地基處理之?dāng)D密砂石樁法PPT

1、擠密砂石樁法3.3 擠密砂石樁法加固機(jī)理和適用范圍擠密砂石樁法主要內(nèi)容設(shè)計(jì)施工及質(zhì)量檢驗(yàn)工程實(shí)例定義 通過(guò)在地基中設(shè)置砂石樁（也包括設(shè)置只由碎石組成的碎石樁和只由砂組成的砂樁），并在地基中設(shè)置樁體過(guò)程中對(duì)樁間土進(jìn)行擠密，形成擠密砂石樁復(fù)合地基，以達(dá)到提高地基承載力，減小沉降目的的一類地基處理方法，統(tǒng)稱為擠密砂石樁法（包括擠密碎石樁和擠密砂樁法）3.3 擠密砂石樁法碎石樁Stone Cloumn;砂樁Sand Pile;碎（砂）石樁，又稱粗顆粒土樁-Granular Pile對(duì)定義理解 在設(shè)置砂石樁的過(guò)程中對(duì)樁間土進(jìn)行擠密是這類地基處理的關(guān)鍵，否則就不是擠密砂石樁；例如在飽和軟粘土地基中無(wú)論采用

2、什么方法設(shè)置砂石樁，在樁體設(shè)置過(guò)程中，樁間土不能被有效壓密，故稱為置換砂石樁，樁的作用主要作用排水。（置換砂石樁已較少采用）3.3 擠密砂石樁法發(fā)展史碎石樁的發(fā)展史： 碎石樁最早在1835年由法國(guó)城Bayonne建造兵工廠車間時(shí)使用。這個(gè)兵工廠座落在海灣沉積的軟土上，當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)樁徑為0.2m，樁長(zhǎng)2m，每根樁承擔(dān)荷載10kN。加固后的沉降量只有未加固前，后被人們所遺忘。直到1937年由德國(guó)人發(fā)明了振動(dòng)水沖法用來(lái)擠密砂土地基，直接形成擠密的砂土地基。我國(guó)應(yīng)用振沖法始于1977年。3.3 擠密砂石樁法砂樁的發(fā)展史：砂樁在19世紀(jì)30年代起源于歐洲，但長(zhǎng)期缺少實(shí)用的計(jì)算方法，先進(jìn)的施工工藝和施工設(shè)備，

3、砂樁的應(yīng)用和發(fā)展受到很大的影響；自本世紀(jì)50年代后期，產(chǎn)生了目前日本采用的振動(dòng)式和沖擊式的施工方法，并采用了自動(dòng)記錄裝置，提高了施工質(zhì)量和施工效率，處理深度也有較大幅度的增長(zhǎng)。砂樁技術(shù)自50年代引進(jìn)我國(guó)后，在工業(yè)，交通，水利等建設(shè)工程中得到了應(yīng)用。發(fā)展史3.3 擠密砂石樁法砂樁3.3 擠密砂石樁法 采用沉管法或干振法，會(huì)在成樁過(guò)程中樁管對(duì)周圍砂層產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁管體積的砂擠向樁管周圍的砂層，使樁管周圍的砂層孔隙比減小，密實(shí)度增大，這就是擠密作用。有效擠密范圍可達(dá)3-4倍直徑； 采用振沖擠密樁，在施工過(guò)程中由于水沖使松散砂土處于飽和狀態(tài)，砂土在強(qiáng)烈的高頻強(qiáng)迫振動(dòng)下產(chǎn)生液化并重新排列致密，

