第4章 砂樁、土樁、灰土樁4.1 砂 樁4.1.1 概 述 采用砂樁處理軟弱地基，19世紀30年代起源于歐洲。由于長期缺少實用的設計計算方法、先進的施工工藝和施工設備，砂樁的應用和發展受到很大影響。第二次世界大戰以后，蘇聯對砂樁的研究取得了較大進展。最初，砂樁是用于處理松散砂土地基的。如今，在軟弱粘性土中也有使用實踐。砂樁技術自20世紀50年代引進我國以后，在工業、交通、水利等建設工程中都得到了應用。近十年來，在應用砂樁處理可液化的松散砂土地基方面也取得一些成就，解決了一些實際工程問題。砂樁法處理軟土地基與排水砂井法有類似之處，但排水砂井法的主要作用在于加速固結，砂樁法的主要作用在于置換。因此砂樁較之于砂井有直徑大、排列密、灌砂密度大的特點。所以其用砂量大得多。4.1.2 作用原理砂樁法原用于處理松散砂土地基，因施工方法不同可分為擠密砂樁和振密砂樁兩種，主要是為了防止地基中砂土液化。應用于軟土地基處理，其作用原理是砂樁的置換作用、壓密樁間土作用及加速排水固結作用。1、砂樁在松散砂土中的作用 由于下沉樁管的方法和成樁方法不同，砂樁在施工過程中對周圍砂層會產生擠密作用，或同時也產生振密作用。(1)擠密作用 采用沖擊法或振動法往砂層中下沉樁管并采用一次拔管法成樁時，樁管對周圍砂層會產生很大的橫向擠壓力，砂層中體積與樁管體積相等的砂就擠向樁管周圍的砂層，從而使其密度增大，孔隙比減小。這個作用稱為“擠密作用”。擠密砂樁的有效擠密影響范圍可達34倍樁管直徑。成樁后地面一般有不同程度的隆起。(2)振密作用采用振動法往砂層中下沉樁管并采用逐步拔管法成樁時，下沉樁管過程會對周圍砂層起擠密作用，而逐步拔管成樁過程則對周圍砂層起振密作用。有效振密范圍可達6倍樁管直徑左右。成樁后地面一般有不同程度的下降。2、砂樁在軟弱粘性土中的作用 在透水性差的飽和粘性土中下沉樁管時，由于產生的超孔隙水壓力不能很快消散，所以橫向擠壓力雖然很大也不能使樁管周圍的土體發生瞬時擠密，反而會使其天然結構破壞，強度降低。砂樁施工后需經過12個月時間，其周圍土體的強度才可能恢復到或稍大于原有值。因此，使用砂樁處理軟弱粘性土時主要考慮下述兩個作用。(1)置換作用砂樁在軟弱粘性土中成樁后，地基就變成由砂樁和樁間土共同組成的復合地基。由于密實的砂樁取代了與砂樁體積相等的軟土，所以復合地基的承載力就比天然地基的承載力大，其沉降也就比天然地基小。地基荷載試驗證明，砂樁地基承受外部壓力時會發生壓力向砂樁集中的現象，這就表明砂樁承受外部壓力的能力要比其周圍土層大。壓力向砂樁集中，樁間土承受的壓力就減小，沉降也就相應減小。復合地基承載力增大率和沉降減小率都與置換率(即1根砂樁面積與1根砂樁承提的地基處理面積之比)有關，置換率增大，承載力增大率也增大，而沉降減小率卻更小。(2)排水作用砂樁在軟弱粘性土地基中構成排水路徑，可以起著排水砂井作用，使土層中的水向砂樁集中并且通過砂樁排走，加快地基固結沉降速率。3、砂樁用途 在松散砂土中，可用于增大相對密度，防止振動液化。在軟弱粘性土中，可用于提高地基承載力，加速固結沉降，改善地基的整體穩定性。4.1.3 設計計算砂樁法的設計應確定置換率、加固范圍、幾何排列、加固后之復合強度及沉降、施工方式等。1、樁材料和樁尺寸(1)材料使用中粗混合砂，含泥量不大于5%。在對砂樁成型沒有足夠約束力的軟弱粘性土中，可以使用砂和角礫混合料。(2)直徑根據置換率要求、成樁方法、施工機械能力等因素綜合考慮確定砂樁直徑。在軟弱粘性土中盡可能采用較大的直徑。目前，國內實際采用的直徑為30cm左右，最大者5070cm；國外實際采用的直徑為6080cm，最大達200cm。砂樁在平面上的布置可以采用正三角形或正方形。(3)長度根據軟土層厚度或根據工程要求通過計算確定砂樁長度。當軟土層厚度不大時，砂樁長度可按軟土層厚度確定；當軟土層厚度較大時，對按穩定性控制的工程來說，砂樁長度應不小于最危險滑動面的深度；對按沉降控制的工程來說，砂樁長度應滿足砂樁地基沉降量不超過建筑物或構筑物容許沉降量的要求，可通過沉降計算確定；當使用砂樁處理易振動液化的飽和松散砂土時，砂樁長度應達到可能發生液化的砂層底部。(3)墊層砂樁施工完畢后，地面應鋪設3050cm厚度砂墊層或砂和碎石混合料墊層。