因，桩间土会出现较大的超静孔隙水应力，对灵敏性粘土将导致原地基土强度降低。制桩结束后一方面原地基土的结构强度会随时间逐渐恢复；另一方面孔隙水应力逐步消散，强度恢复并提高，甚至超过原土体强度。5．由于碎石桩是由散粒材料组成，承受荷载后产生径向变形，并引起周围的粘性土产生被动抗力，如果粘性土的强度过低，不能使碎石桩得到所需的径向支持力，桩体就会产生鼓胀破坏，这就使加固效果不佳。为此，近年来国外开发了增强桩身强度的方法，如袋装碎石桩、水泥碎石桩和裙围碎石桩等方法。水泥碎石桩类似于CFG桩。

（二）对粘性土的加固原理2023年7月6日大粒径碎石桩现场试验(一)加固范围

加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件及基础型式而定，通常都大于基底面积。对一般地基，在基础外缘应扩大1~2排；对可液化地基，在基础外缘应扩大2~4排桩。

(二)桩位布置形式和间距

桩位的布置形式有等边三角形、正方形、矩形或等腰三角形等布置形式。桩的间距应根据荷载大小和天然地基的抗剪强度确定，可取1.5～2.5m。当荷载大或天然地基的强度低时宜取较小的间距，反之，则可取较大的间距。三、一般设计原则2023年7月6日大粒径碎石桩现场试验(三)加固深度

加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定：1．当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定；2．当相对硬层的埋藏深度较大时，对按变形控制的工程，应通过试算确定：假定某一加固深度，验算其是否能满足采用碎石桩或砂桩加固后的复合地基变形不超过建筑地基容许变形值的要求，在保证安全的前提下选择一个经济合理的加固深度。对按稳定性控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面的深度；3．在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定；4．桩长不宜短于4m。三、一般设计原则2023年7月6日大粒径碎石桩现场试验(四)桩径

碎石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。采用30kW振冲器成桩时，碎石桩的桩径一般为0.7~1.0m；采用沉管法成桩时，碎石桩和砂桩的直径一般为0.3~0.7m，对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。(五)材料桩体材料可以就地取材，含泥量不大于5%。碎石桩桩体材料的容许最大粒径与振动冲器的外径和功率有关，一般不大于80mm，常用的粒径为20~50mm。对强度较低的饱和软粘土地基，碎石粒径可达200mm以上，这时需要根据现场试验结果确定合适的碎石级配。三、一般设计原则2023年7月6日大粒径碎石桩现场试验(六)垫层

碎石桩施工完毕后，基础底面应铺设30~50cm厚度的垫层，垫层应分层铺设，用平板振动器振实。在不能保证施工机械正常行驶和操作的软弱土层上，应铺设施工用临时性垫层。(七)软粘土地基中碎石桩的充盈系数

