《碎石桩》ppt课件

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1、第 4章 碎 （ 砂 ） 石 桩Stone Column Composition Foundation 4.1、 概 述 1、 概 念 碎 石 桩 （ Stone Column） 和 砂 桩 （ Sand Pile） 总 称 为 碎 （ 砂 ） 石 桩 ,国 外 也 称 为 粗 颗 粒 土 桩 （ Granular Pile） ， 是 指 用 振 动 、 冲 击 或 振动 水 冲 等 方 式 在 软 弱 地 基 中 成 孔 后 ， 再 将 碎 石 或 砂 挤 压 入 土 孔 中 ，形 成 大 直 径 的 由 碎 石 或 砂 所 构 成 的 密 实 桩 体 。振冲法施工 4.1、 概 述 2、

2、发展历史 （1）碎石桩(Stone Column) 1937年由德国人发明了振动水冲法(Viborfloatation) (简称振冲法)用来挤密砂土地基 。 二十世纪六十年代初期，振冲法开始用于加固粘性土地基，并形成碎石桩。从此以后，一般将振冲法在粘性土、粉土、饱和黄土及填土中形成的密实碎石柱称作碎石桩。 我国应用振冲法处理地基开始于1977年，当前该方法在全国范围内已经全面推广使用，振冲设备也不断得到改进，大功率的振冲器（75kW）也已经问世。如河北省建筑科学研究所采用了干振法加固地基，并在石家庄和承德等地区取得了良好的加固效果。 随着时间的推移，各种不同的施工工艺相应产生，如沉管法、振动气

3、冲法、袋装碎石桩法、强夯置换法等。它们虽施工不同于振冲法，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。 4.1、 概 述 2、 发展历史（2）砂桩起源于十九世纪三十年代的欧洲。在二十世纪五十年代后期，日本采用了沉管工艺进行振动式和冲击式的砂桩成桩方法，从而提高了砂桩处理的深度、施工质量和施工效率。二十世纪五十年代，我国从国外引进了砂桩技术，并在工业、交通、水利等建设工程中都得到了应用。而在软土地基中使用砂桩处理技术，既有成功的经验，也有达不到预期效果的教训。 4.1、 概 述 3、 按 施 工 方 法 分 类 及 其 适 用 性 (1) 分类 国内在进行碎石桩及砂桩施工

4、时，最常用的方法主要有振动成桩法（振动法）、锤击成桩法（锤击法）及振动水冲法（振冲法），其中，采用振动法及锤击法成桩时，均有沉管施工过程。 碎石桩按施工方法的分类见表4-1（p55）。 采用振冲法施工碎石（砂）桩时，接其加固机理的不同，又可分为冲置振换和振冲密实法两类。 表 4-1 碎 石 桩 施 工 方 法 分 类分 类 施 工 方 法 成 桩 工 艺 适 用 土 类挤密法 振 冲 挤 密 法 采 用 振 冲 器 振 动 水 冲 成 孔 ，再 振 动 密 实 填 料 成 桩 ， 并 挤密 桩 间 土 砂 性 土 ， 非 饱 和 粘 性 土 ，以 炉 灰 、 炉 碴 、 建 筑 垃 圾 为主

5、的 杂 填 土 ， 松 散 的 素 填 土沉 管 法 采 用 沉 管 成 孔 ， 振 动 或 锤击 密 实 填 料 成 桩 ， 并 挤 密 桩间 土干 振 法 采 用 振 孔 器 成 孔 ， 再 用 振孔 器 振 动 密 实 填 料 成 桩 。 并挤 密 桩 间 土置 换法 振 冲 置 换 法 采 用 振 冲 器 振 动 水 冲 成 孔 ，再 振 动 密 实 填 料 成 桩 饱 和 粘 性 土钻 孔 锤 击 法 采 用 沉 管 且 钻 孔 取 土 方 法成 孔 ， 锤 击 填 料 成 桩排土法 振 动 气 冲 法 采 用 压 缩 气 体 成 孔 ， 擦 动密 实 填 料 成 桩 饱 和 软 粘