墊層要分層鋪設，用平板振動器振實。在地面很軟不能保證施工機械正常行駛和操作時，可以在砂樁施工前鋪設墊層。2、成樁方法選擇設計時可根據土的類別選擇適宜的成樁方法。目前國內外常用的成樁方法分成二類：(1)振動成樁法用振動打樁機將樁管沉入土層中，其成樁工藝分成三類：一次拔管法：往沉入土層中的樁管內灌砂，邊振動邊緩慢地從土層中拔出樁管。 逐步拔管法：往沉入土層中的樁管內灌砂后，在振動條件下逐步拔起樁管，拔起一定高度時停拔，并繼續振動若干秒后，再拔起一定高度，如此重復進行，直到樁管拔出地面。就砂樁質量和其周圍砂層變密度而言，逐步拔管法效果較好。重復壓拔管法：往沉入土層中的樁管內灌砂后，在振動條件下將樁管拔起h高度，使砂下落，然后再將樁管壓下h1高度，并將落入樁孔內的砂壓實，如此重復進行直到樁管拔出地面。這種成樁方法是使樁體分段成型，其優點是可以壓實樁體的砂和使樁徑擴大。根據飽和松散砂土容易振密的特點，應考慮選用振動成樁法。如果對砂樁質量要求嚴格，可以選用逐步拔管法或重復壓拔管法成樁工藝。(2)沖擊成樁法使用蒸汽打樁機或柴油打樁機將樁管打入土層中，其成樁方法分成兩類：單管法：將底端焊有活瓣樁靴的樁管打入土層中，往樁管內灌砂后緩慢地拔出樁管，砂從樁管內排出落入樁孔中就形成砂樁。就砂樁質量而言，此法效果不佳。雙管法：將有外管(底端開口)和內管(底端封口)的雙層樁管打入土層中，拔起內管向外管中灌砂后，放下內管到砂面上，拔起外管與內管底面齊平，然后按規定的貫入度將內外管同時打下就形成一段直徑比樁管直徑大的砂樁。重復進行上述工藝直到樁管拔出地面。雙管法也是使砂樁分段成型。就砂樁質量和擠密效果而言，此法效果較好。由于樁體是分段成型和按貫入度控制施工，所以此法對改善天然軟土地基的密實度和不均勻性有顯著效果。在軟弱粘性土中可以選用沖擊成樁法，也可以使用振動成樁法。對砂樁質量要求嚴格或要求小直徑管打出大直徑砂樁時，可以選用雙管沖擊成樁法或單管振動重復壓拔成樁法。3、樁距計算現有的樁距計算方法不很成熟，也不夠嚴密，僅供參考使用。在有試驗條件時，樁距宜通過現場試驗確定。(1)松散砂土地基中的樁距計算根據孔隙比要求 當砂樁按正三角形布置時，按如下關系計算樁距S：假設在松散土中，砂樁能起到完全理想的預期擠密效果，如原松散土的孔隙比e0，擠密后要求達到的孔隙比為e1，又設一根砂樁所承擔的地基處理面積為A(如圖4-1所示)。當砂樁直徑為d，樁長為l，則一根樁孔的體積為，單位體積處理土的孔隙改變量為。(a)等邊三角形布置： 處理面積A=；處理體積的孔隙改變為，令其與樁孔體積相等，則表明砂樁擠密作用，即得樁距s： (4-1)(b)正方形布置處理面積A=s2，同樣按上述關系，可得樁距s： (4-2)根據壓砂率要求 設1根砂樁所分擔的地基處理面積為A，砂樁每米壓砂體積為SA，則單位長度的平均壓砂率。求得要求的壓砂率Fs后，就可由砂樁間距與壓砂率和壓砂量的關系曲線(圖4-3和圖4-4)求得需要的樁距。要求的壓砂率Fs用下述方法確定：設地基處理后要求的標貫值為N1，地基處理后的平均標貫值為N-1，則=FsNp+(1-Fs)N1 (4-3)式中Np砂樁中心處的標貫值；N1地基處理后樁間土的標貫值。首先假定一個壓砂率Fs，根據圖圖4-4和圖4-5曲線求得Np和N1，然后利用式4-4計算出平均標貫值N-1值，如此反復進行，直到與N1一致。此時的壓砂率就是要求的壓砂率。為安全計，處理后的地基標貫值只取樁間土的標貫值時，則=(1-Fs)N1。 (4-4)圖4-5和圖4-6是根據以前使用砂樁處理過的地基工程實例，分別將天然地基的標貫值N0與砂樁中心處的標貫值Np和地基處理后樁間土的標貫值N1之間的關系以壓砂率Fs為參數而繪制的關系曲線。因此，使用這個方法確定樁距必需具備以下兩個條件：a)要有根據以前使用砂樁處理過的地基工程實例而繪制出的天然地基標貫值N0與處理后樁間土標貫值N1的關系曲線(圖4-5)以及天然地基標貫值N0與砂樁中心處標貫值Np的關系曲線(圖4-6)；b)設計時選用的成樁方法必須與得出上述兩圖所采用的成樁方法基本相同。(2)軟弱粘性土地基中的樁距計算按置換率要求計算砂樁用于提高天然地基承載力時，可根據置換率要求計算樁距。