第三章-1振沖法

1、2022-4-121 33 振沖法（振動(dòng)水沖法）振沖法（振動(dòng)水沖法）一、振沖法的概念一、振沖法的概念 利用利用振沖器振沖器在松軟地基中在松軟地基中成孔成孔，然后填入砂或碎，然后填入砂或碎石等材料，做石等材料，做成樁成樁型，型，以擠密周圍土體以擠密周圍土體或與土體或與土體形成復(fù)合形成復(fù)合地基，地基，達(dá)到地基加固之目的。達(dá)到地基加固之目的。二、施工設(shè)備二、施工設(shè)備 振沖法最早是上世紀(jì)振沖法最早是上世紀(jì)三十年代三十年代中期由中期由德國(guó)德國(guó)的的斯圖門斯圖門發(fā)明的，我國(guó)于發(fā)明的，我國(guó)于七十年代七十年代引入。最初只用于振密中粗砂引入。最初只用于振密中粗砂和部分粉細(xì)砂地基。和部分粉細(xì)砂地基。自自50年代末年

2、代末60年代初年代初開始應(yīng)用于加開始應(yīng)用于加固粘性土地基固粘性土地基。(改良改良,石家莊、承德石家莊、承德)主要機(jī)具主要機(jī)具：振沖器、起重機(jī)、水泵和控制設(shè)備等。：振沖器、起重機(jī)、水泵和控制設(shè)備等。2022-4-122B90 起重機(jī)起重機(jī) 810噸履帶式噸履帶式、輪胎式起重機(jī)、輪胎式起重機(jī)等。等。 水泵水泵 要求水壓力為要求水壓力為400600kPa，流，流量量2030m3/h。 控制設(shè)備控制設(shè)備電流操作臺(tái)、電流操作臺(tái)、150A電流表、電流表、500V電壓表、電壓表、供水管、加料斗供水管、加料斗等。等。2022-4-123 振沖器振沖器(1) 構(gòu)造與尺寸構(gòu)造與尺寸 類似混凝土插入式振搗棒。類似混

3、凝土插入式振搗棒。 d=270450mm, L=1.63m, G=820KN W=1375kW(2)工作原理工作原理: 利用利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)一組帶動(dòng)一組偏偏心塊心塊產(chǎn)生一定頻率和振幅的產(chǎn)生一定頻率和振幅的水水平振動(dòng)平振動(dòng)，壓力水壓力水（400600kPa）通過空心豎軸從振沖器）通過空心豎軸從振沖器下端下端噴口噴出噴口噴出，在振動(dòng)和水沖作用在振動(dòng)和水沖作用下快速形成樁孔，周圍土體也下快速形成樁孔，周圍土體也在振動(dòng)和高壓水的噴射下得到在振動(dòng)和高壓水的噴射下得到加密加密。 振振:偏心輪旋轉(zhuǎn)偏心輪旋轉(zhuǎn),振動(dòng)加密振動(dòng)加密,使使顆粒移動(dòng)；顆粒移動(dòng)； 沖沖:高壓水沖切高壓水沖切 ,使土顆粒振使土顆粒

4、振浮液化固結(jié)。浮液化固結(jié)。2022-4-124B89三、施工工藝三、施工工藝 振沖器就位；振沖器就位； 打開下噴水口，啟打開下噴水口，啟動(dòng)振動(dòng)器；動(dòng)振動(dòng)器； 振沖下沉達(dá)設(shè)計(jì)深振沖下沉達(dá)設(shè)計(jì)深度（度（12m/min）；）； 上提上提30cm，清孔；，清孔； 關(guān)閉下噴水口，打關(guān)閉下噴水口，打開上噴水口，向孔內(nèi)邊開上噴水口，向孔內(nèi)邊填料，邊噴水振動(dòng)，使填料，邊噴水振動(dòng)，使填料密實(shí)后逐漸上提振填料密實(shí)后逐漸上提振沖器（沖器（12m/min）。）。 振沖器提出地面，振沖器提出地面，形成振沖樁。形成振沖樁。2022-4-125四、加固機(jī)理四、加固機(jī)理 在砂性土地基中在砂性土地基中 振沖器對(duì)土施加重復(fù)的振沖

