1、第四章 碎石樁,概 述 適用范圍及優(yōu)缺點 加固機理 設(shè)計計算 施工,第四章 碎石樁,概 述 碎石樁是指用振動、沖擊或水沖等方法在軟弱地基中成孔后，再將碎石擠入土中形成大直徑的由碎石所構(gòu)成的密實樁體。 分類 制樁工藝：振沖（濕法）碎石樁和干法碎石樁。 采用振動水沖法施工的碎石樁稱為振沖碎石樁。 采用各種無水沖工藝（干振、振擠、錘擊）施工的碎石樁稱為干法碎石樁。 填加適量水泥和粉煤灰，形成水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）。,第四章 碎石樁,振沖法,第四章 碎石樁,適用范圍及優(yōu)缺點 振沖法適用于處理砂土、粉土、粘性土、填土以及軟土，但對不排水抗剪強度小于20kPa的軟土使用要慎重。 不加填料僅適用于處理

2、粘粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。 在工程中的應(yīng)用 軟弱地基加固；堤壩邊坡加固；消除可液化土的液化性；消除濕陷性黃土的濕陷性。 缺點：在粘性土中施工排放的污水、污泥量大。,第四章 碎石樁,加固機理 振沖密實(砂基）：一方面依靠振沖器的強力振動使飽和砂層發(fā)生液化，砂顆粒重新排列，孔隙減少，另一方面依靠振沖器的水平振動力，在加回填料情況下還通過填料使砂層擠壓加密，所以這一方法稱為振沖擠密法。,第四章 碎石樁,加固機理 振沖置換：在軟弱粘性土地基中，主要通過樁體的置換和排水作用加速樁間土體的排水固結(jié)，并形成復(fù)合地基，提高地基的承載力和穩(wěn)定性，改善地基土的力學(xué)力性能。 置換作用（樁柱作用） 墊層作用

3、 排水固結(jié)作用 加筋作用,第四章 碎石樁,置換作用（樁柱作用） 對于樁體打到相對硬層，復(fù)合土層中的樁體在荷載作用下主要起應(yīng)力集中的作用。通過基礎(chǔ)傳給復(fù)合地基的外加壓力隨著樁、土的等量變形會逐漸集中到樁上去，使軟土負(fù)擔(dān)的壓力相應(yīng)減小。復(fù)合地基有如鋼筋混凝土，地基中的樁體有如鋼筋。 碎石樁對飽和粘性土的地基的作用不是擠密加固作用，甚至樁周土體的強度會出現(xiàn)暫時的降低。是樁體與土形成復(fù)合地基。通過機械將不良地基強制排開并置換 ，以性能良好的砂石來替換不良的軟弱粘性土。,第四章 碎石樁,加固機理 墊層作用 如果軟弱土層較厚，則樁體不可能穿透整個土層，此時，加固過的復(fù)合樁土層能起到墊層作用，墊層將荷載擴(kuò)散

4、，使擴(kuò)散到下臥層頂面的應(yīng)力減弱并使分布趨于均勻，從而提高地基的整體抵抗力，減小其沉降量。,第四章 碎石樁,加固機理 排水固結(jié)作用 在軟粘土中，所制的碎石樁或砂樁是粘性土地基中一個良好的排水通道，碎石樁或砂樁可以和砂井一樣起排水作用，大大縮短了孔隙水的水平滲透途徑，加速了軟土排水固結(jié)，加快了地基土的沉降穩(wěn)定。加固結(jié)果使有效應(yīng)力增加，強度恢復(fù)并提高，甚至超過原土強度。,第四章 碎石樁,加固機理 加筋作用 可以提高土體抗剪強度，加固后的復(fù)合樁土層能改善土坡的穩(wěn)定，象阻滑樁一樣迫使滑動面遠(yuǎn)離坡面、向深處轉(zhuǎn)移，這種加固作用類似于干振碎石樁和砂樁的加筋作用。,第四節(jié) 設(shè)計計算,一、振沖密實法設(shè)計計算 二、

5、振沖置換法設(shè)計計算,振沖密實法設(shè)計計算,一、振沖密實法設(shè)計計算 1、加固范圍 2、加固深度 3、孔位布置和間距 4、承載力和變形計算,振沖密實法設(shè)計計算,一、振沖密實法設(shè)計計算 1、加固范圍 砂基振沖密實的范圍應(yīng)大于建筑物基礎(chǔ)范圍，在建筑物基礎(chǔ)外緣每邊放寬不得小于5m，應(yīng)在基底輪廓線外加2-3 排保護(hù)樁。,振沖密實法設(shè)計計算,2、加固深度 加固深度應(yīng)根據(jù)軟弱土層的性能、厚度或工程要求按下列原則確定： （1）當(dāng)相對硬層的埋藏深度不大時，穿透松軟土層達(dá)相對硬層一定深度。 （2）當(dāng)相對硬層的埋藏深度較大時，對按變形控制的工程，加固深度應(yīng)滿足碎石樁復(fù)合地基變形不超過建筑物地基容許變形值的要求。對按穩(wěn)定

