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1、挤 密 桩 法Compaction-pile Method 专题专题合肥工业大学本科生教学合肥工业大学本科生教学地基处理地基处理21、石灰桩、石灰桩石灰桩石灰桩是在软弱地基中成孔后填入适当粒度的是在软弱地基中成孔后填入适当粒度的生石灰生石灰并逐段夯并逐段夯实成为实成为桩状的柱体桩状的柱体。相应地叫石灰桩处理加固方法。相应地叫石灰桩处理加固方法。为提高桩身强为提高桩身强度，还可掺入适量的石膏、水泥等外加剂。度，还可掺入适量的石膏、水泥等外加剂。2、适用范围、适用范围江、河、滨冲积层、滨湖区近代湖积层及冲积层等软弱土层分布区。包括杂填土、素填土、粘土、淤泥土、淤泥质土、粉土等，还适于砂土和透水性大
2、的砂质土、粉土等，加固深度从几米到十几米。不适用于地下水位下的砂类土。石灰桩法石灰桩法31) 1) 石灰石灰桩桩法法( (或称块灰灌入法或称块灰灌入法): ): 用钢套管成孔后，灌入新鲜生石灰用钢套管成孔后，灌入新鲜生石灰块或再掺入适量块或再掺入适量水硬性掺合料水硬性掺合料( (粉煤灰和火山灰粉煤灰和火山灰) ) ，一般经验配，一般经验配合比合比7 7：3 3或或8 8： 。在拔管的同时进行振密成桩。在拔管的同时进行振密成桩。2) 2) 石灰石灰柱柱法法( (亦称粉灰搅拌法亦称粉灰搅拌法): ): 主要通过特制的搅拌机将石灰粉加主要通过特制的搅拌机将石灰粉加固原料与原位软土搅拌均匀，促使软土硬
3、结，形成力学性能较强固原料与原位软土搅拌均匀，促使软土硬结，形成力学性能较强的石灰的石灰( (土土) ) 柱柱（实际上是粉体搅拌法的一种）（实际上是粉体搅拌法的一种）。3) 3) 石灰石灰浆浆压力喷注法压力喷注法: : 采用压力将石灰浆或石灰粉煤灰混合浆采用压力将石灰浆或石灰粉煤灰混合浆喷注于地基土的孔隙内或预先钻孔之内，使浆体在地基中扩散和喷注于地基土的孔隙内或预先钻孔之内，使浆体在地基中扩散和凝固硬化而达到加固的目的凝固硬化而达到加固的目的（该种处理方法实质是压力注浆（该种处理方法实质是压力注浆法的一种）法的一种）。 4 石灰桩加固地基的机理包括石灰桩加固地基的机理包括 成孔挤密作用成孔挤
4、密作用; ; 桩料吸水膨胀挤密作用桩料吸水膨胀挤密作用; ; 桩周土脱水固结作用桩周土脱水固结作用; ; 桩身置换作用桩身置换作用; ; 胶凝强化作用胶凝强化作用等方面。等方面。51) 1) 成孔挤密作用（物理加固效应）成孔挤密作用（物理加固效应） 桩孔是通过对钢管的振动或打入完成的。桩孔是通过对钢管的振动或打入完成的。 当钢管被打入土中时，由钢管所置换的土体挤入四周当钢管被打入土中时，由钢管所置换的土体挤入四周土体内，使得桩周土土体内，使得桩周土 得到挤密，挤密效得到挤密，挤密效果除了果除了与石灰桩的置与石灰桩的置换率有关外，还与换率有关外，还与原地基土的渗透性能及地下水状况原地基土的渗透性
5、能及地下水状况( (水位水位) )有有关。关。当然，如果采用排土成孔方法时，则不存在挤密效应。当然，如果采用排土成孔方法时，则不存在挤密效应。62) 2) 桩料吸水膨胀挤密作用（物理加固效应）桩料吸水膨胀挤密作用（物理加固效应） 成孔后，灌入桩孔中的石灰桩吸水包括两个部分：成孔后，灌入桩孔中的石灰桩吸水包括两个部分：一部分一部分是是CaO的水化反应吸水；另一部分是石灰桩本身的水化产物的水化反应吸水；另一部分是石灰桩本身的水化产物Ca(OH)2的孔隙吸水。的孔隙吸水。1 kg的的CaO完全潮解的理论吸水量是完全潮解的理论吸水量是 0.32 kg ，且生成的，且生成的Ca(OH)2不含水，它会继续
6、从四周土中吸取水分，不含水，它会继续从四周土中吸取水分，储存在桩体孔隙中。储存在桩体孔隙中。吸水后桩体发生的膨胀使桩间土产生强大吸水后桩体发生的膨胀使桩间土产生强大的挤压力而使其获得密实效果。的挤压力而使其获得密实效果。(生石灰在熟化之后的体积可达生石灰在熟化之后的体积可达到原体积的到原体积的1.53.5倍倍)。73) 3) 脱水挤密固结作用（物理加固效应）脱水挤密固结作用（物理加固效应） 石灰桩吸水后，桩间土的含水量必然降低。石灰桩吸水后，桩间土的含水量必然降低。桩身吸水必然对应桩周土的脱水土颗粒靠拢挤密、固结。 另一方面，生石灰吸水反映后产生的热效应造成水体蒸发，进一步促进了桩固土体中水的