5、器對(duì)土施加重復(fù)的水平振動(dòng)水平振動(dòng)和和側(cè)向擠壓側(cè)向擠壓作用作用，使土結(jié)，使土結(jié)構(gòu)破壞，孔隙水壓力升高。構(gòu)破壞，孔隙水壓力升高。結(jié)構(gòu)破壞結(jié)構(gòu)破壞后的土粒便向低勢(shì)能位后的土粒便向低勢(shì)能位置轉(zhuǎn)移，重新排列，使土體由松變密。置轉(zhuǎn)移，重新排列，使土體由松變密?？紫端畨毫ι仙紫端畨毫ι仙揭坏揭欢ǔ潭群?，土體開始液化，隨后孔隙水消散，土體得到固結(jié)。定程度后，土體開始液化，隨后孔隙水消散，土體得到固結(jié)。（液態(tài)區(qū)（液態(tài)區(qū) 過渡區(qū)過渡區(qū) 擠密區(qū)擠密區(qū) 彈性區(qū)）彈性區(qū)） 在粘性土地基中在粘性土地基中 振動(dòng)振動(dòng)不能使粘性土液化不能使粘性土液化，除了非飽和土和粘粒含量少的，除了非飽和土和粘粒含量少的2022-4-12

6、6粘性土外，在振動(dòng)擠壓作用下粘性土外，在振動(dòng)擠壓作用下不可能使四周土密實(shí)不可能使四周土密實(shí)，尤其，尤其對(duì)飽和軟粘土，甚至擾動(dòng)了土的結(jié)構(gòu)?？紫端畨毫ι呓祵?duì)飽和軟粘土，甚至擾動(dòng)了土的結(jié)構(gòu)?？紫端畨毫ι呓档土擞行?yīng)力，使土的強(qiáng)度降低。故低了有效應(yīng)力，使土的強(qiáng)度降低。故振沖器主要起成孔作振沖器主要起成孔作用用，并將填入孔中的，并將填入孔中的粗顆粒材料振擠密實(shí)粗顆粒材料振擠密實(shí)，靠，靠振沖置換作振沖置換作用用形成復(fù)合地基。形成復(fù)合地基。 此外，還有此外，還有排水固結(jié)作用排水固結(jié)作用。五、方法特點(diǎn)及適用土質(zhì)五、方法特點(diǎn)及適用土質(zhì) 方法特點(diǎn)：方法特點(diǎn)：技術(shù)可靠，機(jī)具設(shè)備與施工操作簡(jiǎn)單，技術(shù)可靠，機(jī)具設(shè)備

7、與施工操作簡(jiǎn)單，可就地取材，加固速度快，造價(jià)低，振動(dòng)小，噪音低。但可就地取材，加固速度快，造價(jià)低，振動(dòng)小，噪音低。但孔內(nèi)返出大量泥水，對(duì)環(huán)境有污染?？變?nèi)返出大量泥水，對(duì)環(huán)境有污染。2022-4-127樁體材料具有良好的透水性，可加速地基固結(jié)，復(fù)合地基樁體材料具有良好的透水性，可加速地基固結(jié)，復(fù)合地基承載力可提高承載力可提高13倍，沉降量可減少倍，沉降量可減少1/22/3；振沖預(yù)震效；振沖預(yù)震效應(yīng)，可使砂土地基增加抗液化能力。應(yīng)，可使砂土地基增加抗液化能力。 適用土質(zhì)適用土質(zhì) 振沖置換法振沖置換法 適用于不排水抗剪強(qiáng)度適用于不排水抗剪強(qiáng)度Cu不小于不小于20kPa的粘性土、粉的粘性土、粉土、飽和