【例4-1】天然地基容許承載力R1為90kPa，砂樁容許承載力R2為300kPa，要求砂樁復合地基容許承載力RSP達到150kPa，試求砂樁正方形布置時的樁距。【解】a)砂樁復合地基容許承載力RSP=(1-m)R1+R2m，則達到150kPa承載力時需要的置換率。b)砂樁直徑設計為60cm，則砂樁面積為As=3.1416(60/2)2=2827(cm2)c)由置換率m=Ap/A可以求得1根砂樁分擔的地基處理面積為A=Ap/m=2827/0.28610000(cm2)d)砂樁按正方形布置時樁距為按地基固結要求計算砂樁復合地基容許承載力不能滿足設計要求而需采用預壓法提高樁間土承載力時，應根據地基固結度和固結速率要求計算樁距，計算方法與第3章排水固結法中砂井間距計算方法相同。但是，地基需作穩定驗算時，應使用復合地基抗剪強度。砂樁復合地基抗剪強度是由砂樁抗剪強度和樁間土抗剪強度組成，其表達式可寫成為： (4-5)式中: m為置換率(1根砂樁面積Ap與1根砂樁分擔的地基處理面積A之比)；p為砂樁內摩擦角；p為砂樁應力集中系數，n為應力分擔比，一般取35； z為計算深度；為砂樁容重；為計算深度z處土中平均應力；為剪切面與水平面交角；c為樁間土粘聚力，即=0情況下的強度。如果考慮樁間土上作用垂直應力0=S，固結后強度得到提高，則c=c0+s*U*tancu式中：c0為樁間土固結前的強度；s為應力降低系數，；U為固結度；tancu為強度增長率； cu為樁間土固結不排水內摩擦角。砂樁復合地基設計按穩定性控制時，應使用復合地基強度進行穩定性驗算，如果不能滿足穩定要求，則可改變置換率再進行驗算，直到滿足穩定要求為止。如果建筑物或構筑物對地基沉降敏感，應進行地基沉降計算，計算值不得大于地基設計規范的容許值。在上述算例中，如果要求砂樁復合地基容許承載力達到200kPa，則需要的置換率高達0.52(樁距74cm)，這樣大的置換率會給砂樁施工帶來很大困難。在此情況下可以考慮兩個解決辦法：a)將砂樁直徑增大；b)使置換率降低，使用適當荷載進行地基預壓。實現這些解決辦法都有困難時，則可選用其他地基處理方案。4.1.4 施工要求1、施工標高砂樁施工標高一般應高于基礎底面設計標高12m，以便開挖基坑時將沒有充分擠實的或被擠松的表層土完全挖去。如果砂樁施工后對地基表層12m深度內的土層進行適當處理，則砂樁施工也可以從基底設計標高開始。2、砂含水量施工時砂的含水量對砂樁密實性有很大影響，應根據成樁方法分別規定。(1)采用單管沖擊式或振動式一次打拔管成樁法或復打成樁時，使用飽和砂；(2)采用雙管沖擊式或單管振動式重復壓拔管成樁法時，使用7%9%含水量。在飽和土中施工時也可使用天然濕度砂或干砂。3、施工順序在松散砂土中，首先施工外圍樁，然后施工隔行的樁，對最后幾行樁，如下沉樁管困難時，可適當增大樁距。在軟粘性土中，砂樁成型困難時可隔行施工，各行中的樁也可間隔施工(見圖4-7)。4.1.5 成樁工藝砂樁成樁工藝按沖擊式和振動式分別介紹如下。1、沖擊式成樁法(1)單管法施工機具：蒸汽打樁機或柴油打樁機，下端裝有活瓣鋼樁靴的或預制鋼筋混凝土錐形樁尖(留在土中)的樁管，裝砂料斗等。施工工藝a)樁靴閉合，樁管就位；b)將樁管打入土層中到設計深度；c)用料斗向樁管內灌砂，當灌砂量大時可分成二次灌砂：第1次灌入人三分之二，將樁管從土層中拔起一半長度，然后再灌入剩余的三分之一；d)按規定的拔出樁管速度從土層中拔出樁管。(2) 雙管法施工機具蒸汽打樁機或柴油打樁機，底端開口的外管(套管)和底端封口的內管(芯管)，履帶式吊車，裝砂料斗等。施工工藝a)樁管垂直就位；b)錘擊內管和外管下沉到土層中；c)拔起內管向外管中灌砂；d)放下內管到外管中砂面上；e)拔起外管到與內管底面齊平；f)錘擊內管和外管將砂壓實。重復進行cf工序直到樁管拔出地面。質量控制進行工序f時按貫入度控制，可以保證砂樁的樁身連續性、密實性及其周圍土層的均勻性。2、振動式成樁法(1)一次拔管法施工機具：包括振動打樁機，下端裝有活瓣鋼樁靴的樁管，移動式打樁機架，裝砂料斗等。施工工藝：a)樁靴閉合，樁管垂直就位；b)將樁管沉入土層中到設計深度；c)將料斗插入樁管，向樁管內灌砂；d)邊振動邊拔出樁管到地面。