7、脱出。桩周土含水量桩周土含水量、孔隙比孔隙比 ，土体密实度提高，强度土体密实度提高，强度。 8 石灰的重度为石灰的重度为8kNm3，显著小于土的密度。即使桩体，显著小于土的密度。即使桩体饱和后其重度约为饱和后其重度约为14kNm3，仍然小于土的天然密度。，仍然小于土的天然密度。 当采用排土成桩时，加固层的自重减轻，作用在桩底平面当采用排土成桩时，加固层的自重减轻，作用在桩底平面的自重应力显著减少，可减少桩底下卧层顶面的附加压力。的自重应力显著减少，可减少桩底下卧层顶面的附加压力。当采用不排土成孔时，对于杂填土、砂类土等，由于成孔挤当采用不排土成孔时，对于杂填土、砂类土等，由于成孔挤密了桩间土，
8、加固层的重量变化不大。密了桩间土，加固层的重量变化不大。9 桩体吸水后，其溶液中随钙离子桩体吸水后，其溶液中随钙离子(Ca2+)的增多变为的增多变为碱性环碱性环境境， 一部分钙离子一部分钙离子(Ca2+)又与桩周土中的又与桩周土中的SiO2及及Al2O3发发生反映，生成结构较复杂的生反映，生成结构较复杂的硅酸钙水化物硅酸钙水化物(CaOSiO2nH2O)、铝铝酸酸钙水化物钙水化物(CaOAl2O3nH2O) 以及以及钙铝黄长石水化物钙铝黄长石水化物(2CaOAl2O3SiO26H2O)，这些水化物又牢牢地将其周围土，这些水化物又牢牢地将其周围土颗粒胶结、固化在一起，形成网状结构颗粒胶结、固化在
9、一起，形成网状结构 土颗粒间联系的更加牢固、强度大大增加强，并与土颗粒间联系的更加牢固、强度大大增加强，并与时间成正相关时间成正相关。10 生石灰吸水后，一定条件下电离出的生石灰吸水后，一定条件下电离出的CaCa2+2+与粘土表面阴离与粘土表面阴离子交换并吸附在土颗粒表面上子交换并吸附在土颗粒表面上增大了钙质结核团粒，使土中增大了钙质结核团粒，使土中颗粒相对含量下降颗粒相对含量下降土力学性能改善。当桩体内掺入粉煤灰、土力学性能改善。当桩体内掺入粉煤灰、火山灰等掺合物之后，在整个桩体内的这种离子交换作用、胶火山灰等掺合物之后，在整个桩体内的这种离子交换作用、胶凝作用、胶凝作用也同时会发生，使桩体
10、的后期强度比单纯的凝作用、胶凝作用也同时会发生，使桩体的后期强度比单纯的石灰桩更高。石灰桩更高。 石灰与土体中二氧化碳气体反应石灰与土体中二氧化碳气体反应生成不溶的碳酸钙，在生成不溶的碳酸钙，在桩身外产生桩身外产生 。11 试验和实践表明，当桩体吸水量过大，会在桩体内部形成试验和实践表明，当桩体吸水量过大，会在桩体内部形成“软心软心”，此时桩体就难以起到承重作用。，此时桩体就难以起到承重作用。 然而，然而，当桩体夯填施工过程中，只要满足一定的初始填当桩体夯填施工过程中，只要满足一定的初始填充密实度，并保证一定的封顶压力，桩体就完全可以避免充密实度，并保证一定的封顶压力，桩体就完全可以避免“软心
11、软心”现象的发生，而起到承重桩的作用，即置换作用。现象的发生，而起到承重桩的作用，即置换作用。刚度较大的石灰桩体承受较大的应力，正常置换率下，石灰刚度较大的石灰桩体承受较大的应力，正常置换率下，石灰桩分担了桩分担了3030以上的荷载，此时，与发生了挤压密实效用的以上的荷载，此时，与发生了挤压密实效用的桩间土共同作用，支承载荷，发挥着复合地基的作用。桩间土共同作用，支承载荷，发挥着复合地基的作用。12u石灰桩的主要固化剂为生石灰石灰桩的主要固化剂为生石灰(CaO(CaO含量含量70%,70%,粒径粒径70mm,70mm,含粉量含粉量15%)15%)。u 掺合料宜优先选用掺合料宜优先选用粉煤灰、火
12、山灰、炉渣等工业废料粉煤灰、火山灰、炉渣等工业废料。生石灰与掺合料的配合比宜根据工程地质情况确定，生石灰与掺合料的配合比宜根据工程地质情况确定，生石灰生石灰与掺合料的体积比可选用与掺合料的体积比可选用1 1：1 1或或1 1：2 2。对于淤泥、淤泥质土对于淤泥、淤泥质土等软土可适当增加生石灰用量，桩顶附近生石灰用量不宜过等软土可适当增加生石灰用量，桩顶附近生石灰用量不宜过大。大。u 当掺石膏和水泥时，掺加量为生石灰用量的当掺石膏和水泥时，掺加量为生石灰用量的3%3%10%10%。131415 1)1) 石灰桩复合地基承载力特征值不宜超过石灰桩复合地基承载力特征值不宜超过160Kpa160Kpa
13、，当土层较当土层较好并采取保证桩身强度措施之后，经试验后，可适当提高。好并采取保证桩身强度措施之后，经试验后，可适当提高。2)2) 承承载力特征值应通过单桩或多桩复合地基载荷试验确定。载力特征值应通过单桩或多桩复合地基载荷试验确定。初步设计初步设计时，可按公式时，可按公式: : 其中，其中，pkpk：桩身抗压强度比例界限值，由单桩竖向载荷试验桩身抗压强度比例界限值，由单桩竖向载荷试验确定，一般取确定，一般取350350500kPa500kPa，土质软时取低值；，土质软时取低值；SkSk：桩间土承载桩间土承载力特征值，取天然地基承载力特征值的力特征值，取天然地基承载力特征值的1.051.051.
