第6講-碎(砂)石樁法(2)

1、 第四章第四章 碎碎( (砂砂) )石樁法石樁法4.1 概概 述述4.2 加加 固固 原原 理理4.3 設(shè)設(shè) 計(jì)計(jì) 計(jì)計(jì) 算算4.4 施施 工工 方方 法法4.5 質(zhì)量檢驗(yàn)質(zhì)量檢驗(yàn) 4.3.3 4.3.3 用于黏性土的設(shè)計(jì)計(jì)算用于黏性土的設(shè)計(jì)計(jì)算一、計(jì)算用的參數(shù)一、計(jì)算用的參數(shù)1.1.不排水抗剪強(qiáng)度不排水抗剪強(qiáng)度Cu 不排水抗剪強(qiáng)度不排水抗剪強(qiáng)度Cu不僅可判斷加固方法的適不僅可判斷加固方法的適用性，還可以初步選定樁的間距，預(yù)估加固后的用性，還可以初步選定樁的間距，預(yù)估加固后的承載力和施工的難易程度。承載力和施工的難易程度。2.2.樁的直徑樁的直徑 樁的直徑與樁土類及其強(qiáng)度、樁材粒徑、施工機(jī)樁的

2、直徑與樁土類及其強(qiáng)度、樁材粒徑、施工機(jī)具類型、施工質(zhì)量等因素有關(guān)。樁的直徑是指按具類型、施工質(zhì)量等因素有關(guān)。樁的直徑是指按每根樁的用料量估算的平均理論直徑，一般為每根樁的用料量估算的平均理論直徑，一般為0.81.2m。3.3.樁體內(nèi)摩擦角樁體內(nèi)摩擦角 根據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)碎石樁，可取根據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)碎石樁，可取350450，多數(shù)采，多數(shù)采用用380；對(duì)砂樁有以下經(jīng)驗(yàn)公式：；對(duì)砂樁有以下經(jīng)驗(yàn)公式：4.4.面積置換率面積置換率 面積置換率為樁的截面積面積置換率為樁的截面積A Ap p，與其影響面積，與其影響面積A A之比，用之比，用m m表示。表示。m m是表征樁間距的一個(gè)指標(biāo)，是表征樁間距的一個(gè)指標(biāo)，m m

3、越越大，樁的間距越小。習(xí)慣上把樁的影響面積轉(zhuǎn)化大，樁的間距越小。習(xí)慣上把樁的影響面積轉(zhuǎn)化為與樁同軸的面積相等的等效圓，其直徑為為與樁同軸的面積相等的等效圓，其直徑為dede。 對(duì)等邊三角形布置對(duì)等邊三角形布置 de=1.05L 對(duì)正方形布置對(duì)正方形布置 de=1.13L 對(duì)矩形布置對(duì)矩形布置 de=1.13以上以上L1、L2、L3。分別為樁的間距、縱向間距和橫。分別為樁的間距、縱向間距和橫向間距。其面積置換率為向間距。其面積置換率為m=d2/d2e一般采用一般采用m =0.250.40。12LL12LL二、承載力計(jì)算二、承載力計(jì)算 1 1單樁承載力單樁承載力 作用于樁頂?shù)暮奢d如果足夠大，樁體發(fā)

4、生破作用于樁頂?shù)暮奢d如果足夠大，樁體發(fā)生破壞?？赡艹霈F(xiàn)的樁體破壞形式有三種：壞?？赡艹霈F(xiàn)的樁體破壞形式有三種：鼓出破壞、鼓出破壞、刺入破壞和剪切破壞刺入破壞和剪切破壞，如圖，如圖4-34-3所示。由于碎所示。由于碎（砂）石樁樁體均由散體土顆粒組成，樁體的承（砂）石樁樁體均由散體土顆粒組成，樁體的承載力主要取決于樁間土的側(cè)向約束能力，絕大多載力主要取決于樁間土的側(cè)向約束能力，絕大多數(shù)的破壞形武為樁體的數(shù)的破壞形武為樁體的鼓出破壞鼓出破壞。 1 1單樁承載力單樁承載力 目前國(guó)內(nèi)外估算碎（砂）石樁的單樁極限承目前國(guó)內(nèi)外估算碎（砂）石樁的單樁極限承載力的方法有若干種，如有側(cè)向極限應(yīng)力法、整載力的方法有