8、黃土和人工填土等地基（樁周土強(qiáng)度過低，土的土、飽和黃土和人工填土等地基（樁周土強(qiáng)度過低，土的約束力始終不能平衡填料的擠入力，則難以成樁。而且易約束力始終不能平衡填料的擠入力，則難以成樁。而且易發(fā)生鼓脹破壞）。發(fā)生鼓脹破壞）。 2022-4-128 軟粘土軟粘土砂石樁的鼓脹破壞砂石樁的鼓脹破壞2022-4-129六、六、 振沖樁的設(shè)計(jì)振沖樁的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟 (1)充分充分掌握土體物理力學(xué)性質(zhì)與指標(biāo)掌握土體物理力學(xué)性質(zhì)與指標(biāo)，尤其是淤泥或淤，尤其是淤泥或淤泥質(zhì)粘土的厚度變化。初步論證用碎石樁加固的可行性，如泥質(zhì)粘土的厚度變化。初步論證用碎石樁加固的可行性，如果可行，但資料不全，應(yīng)針對(duì)存在的

9、問題進(jìn)行補(bǔ)勘。果可行，但資料不全，應(yīng)針對(duì)存在的問題進(jìn)行補(bǔ)勘。 (2)編制綜合剖面圖編制綜合剖面圖，確定加固層的厚度、深度及力學(xué)指，確定加固層的厚度、深度及力學(xué)指標(biāo)；編制淤泥平面分布或等厚線圖，為確定樁長(zhǎng)、合理布樁標(biāo)；編制淤泥平面分布或等厚線圖，為確定樁長(zhǎng)、合理布樁提供基礎(chǔ)資料。提供基礎(chǔ)資料。 (3)掌握上部結(jié)構(gòu)特征、荷載分布及對(duì)地基處理的要求，掌握上部結(jié)構(gòu)特征、荷載分布及對(duì)地基處理的要求，為加強(qiáng)樁、合理布樁提供依據(jù)。為加強(qiáng)樁、合理布樁提供依據(jù)。 (4)綜合分析上述條件，確定采用碎石樁加固地基后，綜合分析上述條件，確定采用碎石樁加固地基后，確確定樁長(zhǎng)定樁長(zhǎng)。 振沖密實(shí)法振沖密實(shí)法 適用于處理砂土

10、和粉土等地基；粘粒含量小于適用于處理砂土和粉土等地基；粘粒含量小于10%的粗的粗砂、中砂地基，可不加填料原地振沖密實(shí)。砂、中砂地基，可不加填料原地振沖密實(shí)。2022-4-1210 、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)內(nèi)容 加固范圍加固范圍根據(jù)建筑物重要性和場(chǎng)地條件確定，一般均根據(jù)建筑物重要性和場(chǎng)地條件確定，一般均大于基底面積。通?？稍诨A(chǔ)外增加大于基底面積。通?？稍诨A(chǔ)外增加12排樁，可液化地基排樁，可液化地基增加增加24排樁。排樁。 樁的布置形式樁的布置形式 片筏基礎(chǔ)：等邊三角形；片筏基礎(chǔ)：等邊三角形； 獨(dú)立或條形基礎(chǔ)：正方形、矩形、等腰三角形等；獨(dú)立或條形基礎(chǔ)：正方形、矩形、等腰三角形等； 園形或環(huán)形基礎(chǔ)：放

11、射形布置。園形或環(huán)形基礎(chǔ)：放射形布置。(5)樁長(zhǎng)確定后，根據(jù)建筑物基礎(chǔ)對(duì)加固土層的強(qiáng)度與變形要求樁長(zhǎng)確定后，根據(jù)建筑物基礎(chǔ)對(duì)加固土層的強(qiáng)度與變形要求，按有關(guān)公式，按有關(guān)公式試算試算復(fù)合地基承載力標(biāo)淮值及壓縮模量預(yù)估值，復(fù)合地基承載力標(biāo)淮值及壓縮模量預(yù)估值，從而確定碎石樁的直徑、樁間距、置換率、布樁方式、加固范從而確定碎石樁的直徑、樁間距、置換率、布樁方式、加固范圍、加固效果，圍、加固效果，形成初步加固方案形成初步加固方案。(6)按照初步方案，結(jié)合地基條件、機(jī)械條件、場(chǎng)地條件進(jìn)行按照初步方案，結(jié)合地基條件、機(jī)械條件、場(chǎng)地條件進(jìn)行試試打打。試打組數(shù)不少于兩組。試打組數(shù)不少于兩組6根。根據(jù)試打后的結(jié)