14、21.2倍；倍；m m：桩土面：桩土面积置换率，桩面积按积置换率，桩面积按1.11.11.21.2倍成孔直径计算，土质软者取高值。倍成孔直径计算，土质软者取高值。 16 按照按照建筑地基基础设计规范建筑地基基础设计规范GB5007GB5007有关规定计算处理后有关规定计算处理后的地基变形。变形经验系数按该区沉降观测资料及经验确定的地基变形。变形经验系数按该区沉降观测资料及经验确定 沉沉降量降量S=SS=S1 1( (桩长范围压缩量桩长范围压缩量) +S) +S2 2 ( (桩下土层的压缩量桩下土层的压缩量) ) 有关有关复合土层的压缩模量复合土层的压缩模量E ESP SP ，通过桩身及桩间土压
15、缩试验，通过桩身及桩间土压缩试验确定。初步设计时，可按下试估算：确定。初步设计时，可按下试估算： 17 1）特点）特点 石灰桩体中一般均含有大量的掺和料，掺料不可避免有石灰桩体中一般均含有大量的掺和料，掺料不可避免有一定含水量，当掺料与生石灰拌和后，内中的水分会迅速发一定含水量，当掺料与生石灰拌和后，内中的水分会迅速发生反应，生石灰体积膨胀，极容易发生生反应，生石灰体积膨胀，极容易发生堵管现象堵管现象。 管外投料法避免了堵管，管外投料法避免了堵管，可以利用现有的混凝土灌注桩可以利用现有的混凝土灌注桩设备施工。但在软土中成孔时容易发生塌孔或缩孔现象，且设备施工。但在软土中成孔时容易发生塌孔或缩孔
16、现象，且孔深不宜超过孔深不宜超过6m6m。桩径和桩长的保证率也相对较低。桩径和桩长的保证率也相对较低。182) 施工方法施工方法 3) 工艺流程工艺流程 采用打入、振入、压入的灌注桩设备均可施工。桩管采用采用打入、振入、压入的灌注桩设备均可施工。桩管采用200325mm无缝钢管。为防止拔管时孔内负压进入造成塌孔，无缝钢管。为防止拔管时孔内负压进入造成塌孔，采用活动式桩尖，拔管时桩尖靠自重落下，空气由桩管进入孔采用活动式桩尖，拔管时桩尖靠自重落下，空气由桩管进入孔内，避免负压。内，避免负压。 桩尖角度一般为桩尖角度一般为45、60 、90 。土质较硬时用小值。土质较硬时用小值。 桩机定位桩机定位
17、沉管沉管提管提管填料填料压实压实再提管再提管再填料再填料再再压实，这样反复几次，最后填土封口压实，一根桩即告完成。压实，这样反复几次，最后填土封口压实，一根桩即告完成。19 4) 施工控制施工控制 2021221 1）优点。）优点。利用特制的洛阳铲人工挖孔、投料夯实，是广泛应用利用特制的洛阳铲人工挖孔、投料夯实，是广泛应用的一种施工方法。由于洛阳铲在切土、取土过程中对周围土体的的一种施工方法。由于洛阳铲在切土、取土过程中对周围土体的扰动很小，在软土甚至淤泥中可保持孔壁稳定。扰动很小，在软土甚至淤泥中可保持孔壁稳定。 该施工方法避免了振动和噪声、能在狭窄场地和室内作业，该施工方法避免了振动和噪声
18、、能在狭窄场地和室内作业，造价低、工期短、质量可靠。因此，适用的范围较大。造价低、工期短、质量可靠。因此，适用的范围较大。2 2）限制。）限制。挖孔投料法主要受深度的限制，一般情况下桩长不宜挖孔投料法主要受深度的限制，一般情况下桩长不宜超过超过6m6m。在地下水位下的砂类土及塑性指数小于。在地下水位下的砂类土及塑性指数小于8 8的粉土中则难的粉土中则难以成孔。以成孔。3 3）工艺流程。）工艺流程。定位定位钢钎或铁锹开口钢钎或铁锹开口( (深度深度50cm50cm左右左右) ) 人工洛人工洛阳铲成孔阳铲成孔孔内抽水孔内抽水孔口拌和桩料孔口拌和桩料下料下料夯击夯击再下料再下料再夯再夯实实封口填土夯
19、实。封口填土夯实。2324 有沉管法、冲击法、螺旋钻进法；爆扩法、挖孔法多种。有沉管法、冲击法、螺旋钻进法；爆扩法、挖孔法多种。2526 1) 1) 逐段填料夯实成桩逐段填料夯实成桩( (人工填料，逐段夯实。每段填人工填料，逐段夯实。每段填料需厚度料需厚度400mm400mm，施工时要做好场地排水措施，防，施工时要做好场地排水措施，防止积水止积水);); 2) 2) 桩位偏差不大于桩径的一半桩位偏差不大于桩径的一半(0.5d);(0.5d); 3) 3) 做好施工记录，监督成桩质量做好施工记录，监督成桩质量; ; 4) 4) 封顶封顶( (垫层封顶、夯实垫层封顶、夯实) )2728293031