6、 土沉 管 法 采 用 沉 管 成 孔 ， 振 动 或 锤击 填 料 成 桩强 夯 置 换 法 采 甩 重 锤 夯 击 成 孔 和 重 锤夯 击 填 料 成 桩其它方法 水 泥 碎 石 桩 法 在 碎 石 内 加 水 泥 和 膨 润 土制 成 桩 体 饱 和 软 粘 土袋 装 碎 石 桩 法 在 群 桩 周 围 设 置 刚 性 的（ 混 凝 土 ） 裙 围 来 约 求 桩 体的 侧 向 鼓 胀 袋 装 碎 石 桩 法 将 碎 石 装 入 土 工 聚 合 物 袋而 制 成 桩 体 ， 土 工 聚 合 物 可约 束 桩 体 的 侧 向 鼓 胀 在处理粘性土地基时，一般将含泥量不大的碎石、卵石、角砾

7、、圆砾等硬质材料充填在振冲施工形成的孔道中，经振实形成多根石料桩体，这些桩体与原地基土共同构成所谓复合地基，使地基承载力提高，沉降减少。由于碎石桩在粘性土中主要起置换作用，故称为振冲置换法。 该法适用于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的粘性土、粉土、饱和黄土及填土等地基。在处理砂土、粉土地基时，由于振冲施工过程中，桩间土在振动及压水作用下土层发生液化，土粒重新排列，孔隙减小，使地基土承载力和抗液化能力提高。由于施工过程中对桩间土起挤密作用，故称为振冲密实法。施工时，除了振冲置换法所采用的填料外，还可采用砾砂、粗砂及中砂等。 振 密 法沉 管 法 干 振 法振 冲 挤 密 法 置 换 法 钻

8、孔 锤 击 法振 冲 置 换 法 排 土 法沉 管 法 强 夯 置 换 法振 动 气 冲 法 其 它 方 法群 围 碎 石 桩 法 袋 装 碎 石 桩 法水 泥 碎 石 桩 法 4.1、 概 述3、 按 施 工 方 法 分 类 及 其 适 用 性（2）工程适用性根据国内外碎石桩和砂桩的工程应用经验，可认为碎石桩和砂桩适用于下列工程：中小型工业与民用建筑物；土工构筑物，如土石坝、路基等；港湾构筑物，如码头、护岸等；材料堆放场，如原料场、矿石场等；其它工程，如火车轨道、滑道和船坞等。 4.1、 概 述注意： 规范规定，振冲置换法适用于处理不排水抗剪强度天于等于20kPa的粘土、粉土、饱和黄土及人工

9、填土等地基。 国内也有在天然地基土的不排水抗剪强度小于20kPa的情况下，采用振冲法加固地基的成功实例，但在软弱地基条件下仍应慎重为宜，并需要经试验后再决定采用与否。因为，在抗剪强度太低的软土中难以形成碎石桩体，或者形成桩体后受荷载作用会产生较大的径向变形，所以，采用振冲置换法加固软土地基，对地基土的抗剪强度有一定的要求，这一点必须引起重视。 4.2、 加 固 机 理 （一） 对松散砂土加固机理 砂土属于单粒结构。对密实的单粒结构而言，因颗粒排列已接近最稳定的位置，在动力和静力作用下不会再产生较大的沉降，所以是理想的天然地基。 而疏松的单粒结构，颗粒间孔隙大，颗粒位置不稳定，在动力和静力作用下

10、，颗粒很容易产生位移，因而会产生较大的沉降，特别是在振动力作用下，这种现象更为显著，其体积可以减少20左右。因此，松散砂性土未经处理不能作为地基。 （ 一 ） 对 松 散 砂 土 加 固 机 理 碎 石 桩 和 砂 桩 挤 密 法 加 固 砂 性 土 地 基 的 主 要 目 的 是 提 高地 基 承 载 力 、 减 少 变 形 和 增 强 抗 液 化 性 。 碎 石 桩 和 砂 桩 挤 密法 加 固 砂 土 地 基 抗 液 化 的 机 理 主 要 有 以 下 三 个 方 面 ： 挤密作用排水减压作用砂基预振效应4.2、 加 固 机 理 （ 一 ） 对 松 散 砂 土 加 固 机 理 （1）挤密