12、果對(duì)初步方案進(jìn)根。根據(jù)試打后的結(jié)果對(duì)初步方案進(jìn)行修改調(diào)整，最終確定施工方案。行修改調(diào)整，最終確定施工方案。2022-4-1211樁位布置a:正方形;b:矩形;c:等腰三角形;d:放射狀2022-4-1212 樁長(zhǎng)確定樁長(zhǎng)確定 根據(jù)地層條件，建筑結(jié)構(gòu)，荷載，樁的用途等要求具根據(jù)地層條件，建筑結(jié)構(gòu)，荷載，樁的用途等要求具體確定。但樁長(zhǎng)一般不宜小于體確定。但樁長(zhǎng)一般不宜小于4m。 樁的直徑樁的直徑 根據(jù)地基土質(zhì)條件和成樁設(shè)備等因素確定。如根據(jù)地基土質(zhì)條件和成樁設(shè)備等因素確定。如30kW振振沖器施工的碎石樁可達(dá)沖器施工的碎石樁可達(dá)0.71.0m。一般為。一般為0.81.2m。 樁的間距樁的間距 根據(jù)建

13、筑物的荷載大小和原地基土的抗剪強(qiáng)度確定。根據(jù)建筑物的荷載大小和原地基土的抗剪強(qiáng)度確定。荷載大或強(qiáng)度低時(shí)取較小間距，反之則較大。對(duì)樁端無硬荷載大或強(qiáng)度低時(shí)取較小間距，反之則較大。對(duì)樁端無硬持力層的短樁，應(yīng)取小間距。一般為持力層的短樁，應(yīng)取小間距。一般為1.52.5m。2022-4-1213、復(fù)合地基承載力的計(jì)算、復(fù)合地基承載力的計(jì)算 1復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算 復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，也可用單樁和樁間土的載荷試驗(yàn)按下式確定：也可用單樁和樁間土的載荷試驗(yàn)按下式確定：2022-4-1214七、振沖

14、樁的施工要點(diǎn)七、振沖樁的施工要點(diǎn) 振沖法加固軟弱地基，對(duì)不同的地層，有不同的振沖法加固軟弱地基，對(duì)不同的地層，有不同的加固機(jī)理，因而所采用的施工操作方法也有所不同。加固機(jī)理，因而所采用的施工操作方法也有所不同。 振沖置換法施工操作要點(diǎn)振沖置換法施工操作要點(diǎn) 成孔成孔土體在振沖器激振力和壓力水沖切作土體在振沖器激振力和壓力水沖切作用下破壞，依靠自重貫入到設(shè)計(jì)深度形成樁孔。用下破壞，依靠自重貫入到設(shè)計(jì)深度形成樁孔。 孔徑大小孔徑大小與土質(zhì)及振沖器直徑、功率、水壓作用與土質(zhì)及振沖器直徑、功率、水壓作用時(shí)間等因素有關(guān)。土質(zhì)及振沖器一定時(shí)，加大壓力水時(shí)間等因素有關(guān)。土質(zhì)及振沖器一定時(shí)，加大壓力水沖切速度

15、及振沖器上下往復(fù)次數(shù)，孔徑將增大（沖切速度及振沖器上下往復(fù)次數(shù)，孔徑將增大（擴(kuò)孔擴(kuò)孔）。如地基中夾有硬層時(shí)可采用。）。如地基中夾有硬層時(shí)可采用。2022-4-1215 清孔清孔成孔過程中，孔中粘粒、細(xì)砂等與回水?dāng)嚮斐煽走^程中，孔中粘粒、細(xì)砂等與回水?dāng)嚮鞛檎扯容^大的為粘度較大的泥漿泥漿，不利于填料下沉，直接影響成樁質(zhì)量和，不利于填料下沉，直接影響成樁質(zhì)量和施工進(jìn)度。因此，施工進(jìn)度。因此，成孔后應(yīng)用壓力水將孔內(nèi)泥漿沖頂出地面成孔后應(yīng)用壓力水將孔內(nèi)泥漿沖頂出地面。 填料填料向孔內(nèi)倒入樁體材料。向孔內(nèi)倒入樁體材料。填料方式視土質(zhì)情況填料方式視土質(zhì)情況： 將振沖器提出孔口將振沖器提出孔口，往孔內(nèi)填料，再