20、【例题例题1 1】 对软土采用石灰桩处理后，石灰桩外表层会形成一层强对软土采用石灰桩处理后，石灰桩外表层会形成一层强度很高的硬壳层，这主要是由（）起的作用。度很高的硬壳层，这主要是由（）起的作用。 A A、吸水膨胀；、吸水膨胀；B B、离子交换；、离子交换；C C、反应热；、反应热；D D、碳酸钙化反应；、碳酸钙化反应； 【例题例题 2】 在初步设计时，对于采用石灰桩处理过的地基，其复合在初步设计时，对于采用石灰桩处理过的地基，其复合土层的压缩模量可以按照式土层的压缩模量可以按照式Esp=1+m(n-1)Es进行估算，进行估算，为系数，其值为为系数，其值为（）。（）。 A、小于、小于1； B、
21、大于、大于0.5； C、大于、大于0.9； D、大于、大于1，可取，可取1.11.3； 32【例题例题3】 为了保证石灰桩的施工安全，下列说法正确的是为了保证石灰桩的施工安全，下列说法正确的是( ) A、石灰桩施工时，必须强调用电安全；石灰桩施工时，必须强调用电安全； B、石灰桩施工时，必须配戴安全帽；石灰桩施工时，必须配戴安全帽； C、石灰桩施工时，应采取防止冲孔伤人的有效措施，确石灰桩施工时，应采取防止冲孔伤人的有效措施，确保施工人员的安全；保施工人员的安全； D、石灰桩施工时，项目部应有完善的安全生产管理体系，石灰桩施工时，项目部应有完善的安全生产管理体系，确保安全生产，文明施工。确保安
22、全生产，文明施工。 33【例题例题4】 对于软土地基，采用石灰桩处理后，其施工质量检测包对于软土地基，采用石灰桩处理后，其施工质量检测包括括( )。 A、桩间土加固效果检验；、桩间土加固效果检验； B、桩身质量检验；、桩身质量检验； C、单桩复合地基载荷试验；、单桩复合地基载荷试验； D、多桩复合地基载荷试验；、多桩复合地基载荷试验；【例题例题5】 在对石灰桩进行竣工验收检验时，载荷试验的数量宜在对石灰桩进行竣工验收检验时，载荷试验的数量宜为（），每一单体工程不得少于为（），每一单体工程不得少于3点。点。 A、总桩数的、总桩数的0.5%；B、总桩数的、总桩数的1%；C、总桩数的、总桩数的2%；
23、 D、地基处理面积每、地基处理面积每 200m2 左右布置一个点；左右布置一个点； E、地基处理面积每、地基处理面积每 500m2 左右布置一个点；左右布置一个点； 341 1、基本定义、基本定义 碎碎( (砂砂) )石桩又被称做粗颗粒土桩石桩又被称做粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水冲，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔之后，形成由砂石构成的大直径密实桩等方式在软弱地基中成孔之后，形成由砂石构成的大直径密实桩体，包括碎石桩、砂桩和砂石桩，总称为体，包括碎石桩、砂桩和砂石桩，总称为碎碎石桩石桩。 353 3、适用范围：、适用范围： 碎石桩用于挤密松散砂土、粉土、黏性土、素填土及杂填土地
24、碎石桩用于挤密松散砂土、粉土、黏性土、素填土及杂填土地基。基。但需注意两点：但需注意两点：因为如果桩周土强度过低，当其不排水抗剪强度小于因为如果桩周土强度过低，当其不排水抗剪强度小于20kPa时，将导致土的侧向约束力始终不能平衡由于填料挤入孔壁产生的作用力，那就始终不能形成桩体，故需时，将导致土的侧向约束力始终不能平衡由于填料挤入孔壁产生的作用力，那就始终不能形成桩体，故需经过预压加固处理；经过预压加固处理； 2）不加填料的振冲加密法适用于处理黏粒含量不大于不加填料的振冲加密法适用于处理黏粒含量不大于10的的中砂、粗砂地基。中砂、粗砂地基。 周围砂料能自行塌入孔内，可进行原地振冲周围砂料能自行
25、塌入孔内，可进行原地振冲)。 砂石桩法也可用于处理可液化地基砂石桩法也可用于处理可液化地基。36 1)1) 中、小型工业与民用建筑物；中、小型工业与民用建筑物； 2)2) 港湾建筑物港湾建筑物( (码头、护岸工程等码头、护岸工程等) )； 3)3) 土工构筑物土工构筑物( (土石坝、路基等土石坝、路基等) )； 4)4) 材料堆置材料堆置场场地地( (矿料场等矿料场等) )； 5)5) 其它其它场场地。滑道、机场等。地。滑道、机场等。工程上，碎石桩法可用以下各类建筑：工程上，碎石桩法可用以下各类建筑：3、适用范围、适用范围：砂石桩砂石桩( (碎石桩碎石桩) )371) 1) 松散砂土的工程特性