充盈系数定义每根桩实际碎石用量与设计的碎石桩理论体积的比值。砂土、粉土和一般粘土中，碎石桩的充盈系数一般为1.2左右。软粘土中的粗粒径碎石桩的充盈系数较大，根据现场试验的实测资料，充盈系数要求达到1.4到1.5，才能保证实测碎石桩的桩径不小于设计桩径，这是由于一部分碎石挤入桩外土体中，在桩底需要形成较大的桩头使桩体密实等因素造成的。三、一般设计原则2023年7月6日大粒径碎石桩现场试验(八)液化判别根据《建筑抗震设计规范》（GBJ11-89）规定：应采用标准贯入试验判别法，在地面下15m深度范围内，地下水位以下的可液化土应符合下式要求（当有成熟经验时，也可采用其它判别方法）。这种液化判别法只考虑了桩间土的抗液化能力，而并未考虑碎石桩和砂桩的作用，因而是偏安全的。三、一般设计原则2023年7月6日20铁23疏年6漂月3漆0日大粒旷径碎畜石桩撇现场巩试验(一)振冲扶法四、施工压方法20弟23尺年6章月3铁0日大粒哭径碎絮石桩矮现场束试验施工牌方法1．子施工翁前准朵备工涂作2．悉施工竟组织科设计3．跟施工攀顺序★4．紧填料厦方法★5．慢施工也质量涝控制20胶23格年6业月3怪0日大粒昆径碎尿石桩牵现场错试验施工纸顺序★在一蛙个加铲固场副地区背域内铃，碎厨石桩娇的施枕工顺越序如盆图1砌3-庆3所迁示。塘一般些可采贯用“由里摇向外”或“一边侮向另荒一边”的顺杯序进吗行。婶在地原基强着度较禾低的塞软粘娇土地似基中芹施工缓时，朴要考锣虑减梨少对自地基秤土的顷扰动惰影响池，可信采用“间隔夜跳打”的方逼法。巴当加非固区搞附近亦有其抵它建辣筑物幻玉时，乞必须维先从置邻近茂建筑勿物一石边的饶桩开炉始施逝工，获然后储逐步锄向外帅推移菠。20莲23倚年6用月3轰0日大粒幕径碎穷石桩暮现场灶试验填料柳方法★填料搁方式计一般浸有三种：第一券种是录把振述冲器谣提出透孔口，往探孔内朝倒入店约1m堆高叨的填待料，稼然后构再放合下振富冲器痛使孔奋口的团碎石萍填料转落到椅先前旬振密科的碎雾石顶直部或澡孔底烫，当口振冲践器达毁到碎锋石充途填的但位置椒时，胁振冲祝电流纯增加渡，开棉始振咐密作忍用，耐每次蔽加料械都这谦样做串。第二狐种方潜法是枯振冲促器不围提出纷孔口，只急是往罢上提俭升约部1m左右狗，然蜂后往窃孔口北填料撒，填命料沿尺振冲觉器四辰周落比入到氧先前定振密评的碎成石顶良部或蜓孔底垮，再颗放下情振冲嚼器进区行振鞠密。第三锯种是们边把沾振冲侄器缓萍慢向约上提法升，拼边在名孔口黄连续时加料。对粘鹊性土串地基薄，由求于容告易塌屑孔，怕多数存采用盆第一结种加敲料方斥式。20浊23亡年6孤月3向0日大粒威径碎边石桩额现场好试验工程鸟实例冠：工程挂概况谎：XX水道黎横坑东裁弯脾工程乐是世虫界银课行贷弱款项皱目—XX西江愁水道蹲整治师工程廊的组疯成部捕分，蝴裁弯耕人工锁开挖尘河道赌设计龟断面件控制津尺寸香为：令底宽11恨0m，河底夹高程虑－9.易5m，堤堤击顶高泳程4.某0m，坡高13啊.5m，两岸何均采蜂用1：3边坡肝。20宿23梳年6垄月3隔0日大粒似径碎骗石桩字现场耽试验场地伐地层辜资料横坑逮裁弯芹工程校区域休地面只以下藏涉及爱工程拖稳定坐性的汽土层富有三毫层：第一脖层：0.臂0m~殃-2寒.3邻m，淤泥浩质粘棍土，茅抗剪玩强度梨指标摊均值艘为c=章18稀.9翻kP突a，φ＝5.衰5°；第二廉层：-2蓄.3m~原-1枕5.鄙0m，淤泥沟，抗佣剪强隔度指刺标均领值为c=添7.杂89默kP长a，φ＝4.炼5°；第三衔层：量-1返5.丑0m~类-2适1.杀0m炮，粉质史粘土湿，抗草剪强朱度指毯标均驶值为c=慌20虑.2初kP轨a，样φ＝情12砍.1渔°。20液23尸年6择月3庆0日大粒蓬径碎授石桩场现场隐试验可能糟存在史的工梅程问躁题：在淤丹泥和协淤泥蜡质土愉层中约开挖某坡比糠为1:唯3的人意工河螺道的斥边坡站稳定浴问题陷，设晃计中岭拟采脊用桩虎径1.筋0m，桩间选距2.刻0m碎石共桩加怕固淤舰泥和混淤泥链质土业层，剪使复兄合地常基的堆抗剪扔强度酿大幅欣度提鹅高，进以保视证河梢堤的称稳定济性。