6、性控制的工程，加固深度應(yīng)不小于最危險滑動面的深度。在可液化地基中，加固深度應(yīng)按要求的抗震處理深度確定。 （3）樁長不宜短于4m。,振沖密實法設(shè)計計算,3、孔位布置和間距 孔位布置：對大面積處理，樁位宜用等邊三角形布置，對獨立或條形基礎(chǔ)，樁位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置。對于圓形或環(huán)形基礎(chǔ)（如油罐基礎(chǔ)）宜用放射形布置。,振沖密實法設(shè)計計算,3、孔位布置和間距 間距：間距視砂土的顆粒組成、密實要求、振沖器功率、地下水位而定。砂的粒徑越細(xì)，密實要求越高，則間距應(yīng)越小。 1）現(xiàn)場試驗：對于大型或重要工程，應(yīng)通過現(xiàn)場試驗確定孔距、填料數(shù)量及施工工藝等參數(shù)。,振沖密實法設(shè)計計算,3、孔位布置和間距 2

7、）根據(jù)振沖器的功率確定：使用30KW 振沖器，間距一般為1.8-2.5m；使用75KW大型振沖器，間距可以在2.5-3.5m。對大面積處理，75KW振沖器的擠密影響范圍大，單孔控制面積較大，具有更高的經(jīng)濟(jì)效益。,振沖密實法設(shè)計計算,3、孔位布置和間距 3）根據(jù)填料量估算：,振沖密實法設(shè)計計算,大面積砂層擠密處理時，振沖孔間距也可用下式估算：,振沖密實法設(shè)計計算,4、承載力和變形計算 1）承載力計算 fsp,k為復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kpa); fp,k為樁體單位面積承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kpa); fs,k為樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值(kpa); m為面積置換率，m=d2/d2e,d為碎石樁直徑（m），de為

8、等效影響圓直徑(m）,等邊三角形布樁de取1.05L,正方形取1.13L，矩形取1.13（L1L2）0.5。,振沖密實法設(shè)計計算,4、承載力和變形計算 2）變形計算 按分層總和法計算。復(fù)合土層壓縮模量Esp=1+m(n-1)Es Es為樁間土的壓縮模量 n為樁土應(yīng)力比，無實測資料時，砂土地基n=1.5-3,原地基強度高時取小值，低時取大值。,振沖密實法設(shè)計計算,振沖密實法適用土類 砂土類，粉砂到含礫粗砂，小于0.0074mm的細(xì)粒含量小于10%。粘粒含量超過20%，幾乎沒有加密效果。 填料選擇 填料可用粗砂、礫石、碎石、礦渣等硬質(zhì)材料，粒徑為0.5-5cm。理論上講填料粒徑越粗，擠密效果越好。

9、使用30KW振沖器時，填料的最大粒徑宜在5cm以內(nèi)，若填料的多數(shù)顆粒徑大于5cm，容易在孔內(nèi)發(fā)生卡料現(xiàn)象，影響施工進(jìn)度。使用75KW大功率振沖器時，最大粒徑可放寬到10cm。填料含泥量不宜超過10%。,振沖置換法設(shè)計計算,二、振沖置換法的設(shè)計計算 一）一般原則 振沖置換加固設(shè)計目前還處在半理論半經(jīng)驗狀態(tài)，一些計算方法，如復(fù)合地基容許承載力計算方法、最終沉降量計算方法等都還不夠成熟；某些設(shè)計參數(shù)也只能憑經(jīng)驗選定。因此，對重要工程或復(fù)雜的土質(zhì)情況，必須在現(xiàn)場進(jìn)行制樁試驗。根據(jù)現(xiàn)場試驗取得的資料修改設(shè)計，制訂施工要求。,振沖置換法設(shè)計計算,二）加固范圍 根據(jù)建筑物的重要性、現(xiàn)場條件和基礎(chǔ)形式綜合確定