26、松散砂土的工程特性 砂土和粉土属于散粒状结构，砂土和粉土属于散粒状结构，粒间孔隙大，粒间孔隙大，颗粒的排颗粒的排列位置很不稳定，列位置很不稳定， 在外荷在外荷(动力和静力动力和静力)作用下作用下易发生移位易发生移位, ,并并会重新进行排列，趋于较稳定状态。因此，会重新进行排列，趋于较稳定状态。因此，松散砂土松散砂土沉沉降变形大、抗液化性弱、承载力小。尤其是受振动作用后，降变形大、抗液化性弱、承载力小。尤其是受振动作用后，体积可缩小体积可缩小20%20%。2) 2) 加固机理加固机理 通过碎石桩处理，可有效地改善松散砂通过碎石桩处理，可有效地改善松散砂( (粉粉) )土的工程土的工程特性，主要表
27、现在三个方面：特性，主要表现在三个方面：碎石桩碎石桩( (砂石桩砂石桩) )38 挤密作用：挤密作用：施工过程中由于水冲使得松散砂土达到饱施工过程中由于水冲使得松散砂土达到饱和状态，并在高频强迫振动下产生液化、重新排列密实；孔中填和状态，并在高频强迫振动下产生液化、重新排列密实；孔中填入的粗骨料被强迫振动、密实的同时，桩体半径还不断增大，对入的粗骨料被强迫振动、密实的同时，桩体半径还不断增大，对桩周土形成水平挤压作用桩周土形成水平挤压作用, ,甚至有一部分被挤入桩周土中。甚至有一部分被挤入桩周土中。于是于是 ，砂土密实度砂土密实度、孔隙率、孔隙率 ，干密度和内摩擦角，干密度和内摩擦角，达到达到
28、力学性力学性能改善、承载力提高、抗液化性能增强的目的；能改善、承载力提高、抗液化性能增强的目的；施工中，桩管对周围砂层产生很施工中，桩管对周围砂层产生很大的水平挤压力，并将桩管处砂子挤向桩管周围的土层中大的水平挤压力，并将桩管处砂子挤向桩管周围的土层中, , 桩桩管四周砂层孔隙率管四周砂层孔隙率、密实度、密实度 。 39 由于挤压，紧贴于桩周管上的土结构遭到完全破坏。桩管由于挤压，紧贴于桩周管上的土结构遭到完全破坏。桩管周围塑性变形区，由于受到挤压和孔隙水压力的共同作用，周围塑性变形区，由于受到挤压和孔隙水压力的共同作用，强度显著降低。桩管周围塑性变形区强度显著降低。桩管周围塑性变形区( )半
29、径半径RP可由下可由下式确定。式确定。 （3-3-1） 由式由式( (3-3-13-3-1) )知，塑性变形区域的大小与桩管半径、土的知，塑性变形区域的大小与桩管半径、土的变形模量成正比，与土的抗剪强度成反比。变形模量成正比，与土的抗剪强度成反比。 404142 砂土和粉土中砂土和粉土中排水减压振密作用排水减压振密作用比比挤密作用显著挤密作用显著，是砂石桩，是砂石桩的主要加固作用之一。的主要加固作用之一。振密作用在宏观上表现为振密变形。振动振密作用在宏观上表现为振密变形。振动成桩过程中，一般形成以桩管为中心的成桩过程中，一般形成以桩管为中心的“沉降漏斗沉降漏斗”，直径达桩，直径达桩径的径的69
30、倍，并形成多条环状裂隙。倍，并形成多条环状裂隙。 排水减压振密作用排水减压振密作用: : 振冲成桩过程中，桩周土体在循环荷载作用下发生收缩和趋于振冲成桩过程中，桩周土体在循环荷载作用下发生收缩和趋于紧密，砂土在无排水条件下体积不断收缩导致超孔隙水压力产生，紧密，砂土在无排水条件下体积不断收缩导致超孔隙水压力产生，有效应力降为零时引起砂土液化。有效应力降为零时引起砂土液化。碎石桩体材料具有良好的反滤效碎石桩体材料具有良好的反滤效果，是理想的人工竖向排水减压通道，土体中的超水孔隙水必然沿果，是理想的人工竖向排水减压通道，土体中的超水孔隙水必然沿着改排水通道排出地面。随着孔隙水排出，土体的孔隙比降低
31、，密着改排水通道排出地面。随着孔隙水排出，土体的孔隙比降低，密实度得到提高。实度得到提高。43 预震抗液化作用预震抗液化作用: : 砂石桩法的预震抗液化作用主要有两个方面：砂石桩法的预震抗液化作用主要有两个方面： 桩间可液化土层受到挤密和振密作用。桩间可液化土层受到挤密和振密作用。土层的密实度增土层的密实度增加，结构强度提高，表现在土层标贯击数的增加，从而提高土加，结构强度提高，表现在土层标贯击数的增加，从而提高土层本身的抗液化能力；层本身的抗液化能力； 砂土的液化特性不仅与相对密实度和排水体有关，还与砂土的液化特性不仅与相对密实度和排水体有关，还与砂土的振动应变史有关。砂土的振动应变史有关。