16、降下振沖器將填，往孔內(nèi)填料，再降下振沖器將填料振密。如此反復(fù)直至孔口。一般用于孔壁比較穩(wěn)定，料振密。如此反復(fù)直至孔口。一般用于孔壁比較穩(wěn)定，無塌無塌孔現(xiàn)象的地層。孔現(xiàn)象的地層。 振沖器僅上升一定高度振沖器僅上升一定高度，由孔口通過吊管與孔壁間隙，由孔口通過吊管與孔壁間隙往下填料，再下降振沖器振擠密實(shí)，如此反復(fù)直至孔口。適往下填料，再下降振沖器振擠密實(shí)，如此反復(fù)直至孔口。適用于土質(zhì)較軟，用于土質(zhì)較軟，孔壁不穩(wěn)的地層孔壁不穩(wěn)的地層。 由孔口連續(xù)向孔內(nèi)填料由孔口連續(xù)向孔內(nèi)填料，并緩慢提升振沖器，只要達(dá)，并緩慢提升振沖器，只要達(dá)2022-4-1216到規(guī)定振密標(biāo)準(zhǔn)，即可繼續(xù)上提，直至孔口。到規(guī)定振密標(biāo)

17、準(zhǔn)，即可繼續(xù)上提，直至孔口。適用于土質(zhì)適用于土質(zhì)較軟，間隙較大，填料粒徑較小的情況較軟，間隙較大，填料粒徑較小的情況。（松砂地基）。（松砂地基） 對(duì)對(duì)孔壁易坍塌的軟弱地層孔壁易坍塌的軟弱地層，還常采用，還常采用“先護(hù)壁，后成孔先護(hù)壁，后成孔”的方法，即成孔過程中，對(duì)易坍塌層段，從上至下分段填的方法，即成孔過程中，對(duì)易坍塌層段，從上至下分段填料振擠使孔壁密實(shí)，直至設(shè)計(jì)加固深度，再按常規(guī)要求制料振擠使孔壁密實(shí)，直至設(shè)計(jì)加固深度，再按常規(guī)要求制樁。樁。 加料時(shí)宜加料時(shí)宜“少填勤填少填勤填”，每次加料以堆至孔底高約，每次加料以堆至孔底高約0.81.0m為宜。為宜。 振密振密將振沖器沉入填料中工作，使填

18、料振實(shí)，將振沖器沉入填料中工作，使填料振實(shí)，并將部分填料擠入孔壁土中，從而使樁徑增大。并將部分填料擠入孔壁土中，從而使樁徑增大。 隨著填料的不斷擠入隨著填料的不斷擠入，孔壁土的，孔壁土的約束力約束力不斷提高，樁不斷提高，樁體密實(shí)度逐漸增大，振沖器體密實(shí)度逐漸增大，振沖器振動(dòng)負(fù)荷振動(dòng)負(fù)荷也越來越大，振沖器也越來越大，振沖器電機(jī)的電機(jī)的電流值電流值也隨之升高，因此振沖器電機(jī)的電流值可間也隨之升高，因此振沖器電機(jī)的電流值可間接反映樁體的接反映樁體的密實(shí)程度密實(shí)程度。表明某深度處樁體已經(jīng)振密的電表明某深度處樁體已經(jīng)振密的電2022-4-1217流值稱為流值稱為“密實(shí)電流密實(shí)電流”。 密實(shí)電流的大小根據(jù)

