深层密实法(砂石桩)详解

Ap
当复合地基上作用荷载p时
则有
pA e p p Ap ps A e Ap
Ap p pp 1 p s mp p (1 m) p s Ae Ae Ap
复合地基承载力
《建筑地基处理技术规范》JGJ79-2002规定,振冲桩（砂桩) ①复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定 ,初步设计时也可用单桩和处理后桩间土的承载力特征值估 算. 2 2
中密
稍密
松散
砾砂、粗砂、 e<0.60 中砂
细砂、粉砂
0.60<e<0.75 0.75<e<0.85 e>0.85
e<0.70 0.70<e<0.85 0.85<e<0.95 e>0.95
2）根据抗震规范要求，确定加固后地基的相对密度Dr
e1 emax Dr (emax emin )
复合地基的复合 csp、sp 值
tansp tan p (1 ) tans csp (1 )cs
m p ——与桩土应力比n和置换率m有关的参数，
一般取0.4~0.6
第三节 施工
一、施工方法
振冲法 干振法 施工方法
振冲法
振动沉管法 沉管法 内击沉管法 心管密实法 强夯置换法 射水成孔袋装法
l方 0.89d H h e0 e1 H h 1 e0
规范 d 给出 l三角 0.95
1 e0 e0 e1
l方 0.89d
1 e0 e0 e1
3、地基挤密后的孔隙比 e1
1）根据加固后地基承载力的要求，由密实度推算加固后孔隙比
砂土密实度参考表
材料 状态
密实
复合地基 压缩模量 计算方法
E psi m E pi (1 m) Esi
E psi [1 m(n 1)] Esi
E pi , Esi 分别为
第I桩体、桩间 土的压缩模量
稳定性计算
tg bi hi cos i cL 计算抗滑 K 安全系数 bi hi sin i
复合地基载荷试验 复合地基承载力 由桩、土承载力复合估算
f sp ,k m f p,k (1 m) f s,k
f sk
试验（载荷、原位测试）、当地经验 天然地基承载力代替 载荷试验、桩土应力比 理论公式、经验公式
f pk
n f sk
复合地基承载力通式
f sp ,k m f p,k (1 m) f s,k
c
z(i-1)
c
加固区的计算方法——复合模量法 ：
将桩和土视为一复合体，采用复合压缩模量法来评价复合 土体的压缩量：
p0i S s hi i 1 E psi
n
S 加固区土层沉降
p0i 第I层土体上附加应力的增量；
hi 第I层复合土体的厚度
E psi 第I层复合地基的压缩模量
Байду номын сангаас
n 复合土体分层总数
3、加筋作用：桩体在荷载作用下主要起应力集中作用。 4、垫层作用：加固过的复合桩土层能起到垫层作用。
碎石桩的作用：挤密、置换、排水、加筋和垫层
第二节碎石桩的设计和计算
一、加固范围
1、碎石桩挤密地基的宽度应超出基础宽度，每边放宽不应 小于1～3排。
2、碎石桩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。 可液化层上覆盖有厚度大于3m非液化土层，每边放宽不宜小 于液化层厚度的1/2，不应小于3m。
小，摩擦角φ提高，地基承载力fk增
大，同时消除液化
砂
桩
2、排水作用
用碎石（砂）桩加固砂土时，桩孔内充填的碎石等 反滤性好的粗骨料，在地基中形成渗透性良好的竖 向排水减压通道，消散了孔隙水压力的增高，防止 砂土液化，同时也可加快地基的排水固结。
3、砂基预振效应 Dr=54%, 且受过预振 ≥ Dr=80%, 且未受过预振
σ c线
p Z a Z a S E
n o s i 1 i i i 1 i 1 si
zi
zi-1
σ
Hi
c(i-1)
p 1i
σ z(i-1) Δ p1i σ
zi
σ z线 p1i=(σ ci+σ
c(i-1)
)/2 )/2
计算下限
σ σ
ci
Δ pi=(σ zi+σ σ z=0.2或0.1σ
p
p max
( p0 u0 4cu ) K p
p
p max
6cu K p
p
p max
25.2cu
八、稳定性分析
碎石桩能改善天然地基整体 稳定性，是利用了复合地基的 抗剪特性 稳定性计算主要使用圆弧滑动法
复合地基的抗剪强度
sp
p
n 1 (n 1)m
emax , emin
砂土最大和最小孔隙比
Dr 相对密度，可取0.70～0.85。
（二）粘性土地基中的桩距计算
1、粘性土的加固机理是置换，故根据置换率确定桩间距。
m Ap / Ae d d