32、预先受过适度水平的循环应力预振的预先受过适度水平的循环应力预振的砂土，将具有较大的抗液化强度。砂土，将具有较大的抗液化强度。砂石桩成桩过程中，桩间土砂石桩成桩过程中，桩间土受了多次预振作用，并通过桩体将产生的超孔隙水压力消散，受了多次预振作用，并通过桩体将产生的超孔隙水压力消散，因而提高桩间土的抗液化能力。因而提高桩间土的抗液化能力。 44 1) 1) 粘性土的工程特性粘性土的工程特性: : 结构为蜂窝状或絮状结构，结构为蜂窝状或絮状结构，粘粒含量高、粘间结合力粘粒含量高、粘间结合力强、渗透性低。强、渗透性低。 在受到动、静外荷作用时，在受到动、静外荷作用时，黏粒之间的结合力以及黏黏粒之间的结
33、合力以及黏粒、离子、水分子所组成的平衡体系虽然受到破坏，孔隙粒、离子、水分子所组成的平衡体系虽然受到破坏，孔隙水压力升高，土的强度降低，塑性变形增大，但是水压力升高，土的强度降低，塑性变形增大，但是土中水土中水并不容易排放。并不容易排放。 黏性土黏性土密实度提高效果不佳，无法达到最终提高承裁密实度提高效果不佳，无法达到最终提高承裁力的目的。力的目的。 452) 2) 加固机理加固机理 主要通过置换法主要通过置换法( (用碎石桩置换粘性土用碎石桩置换粘性土) ) 实现改良土基的目实现改良土基的目的，具体表现在两个方面。的，具体表现在两个方面。 桩体置换作用。桩体置换作用。以性能良好的砂石桩直接替
34、换部分粘以性能良好的砂石桩直接替换部分粘性土，构成性能良好的复合地基性土，构成性能良好的复合地基。由密实的碎石桩桩体取代由密实的碎石桩桩体取代了与桩体体积相同的软弱土，因为砂石桩的强度和抗变形性了与桩体体积相同的软弱土，因为砂石桩的强度和抗变形性能等均优于其周围的土，所以形成的复合地基的承载力、模能等均优于其周围的土，所以形成的复合地基的承载力、模量就比原来天然地基的承载力、模量大，从而提高了地基的量就比原来天然地基的承载力、模量大，从而提高了地基的整体稳定性，减小了地基的沉降量。复合地基承载力增大率整体稳定性，减小了地基的沉降量。复合地基承载力增大率与沉降量的减小率均和置换率成正比关系。与沉
35、降量的减小率均和置换率成正比关系。46 2) 2) 加固机理加固机理： 排水固结作用。排水固结作用。饱和黏性土地基中，碎石桩体的排水饱和黏性土地基中，碎石桩体的排水通道作用是砂石桩法处理饱和软弱黏性土地基的主要作用之通道作用是砂石桩法处理饱和软弱黏性土地基的主要作用之一一。由于沉管成桩过程中的挤压和振动等作用，桩间土会出。由于沉管成桩过程中的挤压和振动等作用，桩间土会出现较大的孔隙水压力，导致土强度降低。碎石桩施工结束后，现较大的孔隙水压力，导致土强度降低。碎石桩施工结束后，上覆土体重力作用下，借助于砂石桩良好的排水作用，桩间上覆土体重力作用下，借助于砂石桩良好的排水作用，桩间土发生排水固结，
36、同时由于黏粒、水分子、离子之间重新形土发生排水固结，同时由于黏粒、水分子、离子之间重新形成新的稳定平衡体系，使土的强度得以恢复，甚至超过原土成新的稳定平衡体系，使土的强度得以恢复，甚至超过原土体强度。体强度。 47 不管是松散砂性土还是软弱粘土，不管是松散砂性土还是软弱粘土，表现在表现在5 5个方面：个方面：挤密、置换、排水挤密、置换、排水固结、垫层和加筋作用固结、垫层和加筋作用。 对地基的加固效果具体表现在：可以使对地基的加固效果具体表现在：可以使承载力提高承载力提高，使使地基沉降量减小地基沉降量减小，抗剪强度增加抗剪强度增加和和抗滑稳定性抗滑稳定性提高。提高。 481 1、加固范围：、加固
37、范围： 总体上要大于基础底面的面积，具体根据建筑物的重要性及总体上要大于基础底面的面积，具体根据建筑物的重要性及场地条件确定。场地条件确定。 对于一般地基，宜在基础外缘扩大对于一般地基，宜在基础外缘扩大1 13 3排桩；排桩； 对可液化地基，在基础外缘扩展宽度不小于基底可液化土对可液化地基，在基础外缘扩展宽度不小于基底可液化土层厚度的层厚度的1/21/2，并不应小于，并不应小于5m5m。具体见下表所示。具体见下表所示。基础形式基础形式加固范围加固范围条形基础条形基础不超出或适当超出基底面积不超出或适当超出基底面积筏形、十字交叉及箱筏形、十字交叉及箱形基础形基础基础平面外轮廓范围内满堂加固，轮廓
38、线外基础平面外轮廓范围内满堂加固，轮廓线外加加23排保护桩排保护桩49正方形布置正方形布置矩形布置矩形布置三角形布置三角形布置扇形布置扇形布置2 2、布桩形式：、布桩形式： 对大面积满堂处理对大面积满堂处理，宜用等边，宜用等边三角形布置；三角形布置；对单独基础或条形基对单独基础或条形基础础，采用正方形、矩形，等腰三角，采用正方形、矩形，等腰三角形较合适。形较合适。503、桩径：、桩径：1)碎石桩：碎石桩：取决于施工设备的桩管大小和地基土条取决于施工设备的桩管大小和地基土条件，一般为件，一般为0.71.0m；2)沉管法施工桩：沉管法施工桩：一般为一般为0.30.7m；3)振冲桩：振冲桩：直径一般