11、作用挤密砂桩和碎石桩采用沉管法或干振法施工时，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，桩管将地基土中等于桩管体积的砂挤向桩管周围的砂层中，使桩管周围的砂层密实度增大，从而提高了地基的抗剪强度和水平抵抗力；使砂土地基挤实到临界孔隙比以下，以防止砂土在地震时产生液化。当采用振冲法施工时，砂土颗粒在受高频强迫振动时重新排列致密，又因填入振冲孔中的大重粗骨料被强大的水平振动力挤入周围土中，使砂土密实度明显提高，孔隙率降低，干重度及内摩擦角增大，承载力提高，抗液化性能得到改善。 （ 一 ） 对 松 散 砂 土 加 固 机 理 （2）排水减压作用碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石（卵、砾石）等反

12、滤性好的粗颗粒料，在地基中形成了渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可以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。（3） 砂基预振效应美国的H.B.Seed等人（1975）的试验证实：在一定动应力循环次数下，当两个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引起未经预震的试样液化所需的应力值提高46。因此得出：砂土液化除了与土的相对密实度有关外，还与砂土的振动应变历史有关。 注：碎石桩和砂桩挤密法适用于粉细砂到砾粗砂土中。一般认为，只要粒径小于0.005mm的细粒含量不超过10，都可以得到显著的挤密效果。 液 化 地 基 （ 二 ）

13、对 粘 性 土 加 固 机 理对粘性土地基（尤指饱和软土）而言，由于土的粘粒含量多，粒间结合力强，渗透系数小，在振动力或挤压力作用下土中水不易排出，所以碎石桩和砂桩的作用不是使地基挤密，而是置换和对地基土起排水固结作用。碎石桩或砂桩与桩间土形成了复合地基，提高了地基的承载力，减少地基沉降，还提高了土体的抗剪强度，增大了地基的整体稳定性；由密实的碎石桩和砂桩在地基中形成了排水路径，起着排水砂井的作用，因而加速了粘性土地基的固结速率。4.2、 加 固 机 理 （ 二 ） 对 粘 性 土 加 固 机 理换 土 置 换不 论 对 疏 松 砂 性 土 或 软弱 粘 性 土 ， 碎 石 桩 的 加固 作

14、用 有 ： 挤 密 、 置 换 、排 水 、 垫 层 和 加 筋 的 五 种 作 用 。 排 水 固 结 强 制 置 换 4.3 设 计 计 算 4.3.1 一般设计原则（一）加固范围(参考书上p58的表4-2）加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定，通常都大于基础底面面积。 （1）若为振冲置换法，对一般地基，宜在基础外缘增加13排桩；对可液化地基，应在基础外缘增加24排桩。 （2）若为振冲密实法，应在基础外缘放宽不得少于5m。 （ 3） 若 采 用 振 动 成 桩 法 或 锤 击 成 桩 法 进 行 沉 管 作 业 时 ，应 在 基 础 外 缘 增 加 不 少 于 1 3排 桩 ；（ 4

15、） 当 用 于 防 止 砂 层 液 化 时 ， 每 边 放 宽 不 宜 小 于 处 理深 度 的 1/2， 并 不 应 小 于 5m， 当 可 液 化 土 层 上 覆 盖 有厚 度 大 于 3m的 非 液 化 土 层 时 ， 每 边 放 宽 不 宜 小 于 液 化土 层 厚 度 的 1/2 ， 且 不 应 小 于 3m。（ 一 ） 加 固 范 围3.1 一 般 设 计 原 则 (二 )桩 位 布 置 形 式 （ a） 正 方 形 （ b） 矩 形 （ c） 等 腰 三 角 形 （ d） 放 射 形(1)需 进 行 大 面 积 满 堂 处 理 时 ， 桩 位 宜 采 用 等 边 三 角 形 布

16、置 ；(2)对 独 立 基 础 或 条 形 基 础 ， 桩 位 宜 采 用 正 方 形 、 矩 形 或 等 腰三 角 形 布 置 ；(3)对 于 圆 形 基 础 或 环 形 基 础 （ 如 油 罐 基 础 ） 宜 采 用 放 射 形 布置 ， 见 下 图 （ P58的 图 4-1.） 4.3.1 一 般 设 计 原 则 (三 )加 固 深 度 的 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 ， 加 固 深 度 应 满 足 碎