2
2 e
一根桩承担的处理地 基面积的等效圆直径
2、由面积换算率m计算一根桩的分担面积Ae
m Ap / Ae Ae Ap / m
式中， 可按下式用试算法求得
p 45 p 2
即：
p p p p max cu
综合单桩极限承载力法 极限承载力公式
rl
桩体侧向极限应力
故综合单桩极限承载力法也称侧向极限应力法， 是目前计算碎（砂）石桩单桩承载力最常用的方法
还有简单方法
抗液化能力
发生液化所需应力
Dr相同，受过预振所需应力=1.4未受过预振所需应力
振冲器施工时，频率为1450次/min，a=98m/s2，激振力为90kN 这样大的振动和冲击，使地基土在挤密的同时也获得强烈预振 砂土液化与砂土的相对密实度和振动应变史有关
碎石桩加固砂土效果显著，但小于0.074mm的细颗粒含量超过10%， 效果就不显著；若超过20%，振动挤密不再适用。
二、施工步骤
振 冲 法
清孔，如果不清， 泥浆比重大，碎石 下降慢不易密实。
分 段 成 桩
就位：清理平整 施工场地，布置 桩位。振冲器对 准桩位。 成孔：启动水泵和振冲器，水 压400～600kpa， 水量可用200～400l/min， 成孔速度0.5 ～ 2.0m /min， 直至达到设计处理深度。
3、作用：提高地基强度、降低压缩性，或消除地基抗液 化。 4、工程应用：中小型工业与民用建筑、散料堆场、码头、 路堤、油罐等工程的地基加固。
第一节 碎石桩的加固机理
一、松散砂土中的加固机理 松散砂土孔隙大，在动静荷载的作用下，产生较大沉降， 必须经过人工处理。 1、挤密作用 砂桩成桩采用 振动或冲击方法，桩管对周围 砂土产生很大横向挤压力，将 地基中等于桩管体积的砂挤向 周围砂层，这种强制挤密使砂 土相对密度Dr增加，孔隙比e减
二、软弱粘性土中的加固机理
1、置换作用：粘土多为蜂窝结构，成桩过程中受到扰动后，强 度降低，起不到挤密加固作用，砂桩加固主要是利用砂桩本身 强度形成复合地基，提高地基的承载力和地基的整体稳定性。 2、排水作用 砂桩
粘性土的渗透系数小，在10-7～104cm/s的范围内。砂土的渗透系数达 10-3cm/s，所以设置砂土后，减少 了软弱地基土的排水距离，加快固 结速率，有助于地基强度的提高。
第三章
深层密实法
第 二节
碎 石 桩
1、定义：碎石桩指用振动或冲击荷载在软弱地基中 成孔后，再将碎石或砂挤压入孔中形成的大直径密实 柱体。
碎石桩是
碎石桩（Stone Column） 砂 桩 (Sand Pile)
的总称
碎石桩的施工工艺有：振冲法、沉管法、振动 气冲法、钻孔锤击法等。
振冲桩 (起源于德国,我国 于70年代引入) (1)设备,振冲器 d=270~420mm,l=2~3m , G=8~20KN (2)原理: 振:偏心轮旋转,振动加密, 使颗粒移动 冲:高压水从中间穿过,土 颗粒振浮液化固结
2、在可液化地基中，桩长 应穿透可液化地基
d
p f s, k
五、桩距计算
（一）砂性土地基中的桩距计算
1、砂性土的加固机理 主要是挤密，加固后土的 密实度增大，孔隙比变小。 2、计算参数及公式
假定碎石桩为100%的 挤密作用，即成桩过程中 地面没有隆起或下沉现象， 被加固的砂土没有流失。
A 单桩加固面积，正方形布桩 A p 桩体面积 Ap d 2 / 4
振 冲 法
清孔，如果不清， 泥浆比重大，碎石 下降慢不易密实。
分 段 成 桩
就位：清理平整 施工场地，布置 桩位。振冲器对 准桩位。
成孔：启动水泵和振 冲器，水压400～ 600kpa，水量可用 200～400l/min，直至 达到设计处理深度以 上0.3～0.5m。
提出加料，将振冲器沉入填 料中振密，振密判断标准： 电流超过规定密实电流，达 不到标准继续向孔内加填料。
干振法
振捣
振孔器就位
振动挤土成孔
上提振孔器填料 形成碎石桩
振冲器
2、分类：振冲碎石桩和干法碎石 桩。 3、适用范围：
砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填 土和杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不 严的工程也可采用砂石桩置换处理。砂石桩也可用于处理 液化地基。
振冲法适用于处理砂土、粉土、粘性土、填土地基，对处 理不排水抗剪强度不小于 20kpa 的软土地基使用要慎重。不加 填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于 10％的中砂、粗砂地 基。