39、为直径一般为0.81.2m。4、材料要求：、材料要求：碎石料可使用碎石料可使用砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等，这些材料可单独用一种，也可以粗细粒料卵石、碎石等，这些材料可单独用一种，也可以粗细粒料以一定的比例配合使用以一定的比例配合使用。填料中含泥量。填料中含泥量5%，并且不含有，并且不含有粒径大于粒径大于50mm的颗粒。的颗粒。5、垫层：、垫层：垫层是基础的垫层是基础的“保护层保护层”。故。故桩体施工结束后，桩桩体施工结束后，桩顶与基础间宜铺设顶与基础间宜铺设300500mm厚的碎厚的碎(砂砂)石垫层，并振实。石垫层，并振实。516 6、桩长、桩长(
40、 (加固深度加固深度) )：取决于建筑物对地基的强度和变形条件取决于建筑物对地基的强度和变形条件等的设计要求以及地质条件等的设计要求以及地质条件(软土层的厚度、性能等软土层的厚度、性能等)而定，砂而定，砂土地基还应考虑抗液化的要求。主要注意四个方面：土地基还应考虑抗液化的要求。主要注意四个方面： 1）地基中松软土层厚度不大时地基中松软土层厚度不大时。根据较好土层埋深确定。根据较好土层埋深确定。 2）松软土层厚度较大时。松软土层厚度较大时。按稳定性控制的工程，桩长不应按稳定性控制的工程，桩长不应小于最危险滑动面的深度；按沉降变形控制的工程，桩长应满小于最危险滑动面的深度；按沉降变形控制的工程，桩
41、长应满足复合地基的沉降量不超过建筑物地基的容许沉降量。足复合地基的沉降量不超过建筑物地基的容许沉降量。 3）对于可液化地基，对于可液化地基，加固深度按要求的抗震处理深度确定。加固深度按要求的抗震处理深度确定。 4）桩长不宜小于桩长不宜小于4m，砂桩的长度一般应达砂桩的长度一般应达8- -20m。52 加固目的是提高地基承载力，减小变形及抗加固目的是提高地基承载力，减小变形及抗液化性等。液化性等。因此，因此， 基本出发点是挤密。基本出发点是挤密。 由此，要求我们确定由此，要求我们确定密实度密实度( (r rd d) )，孔隙度孔隙度( (e) )，桩位布置桩位布置，桩径桩径( (d) )，间距间
42、距( (L) )，桩体长或处理深桩体长或处理深度度( (H H ) ) 。53 假定在松散砂土中打入的砂石桩达到假定在松散砂土中打入的砂石桩达到100%100%的挤密效果的挤密效果( (即成桩过程中无隆起、下隆沉现象，加固土无损失即成桩过程中无隆起、下隆沉现象，加固土无损失) ) 。 设：设：A单根桩所分担的加固面积；单根桩所分担的加固面积；V加固处理后的土加固处理后的土体体积变化量；体体积变化量；V0原砂土地基单位深度的平均体积，对应原砂土地基单位深度的平均体积，对应体重为体重为G ；VS砂层固体颗粒单位深度的体积；砂层固体颗粒单位深度的体积；L桩距，桩距，处理前后重度处理前后重度g g0
43、0、g g1 1( (对应孔隙比对应孔隙比eo，e1 ) ，h 为地基竖向变为地基竖向变形，下沉时取正值，反之取负值，形，下沉时取正值，反之取负值，H为欲处理的天然土层厚为欲处理的天然土层厚度度; Vv 处理后空隙体积处理后空隙体积。svosvVVeVVe.1 (3-3-1) (3-3-1) 54LApALLLApV 1VoVv灌沙孔隙土粒图图 3-3-1 3-3-1 正方形桩位正方形桩位 图图3-3-2 3-3-2 孔隙比变化示意图孔隙比变化示意图 55则：则：处理前的体积：处理前的体积： (3-3-2) (3-3-2) 处理后的体积：处理后的体积： V (3-3-3) (3-3-3) 00
44、010111VVVeeVV(3-3-4)(3-3-4) HLeeeV20101(3-3-5)(3-3-5) 当桩位正方当桩位正方形布置时形布置时56hlhHdVd22)(4,又设桩径hHeeehHdL0101887. 0当正方形时(3-3-6)(3-3-6) hHeeehHdL010195. 0:当等边三角形布置时(3-3-7)(3-3-7) 桩径桩径d 与桩与桩距距L的关系的关系571001887. 0eeedL当正方形时100195. 0:eeedL当等边三角形布置时按照规范给出的简化公式按照规范给出的简化公式修正系数修正系数用来考虑振动下沉密实作用，取值为用来考虑振动下沉密实作用，取值为