17、石 桩 复 合 地 基 变 形 不 超 过 建 筑 物 地 基 容 许 变 形 值 的 要 求 ； (3)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 ；(4)在 可 液 化 地 基 中 ， 加 固 深 度 应 按 要 求 的 抗 震 处 理 深 度 确 定 ； (5)桩 长 不 宜 短 于 4m。 目 前 国 外 振 冲 碎 石 桩 加 固 地 基 最 大 深 度 为 25m， 国 内 振 冲 碎 石 桩 加 固地 基 最 大 深 度 为 18m， 因 此 设 计 时 最 大 桩 长 不 要 超 过 25m， 否 则 应 做

18、专 门 的 试 验 研 究 。加 固 深 度 根 据 软 弱 土 层 的 性 质 、 厚 度 或 工 程 要 求 按 下 列 原 则 确 定 ： 4.3.1 一 般 设 计 原 则 采 用 30kw振 冲 器 成 桩 时 ， 碎 石 桩 的 桩 径 一 般为 0.70一 1.0m； 采 用 沉 管 法 成 桩 时 ， 碎 石 桩 的 桩径 一 般 为 0.30一 0.7m， 对 饱 和 粘 性 土 地 基 宜 选 用较 大 的 直 径 。(四 ) 桩 径 碎 石 桩 的 桩 径 应 根 据 地 基 土 质 情 况 和 成 桩 设备 等 因 素 确 定 。4.3 设 计 计 算4.3.1 一 般

19、 设 计 原 则 （ 五 ） 、 材 料一般使用中、粗混合砂、碎石、卵石、砂砾石等，含泥量小于5%。容许的最大粒径与振冲器外径与功率有关，一般不大于8cm。碎石一般粒径为2-5cm。4.3 设 计 计 算4.3.1 一 般 设 计 原 则 （ 六 ） 、 垫 层在不能保证施工机械正常操作的情况下，铺设临时性垫层；桩施工完毕后，在基础底面一般铺设30-50cm的碎石或砂垫层。底层要分层铺设，并用平板振动器振实4.3 设 计 计 算4.3.1 一 般 设 计 原 则 4.3.2 用 于 砂 性 土 地 基 设 计 计 算 方法 碎石桩和砂桩用于砂性土地基时的设计思路，主要是从挤密的角度来考虑的。首

20、先要根据工程对地基加固的要求，来确定地基要求达到的密实度和孔隙比，并以此确定桩位布置、桩径大小和桩的间距。 包括（1）桩距计算（2）液化判别 4.3.2 用 于 砂 性 土 设 计 计 算 方 法 (一)桩距确定(主要取决于加固前后地基土重度(孔隙比) 当 正 三 角 形 方 形 布 置 时 ： 设碎石桩和砂桩的布置如图311所示。假定挤密后其在土体中起到100的挤密效果，不考虑竖向振密变形（h=0）。图中dc为直径（m）；为土的天然重度（kNm3）；令 为加固后土的重度 （kNm3）。则加固前的三角形ABC内土的总重量应等于加固后三角形内阴影部分的总重量，即 则 根据土的三相比例指标换算关系

21、，也可得 （34）式中 、 分别为地基加固后的孔隙比。注意：上式没有 考虑竖向振密变形，即h=0 4.3.2 用 于 砂 性 土 设 计 计 算 方 法(一 )桩 距 确 定当 正 方 形 布 置 时 ：处 理 前 体 积 ： 处 理 后 体 积 ： 可 得 正 方 形 桩 位 布 置 计 算 桩 距 孔 隙 比 e变 化 图故设 桩 体 直 径 为 d， 由 于 4 2dA p 代 入 当 正 方 形 布 置 时 ：式 中 、 分 别 为 砂 土 的 最 大 和 最 小 孔 隙 比 ， 可 按 国 家 标 准 土 工试 验 方 法 标 准 （ GBJ123 88） 确 定 ；D r地 基 挤

22、 密 后 要 求 砂 土 达 到 的 相 对 密 实 度 ， 可 取 0.700.85。 碎 石 桩 和 砂 桩 每 根 桩 每 米 桩 长 的 填 料 量 q： 式 中 A 一 根 碎 石 （ 砂 ） 桩 所 分 担 的 加 固 面 积 。注 意 ： 上 式 没 有 考 虑 竖 向 振 密 变 形 ， 即 h=0 (二 )液 化 判 别 +国 标 建 筑 抗 震 设 计 规 范 （ GBJll 89） 规 定 ： 应 该 采 用 标 准 贯 入 试验 判 别 法 ， 在 地 面 以 下 15m深 度 范 围 内 的 液 化 土 应 符 合 下 式 要 求 ， 当 有成 熟 经 验 时 ， 尚