10、。均要超出基礎(chǔ)范圍。對一般地基，在基礎(chǔ)外緣宜擴(kuò)大1-2 排樁；對可液化地基，在基底輪廓線外加2-4 排保護(hù)樁。,振沖置換法設(shè)計計算,二）加固范圍 相對硬層的埋藏深度不大，宜將樁伸至相對硬層。如果軟弱土層厚度很大，只能做貫穿部分軟弱土層的樁，此時深度應(yīng)大于土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)大于附加應(yīng)力的2-3倍處。并滿足沉降量小于建筑物的允許變形范圍。一般樁長不宜短于4m,也不宜大于18m。 在樁體全部制成后，將樁體頂部1m 左右一段挖去，鋪30-50cm 厚的碎石墊層，然后在上面做基礎(chǔ)。樁長指樁在墊層底面以下的實有長度。,振沖置換法設(shè)計計算,三）樁位布置和間距 樁位布置有兩種：等邊三角形布置和正方形或矩形布置

11、。前者主要用于大面積滿堂加固，后者主要用于單獨基礎(chǔ)、條形基礎(chǔ)等小面積加固。 樁中心間距的確定應(yīng)考慮荷載大小、原土的抗剪強度。荷載大，間距應(yīng)小；原土強度低，間距亦應(yīng)小。特別在深厚軟基中打不到相對硬層的短樁，樁的間距應(yīng)更小。 一般間距為1.5-2.5m。,振沖置換法設(shè)計計算,四）樁徑 樁徑與土類及強度、樁身材料粒徑、樁的填料量、振沖器類型及施工質(zhì)量關(guān)系密切。 一般平均理論直徑d= 0.8-1.2m。對一般軟粘土地基，采用30KW振沖器制樁，每米樁長約需0.6-0.8m3 碎石。,振沖置換法設(shè)計計算,五）承載力計算 1）復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 a有靜載試驗條件，或甲級和重要建筑及土質(zhì)復(fù)雜工程，按現(xiàn)場靜

12、載試驗確定。 b有碎石樁和樁間土載荷試驗資料，,振沖置換法設(shè)計計算,五）承載力計算 1）復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值 c對于乙級及以下工程的粘性土地基，無現(xiàn)場載荷試驗資料，,或,Sv：樁間土的十字板抗剪強度，樁土應(yīng)力比n,振沖置換法設(shè)計計算,五）承載力計算 2）碎石樁單樁承載力 一般實際工程中，碎石樁樁體承載力通過荷載試驗確定。也可用計算法和經(jīng)驗法確定。,振沖置換法設(shè)計計算,2）碎石樁單樁承載力 b.綜合單樁極限承載力計算,振沖置換法設(shè)計計算,2）碎石樁單樁承載力 C.經(jīng)驗法,振沖置換法設(shè)計計算,六）復(fù)合地基沉降計算 按常用的分層總和法計算加固區(qū)和加固區(qū)下臥層之和。 加固區(qū) 1）進(jìn)行過單樁和復(fù)合地基載

13、荷試驗 2）無試驗資料，按碎石樁和樁間土載荷試驗資料。,振沖置換法設(shè)計計算,六）復(fù)合地基沉降計算 3）無試驗資料，按土的變形模量Es取合適的應(yīng)力比計算,樁、土應(yīng)力比無試驗資料時， 粘性土 n取2-4，砂土、粉土取1.5-3.0, 軟塑粘性土取3-4或4-6。 原土強度高者取小值，低者取大值。,振沖置換法設(shè)計計算,七）抗滑穩(wěn)定計算 采用復(fù)合地基的抗剪強度，用圓弧滑動法計算,振沖置換法設(shè)計計算,七）抗滑穩(wěn)定計算 采用復(fù)合地基的抗剪強度，用圓弧滑動法計算,振沖置換法設(shè)計計算,八）適宜土類 1）粉土：Ip10的土。介于黏土與砂土之間。 2）一般粘性土： Ip10，且天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值100kpa的土

14、。 3）軟黏土：天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值100kpa的粘性土，強度低、含水量高、孔隙比大、飽和度高的中、高靈敏度土。 4）雜填土、粉煤灰、自重濕陷性黃土,振沖碎石樁的施工,一）施工前準(zhǔn)備工作 施工前準(zhǔn)備工作 現(xiàn)場勘察了解場地的地形及周圍環(huán)境； 了解場地的工程地質(zhì)條件和地下水情況； 進(jìn)行振沖試驗，確定各項施工參數(shù)； 編寫施工組織設(shè)計，合理布置現(xiàn)場、明確施工順 序、施工方法以及配備所需施工機械。 樁身材料 碎石或卵石可選用自然級配，含泥量小于10，粒徑一般位2050mm； 碎石作為樁體材料比卵石好，其咬合力大，形成的樁身強度高。,振沖碎石樁的施工,一）施工前準(zhǔn)備工作 二）施工機具 三）施工順序 四）施