45、1.11.11.21.2581100ggG，VGV，由于处理前后体积如果转用重度表示)1 (00eVVs正方形布置时正方形布置时 011887. 0gggdLdddccddLrrrgggmaxmax01195. 095. 0(3-3-8)(3-3-8) (3-3-9)(3-3-9) 地基挤密前干密度地基挤密前干密度；桩间土最大干密度桩间土最大干密度；挤实后的平压实系数挤实后的平压实系数(取取0.930.93) drmaxdrc)1 (11eVVs59地基挤密后，要求达到的孔隙比地基挤密后，要求达到的孔隙比e1，可按下式求得：，可按下式求得： )(minmaxmax1eeDeer 这儿：这儿：e
46、max 、emin为砂土最大、最小孔隙比，按为砂土最大、最小孔隙比，按土工试土工试验方法标准验方法标准确定确定(GB/T50123)(GB/T50123) ；Dr地基挤密后要求达地基挤密后要求达到的相对密实度到的相对密实度( (一般取一般取0.70.70.850.85) ) 。AAeee0110101qggg(3-3-10)(3-3-10) 由式由式(3-3-5)可引伸出，单根桩可引伸出，单根桩(分担的加固面积为分担的加固面积为A)、单、单位长的填料量为位长的填料量为q 606162632 2、桩长、桩长 2)2) 对松散土层较厚时。对松散土层较厚时。桩长不应小于地基稳定性分桩长不应小于地基稳
47、定性分析所确定的危险滑动面以下析所确定的危险滑动面以下2m2m的深度；对于按变形要的深度；对于按变形要求控制的工程，长度应满足处理之后地基变形量不超求控制的工程，长度应满足处理之后地基变形量不超过建筑物的地基变形的允许值，同时应满足软弱下卧过建筑物的地基变形的允许值，同时应满足软弱下卧层的承载力要求层的承载力要求。 应根据工程地质条件和工程要求通过计算确定。具体应根据工程地质条件和工程要求通过计算确定。具体有四种情况：有四种情况：1)1) 松散土层厚度不大时。松散土层厚度不大时。桩长宜穿过松软土层桩长宜穿过松软土层; ;642 2、桩长、桩长 3)3) 对可液化地基，原则上要穿过液化层，如液化
48、层过对可液化地基，原则上要穿过液化层，如液化层过深，则桩长按现行的深，则桩长按现行的筑抗震设计规范筑抗震设计规范(GB50011-(GB50011-2001)2001) 的有关要求确定的有关要求确定; ; 4) 桩长不宜小于桩长不宜小于4m（Why?）。(单桩载荷试验表明，桩体受荷过单桩载荷试验表明，桩体受荷过程中，在顶部程中，在顶部4倍桩径范围内将发倍桩径范围内将发生侧面膨胀，故设计深度应大于生侧面膨胀，故设计深度应大于主要受荷深度，即不小于主要受荷深度，即不小于4m)图图3-3-3 3-3-3 桩体膨胀破坏模式桩体膨胀破坏模式 65 对于砂性土地基，桩体的承载力虽然较大，但成桩过程对于砂性
49、土地基，桩体的承载力虽然较大，但成桩过程中，桩间土被挤密，承载力也得到有效提高中，桩间土被挤密，承载力也得到有效提高。实际中，实际中，可按挤密的砂土垫层为模型计算其承载力，具体按可按挤密的砂土垫层为模型计算其承载力，具体按建筑地建筑地基基础规范基基础规范(GB5007-2002) 有关规定执行。有关规定执行。 基于上述原因，该类地基的稳定性分析同样是按挤密砂基于上述原因，该类地基的稳定性分析同样是按挤密砂土类为模型进行稳定性分析和变形计算。土类为模型进行稳定性分析和变形计算。 66 AL08. 1AL 式中为单根桩承担的处理面积式中为单根桩承担的处理面积(m2) ； m (=桩身平均桩身平均直
50、径直径d 2/ /单根桩分担的处理地基面积的等效圆直径单根桩分担的处理地基面积的等效圆直径de2)为桩土面积为桩土面积置换率，与桩间距成反比；置换率，与桩间距成反比；Ap为砂石桩的截面积。为砂石桩的截面积。mAAP 应通过现场试验确定，间距一般不应大于砂石桩直径的三倍。应通过现场试验确定，间距一般不应大于砂石桩直径的三倍。初步设计可按下式估计：初步设计可按下式估计： 等边三角形布置等边三角形布置:de =1.05l; 正方形布置正方形布置:de =1.13l; 矩形布矩形布置置: 。 l、l1、l2分别为桩的间距、纵向间距和横向分别为桩的间距、纵向间距和横向间距。间距。 1) 等边三角形布置：