23、 可 采 用 其 它 判 别 方 法 。标 准 贯 入试 验 判 别法 ：N63.5标 准 贯 击 试 验 贯 入 锤 击 数 实 测 值 (未 经 杆 长 修 正 )N cr 液 化 判 别 标 准 贯 入 锤 击 数 临 界 值N0 液 化 判 别 标 准 贯 入 锤 击 数 基 准 值 （ 可 查 表 得 到 ）ds 饱 和 土 标 准 贯 入 点 深 度 (m)0 粘 粒 含 量 百 分 率 ， 当 小 于 3或 为 砂 土 时 ， 均 采 用 3dw 地 下 水 位 深 度 (m） cwscr cr ddNN NN 3)(1.09.005.63 4.3.3 用 于 粘 性 土 设 计

24、 计 算 方 法 l加固地基为复合地基，按照复合地基来进行设计计算；l主要计算包括：l（1）桩间距计算l（2）地基承载力；l（3）地基沉降；l（4）稳分析定性； 4.3.3 用 于 粘 性 土 设 计 计 算 方 法 （ 一 ） 桩 间 距 确 定等 边 三 角 形 布 置 时 ： eAl 08.1正 方 形 布 置 时 ： eAl mAA p e 式 中 ： Ae一 根 碎 石 桩 承 担 的 处 理 面 积 ； Ap碎 石 桩 的 截 面 积 ； m面 积 置 换 率 ， 一 般 为 0.250.40m=Ap/A Ap-桩 的 截 面 积 ； A 桩 的 影 响 面 积 按 置 换 要 求

25、 计 算 桩 间 距 确 定 步 骤 如 下 ： a、 根 据 所 提 供 的 天 然 地 基 容 许 承 载 力 、 已 确 定 的 砂 石 桩 容许 承 载 力 、 要 求 达 到 的 复 合 地 基 承 载 力 ， 利 用 复 合 地 基 承 载力 计 算 公 式 ， 求 出 满 足 上 述 要 求 的 置 换 率 。 b、 按 碎 石 桩 设 计 直 径 ， 计 算 出 碎 石 桩 截 面 积 。 c、 求 出 一 根 桩 所 分 担 的 地 基 处 理 面 积 。d、 求 桩 间 距 。 4.3.3 用 于 粘 性 土 设 计 计 算 方 法 (二 ） 、 承 载 力 计 算(1)单

26、 桩 承 载 力 （ p50）l 由 于 碎 (砂 )石 桩 桩 体 均 由 散 体 土 颗 粒 组 成 ， 其 桩 体 的 承 载力 主 要 取 决 于 桩 间 土 的 侧 向 约 束 能 力 ， 绝 大 多 数 的 破 坏 形式 为 桩 体 的 鼓 出 破 坏 （ 破 坏 形 式 p62页 的 图 4-3） 。l 目 前 国 内 外 估 算 碎 (砂 )石 桩 的 单 桩 极 限 承 载 力 的 方 法 有 若干 种 ， 如 Brauns单 桩 极 限 承 载 力 法 和 综 合 极 限 承 载 力 法 。l 1) Brauns单 桩 极 限 承 载 力 法 。 假 设 单 桩 的 破 坏

27、 是 空 间 轴对 称 问 题 ， 桩 周 土 体 是 被 动 破 坏 。 如 碎 石 桩 ， 求 解 时 可 假定 碎 石 桩 的 内 摩 擦 角 =38 0， 可 得 ： （ p63页 的 4-11式 ） .maxp cp u 2075 4.3.3 用 于 粘 性 土 设 计 计 算 方 法 (二 ） 、 承 载 力 计 算（ 2） 综 合 单 桩 极 限 承 载 力 法 u 目 前 计 算 碎 (砂 )石 桩 单 桩 承 载 力 最 常 用 的 方 法是 侧 向 极 限 应 力 方 法 ， 即 假 设 单 根 碎 (砂 )石 桩 的 破坏 是 空 间 轴 对 称 问 题 ， 桩 周 土