質量控制：a)樁身連續性：用拔出樁管速度控制。拔管速度根據試驗確定，在一般情況下拔管1m控制在30sec內。b)樁直徑：用灌砂量控制。當實際灌砂量未達到設計要求時，可在原位再沉下樁管灌砂(復打)1次或在旁邊補加1根砂樁。(2)逐步拔管法施工機具：包括振動打樁機，下端裝有活瓣鋼制樁靴的樁管，移動式打樁機架，裝砂料斗等。施工工藝：a)樁管垂直就位，樁靴閉合；b)將樁管沉入土層中到設計深度；c)將料斗插入樁管，向樁管內灌砂；d)邊振動邊拔起樁管，每拔起一定長度，停拔繼振若干秒，如此反復進行，直到樁管拔出地面。(3)重復壓拔管法施工機具：包括振動打樁機，移動式打樁機架，下端設計成特殊構造的樁(圖4-8)，裝砂料斗，輔助設備(空壓機和送氣管，噴嘴射水裝置和送水管)等。施工工藝：a)樁管垂直就位；b)將樁管沉入土層中到設計深度，如果樁管下沉速度很慢，可以利用樁管下端噴嘴射水加快下沉速度；c)用料斗向樁管內灌砂；d)按規定的拔起高度拔起樁管，同時向樁管內送入壓縮空氣使砂容易排出，樁管拔起后核定砂的排出情況；e)按規定的壓下高度再向下壓樁管，將落入樁孔內的砂壓實。重復進行ce工序直至樁管拔出地面(圖4-10)。(注：樁管每次拔起和壓下高度根據砂樁直徑要求，通過試驗確定)。4.1.6 工程實例山西省財政局辦公大樓位于粉細砂和亞粘土互層地基上，為防止粉細砂層在地震時發生液化，決定采用砂樁擠密粉細砂層并進行現場試驗，以檢驗砂樁的擠密效果。地基概況試驗場地從天然地面到-15m深度分成五層。第一層：雜填土，深度為0.001.20m左右，結構松散；第二層：亞粘土，深度為-1.20-3.20m左右，呈可塑狀態，稍密、飽和，有振動水析現象；第三層：粉細砂，深度為-3.20m到-6.40m左右，稍密，飽和；第四層：亞粘土，深度為-6.40m到-9.00m左右，呈可塑狀態，中密，飽和；第五層：粉細砂，深度為-9.00m到-16.00m左右，稍密，飽和(圖4-11)。(1)成樁方法：采用振動成樁法。使用北京580A型單頻縱向垂直式振動打樁機，振動力為162.5KN。樁管長度9.5m，直徑273mm，活瓣樁類，樁尖最大直徑340mm。(2)砂樁排列：砂樁長度7.8m單樁試驗3根，按等邊三角形排列，樁距3d(d為砂樁直徑)。群樁由7根砂樁組成，樁距為3d和3.5d，按正三角形排列。群樁平面面置如圖4-12所示。(3)效果簡述從上圖可以看出，砂樁復合地基荷載試驗的壓力-沉降曲線沒有明顯的轉折點(圖4-13)。荷載在達到2.4kg/cm2以前曲線呈線性關系。因此，臨塑荷載P0=240KPa。如果用相對沉降法取S/b=0.02，在壓力-沉降曲線上對應的P0.02=400 KPa，約為天然地基承載力120 KPa的三倍。由圖4-14可以看出，樁間土上荷載試驗求得的壓力-沉降關系曲線也沒有明顯的轉折點。如果用相對沉降法取S/b=0.02，則在壓力-沉降曲線上對應的P0.02=217 KPa，約為天然土承載力的1.8倍。4.2土樁和灰土樁4.2.1 概 述土樁或灰土樁擠密法是處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基加固方法，是由樁間擠密土和填夯的樁共同組成的復合地基。土樁擠密地基由樁間擠密土和分層填夯的素土樁組成，土樁面積約占地基面積的10%20%。由于樁孔內填入的土料與樁間土相同，土料夯實和樁間土質量一致時，兩者的物質力學指標相近。因此，土樁擠密地基可現為厚度較大的素土墊層。土樁擠密法是蘇聯阿別列夫教授于1934年首創，是蘇聯和東歐一些國家深層處理濕陷性黃土地基的主要方法。我國自50年代中期在西北黃土地區開始試驗和應用。陜西省西安市為解決城市雜填土地基的深層處理問題，于60年代中期在土樁擠密法基礎上試驗成功灰土樁擠密法。灰土樁是用石灰和土按28或37的體積比例拌和，并在樁孔內夯實加密后形成的樁。這種材料在化學性能上具有氣硬性和水硬性，由于石灰內帶正電荷鈣離子與帶負電荷粘土顆粒相互吸附，形成膠體凝聚，并隨灰土齡期增長，土體固化作用提高，使灰土逐漸增加強度。在力學性能上，它可達到擠密地基效果，提高地基承載力，消除濕陷性，沉降均勻和沉降量減小。