5、若干種，如有側(cè)向極限應(yīng)力法、整體剪切破壞法、球穴擴(kuò)張法等，以下只介紹體剪切破壞法、球穴擴(kuò)張法等，以下只介紹BraunsBrauns單樁極限承載力法和綜合極限承載力法。單樁極限承載力法和綜合極限承載力法。 (l) Brauns(l) Brauns單樁極限承載力法單樁極限承載力法 根據(jù)鼓出破壞形式，根據(jù)鼓出破壞形式，J JBrauns (1978)Brauns (1978)提出提出單根樁極限承載力。單根樁極限承載力。(2)(2)綜合單樁極限承載力法綜合單樁極限承載力法 目前計(jì)算碎（砂）石樁單樁承載力最常用的目前計(jì)算碎（砂）石樁單樁承載力最常用的方法是側(cè)向極限應(yīng)力方法，即假設(shè)單根碎（砂）方法是側(cè)向極

6、限應(yīng)力方法，即假設(shè)單根碎（砂）石樁的破壞是空間軸對(duì)稱問題，樁周土體是被動(dòng)石樁的破壞是空間軸對(duì)稱問題，樁周土體是被動(dòng)破壞。為此，碎（砂）石樁的單樁極限承載力可破壞。為此，碎（砂）石樁的單樁極限承載力可按下式計(jì)算：按下式計(jì)算： (4-12)(4-12) 式中式中 KpKp被動(dòng)土壓力系數(shù)，被動(dòng)土壓力系數(shù)， p2tan (45)2prlK rlppkpmax - -碎（砂）石料的內(nèi)摩擦角，可取碎（砂）石料的內(nèi)摩擦角，可取350450; ; - -樁體側(cè)向極限應(yīng)力。樁體側(cè)向極限應(yīng)力。 有關(guān)側(cè)向極限應(yīng)力目前有幾種不同的計(jì)算方法，但它們可有關(guān)側(cè)向極限應(yīng)力目前有幾種不同的計(jì)算方法，但它們可寫成一個(gè)通式，即寫成

7、一個(gè)通式，即 (4-13)(4-13)式中式中 c cu u一地基土的不排水抗剪強(qiáng)度一地基土的不排水抗剪強(qiáng)度(kPa)(kPa)； k k一常量，對(duì)于不同的方法有不同的取值；一常量，對(duì)于不同的方法有不同的取值； 一某深度處的初始總側(cè)向應(yīng)力。一某深度處的初始總側(cè)向應(yīng)力。 的取值也隨計(jì)算方法不同而有所不同。為了統(tǒng)一起的取值也隨計(jì)算方法不同而有所不同。為了統(tǒng)一起見將見將 的影響包含于參數(shù)的影響包含于參數(shù)KK，則式，則式(4-12)(4-12)可改寫為：可改寫為： (4-14)(4-14)prLrLhoukchohohopumaxkkcpP 如表如表4-44-4所示對(duì)于不同的方法有所示對(duì)于不同的方法有

8、K Kp p.K.K其相應(yīng)的值，其相應(yīng)的值，在表中可看出，它們的值是接近的。在表中可看出，它們的值是接近的。 表表4-4 4-4 不排水抗剪強(qiáng)度及單樁極限承載力不排水抗剪強(qiáng)度及單樁極限承載力 2. 2.復(fù)合地基承載力復(fù)合地基承載力 如圖如圖4-54-5所示，在黏性土和所示，在黏性土和碎（砂）石樁所構(gòu)成的復(fù)合地碎（砂）石樁所構(gòu)成的復(fù)合地基上，當(dāng)作用荷載為基上，當(dāng)作用荷載為P P時(shí)，設(shè)作時(shí)，設(shè)作用于樁的應(yīng)力用于樁的應(yīng)力P PP P和作用于黏性和作用于黏性土的應(yīng)力為土的應(yīng)力為PsPs時(shí)，假定在樁和時(shí)，假定在樁和土各自面積土各自面積ApAp和和A-ApA-Ap范圍內(nèi)作范圍內(nèi)作用的應(yīng)力不變，則可求得：用