28、体 是 被 动 破 坏 p64页 的4-14式 。 对 于 不 同 方 法 有 相 应 的 KP, K 值(表4-4(p64) max upp cKKp 4.3.3 用 于 粘 性 土 设 计 计 算 方 法 如图 45所示，在砂（碎石）桩和粘性土所构成的复合地基上作用外荷载p，设作用在砂桩和粘性土上的应力别为 和 ，A为一根砂桩所承担的加固面积， 为一根砂桩的面积。假设基础是刚性的，则作用在 和 A - 范围内的应力是不变的，那么就有： Ap A Ap 假定在桩和土各自面积 和 范围内作用的应力不变时，则可求得(p64) 4.3.3 用 于 粘 性 土 设 计 计 算 方 法 由 此 可 知

29、 ， 只 要 由 实 测 资 料 求 得 砂 桩 上 的 应力 PP和 桩 间 粘 性 土 上 的 应 力 PS后 ， 就 可 以 求出 复 合 地 基 的 极 限 承 载 力 p。 当 然 ，复合地基的极限承载力p亦 可 以 直 接由 复 合 地 基 的 载 荷 试 验 求 得 。 实 践 证 明 ， 桩 土 应 力 比 值 一 般 为 2 4， 原 土强 度 低 者 取 大 值 。 在 书 上 还 介 绍 了 建 筑 地 基 处 理 技 术 规 范 以 及 小 型 工 程 的 估 算 公 式 4.3.3 用 于 粘 性 土 设 计 计 算 方 法 式 中 Esp 复 合 地 基 土 层 的

30、 压 缩 模 量 ；Es桩 间 土 的 压 缩 模 量 。l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，原 土 强 度 低 者 取 大 值 ， 原 土 强 度 高 者 取 小 值 。 u目 前 尚 未 形 成 碎 石 桩 复 合 地 基 的 沉 降 计 算 经 验 系 数 s。 韩 杰 通 过 对 5幢建 筑 物 的 沉 降 观 测 资 料 分 析 得 到 ， s 0.43-1.20， 平 均 值 为 0.93， 在 没有 统 计 数 据 时 可 假 定 s 1.0。 碎 (砂 )石 桩 的 沉 降 计 算 主 要 包

31、 括 复 合 地 基 加 固 区 的 沉 降 和 加 固 区 下卧 层 的 沉 降 。 均 按 国 家 标 准 建 筑 地 基 基 础 设 计 规 范 (GBJ79-2002)计算 。 （ 下 去 自 己 查 阅 ） 地 基 土 加 固 区 的 复 合 压 缩 模 量 可 按 下 式 计 算E m n Esp s ( )1 1 天然粘性土地基的沉降量一般可用下式表示： S=mp.p1.H （416）式中 mp天然地基的体积压缩系数（即单位应力增量作用下的体积应变）； p1垂直附加平均应力。H固结土层的厚度。处理后的沉降量可用下式表示：如不考虑处理后土质的变化，则： sp若碎(砂)石桩用于改善天

32、然地基整体稳定性时。可利用复合地基的抗剪特性，再使用圆弧滑动法来进行计算。 假定在复合地基中某深度处剪切面与水平面的交角为 ，如果考虑碎(砂)石桩和桩间土两者都发挥抗剪强度，则可得出复合地基的抗剪 强度 （p65页的4-22公式）式 中 m 碎 石 （ 砂 ） 桩 的 置 换 率 ； 碎 石 （ 砂 ） 桩 应 力 集 中 系 数 ， 碎 石 （ 砂 ） 桩 的 重 度 （ kN m3） ； 碎 石 （ 砂 ） 桩 的 内 摩 擦 角 （ 0） ；c 桩 间 土 的 粘 聚 力 （ kPa） ；Z 从 地 表 面 算 起 的 计 算 深 度 （ m） 。 sp p p pm c m p z (

33、 ) ( ) tan cos1 2 图 4-6 复 合 地 基 的 剪 切 特 性 （ p65） Priebe(1978)所 提 出 的 方 法 ， 采 用 了 sp和 csp的 复 合 值 ，并 由 下 式 求 得 (p54)： 式 中 和 csp 复 合 地 基 的 内 摩 擦 角 、 粘 聚 力 与 桩 土 应 力 比 和 置 换 率 有 关 的 参 数 ， mp， 一 般 0.4 0.6。 p 应 力 集 中 系 数 ， )1(1 nmn p 如 已 知 sp和 csp后 ， 可 用 常 规 稳 定 分 析 方 法 计 算 抗 滑 安全 系 数 ， 或 者 根 据 要 求 的 安 全