在灰土樁擠密地基中，由于灰土樁的變形模量遠大于樁間土的變形量，總荷載的一半由灰土樁承擔，從而降低了基礎底面下一定深度內土中的應力，消除了持力層內產生大量壓縮變形和濕陷變形的不利因素。此外，由于灰土樁對樁間土能起側向約束作用，限制土的側向移動，樁間土只產生豎向壓密，使壓力與沉降始終呈線性關系。當地基土的含水量大于23%及其飽和度大于0.65時，由于成孔質量不好，拔管后容易縮頸，以及打管時容易對鄰近已回填的樁體造成破壞，不宜采用土或灰土樁擠密法。當以消除地基的濕陷性為主要目的時，宜選用土樁；當以提高地基的承載力或水穩性為主要目的時，宜選用灰土樁。處理深度宜為515m。國外在20世紀30年代就開始采用土或灰土樁處理濕陷性黃土地基。我國20世紀50年代中期在西北黃土地區開始試驗，20世紀70年代初在黃土地區得到廣泛應用。4.2.2 作用原理1、土的側向擠密土(或灰土、二灰)樁擠壓成孔時，樁孔位置原有土體被強制側向擠壓，使樁周一定范圍內的土層密實度提高，單個樁孔外側土擠密效果試驗表明，孔壁附近土的干密度d接近或超過其最大干密度dmax，即壓實系數c1。徑向外延干密度逐漸減小到土的天然密度O，其擠密影響半徑通常為1.52.0d(d為樁孔直徑)。相鄰樁孔間擠密效果試驗表明，在相鄰樁孔擠密區交界處擠密效果相互疊加，樁間土中心部位的密實度增大，且樁間土的密度變得均勻，樁距愈近，疊加效果愈顯著。設計樁孔間距時，應以保證樁間土的平均壓實系數或平均干密度達到規定的指標，滿足消除濕陷性或其它力學指標要求。合理的相鄰樁孔中心距約為23倍樁孔直徑。土的天然含水量和干密度對擠密效果較大，當含水量接近最優含水量時，土呈塑性狀態，擠密效果最佳。當含水量偏低，土呈堅硬狀態時，有效擠密區變小。當含水量過高時，由于擠壓引起超孔隙水壓力，土體難以擠密，且孔壁附近土的強度因受擾動而降低，拔管時容易出現縮頸等情況。土的天然干密度愈大，則有效擠密范圍愈大；反之則有效擠密區較小，擠密效果較差。2、土樁擠密當樁孔內填入的土料與樁間土相同、土料夯實和樁間土擠密質量一致時，土樁和樁間土的力學性質指標也相近，這已為土樁擠密地基實測結果所證實。土樁擠密地基接觸壓力測試證明，在剛性基礎下同一部位處，土樁上的接觸應力p與樁間土上的接觸應力s相差不大(應力分擔比p/s1)，基底接觸壓力的分布相似于土墊層情況(圖4-15)。因此，可以把土樁擠密地基看作是厚度較大的素土墊層。在國內外有關規程中，關于土樁擠密地基的設計(容許承載力確定，處理范圍驗算等)都規定遵照墊層的設計原理。3、灰土樁擠密灰土樁是用石灰和土按一定體積比例(28或37)拌和，并在樁孔內夯實加密后形成的樁，這種材料在化學性能上具有氣硬性和水硬性，由于石灰內帶正電荷鈣離子與帶負電荷粘土顆粒相互吸附，形成膠體凝聚，并隨灰土齡期增長，土體固化作用提高，使灰土逐漸增加強度。在力學性能上，它可達到擠密地基效果，提高地基承載力，消除濕陷性，沉降均勻和沉降量減小。灰土的變形模量Eh可用下式計算： (4-6)式中: 為軸向應力；qu為灰土的無側限抗壓強度；f為灰土的破壞應變。在灰土樁擠密地基中，由于灰土樁的變形模量大于樁間土的變形量(灰土的變形模量為E0=40200MPa，相當于夯實素土的110倍)，載荷試驗測試結果表明；只占壓板面積約20%的灰土樁承擔了總荷載的一半左右，而占壓板面積80%的樁間土僅承擔其余一半。由于總荷載的一半由灰土樁承擔，從而降低了基礎底面下一定深度內土中的應力，消除了持力層內產生大量壓縮變形和濕陷變形的不利因素。此外，由于灰土樁對樁間土能起側向約束作用，限制土的側向移動，樁間土只產生豎向壓密，使壓力與沉降始終呈線性關系。4.2.3 設計計算1、設計依據和基本要求(1)土樁和灰土樁擠密地基的設計應依據下列資料和條件：如果工程地質勘察報告中對人工填土層的情況未作詳細描述，應要求補查其分布范圍、厚度和物質成分，給出主要的物理-力學性質指標和容許承載力等。建筑物結構類型、用途和荷載，結合工程地質條件明確地基處理的主要目的，如a)一般濕陷性黃土以消除其濕陷性為主：b)新近堆積黃土消除濕陷性，降低可壓縮性，提高承載力；c)素填土和雜填土以提高承載力為主。對a)和b)可采用土樁；對b)和c)可采用灰土樁。