19、土質(zhì)情況、設(shè)計(jì)要求由制樁試驗(yàn)或密實(shí)電流的大小根據(jù)土質(zhì)情況、設(shè)計(jì)要求由制樁試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定。通常要超出空振電流經(jīng)驗(yàn)確定。通常要超出空振電流3545A。 振沖擠密法施工操作要點(diǎn)振沖擠密法施工操作要點(diǎn) 加料方式加料方式根據(jù)砂土的性質(zhì)可采用根據(jù)砂土的性質(zhì)可采用加填料振密加填料振密或或不不加填料振密加填料振密兩種方法處理。兩種方法處理。 對(duì)對(duì)中砂或粗砂地基中砂或粗砂地基，由于在振密過程中振動(dòng)區(qū)頂層中粗，由于在振密過程中振動(dòng)區(qū)頂層中粗砂易坍落，成為自然補(bǔ)給料源，故可采用不加料處理工藝。砂易坍落，成為自然補(bǔ)給料源，故可采用不加料處理工藝。 對(duì)對(duì)粉細(xì)砂地基粉細(xì)砂地基，在振密時(shí)不易自行塌陷，宜采用加料的，在振密時(shí)

20、不易自行塌陷，宜采用加料的處理工藝。處理工藝。 關(guān)鍵是控制水量大小、留振時(shí)間、密實(shí)電流和填料量：關(guān)鍵是控制水量大小、留振時(shí)間、密實(shí)電流和填料量： 2022-4-1218 水量大小水量大小要保證砂土充分飽和要保證砂土充分飽和，同時(shí)使返回水流不攜，同時(shí)使返回水流不攜帶出大量細(xì)顆粒為原則。帶出大量細(xì)顆粒為原則。 留振時(shí)間留振時(shí)間是指振沖器在孔內(nèi)某一深度處振動(dòng)的時(shí)間是指振沖器在孔內(nèi)某一深度處振動(dòng)的時(shí)間。 只有在砂土充分飽和并有足夠的留振時(shí)間的條件下，才能使只有在砂土充分飽和并有足夠的留振時(shí)間的條件下，才能使砂土砂土“完全液化完全液化”并形成一定的并形成一定的“液化區(qū)液化區(qū)”。 密實(shí)電流密實(shí)電流可間接反

21、映砂土被擠密的程度可間接反映砂土被擠密的程度。 填料量填料量可直接反映樁體直徑的大小可直接反映樁體直徑的大小。 一般控制標(biāo)準(zhǔn)：供水量為一般控制標(biāo)準(zhǔn)：供水量為200400L/min；留振時(shí)間為；留振時(shí)間為 3060S； 密實(shí)電流不小于密實(shí)電流不小于50A；填料量為每米不小于；填料量為每米不小于0.6m3。 施工順序施工順序 一般采用一般采用“由里向外由里向外”或或“一邊向另一邊一邊向另一邊”這兩種方式這兩種方式有利于擠走部分軟土，從而使后續(xù)制樁比較容易。當(dāng)?shù)鼗劣欣跀D走部分軟土，從而使后續(xù)制樁比較容易。當(dāng)?shù)鼗量辜魪?qiáng)度較低時(shí)宜抗剪強(qiáng)度較低時(shí)宜“間隔跳打間隔跳打”。另應(yīng)考慮相臨建筑。另應(yīng)考慮相臨建筑。2022-4-1219由里向外由里向外由一邊向另一邊由一邊向另一邊間隔跳打間隔跳打 臨臨近近建建筑筑物物2022-4-1220八、質(zhì)量控制八、質(zhì)量控制填料要求填料要求 振沖置換法振沖置換法可用含泥量不大的碎石可用含泥量不大的碎石、卵石、角礫、卵石、角礫、園礫等硬質(zhì)材料。常用碎石粒徑為園礫等硬質(zhì)材料。常用碎石粒徑為2050mm，最大不宜大于，最大不宜大于80mm。 振沖擠密法振沖擠密法宜用碎石宜用碎石、卵石、角礫、園礫、礫砂、卵石、角礫、園礫、礫砂、粗砂、中砂等