34、系 数 ， 反 求 需 要 的 和 m。sp 4.5、 施 工 方 法 （ 66） 目 前 施 工 方 法 主 要 有 振 冲 法 和 沉 管 法 。 这 里 主要 介 绍 振 冲 法 ，其它方法可以参考相关资料。l 振 冲 法 是 碎 石 桩 的 主 要 施 工 方 法 之 一 ， 其 原 理是 水 冲 致 密 和 振 动 致 密 。l（一）机具设备 1主体设备振冲器振冲器为中空轴立式潜水电机带动偏心块振动的短柱状机具（p66页上图4-7） 2配套设备起重机 起重机一般为轮胎式或履带式。起重能力和提升高度应满足施工要求。 振 冲 器 构 造 图 4.5、 施 工 方 法 （ 66）（二）施工

35、前的准备工作 1清除现场障碍物，安排足够的施工空间和其它条件，如料场、排泥池等；2了解场地地质情况，土层分布是否均匀及有无软弱讲夹层等，以便正确把握及调整施工中的有关参数；3对中大型工程，应事先选择一试验区，并进行实地制桩试验，以取得各项施工参数。（三）施工组织设计 根据地基处理设计方案，进行施工组织设计。以便明确施工顺序、施工方法，计算出在允许的施工期内所需配备的机具设备、所需水、电、材料等。排出施工进度计划表并绘出施工平面布置图。 4.5、 施 工 方 法 （ 54）l（三）施工组织设计l1施工顺序l 施 工 顺 序 一 般 可 采 用 “ 由 里 向 外 ” 或 “ 一 边 向 另 一

36、边 ” 的顺 序 进 行 。l 在 地 基 强 度 较 低 的 软 粘 土 地 基 中 施 工 时 ， 要 考 虑 减 少 对 地l 基 土 的 扰 动 影 响 ， 因 而 可 采 用 “ 间 隔 跳 打 ” 的 方 法 。 当 加固 区 附 近 有 其 它 建 筑 物 时 ， 必 须 先 从 邻 近 建 筑 物 一 边 的 桩开 始 施 工 ， 然 后 逐 步 向 外 推 移 。 （ 三 ） 施 工 组 织 设 计2 施 工 方 法 填 料 的 方 式 一 般 有 三 种 ： （ 1） 把 振 冲 器 提 出 孔 口 往 孔 内 加 料 ， 再 放 下 振 冲 器 振 密 ； （ 2） 把

37、振 冲 器 向 上 提 一 些 ， 使 其 离 开 原 来 振 密 过 的 地 方 ， 然 后往 下 倒 料 ， 再 放 下 振 冲 器 振 密 ； （ 3） 连 续 加 料 ， 振 冲 器 一 直 振 动 ， 而 填 料 连 续 不 断 地 往 孔 内 添加 ， 只 要 在 某 深 度 上 达 到 规 定 的 振 密 标 准 后 就 向 上 提 振 冲 器 并 继 续振 密 。 选用哪种填料方式，主要由地基土的性质决定。在软粘土地基中，由于振冲器振动而形成的孔道常会被坍塌下来的软粘土填塞，常需进行清孔除泥，故不宜使用连续加料的方法。 而砂性土地基的孔中，坍孔现象不如软粘土那样严重。所以，为了

38、提高工效。可以使用连续加料的施工方法。 4.5、 施 工 方 法 （ 54）（ 四 ） 施 工 过 程振 冲 法 是 碎 石 （ 砂 ） 桩 的 主 要 施 工 方 法 之 一 。 该 法 是 以 起 重 机 吊起 振 冲 器 ， 启 动 潜 水 电 机 后 带 动 偏 心 块 ， 使 振 冲 器 产 生 高 频 振 动 ， 同时 开 动 水 泵 ， 使 高 压 水 通 过 喷 嘴 喷 射 出 高 压 水 流 ， 在 边 振 边 冲 的 联 合作 用 下 ， 将 振 冲 器 沉 到 土 中 的 设 计 深 度 。 在 进 行 振 冲 置 换 法 施 工 时 ， 因 孔 内 泥 浆 太 稠 而