4、且在樁孔中填入大量粗骨料后，被強(qiáng)大的水平振動(dòng)力擠入周圍土中，這種強(qiáng)制擠密使砂土的相對(duì)密實(shí)度增加，孔隙率降低，干密度和內(nèi)摩角增大，土的物理性能改善，地基承載力在幅度提高。擠密砂石樁的加固機(jī)理 擠密作用 排水減壓作用砂基預(yù)震效應(yīng)3.3 擠密砂石樁法 對(duì)砂土液化機(jī)理的研究證明，當(dāng)飽和松散砂土受到剪切循環(huán)荷載作用時(shí)，將發(fā)生體積的收縮和趨于密實(shí)，在砂土無(wú)排水條件進(jìn)體積的快速收縮將導(dǎo)致超靜孔隙水壓力來(lái)不及消散而急劇上升。當(dāng)砂土中的有效應(yīng)力降低為零時(shí)便形成了完全液化。碎石樁加固砂土?xí)r，樁孔內(nèi)充填碎石等反濾性好的粗顆粒料，在地基中形成滲透性能良好的人工豎向排水減壓通道，可有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高和砂

5、土產(chǎn)生液化，并可加快地基的排水固結(jié)。擠密砂石樁的加固機(jī)理 擠密作用 排水減壓作用砂基預(yù)震效應(yīng)3.3 擠密砂石樁法 研究證明，在一定應(yīng)力循環(huán)次數(shù)下，當(dāng)兩試樣的相對(duì)密實(shí)度相同時(shí)，要造成經(jīng)過(guò)預(yù)震的試樣發(fā)生液化，所需施加的應(yīng)力要比施加未經(jīng)預(yù)震的試樣引起液化所需應(yīng)力值提高46%，從而得出了砂土液化特性除了與砂土的相對(duì)密實(shí)度有關(guān)外，還與其振動(dòng)應(yīng)變史有關(guān)的結(jié)論。在振沖法施工時(shí)，振沖器的振動(dòng)作用使地基土獲得強(qiáng)烈的預(yù)震，這對(duì)砂土增強(qiáng)抗液化能力是極為有利的。擠密砂石樁的加固機(jī)理 擠密作用 排水減壓作用砂基預(yù)震效應(yīng)3.3 擠密砂石樁法 砂石樁加固粘土的機(jī)理 置換作用 排水作用 對(duì)于粘性土地基，砂石樁的作用不是擠密，

6、而是部分置換 對(duì)于粘性土地基，砂石樁的作用縮短了排水距離，加速了固結(jié)速率。3.3 擠密砂石樁法 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2002）中規(guī)定：砂石樁法適用于擠密松散砂土，粉土，粘性土，素填土，雜填土等地基。對(duì)飽和粘土地基上對(duì)變形控制要求不嚴(yán)的工程也可采用砂石樁置換處理。砂石樁法也可用于處理可液化地基砂石樁的應(yīng)用3.3 擠密砂石樁法 砂樁的設(shè)計(jì)計(jì)算一般原則施工方法的選用樁長(zhǎng)的確定復(fù)合地基置換率設(shè)計(jì)加固范圍和樁位布置墊層沉降計(jì)算擠密砂石樁施工方法有多種：振沖法、振動(dòng)沉管法，后面將詳細(xì)介紹這兩種方法。3.3 擠密砂石樁法砂樁的設(shè)計(jì)計(jì)算一般原則施工方法的選用樁長(zhǎng)的確定復(fù)合地基置換率設(shè)計(jì)加固范圍和

7、樁位布置墊層沉降計(jì)算 樁長(zhǎng)的確定主要根據(jù)工程地質(zhì)條件確定，應(yīng)讓砂石樁穿過(guò)主要軟弱土層，以滿足控制沉降要求。對(duì)可液化地基，應(yīng)滿足抗液化設(shè)計(jì)要求。擠密砂石樁樁長(zhǎng)不宜小于4m。3.3 擠密砂石樁法砂樁的設(shè)計(jì)計(jì)算一般原則施工方法的選用樁長(zhǎng)的確定復(fù)合地基置換率設(shè)計(jì)加固范圍和樁位布置墊層沉降計(jì)算 可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行擠密砂石樁得合地基初步設(shè)計(jì)，然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供設(shè)計(jì)參數(shù)，包括砂石樁樁徑，單樁承載力和樁間土地基承載力等。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)提供的設(shè)計(jì)參數(shù)，修改完善設(shè)計(jì)。3.3 擠密砂石樁法復(fù)合地基置換率m的表達(dá)式為：砂樁的設(shè)計(jì)計(jì)算一般原則施工方法的選用樁長(zhǎng)的確定復(fù)合地基置換率設(shè)計(jì)加固范圍和樁位布置墊層沉降計(jì)算3.3 擠