9、的應(yīng)力不變，則可求得： 其中：其中：A A為一根樁所分擔(dān)的面積。為一根樁所分擔(dān)的面積。p()ppspp Ap AA A 若將樁土應(yīng)力比若將樁土應(yīng)力比 及面積置換率及面積置換率 代人式代人式(4-15(4-15），則公式可改為：），則公式可改為：式中式中 應(yīng)力集中系數(shù)；應(yīng)力集中系數(shù)； 應(yīng)力降低系數(shù)。應(yīng)力降低系數(shù)。 nppsppAmAp=np1nmpp （ -1）ss=1p1nmp （ -1）sp 從上式可知，只要由實(shí)測(cè)資料求得從上式可知，只要由實(shí)測(cè)資料求得PpPp和和PsPs后，后，就可求得復(fù)合地基極限承載力就可求得復(fù)合地基極限承載力P,P,一般樁土應(yīng)力一般樁土應(yīng)力比比n n可取可取2 24 4

10、，原土強(qiáng)度低者取大值。，原土強(qiáng)度低者取大值。 sp ()pmn-1)+1 pppsppAAAA（p ()ppspp ApAAA 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范建筑地基處理技術(shù)規(guī)范(JGJ79-2002)(JGJ79-2002)闡明，闡明，振沖樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地振沖樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)也可用單樁和處理基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)也可用單樁和處理后樁間土承載力特征值按下式估算：后樁間土承載力特征值按下式估算： 對(duì)小型工程的黏性土地基如無現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)對(duì)小型工程的黏性土地基如無現(xiàn)場(chǎng)載荷試驗(yàn)資料，初步設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)合地基的承載力特征值也可資料，初步設(shè)計(jì)時(shí)復(fù)合

11、地基的承載力特征值也可按上式估算。按上式估算。 spkpkskf =mf + 1-m f（）v例題1、某均質(zhì)砂土場(chǎng)地中采用砂樁處理，等邊三角形布樁，砂樁直徑為0.5m，樁體承載力為300kpa，場(chǎng)地土層天然孔隙比為0.92，最大孔隙比為0.96，最小孔隙比為0.75，天然地基承載力為120kpa，要求加固后砂土的相對(duì)密實(shí)度不小于0.8，采用振動(dòng)沉管施工法，修正系數(shù)=1.1，場(chǎng)地土層加固后承載力為160kpa，求：樁間距s，復(fù)合地基承載力。v例題2、某軟土地基采用直徑為1.0m的振沖碎石樁加固，載荷試驗(yàn)測(cè)得樁體承載力特征值fpk=250kpa，樁間土承載力特fsk=90kpa，要求處理后的復(fù)合地

12、基承載力達(dá)到150kpa，采用等邊三角形滿堂布樁，求振沖碎石樁的置換率m，樁間距s。三、沉降計(jì)算三、沉降計(jì)算 碎（砂）石樁的沉降計(jì)算主要包括復(fù)合地基加固區(qū)的碎（砂）石樁的沉降計(jì)算主要包括復(fù)合地基加固區(qū)的沉降和加固區(qū)下臥層的沉降。加固區(qū)下臥層的沉降可按沉降和加固區(qū)下臥層的沉降。加固區(qū)下臥層的沉降可按建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50007)(GB 50007)計(jì)算。復(fù)合土層計(jì)算。復(fù)合土層的壓縮模量可按下式計(jì)算：的壓縮模量可按下式計(jì)算：v式中：式中：E Esp sp 復(fù)合土層的壓縮模量復(fù)合土層的壓縮模量(MPa)(MPa)； E Es s樁間土的壓縮模量樁間土的壓縮模量(MPa)

13、(MPa)，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取，宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，當(dāng)無經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可取天然地基壓縮模量。值，當(dāng)無經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可取天然地基壓縮模量。 式中樁土應(yīng)力比式中樁土應(yīng)力比n n在無實(shí)測(cè)資料時(shí)，對(duì)黏性土可取在無實(shí)測(cè)資料時(shí)，對(duì)黏性土可取2 24 4，對(duì)粉土可取，對(duì)粉土可取1.51.53 3，原土強(qiáng)度低者取大值，原土強(qiáng)度，原土強(qiáng)度低者取大值，原土強(qiáng)度高者取小值。目前尚未形成碎（砂）石樁復(fù)合地基的沉高者取小值。目前尚未形成碎（砂）石樁復(fù)合地基的沉降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。降計(jì)算經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。 spsE= 1mn1E四、穩(wěn)定分析四、穩(wěn)定分析 若碎（砂）石樁用于改善天然地基整體穩(wěn)定性時(shí)，可若碎（砂）石樁用于改善天然地基整體穩(wěn)定性時(shí)，可利用復(fù)