39、影 响 填 料 的 下 沉 速度 ， 需 以 回 水 带 出 稠 浆 进 行 清 孔 ， 之 后 从 地 面 向 孔 中 逐 段 填 入 碎 石 ，并 在 振 动 作 用 下 ， 碎 石 被 振 挤 密 实 。 达 到 所 要 求 的 密 实 度 后 提 升 振 冲器 。 如 此 重 复 填 料 和 振 密 ， 直 至 地 面 ， 从 而 在 地 基 中 形 成 一 根 大 直径 的 密 实 度 很 高 的 桩 体 ， 见 图 4-8。 施工过程中的填料量、密实电流和留振时间是振冲法施工中质量检验的关键。这三者实际上相互联系和互为保证的。只有在一定填料量的情况下，才能保证达到一定的密实电流，而

40、这时必须要有一定的留振时间，才能把填料挤紧振密。 图 4-8 振 冲 法 施 工 顺 序 示 意 图 4.6、 质 量 检 验 振冲施工结束后，除砂土地基外，应间隔一定时间以后再进行地基加固的质量检验。对粉土地基而言，间隔时间可取2星期3星期进行质量检验。对粘性土地基，可间隔3星期4星期进行质量检验。 可以采用单桩载荷试验进行质量检验，试验所用圆形压板的直径与桩的直径相等。按每200400根桩随机抽取一根桩进行检验，但总桩数不得少于3根。 对砂土或粉土层中的碎石（砂）桩，除了用单桩载荷试验检验外，还可用标准贯入、静力触探等试验对桩间土进行处理前后的对比试验。对砂桩也可采用标贯或动力触探等方法检

41、测桩的挤密质量。 对大型的、重要的或场地复杂的碎石（砂）桩工程，应进行复合地基的处理效果检验。 可采用单桩或多桩复合地基载荷试验，检验点应选择在有代表性的或土质较差的地段，其数量可按处理面积的大小取24组。对饱和粘性土地基中的碎石（砂）桩，复合地基载荷试验的稳定标准宜取一小时内沉降增量小于0.25mm。 4.7、 工 程 实 例江苏南通天生港发电厂位于长江下游，1979年扩建两台12.5kW发电机组及配套工程，整个厂房的一半位于新填的粉砂地基上。由于新填粉砂土质松软，原天然地基极限承载力只有120kPa，要求加固后地基承载力标准值达到250kPa，容许沉降在0.08m0.11m 之内。经研究决

42、定，采用振冲法加固。振冲加固深度为7m11m，桩位按三角形布设，桩距1.4m。桩径0.8m在设备外围增加两排护桩。加固效果见图316所示。加固前平均孔隙比0.883，加固后0.759，比加固前减少14%；加固前标准贯入平均锤击数13击。加固后为34击，比加固前提高2.6倍；载荷试验测得天然地基极限承载力为120kPa，相对应的沉降量为0.078mm。经过振冲加固后。复合地基三组载荷试验分别加载达300kPa、 500kPa和600kPa时均没有产生破坏迹像。 图 3 16 南 通 天 生 满 港 电 厂 粉 细 砂 地 基 加 固 前 后 试 验 值 施 工 工 艺 图 振 冲 法 施 工振

43、冲 法 振 冲 器 构 造 图 Adding stone in top-feed installation Bottom-feed vibroflot rig chicago1 CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work b CP Rail - CMO Terminal Relocation Marine Work c dunkerque3 PASIR PAJANG CONTAINER TERMINAL (Singapore) 沉 管 法(一 )振 动 成

44、 桩 法 振 动 挤 密 碎 石 桩 施 工 顺 序 图 振 动 沉 管 碎 石 桩 加 固 地 基 (二 )冲 击 成 桩 法1 单 管 法 单 管 冲 击 成 桩 工 艺 2、 双 管 法 （ 1） 芯 管 密 实 法芯 管 密 实 法 成 桩 工 艺 (2)内 击 沉 管 法 内 击 沉 管 法 制 桩 工 艺 复 合 地 基 承 载 力 检 测 （ 载 荷 试 验 振 冲 碎 石 桩 的 动 探 检 测 National City Marine Terminal Extension San Diego (US) 沉 管 法 小 型 震 动 沉 管 机 施 工 完 的 碎 石 桩 碎 石 桩 振 冲 碎 石 桩 施 工 振 冲 碎 石 桩 施 工 碎 石 桩 作业p73 4、5、8、10