8、密砂石樁法復(fù)合地基置換率m的表達(dá)式為： -工程要求復(fù)合地基極限承載力，kPa; -砂石樁單樁極限承載力，經(jīng)驗(yàn)估，再現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定； -樁間土地基承載力，經(jīng)驗(yàn)估，再通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定； -樁間土地基承載力修正系數(shù)，根據(jù)地質(zhì)條件以及施工工藝確定砂樁的設(shè)計(jì)計(jì)算一般原則施工方法的選用樁長(zhǎng)的確定復(fù)合地基置換率設(shè)計(jì)加固范圍和樁位布置墊層沉降計(jì)算3.3 擠密砂石樁法 擠密砂石樁處理范圍宜在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大1-3排樁，對(duì)可液化地基，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不小于可液化土層厚度的1/2，并應(yīng)不小于5m。 砂樁的設(shè)計(jì)計(jì)算一般原則施工方法的選用樁長(zhǎng)的確定復(fù)合地基置換率設(shè)計(jì)加固范圍和樁位布置墊層沉降計(jì)算3.3 擠密砂石樁法樁位布置

9、：對(duì)大面積滿堂處理，樁位宜用等邊三角形布置；對(duì)獨(dú)立或條形基礎(chǔ)，樁位宜用正形，矩形或等腰三角形布置；對(duì)于圓形或環(huán)形基礎(chǔ)（如油罐基礎(chǔ)）宜用放射形布置。 樁位布置：對(duì)大面積滿堂處理，樁位宜用等邊三角形布置；對(duì)獨(dú)立或條形基礎(chǔ)，樁位宜用正形，矩形或等腰三角形布置；對(duì)于圓形或環(huán)形基礎(chǔ)（如油罐基礎(chǔ)）宜用放射形布置。 正方形 矩形 等腰三角形 放射形砂樁的設(shè)計(jì)計(jì)算一般原則施工方法的選用樁長(zhǎng)的確定復(fù)合地基置換率設(shè)計(jì)加固范圍和樁位布置墊層沉降計(jì)算3.3 擠密砂石樁法擠密砂石樁加固地基宜在樁頂鋪設(shè)一砂石墊層，一般可取300-500mm厚砂樁的設(shè)計(jì)計(jì)算一般原則施工方法的選用樁長(zhǎng)的確定復(fù)合地基置換率設(shè)計(jì)加固范圍和樁位布

10、置墊層沉降計(jì)算3.3 擠密砂石樁法擠密砂石樁復(fù)合地基沉降計(jì)算可采用分層總和法計(jì)算。加固范圍內(nèi)復(fù)合土體的壓縮模量Ec可采用下式計(jì)算： 若沉降計(jì)算不能滿足要求，一般宜增加樁長(zhǎng)，以減小沉降量。 正方形布置 樁距的確定3.3 擠密砂石樁法 對(duì)于砂性土地基，主要從擠密的觀點(diǎn)出發(fā)考慮地基加固中的設(shè)計(jì)問(wèn)題，首先根據(jù)工程對(duì)地基加固的要求（如提高地基承載力、減少變形或抗地震液化等），確定要求達(dá)到的密實(shí)度和孔隙比，并考慮樁位布置型式和樁徑大小，計(jì)算樁的間距。 假定在松散砂土中打入碎石樁或砂樁能起到100%的擠密效果，亦即成樁過(guò)程中地面沒有隆起或下沉現(xiàn)象，被加固的砂土沒有流失。 正方形布置 樁距的確定3.3 擠密砂