14、合地基的抗剪特性，再使用圓弧滑動(dòng)法來進(jìn)行計(jì)利用復(fù)合地基的抗剪特性，再使用圓弧滑動(dòng)法來進(jìn)行計(jì)算。算。 4.4 4.4 施工方法施工方法 目前施工方法多種多樣，本書主要介紹兩種目前施工方法多種多樣，本書主要介紹兩種施工方法，即施工方法，即振沖法和沉管法振沖法和沉管法。4.4.1 4.4.1 振沖法振沖法 振沖法是碎石樁的主要施工方法之一，它是振沖法是碎石樁的主要施工方法之一，它是以起重機(jī)吊起振沖器（圖以起重機(jī)吊起振沖器（圖4-74-7），啟動(dòng)潛水電機(jī)），啟動(dòng)潛水電機(jī)后，帶動(dòng)偏心塊，使振沖器產(chǎn)生高頻振動(dòng)，同時(shí)后，帶動(dòng)偏心塊，使振沖器產(chǎn)生高頻振動(dòng)，同時(shí)開動(dòng)水泵，使高壓水通過噴嘴噴射高壓水流，在開動(dòng)水泵

15、，使高壓水通過噴嘴噴射高壓水流，在邊振邊沖的聯(lián)合作用下，將振沖器沉到土中的設(shè)邊振邊沖的聯(lián)合作用下，將振沖器沉到土中的設(shè)計(jì)深度。重復(fù)填料和振密，直至地面，從而在地計(jì)深度。重復(fù)填料和振密，直至地面，從而在地基中形成一根大直徑的和很密實(shí)的樁體?；行纬梢桓笾睆降暮秃苊軐?shí)的樁體。 一、施工步驟一、施工步驟振沖施工可按下列步驟進(jìn)行：振沖施工可按下列步驟進(jìn)行：(l)(l)清理平整施工場(chǎng)地，布置樁位。清理平整施工場(chǎng)地，布置樁位。(2)(2)施工機(jī)具就位，使振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位。施工機(jī)具就位，使振沖器對(duì)準(zhǔn)樁位。 (3)(3)啟動(dòng)供水泵和振沖器，水壓可用啟動(dòng)供水泵和振沖器，水壓可用200600kPa，水量可用水量可

16、用200400L/min，將振沖器徐徐沉入土中，將振沖器徐徐沉入土中，造孔速度宜為造孔速度宜為0.52.0m/min，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。，直至達(dá)到設(shè)計(jì)深度。(4)(4)造孔后邊提升振沖器邊沖水直至孔口，再放至孔造孔后邊提升振沖器邊沖水直至孔口，再放至孔底，重復(fù)兩三次擴(kuò)大孔徑并使孔內(nèi)泥漿變稀，開始底，重復(fù)兩三次擴(kuò)大孔徑并使孔內(nèi)泥漿變稀，開始填料制樁。填料制樁。(5)(5)大功率振沖器投料可不提出孔口，小功率振沖大功率振沖器投料可不提出孔口，小功率振沖器下料困難時(shí)，可將振沖器提出孔口填料，每次器下料困難時(shí)，可將振沖器提出孔口填料，每次填料厚度不宜大于填料厚度不宜大于50cm。將振沖器沉入填料中。將

