1、地基處理Ground Treatment重慶交通大學河海學院第四章 碎石樁概 述適用范圍及優缺點加固機理設計計算施工第四章 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Cement Fly-ash Gravel （CFG樁）。第四章 碎石樁振沖法 第四章 碎石樁適用范圍及優缺點 振沖法適用于處理砂土、粉土、粘性土、填土以及

2、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粘粒含量小于10%的粗砂、中砂地基。在工程中的應用 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1、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2、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，并形成復合地基，提高地基的承

3、載力和穩定性，改善地基土的力學力性能。 1)置換作用（樁柱作用） 2)墊層作用 3)排水固結作用 4)加筋作用 第四章 碎石樁1)置換作用（樁柱作用） 對于樁體打到相對硬層，復合土層中的樁體在荷載作用下主要起應力集中的作用。通過基礎傳給復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，使軟土負擔的壓力相應減小。復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暫時的降低。是樁體與土形成復合地基。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2)墊層作用 如果軟弱土層較厚，則

4、樁體不可能穿透整個土層，此時，加固過的復合樁土層能起到墊層作用，墊層將荷載擴散，使擴散到下臥層頂面的應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3)排水固結作用 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，加快了地基土的沉降穩定。加固結果使有效應力增加，強度恢復并提高，甚至超過原土強度。 第四章 碎石樁4)加筋作用可以提高土體抗剪強度，加固后的復合樁土層能改善土坡的穩定，象阻滑樁一樣迫使滑動面遠離坡面、向深處轉移，這種加固作用類似于干振碎石樁和砂樁

5、的加筋作用。 第四節 振沖碎石樁設計計算一、振沖密實法設計計算二、振沖置換法設計計算一、振沖密實法設計計算1、加固范圍2、加固深度3、孔位布置和間距4、承載力和變形計算第四節 振沖碎石樁設計計算一、振沖密實法設計計算1、加固范圍砂基振沖密實的范圍應大于建筑物基礎范圍，在建筑物基礎外緣每邊放寬不得小于5m，應在基底輪廓線外加2-3 排保護樁。第四節 振沖碎石樁設計計算2、加固深度加固深度應根據軟弱土層的性能、厚度或工程要求按下列原則確定：（1）當相對硬層的埋藏深度不大時，穿透松軟土層達相對硬層一定深度。（2）當相對硬層的埋藏深度較大時，對按變形控制的工程，加固深度應滿足碎石樁復合地基變形不超過建

6、筑物地基容許變形值的要求。對按穩定性控制的工程，加固深度應不小于最危險滑動面的深度。在可液化地基中，加固深度應按要求的抗震處理深度確定。（3）樁長不宜短于4m。 第四節 振沖碎石樁設計計算一、振沖密實法設計計算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，樁位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置。對于圓形或環形基礎（如油罐基礎）宜用放射形布置。 第四節 振沖碎石樁設計計算一、振沖密實法設計計算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，密實要求越高，則間距應越小。1）現場試驗：對于大型或重要工程，應通過現場試

7、驗確定孔距、填料數量及施工工藝等參數。2）根據振沖器的功率確定：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，具有更高的經濟效益。第四節 振沖碎石樁設計計算一、振沖密實法設計計算3、孔位布置和間距3）根據填料量估算：第四節 振沖碎石樁設計計算一、振沖密實法設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：第四節 振沖碎石樁設計計算4、承載力和變形計算1）承載力計算fsp,k為復合地基承載力標準值(kpa);fp,k為樁體單位面積承載力標準值(kpa);fs,k為樁間土承

8、載力標準值(kpa);m為面積置換率，m=d2/d2e,d為碎石樁直徑（m），de為等效影響圓直徑(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。第四節 振沖碎石樁設計計算一、振沖密實法設計計算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。第四節 振沖碎石樁設計計算一、振沖密實法設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的細粒含量小于10%。粘粒含量超過20%