場地內地下管線和結構物位置、道路、水電源、土料來源、相鄰建筑物情況等資料。當地使用的土樁或灰土樁施工機械型號和性能，工程總結和試驗資料。(2)土樁和灰土樁和基本尺寸、布置和樁孔填料應符合下述要求：樁孔直徑以3060cm為宜，根據當地常用的成孔機械型號和規格確定。樁孔宜按等邊三角形布置，如圖4-17所示，可使樁周圍土的擠密效果均勻。(3)樁孔的最少排數:土樁不少于2排；灰土樁不少于3排。(4)地基處理范圍可參照圖4-18確定。處理厚度(Z)自基礎底面算起至樁孔下端l/2樁尖長度處；處理面范圍應超出基礎邊緣(超出寬度以C表示)，其邊界自最外側一排樁的有效擠密區d/2算起。2、土樁擠密地基(1)樁孔間距為消除黃土的濕陷性，樁間土擠密后平均壓實系數(Dy)不得小于0.93。通過室內擊實試驗或根據經驗求得地基土的最大干容重dmax，擠密后樁間土的平均干容重d=0.93dmax。按等邊三角形排列樁孔時樁孔間距可用下式計算： (4-7)式中: l-樁孔中心間距(cm)d-要求樁間土擠密后達到的平均干容重(kN/m3)；do-土的原始干容重(kN/m3)；d-樁孔直徑(cm)。樁孔排距(等邊三角形的高)m=0.87l。設 (4-8)則l=ad-“樁距系數”，可由表4-1查得。表4-1 樁距系數表 (引自陜西省標準DBJ24-2-85，1985)dod1.151.201.251.301.351.401.551.872.002.162.372.653.061.601.801.902.032.202.412.701.651.741.821.942.072.232.45注：單位平面內樁孔面積為0.906/a2；正方形布樁時表中a值乘以0.93，排距m=l；梅花形布樁時表中a乘以1.32，排距m=(1/2)l若場地土的均勻性較差，土的含水量低于14%或高于22%，宜通過現場成孔擠密試驗調整樁孔設計間距。試驗方法：以計算的樁距為基數增加或減少20%作為試驗的樁孔間距，成孔擠密后開挖測定樁間土的干容重，以平均壓實系數Dy0.93確定設計的樁孔間距。平行試驗不得少于2組。(2)處理范圍地基處理厚度(z)應根據消除濕陷量要求、場地土的濕陷性類別等條件確定：消除全部濕陷量對非自重濕陷性黃土地基，處理厚度應為基礎下濕陷起始壓力小于附加壓力與上復土飽和自重壓力之和的所有土層或自基礎下到附加壓力等于土自重壓力25%處的深度內所有土層厚度。 在自重濕陷性土層埋藏較深或自重濕陷量較小的地區，除甲類和乙類建筑物外，也可按所有樁管長度確定處理厚度，不必處理基礎以下的全部濕陷性土層。消除部分濕陷量可按所用的樁管長度(5.58.0m)確定處理厚度，但應按濕陷性黃土地區建筑規范(TJ2578)中有關規定計算地基的剩余濕陷量，并且采取適當的防水措施和結構措施。提高地基容許承載力處理厚度根據下臥層容許承載力通過驗算確定，驗算方法與土墊層和灰土樁擠密地基相同。處理面范圍應超出基礎的底邊，超出寬度C可按表4-2確定。表4-2 處理在每邊超出基礎邊緣寬度(C)值簡表(引自陜西省標準DBJ24-2-85，1985)非自重濕陷性黃土地基自重濕陷性黃土地基消除全部濕陷量消除部分濕陷量C0.5mC0.25BC0.75mC1.0mC0.5B注：B-基礎寬度；自重濕陷性土層埋藏較深、自重濕陷量較小或非濕陷性的場地均可按非自重濕陷性黃土地基確定C值；片筏基礎或甲、乙類的需整片處理的地基，其處理范圍每邊超出基礎邊緣的寬度不宜小于1.5m；但是在部分消除自重濕陷性黃土的濕陷量時，則不宜小于濕陷性土層厚度的1/4。(3)容許承載力土樁擠密地基的容許承載力與天然地基的容許承載力之間有密切關系，根據同一條件下荷載試驗對比結果的統計分析得知，前者約為后者的1.511.71倍，平均為1.6倍。一般可按天然地基容許承載力的1.4倍確定，但是不宜超過200kPa。重要的工程或缺少應用經驗的地區應盡量通過荷載試驗確定容許承載力，必要時常需進行容許壓力下的浸水荷載試驗，以判定地基消除濕陷性的效果。當基礎埋置深度D1.5m時，土樁擠密地基的容許承載力可按濕陷性黃土地區建筑規范(TJ25-78)中有關規定進行修正，可取修正系數mD=1。