20代23坛年6茎月3陆0日大粒系径碎窑石桩德现场镜试验现场说碎石爷桩试蹲验目此的通过政碎石他桩现算场试叮桩和坏效果朴检测叉，提乓出大指粒径镇碎石府桩的持施工骨工艺犬参数肚和工风艺流么程，舱作为赶后续叛施工事的依题据。20光23哈年6贱月3挠0日大粒呈径碎迈石桩狼现场写试验试验码需要品获得烦的控隔制参计数碎石妈填料馅级配水压假控制护壁烘及填途料方甚式充盈兵系数校的确凡定密实船电流洋和留抢振时础间20帐23互年6访月3氏0日大粒狱径碎挽石桩什现场攀试验规范衬规定版振冲南碎石享桩法哄所用很碎石五粒径客建议成采用2～5ｃｍ长。但石是试己验场茶地地尼基土说的强完度较权低，炉主要哀处理只土层北的强辽度只挨有不桂到8kP少a，采用沃小粒渣径的穷碎石侵难以旧成桩贫，因私为碎藏石桩票是依石靠桩柴间土客的侧狂限阻雅力来定成桩胁的，素与桩矛间土祖的侧驰限阻粗力直南接关冬联的铜是桩小间土下的不拖排水颗抗剪志强度粉Ｃu值和踏碎石计填料欲粒径绩。在拌试验挑桩施皆工初夹期，测为了飞确定忘最优跑碎石扑级配距，进勺行了4组（钓每组3根碎岗石桩秧）不信同级写配的化碎石泻成桩币试验葬，现静场试浊桩结愈果表本明使孤用粒抱径小扒于5ｃｍ附碎石浅含量竞最高港的第略一组篮级配忆的碎临石料妇，不竖能成慎桩。笋使用胖粒径奖小于5ｃｍ葵碎石痛含量哈较高尺的第每二组短和第损三组冻级配席的碎万石料室，能宝够成抹功制弹桩，网但是毛成桩欲困难敏，而塞且形技成的那碎石箱桩桩始径偏战大，肆桩体我密实持度较纤低。猫见表1所示剃，最堵后选己择粗慈粒组服最多贡的第4组为术正式亿施工徒碎石其桩的抽碎石拜级配焦。20窄23谣年6拿月3妈0日20凡23摸年6槽月3弱0日大粒句径碎赴石桩险现场房诚试验造孔叨水压蝴过大毛，容痰易使蜜孔壁圣冲垮蚕；过酷小，扇则振数冲器厦难以裹贯入秤。制漆桩水悄压过毛大，柳容易厕将下域段已孔振密辱的碎纪石冲尼松，棍或冲仙垮孔摄壁造爽成桩粉体夹地泥，检因而期影响喇到制叛桩密把实度御；制勺桩水芒压过抛小，先则下披料困霜难，修制桩法时间火延长势，也慨会影祖响桩赤的密益实性[6嚼]。根号据本辈工程雁的实盈际情棒况，鲜确定磁造孔灯水压千控制距在0.网5MP阵a左右辩，水团量不度小于30ｍ3/ｈ，瞒以保懂证孔强内淤砍泥返蓄出地暖面，辣保证溪填料敲的畅点顺，剂提高面施工秋效率荒。为喊保证孙成孔机质量,终孔豆后必由须进限行1-洁2遍清团孔。眠制桩千水压妈控制摊在0.屡3MP桌a左右才，以涛保证途桩体非对桩痕土土倡体的机排水彻固结冈所起却的排者水通歇道作旁用不言因桩怀体含士泥量乱大而程受影响响。20俯23钥年6呆月3割0日大粒跑径碎州石桩写现场狗试验护壁在强舒度很夜低的详软土掌地基咐中施挤工，绢由于焦地基苦土体识的强羞度很奶低，算必须傅先进粪行护叫壁，珍否则抱很容糕易塌房诚孔，街导致始在塌挂孔处灾产生驼卡料盆现象驶，振许冲器耗无法瓣沉入洋到预恭定位磨置，胖产生谁断桩建或桩额体不狗密实铸现象傲。本液试验恶中试抛制第以一根胖试验怀桩时叛未采跪取先锤护壁摘的方和法，招振冲祖器下瓣沉过飘程中庙激振踩电流朴随下罗沉深肆度和弓填料钢量的秀增加林产生婶如图1所示炒的变消化，悟由图1可见吴在深摸度9m处产所生了牲卡料云现象逼，导去致振援冲器驰激振咬电流井达到茂额定设电流60A时仍扒然无枯法向祸下贯汉入。绩在后蠢续试样验施缺工时犁，采旨用“先护脱壁、源后制砖桩”的方悉法。介即在唱开孔洞时，贩不要乘一下弟子到堤达加医固深剑度，超可先虽到达虽第一钓层软掏弱层攀，然受后加码些碎挑石料危进行确初步缩慧挤振逮，让众这些碍填料疫挤入逐孔壁加，把原此段除的孔氏壁加蚁强以骗防塌初孔。谊然后肠使振锡冲器梦下降川至下丝式一段笋软土萄中，充用同卷样方白法加禾料护泽壁。止如此撤重复仿进行欠，直肌到设琴计深我度。宣孔壁葱护好没后，宫就可扇开始谣填料叉制桩旨了。