9、，幾乎沒有加密效果。填料選擇填料可用粗砂、礫石、碎石、礦渣等硬質材料，粒徑為0.5-5cm。理論上講填料粒徑越粗，擠密效果越好。使用30KW振沖器時，填料的最大粒徑宜在5cm以內，若填料的多數顆粒徑大于5cm，容易在孔內發生卡料現象，影響施工進度。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%。第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算一）一般原則振沖置換加固設計目前還處在半理論半經驗狀態，一些計算方法，如復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；某些設計參數也只能憑經驗選定。因此，對重要工程或復雜的土質情況，必須在現場進行制樁試驗。

10、根據現場試驗取得的資料修改設計，制訂施工要求。第四節 振沖碎石樁設計計算二）加固范圍根據建筑物的重要性、現場條件和基礎形式綜合確定。均要超出基礎范圍。對一般地基，在基礎外緣宜擴大1-2 排樁；對可液化地基，在基底輪廓線外加2-4 排保護樁。第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算二）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，此時深度應大于土的承載力標準值應大于附加應力的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

11、的碎石墊層，然后在上面做基礎。樁長指樁在墊層底面以下的實有長度。第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算三）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。前者主要用于大面積滿堂加固，后者主要用于單獨基礎、條形基礎等小面積加固。樁中心間距的確定應考慮荷載大小、原土的抗剪強度。荷載大，間距應小；原土強度低，間距亦應小。特別在深厚軟基中打不到相對硬層的短樁，樁的間距應更小。一般間距為1.5-2.5m。第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算四）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量關系密切。一般平均理論直徑d= 0.8-1.2m。對

12、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。第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算五）承載力計算1）復合地基承載力標準值a有靜載試驗條件，或甲級和重要建筑及土質復雜工程，按現場靜載試驗確定。b有碎石樁和樁間土載荷試驗資料，第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算c對于乙級及以下工程的粘性土地基，無現場載荷試驗資料，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。也可用計算法和經驗法確定。第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算2）碎石樁單樁承載力b.綜合單樁極限承載力計算第四節 振沖碎石樁設計

13、計算二、振沖置換法的設計計算2）碎石樁單樁承載力C.經驗法第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算六）復合地基沉降計算按常用的分層總和法計算加固區和加固區下臥層之和。加固區1）進行過單樁和復合地基載荷試驗2）無試驗資料，按碎石樁和樁間土載荷試驗資料。第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算六）復合地基沉降計算3）無試驗資料，按土的變形模量Es取合適的應力比計算樁、土應力比無試驗資料時，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。第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算七）抗滑穩定計算采用復合地基的抗剪

14、強度，用圓弧滑動法計算第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算七）抗滑穩定計算采用復合地基的抗剪強度，用圓弧滑動法計算第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算八）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準值100kpa的土。3）軟黏土：天然地基承載力標準值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、自重濕陷性黃土第四節 振沖碎石樁設計計算二、振沖置換法的設計計算第五節 振沖碎石樁的施工一）施工前準備工作二）施工機具三）施工順序四）施工工藝五）填料方法六）表層處理第五

15、節 振沖碎石樁的施工一）施工前準備工作施工前準備工作 現場勘察了解場地的地形及周圍環境； 了解場地的工程地質條件和地下水情況； 進行振沖試驗，確定各項施工參數； 編寫施工組織設計，合理布置現場、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。第五節 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、電控系統等。第五節 振沖碎石樁的施工1.振沖器 振沖器是一種利用自激振動，配合水力沖擊進行作業的機具。 主要有四大部分組成：

16、電動機；振動器；通水管；減振器及導管。第五節 振沖碎石樁的施工振動參數 振動頻率：只有振動器的振動頻率接近土的自振頻率時，產生共振現象，使土達到最佳加密效果； 振幅：振幅在一定范圍內對土體產生擠壓，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，只有振動加速度達到一定值后才有擠密效果。第五節 振沖碎石樁的施工2.起吊機械 一般采用履帶吊、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6.泥漿泵第五節 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”的順序進行。 在軟粘土地基中，為減少對地基土的擾動，可采用間隔