3、灰土樁擠密地基(1)容許承載力灰土樁擠密地基的容許承載力可通過現場荷載試驗方法確定，也可根據試驗結果提出的經驗公式通過計算確定或根據陜西省標準灰土樁和土樁擠密地基設計施工及驗收規程(DBJ24-2-85)中列出的灰土樁地基容許承載力表(見表4-3)確定。按表4-3查得的容許承載力與不同場地上10個荷載試驗實測值之比為0.630.95，平均比值為0.8，可見是偏于安全的。灰土樁擠密濕陷性黃土地基時，其容許承載力按天然地基容許承載力2倍確定，但是不宜超過250kPa。當基礎埋置深度D1.5m時，容許承載力的修正方法與土樁相同。(2)樁孔間距根據處理前后地基的容許承載力R和R1從表4-3中查出相應的樁距系數乘以樁徑d求得。若樁間土擠密后的平均壓實系數小于0.90，則應適當縮小樁孔間距。表4-3 灰土樁擠密的人工填土地基容許承載力R1 (引自陜西省標準DBJ24-2-85，1985)RkPa樁 距 系 數3.02.82.62.42.22.01.86080100120140160150170140160180150170190140160180200150180200220170200220250采用灰土樁擠密濕陷性黃土時，樁孔間距應按擠密后樁間土平均壓實系數不小于0.93確定，方法與土樁相同。(3)處理范圍以提高地基容許承載力為主要處理目的時，處理厚度應使用下述公式進行驗算確定：pz+pczR (4-9)或 pz=0.25pcz (4-10)式中pz-處理層底面處的附加壓力(kPa)；pcz-處理層底面處土和灰土樁的自重壓力(kPa)；R-處理層底面下修正后的地基容許承載力(kPa)。一般可先按施工用的樁管長度初步確定處理厚度，再按上式進行驗算調整。對不均勻沉降較敏感、沉降要求較嚴格的建筑物應盡量使灰土樁穿過基礎下全部人工填土層或濕陷性土層。處理面范圍應超出基礎的底邊，超出寬度C應符合下列要求：濕陷性黃土時按表4-2確定；人工填土時，條形或矩形基礎應使C0.5m，片筏基礎應使C75cm。這樣確定C值一般可保證地基在荷載作用下浸水時仍具有足夠的穩定性，且邊界處土中法向應力pz4060kPa(濕陷性黃土)或pz8090kPa(人工填土)，一般不超過未處理的地基土強度。4.2.4 施工工藝1、成孔擠密土或灰土樁的施工，應按設計要求和現場條件選用沉管(振動或錘擊)、沖擊或爆擴等方法進行成孔，使土向孔的周圍擠密。(1)沉管法成孔使用振動或錘擊打樁機，將帶有特制樁尖的鋼制樁管(圖4-19)打入土層中至設計深度，然后慢慢拔出樁管即成樁孔。其孔壁光滑規整，擠密效果和施工技術都比較容易控制和掌握，因此，沉管是最常用的成孔方法。但是，沉管法成孔的最大深度受到樁架高度的限制，一般不超過78m。選用的打樁機技術性能應與樁管直徑、長度、重量以及地基土特性等相適應。錘重不宜小于樁管重量的2倍。(2)沖擊法成孔沖擊法成孔是使用定型或簡易沖擊機，將錘頭提升一定高度后自由落下，反復沖擊使土層成孔。成孔深度不受機架高度的限制，可達20m以上，孔徑500600mm。本法特別適用于處理自重濕陷性厚度較大的土層。(3)爆擴法成孔爆擴法成孔不需打樁機械，工藝簡便，適用于缺少施工機械的新建工程場地。藥眼法將直徑1530mm鋼釬打入土中，拔出鋼釬后在土中就形成小孔眼(藥眼)，往藥眼內直接裝填炸藥和12個電雷管，引爆后即成樁孔。孔法適用于含水量超過22%的土層。藥管法用洛陽鏟或扁頭鋼鏟在土中挖成直徑6080mm和深度與樁孔設計值相同的孔洞，然后往孔洞內放入直徑1530mm的炸藥管和12個電雷管，引爆后即成樁孔。此法適用于含水量較大的土層。2、樁孔回填夯實回填夯實施工前，應進行回填試驗，以確定每次合理的填料數量和夯擊數。根據回填夯實質量標準確定檢測方法應達到的指標，如輕便觸探的“檢定錘擊數”。樁孔填料夯實機目前有兩種：一種是偏心輪夾桿式夯實機，夯錘重100150kg，夯錘鋼管一般長68m，管徑6080mm，鋼管與夯錘焊成整體，鋼管夾在一雙同步反向偏心輪中間，由偏心輪轉動時半輪瓦片夾帶上升和半輪轉空自由落錘的作用，往返循環，夯實填料。此機可用拖拉機或翻斗車改裝，因此移動輕便，夯擊速度快，可上、下自動夯實，但必須嚴格控制每次填料量，較難保證夯實質量。另一種是采用電動卷揚機提升式夯實機。