15、工工藝 五）填料方法 六）表層處理,振沖碎石樁的施工,二）施工機具 振沖法施工的主要機具有振沖器、起吊機械、水泵、泥漿泵、填料機械、電控系統(tǒng)等。,振沖碎石樁的施工,1.振沖器 振沖器是一種利用自激振動，配合水力沖擊進(jìn)行作業(yè)的機具。 主要有四大部分組成： 電動機；振動器；通水管；減振器及導(dǎo)管。,振沖碎石樁的施工,振動參數(shù) 振動頻率：只有振動器的振動頻率接近土的自振頻率時，產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使土達(dá)到最佳加密效果； 振幅：振幅在一定范圍內(nèi)對土體產(chǎn)生擠壓，振幅大時，加固效果相對好；過大過小，則不利。 加速度：對于振沖擠密，只有振動加速度達(dá)到一定值后才有擠密效果。,振沖碎石樁的施工,2.起吊機械 一般采用履

16、帶吊、汽車吊、自行井架式專用吊機或抗扭膠管式專用汽車。 3.水泵 4.填料機械 5.電控系統(tǒng) 6.泥漿泵,振沖碎石樁的施工,三）施工順序 施工順序一般采用“先中間后周邊”或“一邊推向一邊”的順序進(jìn)行。 在軟粘土地基中，為減少對地基土的擾動，可采用間隔跳打的方式。 鄰近有建筑物時，要采取保護(hù)措施。,振沖碎石樁的施工,四）施工工藝 就位；成孔；清孔；填料；振密加固；成樁。,振沖碎石樁的施工,五）填料方法 （1）間斷填料法 （2）連續(xù)填料法 （3）綜合填料法 （4）先護(hù)壁后制樁法 （5）不加填料法,振沖碎石樁的施工,五）填料方法 （1）間斷填料法 成孔后把振沖器提出口，直接往孔內(nèi)倒入一批填料，然后再

17、下降振沖器使填料振密，每次填料都這樣反復(fù)進(jìn)行，直到全孔結(jié)束。 振沖器對準(zhǔn)樁位； 振沖成孔； 將振沖器提出孔口，向孔內(nèi)填第一次料（每次填料高度限制0.81.0m高）； 將振沖器再放入孔內(nèi)將樁料振實. 重復(fù)、步驟直到整根樁制作完成。,振沖碎石樁的施工,五）填料方法 （2）連續(xù)填料法 連續(xù)填料法是將間斷填料法中的填料和振密合為一步來做。即連續(xù)填料法是邊把振沖器緩慢向上提升（不提出孔口）邊向孔中填料的施工方法。 對準(zhǔn)樁位； 振沖成孔； 振沖器在孔底留振； 孔口不斷填料，邊填邊振，達(dá)到密實； 上提振沖器（上提距離約為振沖器錐頭長度，約為0.30.5m）繼續(xù)振密、填料，達(dá)到密實. 重復(fù)步驟，直到整根樁制作

18、完成。,振沖碎石樁的施工,（3）綜合填料法 相當(dāng)于前兩種填料的組合施工方法。這種施工是第一次填料，振密過程采用的是間斷填料法，即成孔后將振沖器提出孔口，填一次料后，然后下降振沖器，使填料振密，之后，就采用連續(xù)填料法，即第一批填料后，振沖器不提出孔口，只是邊填邊振。,振沖碎石樁的施工,（3）綜合填料法 振沖器對準(zhǔn)樁位； 振沖成孔； 將振沖器提出孔口，向樁孔內(nèi)填料（填料高度限0.81.0m高）； 將振沖器再放入孔內(nèi)將石料壓入樁底振密； 連續(xù)不斷向孔內(nèi)填料，邊填邊振，達(dá)到密實后，將振沖器緩慢上提，繼續(xù)振沖，達(dá)到密實后，再向上提。如此反復(fù)操作，直至整根樁完成。,振沖碎石樁的施工,（4）先護(hù)壁后制樁法 在較軟的土層中施工時，應(yīng)采用“先護(hù)壁，后制樁”的辦法施工。該法即成孔時，不要一下達(dá)到深度，而是先達(dá)到軟土層上部范圍內(nèi)，將振沖器提出孔口，加一批填料，然后下沉振沖器將這批填料擠入孔壁，這樣就可把這段軟土層的孔壁加強以防塌孔，然使振沖器下降到下一段軟土層中，用同樣的方法填料護(hù)壁。如此反復(fù)進(jìn)行，直到設(shè)計深度?？妆谧o(hù)好后，就可按前述三種方法中任選一種進(jìn)行填料制樁。,振沖碎石樁的施工,（5）不加填料法 只適用于松散的中粗砂地基。 對于松散的中粗砂地基，由于振沖器提升后，孔壁易塌落，可利用中粗砂本身的自由塌陷代替外加填料，自由填滿下面的孔洞，從而可以不加填料就可振密。這種