17、跳打的方式。 鄰近有建筑物時，要采取保護措施。第五節 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。第五節 振沖碎石樁的施工五）填料方法 （1）間斷填料法 （2）連續填料法 （3）綜合填料法 （4）先護壁后制樁法 （5）不加填料法第五節 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，直接往孔內倒入一批填料，然后再下降振沖器使填料振密，每次填料都這樣反復進行，直到全孔結束。 振沖器對準樁位； 振沖成孔； 將振沖器提出孔口，向孔內填第一次料（每次填料高度限制0.81.0m高）； 將振沖器再放入孔內將樁料振實. 重復、步驟直到整根樁制作完成。 第五節

18、振沖碎石樁的施工五）填料方法 （2）連續填料法 連續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）繼續振密、填料，達到密實.重復步驟，直到整根樁制作完成。 第五節 振沖碎石樁的施工 （3）綜合填料法 相當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，就采用連續填料法，即第一批填料后，振

19、沖器不提出孔口，只是邊填邊振。 第五節 振沖碎石樁的施工（3）綜合填料法 振沖器對準樁位； 振沖成孔； 將振沖器提出孔口，向樁孔內填料（填料高度限0.81.0m高）； 將振沖器再放入孔內將石料壓入樁底振密； 連續不斷向孔內填料，邊填邊振，達到密實后，將振沖器緩慢上提，繼續振沖，達到密實后，再向上提。如此反復操作，直至整根樁完成。 第五節 振沖碎石樁的施工（4）先護壁后制樁法 在較軟的土層中施工時，應采用“先護壁，后制樁”的辦法施工。該法即成孔時，不要一下達到深度，而是先達到軟土層上部范圍內，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，

20、然使振沖器下降到下一段軟土層中，用同樣的方法填料護壁。如此反復進行，直到設計深度。孔壁護好后，就可按前述三種方法中任選一種進行填料制樁。 第五節 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。這種施工方法特別適用于處人工回填或吹填的大面積砂層。 第五節 振沖碎石樁的施工（5）不加填料法 沖器對準樁位； 振沖成孔； 振沖器到達設計深度后，在孔底不停振沖； 利用振沖器的強力振動和噴水，使孔內振沖器周圍和上部砂土逐漸塌陷，并被振密； 達到密實后，上

21、提一次振沖器（每次上提高度為0.30.5m），保持連續不停地振沖；按上述、步驟反復，由下向上逐段振密，直至樁頂設計高程 第五節 振沖碎石樁的施工方法比較 以上不同方法各有其優缺點和適用性。在振沖密實法中，對于處理粉細砂地基，宜采用加填料的振密工藝，對中粗砂地基可用不加填料就地振密的方法。在振沖置換法中，毫無疑問均為加填料工藝，且“先護壁，后制樁”的工藝適用軟弱粘性土的振沖置換工程。綜合填料法施工不僅避免前兩種方法的缺點，而且提高了地基的加固效果。對于具體的工程項目，用哪種工藝效果最好，可在加固前通過試驗確定。 第五節 振沖碎石樁的施工六）表層處理： 振沖置換法（黏土）：在樁體全部制成后，將樁體

22、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。 振沖密實法（砂土）：表層處理。第五節 振沖碎石樁的施工質量檢驗 1.檢驗時間 應在施工結束后，間隔一段時間再進行質量檢驗。 2.單樁承載力試驗 可采用單樁荷載試驗，每200400根取一根，不少于3根。 3.樁間土承載力試驗 可采用標貫試驗、靜力觸探等原位測試。 4.復合地基承載力試驗 大型、重要的或復雜場地工程應采取單樁或多樁復合地基荷載試驗。水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁) Cement Fly-ash Gravel Pile一、概述1、概念 在碎石樁的基礎上加進一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一種具有粘結強度

23、的樁。2、優點（1）施工工藝：與沉管灌注樁相同（2）材料：僅需少量水泥（3）受力特性：與水泥攪拌樁類似第四章 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁) 水泥粉煤灰碎石樁(CFG樁) Cement Fly-ash Gravel Pile一、概述1、概念 在碎石樁的基礎上加進一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和制成的一種具有粘結強度的樁。2、優點（1）施工工藝：與沉管灌注樁相同（2）材料：僅需少量水泥（3）受力特性：與水泥攪拌樁類似深層密實一、概述3、與碎石樁區別水泥粉煤灰碎石樁一、概述4、適用情況 適用于處理粘性土、粉土、砂土和已自重固結的素填土等地基。對淤泥質土應按地區經驗或通過現場試驗確定其適用性。水泥