11、石樁法 樁距的確定3.3 擠密砂石樁法擠密砂石樁主要施工方法介紹 振沖法振動(dòng)沉管法孔內(nèi)夯擴(kuò)法柱錘沖擴(kuò)樁法 首先利用振沖器的高頻振動(dòng)和高壓水流，邊振邊沖，將振沖器在地面預(yù)定樁位處沉到地基中設(shè)計(jì)的預(yù)定深度，形成樁孔。經(jīng)過(guò)清孔后，向孔內(nèi)逐段填入碎石，每段填料在振沖器振動(dòng)作用下振擠、密實(shí)。然后提升振沖器，再向孔內(nèi)填入一段碎石，再用振沖器將其振擠密實(shí)。通過(guò)重復(fù)填料和振密，在地基中形成碎石樁樁體。3.3 擠密砂石樁法 振沖法振動(dòng)沉管法孔內(nèi)夯擴(kuò)法柱錘沖擴(kuò)樁法3.3 擠密砂石樁法 振沖法最早是用來(lái)振密松砂地基的，由德國(guó)S.Steuerman 在1936年提出的；在英，美稱之為“vibroflotation”,

12、中國(guó)稱之為“振動(dòng)水沖法”，簡(jiǎn)稱“振沖法” 在振搗器的基礎(chǔ)上，發(fā)明了振沖器；1937年，Steuerman 供職的一家名叫Johann Keller 的德國(guó)施工公司首先制成了一臺(tái)具有現(xiàn)代振沖器形式的雛形振沖器，用于處理柏林一幢建筑物的7.5m深的松砂地基，結(jié)果將砂基的承載力提高了一倍，相對(duì)密度由原來(lái)的45%提高到80%，取得了顯著的加固效果。后來(lái)，keller公司大力推廣這一方法。 振沖法的發(fā)展史 振沖法振動(dòng)沉管法孔內(nèi)夯擴(kuò)法柱錘沖擴(kuò)樁法3.3 擠密砂石樁法 我國(guó)應(yīng)用振沖法始于1977年，由于大量工業(yè)民用建筑和水利，交通工程地基抗震加固的需要，這一方法得到迅速推廣。例如，河北省懷來(lái)縣官?gòu)d水庫(kù)壩基松

13、砂加密和河北省開灤煤礦錢家營(yíng)礦區(qū)場(chǎng)地砂基加密等工程都取得了很好的處理效果和經(jīng)濟(jì)效益。 振沖法的發(fā)展史 振沖法振動(dòng)沉管法孔內(nèi)夯擴(kuò)法柱錘沖擴(kuò)樁法3.3 擠密砂石樁法 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范（JGJ79-2002）中規(guī)定：“振沖法適用于處理砂土，粉土，粉質(zhì)粘土，素填土和雜填土等地基。對(duì)于處理不排水抗剪強(qiáng)度不小于20kPa飽和粘性土和黃土地基，應(yīng)在施工前通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定其適用性。不加填料振沖器加密適用于處理粘粒含量不大于10%的中砂，粗砂地基?！?振沖法的發(fā)展史 振沖法振動(dòng)沉管法孔內(nèi)夯擴(kuò)法柱錘沖擴(kuò)樁法3.3 擠密砂石樁法 振沖法施工機(jī)具主要機(jī)具有：振沖器，起重設(shè)備，供水泵，填料設(shè)備，電控系統(tǒng)以及配套使用

14、的排漿泵電纜，膠管以及修理機(jī)具。機(jī)具圖示3.3 擠密砂石樁法 振沖法施工機(jī)具振沖器起吊設(shè)備3.3 擠密砂石樁法 振沖法施工順序示意圖間斷填料法1-對(duì)準(zhǔn)樁位2-振沖成孔3-填第一次料4-將料振實(shí)5-重復(fù)3，4注：每次填料的高度不宜大于0.5m3.3 擠密砂石樁法 振沖法施工順序示意圖連續(xù)填料法1-對(duì)準(zhǔn)樁位2-振沖成孔3-振沖器在孔底留振4-邊填邊振5-上提振沖器注：5中上提距離約為振沖器錐頭的長(zhǎng)度，約為0.3-0.5m6-重復(fù)53.3 擠密砂石樁法 振沖法施工順序示意圖綜合填料法1-對(duì)準(zhǔn)樁位2-振沖成孔3-振沖器提出孔口，填料4-放入振沖器將石料壓入樁底振密5-邊填邊振6-重復(fù)5擠密砂石樁主要施