20胳23舍年6劣月3斤0日图1填料过程中激振电流随深度的变化20春23塔年6表月3购0日大粒速径碎蓄石桩渔现场亲试验填料酱方式将:采取半把振挎冲器爬提出打孔口纹，往茧孔内协倒入剃约1m堆高插的填祝料，缎然后余再放晃下振伐冲器步使孔循口的谁碎石跌填料摄落到观先前旗振密色的碎问石顶健部或房诚孔底验，当坟振冲划器达监到碎泪石充叨填的稀位置做时，岗振冲树电流政增加闹，开法始振丧密作心用，珠每次福加料跌都这蓝样做巡寿。让页振冲娘器在谅孔内球不停冒地上久、下黑串动榆，进并行填别料、渠振密挺和留快振。脂此法边能避利免饱糟和软卡土振图冲碎歪石桩毛施工诵常见叔的“卡管”和“断桩”事故,保证疲桩体需连续平性和巴密实执度。20秘23朝年6掩月3懂0日大粒被径碎观石桩霞现场负试验充盈疫系数锐的确停定:充盈席系数午定义允为每躺根碎寻石桩华实际每灌入增碎石型量与座根据柏设计扭桩径柔和桩尝长计屯算理党论碎舱石桩磁体积违的比蜘值。误碎石里桩规客范[1话]建议板充盈帮系数川为1.诵1到1.抱2。通应过现佳场碎糠石桩右施工届过程造中较完精确甜的碎燃石计矿量和趋施工间后的倚现场讽开挖扩实测耀碎石谣桩直密径，客统计说出10根碎滥石桩叠实测乓桩径愚与实奶测充什盈系欲数的惯关系慕见图2所示惧。由蔑图2可见蒸，当焰设计食碎石子桩的质桩径摇等于1.演0ｍ时老，要顶保证明实测冻碎石灿桩桩遍径不堂小于1.监0ｍ，柜充盈稼系数裂在1.况5左右爱，远扬大于宁规范毛建议同的数盏值。赔这是雁因为阶在超发软弱旋地基文中，景要形择成密词实度顺较高胖的碎粗石桩比，必火须在善桩底奋形成昆强度耕较高子的葫旋芦状锄桩头泊，桩踢身区浇也有躁部分畏碎石阔挤入汤到四卷周土鼓中。20夹23承年6剖月3捧0日图2实测碎石桩桩径与充盈系数的关系20遥23远年6俯月3瓶0日大粒刷径碎甚石桩絮现场舞试验密实态电流筒和留恋振时球间：现场聪试验垦中，汇使用30kW振冲史器，所密实理电流葛控制大于50A。留振眠时间碎指打众桩过弦程中百，某晚段碎递石桩插施工早时，拜密实即电流司达到朋控制触值后插，振劈燕冲器非基本录不下乏沉能棉够保糊持密殖实电的流的闹振动甲时间耀。在命超软游粘土亿中，跃留振壤时间谣一般往较短唐，时泊间过魔长会模破坏舌侧壁怜土体毯，造蒙成制虎桩困铸难。抢现场域试验选中，府留振股时间棒控制箭在5～15s。现场友试验秘表明春，留怎振时就间对槽桩径令和桩今身密成度有姓重要茶影响撇。20绕23算年6档月3坚0日大粒销径碎直石桩瞧现场晃试验碎石世桩的胳质量耗检测：碎石贷桩桩瞎径检健测浅部纪桩径然检测职，为尸现场酬试验枣服务携的82根试华验桩裙制桩闪完成均后，厦对其踪蝶中15根碎狱石桩拆进行勾了开烘挖检福测其峡桩径辫，开震挖深林度为2.皱5m，15根被睛检测仙桩的廊直径肃均大愿于1.李0m，检测挺结果垃见表2所示渗。20谜23迎年6案月3王0日大粒挨径碎亿石桩施现场勺试验深层是桩径施检测馒，现场稿试验差结束袖后，金采用设地质舰雷达江对三灿根试脱验桩茫进行穷了桩寇径和柳桩长拖的检趴测，畅检测任结果换如下运：A*的试办验桩愤为现家场试掏验的卸第一妨根试歌桩，获由于所未采禽用“先护邪壁、冠后制付桩”的方功法，雾在深商度9牲.5篮~1死0.迷0m处孔夏壁坍宝塌，馆制桩滩过程珍中发撞生卡繁料现音象，捷致使谎10弟.5m以下轨桩体究桩径漠明显绞不足沫。20库23饰年6副月3武0日大粒姑径碎释石桩秤现场算试验碎石坑桩体把的动理力触棉探测凤试：为了幸检测牌碎石母桩桩筒体密丘实度烘，制默桩完量成后碍对2锹7根禾桩进裕行了锈重(方Ⅱ)墙型动祥力触来探测虹试，甘其成的果见密表4负所示增。20陡23赖年6仓月3膀0日c=29.1kPaφ=37.2°图3桩号为M-5的试验桩N63.5动力触探成果图20稠23膊年6改月3咱0日大粒控径碎凡石桩惑现场杠试验大粒至径碎徒石桩俘现场陶直剪芬试验怒：20裤23悄年6条月3迈0日大粒威径碎标石桩景现场珍试验20阴23辫年6锦月3撕0日20绒23率年6馋月3言0日20车23猴年6锻月3孙0日20绑23央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