24、粉煤灰碎石樁二、加固機理 CFG樁加固軟基，樁和樁間土一起通過褥墊層形成CFG復合地基。主要有三種作用：樁體作用、擠密作用、褥墊層作用。水泥粉煤灰碎石樁二、加固機理（一）樁體作用 樁土應力比2435（碎石樁24）。（二）擠密作用（三）褥墊層作用 褥墊層由級配砂石、粗砂、碎石等組成，其作用：1、保證樁、土共同承擔荷載 提供了上、下刺入的條件2、減少基礎底面的應力集中水泥粉煤灰碎石樁二、加固機理（三）褥墊層作用3、褥墊厚度可以調整樁土荷載分擔比 合理發揮樁間土作用4、褥墊厚度可以調整樁土水平荷載分擔比 詳細解釋見復合地基處理及其工程實例（牛志榮，李宏，等編著，中國建材工業出版社，2000）水泥粉煤

25、灰碎石樁三、設計計算（一）設計思路1、CFG樁復合地基通過褥墊層將樁和承臺斷開 改變了過去過分依賴樁承擔垂直和水平荷載的傳統設計思想。2、通過改變褥墊層厚度調整樁土水平荷載分擔比3、大樁距的“疏樁理論”以調動樁間土承載能力 通過樁體能夠上下刺入來保證樁間土始終參與工作。水泥粉煤灰碎石樁三、設計計算（二）設計參數1、樁徑 樁徑宜取350600mm。2、樁距 樁距應根據設計要求的復合地基承載力、土性、施工工藝等確定，宜取35倍樁徑。3、樁長 水泥粉煤灰碎石樁應選擇承載力相對較高的土層作為樁端持力層。水泥粉煤灰碎石樁三、設計計算（二）設計參數4、承載力計算（1）水泥粉煤灰碎石樁復合地基承載力特征值：

26、 應通過現場復合地基載荷試驗確定，初步設計時也可按下式估算： 其中：fspk-復合地基承載力特征值；m-面積置換率；Ap-樁截面積；-樁間土承載力折減系數；fsk-處理后樁間土承載力特征值；Ra-單樁豎向承載力特征值水泥粉煤灰碎石樁三、設計計算（二）設計參數4、承載力計算（2）單樁豎向承載力特征值，應符合下列規定：當采用單樁載荷試驗時，應將單樁豎向極限承載力除以安全系數2 ；當無單樁載荷試驗資料時,可按下估算(同樁基礎)： 其中：up-樁周長；n-樁長內土層數；li-i土層厚度；qsi,qp-樁周第i層上的側阻力、樁端端阻力特征值 樁體試塊抗壓強度平均值應滿足：水泥粉煤灰碎石樁三、設計計算（二

27、）設計參數5、褥墊層 樁頂和基礎之間應設置褥墊層，褥墊層厚度宜取150300mm，當樁徑大或樁距大時褥墊層厚度宜取高值。 褥墊層材料宜用中砂、粗砂、級配砂石或碎石等，最大粒徑不宜大30mm。水泥粉煤灰碎石樁三、設計計算（二）設計參數6、沉降計算 沉降包括：加固區沉降s1、下臥層沉降s2、褥墊層沉降s3，s3很小。 按照分層總和法計算：水泥粉煤灰碎石樁為加固區土層模量提高系數：s-沉降計算經驗系數，參見規范四、施工方法（一）施工工藝 應根據現場條件選用下列施工工藝： 1、長螺旋鉆孔灌注成樁：適用于地下水位以上的粘性土、粉土、素填土、中等密實以上的砂土； 2、長螺旋鉆孔、管內泵壓混合料灌注成樁：適用于粘性土、粉土、砂土以及對噪聲或泥漿污染要求嚴格的場地； 3、振動沉管灌注成樁：適用于粉土、粘性土及素填土地基。水泥