錘重可達450kg，落距為13m。夯擊能量大，一次可填入較多的土料，夯實效果較好，但需人工操作。回填樁孔用的夯錘，宜采用倒置拋物線型錐體或類錐形，錘重不宜小于100kg。夯錘最大直徑應比樁孔直徑小100160mm，使夯錘自由落下時將填料夯實。填料時每一锨料夯擊一次或二次，夯擊2530次/min，長為6m的樁孔在1520min內夯擊完成。3、施工要求(1)施工前應在現場進行成孔、夯填工藝和擠密效果試驗，以確定分層填料厚度、夯擊次數和夯實后干密度等要求。(2)成孔施工時，地基土宜接近最優含水量，當含水量低于12%時，宜用水增濕至最優含水量。(3)樁孔中心點的偏差不應超過樁距設計值的5%，且不大于50mm。(4)對沉管法其樁孔直徑誤差為50mm和深度誤差為-100mm；對沖擊法或爆擴法，樁孔直徑的誤差不得超過設計值的+100或-50mm，樁孔深度不應小于設計深度的300mm。(5)向孔內填料前，孔底必須夯實，夯擊次數一般不少于8次，然后用素土或灰土在最優含水量狀態下分層回填夯實，每次回填厚度為300400mm。其壓實系數應符合：用素土時不應小于0.95；用灰土時不應小于0.97。回填土料的質量應符合：素土，土料中有機質含量不得超過5%，也不得含有凍土和膨脹土；當含有碎石時，其粒徑不得大于50mm。灰土，土料宜用粘性土及塑性指數等于4的粉土，不得含有松軟雜質，并應過篩，其顆粒不得大于15mm。灰土宜用新鮮的消石灰，其顆粒不得大于5mm。(6)成孔和回填夯實的施工順序，應先外排后里排，同排內應間隔12孔進行，以免因振動擠壓造成相鄰孔縮孔或坍孔。對大型工程可采取分段施工。4、質量檢驗施工結束后，對土或灰土擠密樁加固處理地基的質量，應及時進行抽樣檢驗。對一般工程，主要檢查樁和樁間土的干密度、承載力和施工記錄；對重要或大型工程，除應檢測上述內容外，尚應進行載荷試驗或其他原位測試。也可在地基處理的全部深度內取土樣測定樁間土的壓縮性和濕陷性。土或灰土擠密樁復合地基進行載荷試驗時，試驗樁的數量不應少于3根，當滿足其極差不超過平均值的30%時，可取其平均值作為土或灰土擠密樁復合地基承載力標準值。抽樣檢驗的數量不應少于樁孔總數的2%，不合格處應采取加樁或其它補救措施。擠密樁的允許偏差的檢驗方法，應符合表4-4的規定。表4-4 擠密樁的允許偏差和檢驗方法 項 次項 目允許偏差/(mm)檢 驗 方 法1成孔中心位移50用經緯儀或拉線和尺量檢查2成孔垂直度1.5H/100用測斜儀或吊線和尺量檢查3樁徑沉管法-20尺 量 檢 查爆擴法+50沖擊法+100-504深度沉管法100爆擴法300沖擊法300注：H為擠密樁長度。4.2.5 工程實例【例4.3】甘肅省建工局木材廠單身宿舍工程土樁擠密地基1. 工程概況木材廠單身宿舍兼辦公樓的5層磚混結構，長42.9m，寬12.3m，建筑面積2750m2。地基采用土樁擠密法處理。表4-5 樁間土擠密效果檢驗(引自甘肅省建研所，1982)土層深度(m)含 水 量(%)干容重(kN/m2)壓實系數(Dy)10871520911510815509325142162097平 均112156094注：最大土干容重dmax=16.7kN/m3；土的含水量偏低，不利于成孔和擠密。2.地基條件表4-6 樁孔填料夯實質量檢驗表(引自甘肅省建研所，1982)取樣深度(m)干容重(kN/m2)壓實系數(Dy)150148089175154092200151090225158095250142085平均151090建筑場地內濕陷性黃土層厚度達78m，分級濕陷量30cm，屬級自重濕陷性。土的含水量w=8.714.2%，天然干容重d=12.613.2kN/m2，屬高中壓縮性。場地內人類活動區的面積約占處理總面積的60%，土層內有防空洞、淤土坑、洞穴和雜填土坑等，土質均勻性很差。3.土樁設計為滿足消除地基濕陷性要求，設計的樁孔直徑d=40cm，樁心間距l=2.22，d=88.80cm，成孔擠密后樁間土干容重提高為15.516.1kN/m2，相應達到的壓實系數為0.9250.943。樁孔內填料為接近最優含水量(1517%)的黃土類土，夯實后的壓實系數要求不小于0.93。填料夯實按每兩鏟擊5次進行。處理面范圍每邊超出基礎邊