15、工方法介紹 振沖法振動(dòng)沉管法孔內(nèi)夯擴(kuò)法柱錘沖擴(kuò)樁法 首先利用振動(dòng)樁錘將樁管振動(dòng)沉入到地基中的設(shè)計(jì)深度，在沉管過(guò)程中對(duì)樁間土體產(chǎn)生擠壓。然后向管內(nèi)投入砂石料，邊振動(dòng)邊提升樁管，直至拔出地面。通過(guò)沉管振動(dòng)使填入砂石料密實(shí)，在地基中形成砂石樁，并擠密振密樁間土3.3 擠密砂石樁法3.3 擠密砂石樁法 振動(dòng)沉管法施工順序示意圖1-對(duì)準(zhǔn)樁位2-樁管沉入地基3-投料4-邊振動(dòng)邊拔管注：對(duì)逐步拔管法，當(dāng)樁管沉入到設(shè)計(jì)深度后，一次投料。向下壓管。對(duì)重復(fù)拔管法，可分幾次投料。每投一次料，連續(xù)邊振邊拔一段高度后，再邊振邊向下壓管，下壓高度，時(shí)間由設(shè)計(jì)或試驗(yàn)確定，然后再投料。5.3.1 砂石樁擠密法 振沖法加固砂性

16、土地基的機(jī)理 振密作用 預(yù)振作用 擠密作用 在振沖器的作用下，地基土特別是松散砂土的顆粒會(huì)重新排列，體積縮小，表現(xiàn)為振沖過(guò)程中的地面下陷。5.3.1 砂石樁擠密法 振沖法加固砂性土地基的機(jī)理 振密作用 預(yù)振作用 擠密作用 振沖施工過(guò)程中會(huì)造成地基土的劇烈振動(dòng)，從而對(duì)液化砂土產(chǎn)生預(yù)振作用，提高砂基抗液化能力5.3.1 砂石樁擠密法 振沖法加固砂性土地基的機(jī)理 振密作用 預(yù)振作用 擠密作用 如果忽略振沖過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)密實(shí)作用，振沖碎石樁對(duì)地基土擠密作用則與干法碎石樁的擠密機(jī)理完全相同，通過(guò)在地基土中插入一定體積的樁體，從而對(duì)地基土達(dá)到擠密的目的。這種擠密樁樁間距越小，樁徑越大，其擠密效果就越好。

17、5.3.1 砂石樁擠密法 振沖法加固粘性土地基的機(jī)理 排水作用 樁體作用 墊層作用加筋作用 在飽和粘性土地基中施工砂石樁后，由于砂石樁的滲透性較好，會(huì)吸引周圍地基土中的水向砂石樁方向流動(dòng)，從而縮短了排水距離，加快了地基的固結(jié)沉降速率。5.3.1 砂石樁擠密法 振沖法加固粘性土地基的機(jī)理 排水作用 樁體作用 墊層作用加筋作用 在軟弱地基中布置的振沖碎石樁與周圍的土體共同承擔(dān)上部荷載。5.3.1 砂石樁擠密法 振沖法加固粘性土地基的機(jī)理 排水作用 樁體作用 墊層作用加筋作用5.3.1 砂石樁擠密法 振沖法加固粘性土地基的機(jī)理 排水作用 樁體作用 墊層作用加筋作用振沖法的應(yīng)用振沖法的應(yīng)用振沖法的應(yīng)用5.3.1 砂石樁擠密法 砂石樁法用于松散砂土，粉性土，素填土及雜填土地基，主要靠樁的擠密和施工中的振動(dòng)作用使樁周圍土的密度增大，從而使地基的承載力提高，壓縮性降低。國(guó)內(nèi)外的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)證明砂石樁法處理砂土和填土地基效果顯著，并已得到廣泛應(yīng)用砂石樁的應(yīng)用 砂土及填土 液化地基 軟