17、振沖器沉入填料中進(jìn)行振密制樁，當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定的密實(shí)電流值和進(jìn)行振密制樁，當(dāng)電流達(dá)到規(guī)定的密實(shí)電流值和規(guī)定的留振時(shí)間后，將振沖器提升規(guī)定的留振時(shí)間后，將振沖器提升3050cm。(6)(6)重復(fù)以上步驟，自下而上逐段制作樁體直至孔重復(fù)以上步驟，自下而上逐段制作樁體直至孔口，記錄各段深度的填料量、最終電流值和留振口，記錄各段深度的填料量、最終電流值和留振時(shí)間，并均應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。時(shí)間，并均應(yīng)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。(7)(7)關(guān)閉振沖器和水泵。關(guān)閉振沖器和水泵。二、施工機(jī)具二、施工機(jī)具 振沖器是振沖法施工的主要機(jī)具。起重機(jī)一振沖器是振沖法施工的主要機(jī)具。起重機(jī)一般采用履帶吊、汽車吊、自行井架式專用吊機(jī)。般采用

18、履帶吊、汽車吊、自行井架式專用吊機(jī)。水壓水量按下列原則選擇：水壓水量按下列原則選擇：1)1)對(duì)強(qiáng)度較低的軟土，水壓要小些；對(duì)強(qiáng)度較高的對(duì)強(qiáng)度較低的軟土，水壓要小些；對(duì)強(qiáng)度較高的土，水壓宜大。土，水壓宜大。 2)2)隨深度適當(dāng)增高，但接近加固深度隨深度適當(dāng)增高，但接近加固深度1m1m處應(yīng)減低，處應(yīng)減低，以免底層土擾動(dòng)。以免底層土擾動(dòng)。3)3)成孔過程中，水壓和水量要盡可能大。成孔過程中，水壓和水量要盡可能大。4)4)加料振密過程中，水壓和水量均宜小加料振密過程中，水壓和水量均宜小。三、施工順序三、施工順序 對(duì)砂土地基宜從外圍或兩側(cè)向中間進(jìn)行，對(duì)對(duì)砂土地基宜從外圍或兩側(cè)向中間進(jìn)行，對(duì)黏性土地基宜從

19、中間向外圍或隔排施工。黏性土地基宜從中間向外圍或隔排施工。 在地基強(qiáng)度較低的軟黏土地基中施工時(shí)，在地基強(qiáng)度較低的軟黏土地基中施工時(shí)，要考慮減少對(duì)地基土的擾動(dòng)影響，可采用要考慮減少對(duì)地基土的擾動(dòng)影響，可采用“間間隔跳打隔跳打”的方法。的方法。 當(dāng)加固區(qū)附近有其他建筑物時(shí)，必須先從鄰當(dāng)加固區(qū)附近有其他建筑物時(shí)，必須先從鄰近建筑物一邊的樁開始施工，然后逐步向外推近建筑物一邊的樁開始施工，然后逐步向外推移。移。四、施工方法四、施工方法 填料方式一般有三種：填料方式一般有三種： 第一種是把振沖器提出孔口，往孔內(nèi)倒人約第一種是把振沖器提出孔口，往孔內(nèi)倒人約1m1m堆高堆高的填料，然后再放下振沖器進(jìn)行振密，

20、每次加料都這的填料，然后再放下振沖器進(jìn)行振密，每次加料都這樣做；樣做； 第二種方法是振沖器不提出孔口，只是往上提升約第二種方法是振沖器不提出孔口，只是往上提升約1m1m左右，然后往下倒料，再放下振沖器進(jìn)行振密；左右，然后往下倒料，再放下振沖器進(jìn)行振密； 第三種是邊把振沖器緩慢向上提升，邊在孔口連續(xù)第三種是邊把振沖器緩慢向上提升，邊在孔口連續(xù)加料。振沖法具體可根據(jù)加料。振沖法具體可根據(jù)“振沖擠密振沖擠密”和和“振沖置換振沖置換”的不同要求，其施工操作要求亦有所不同：的不同要求，其施工操作要求亦有所不同：1.“1.“振沖擠密法振沖擠密法”施工操作要求施工操作要求 振沖擠密法一般在中粗砂地基中使用時(shí)

21、可不振沖擠密法一般在中粗砂地基中使用時(shí)可不另外加料（黏粒含量不大于另外加料（黏粒含量不大于10%），而利用振沖），而利用振沖器的振動(dòng)力，使原地基的松散砂振擠密實(shí)。器的振動(dòng)力，使原地基的松散砂振擠密實(shí)。 在粉細(xì)砂、黏質(zhì)粉土中制樁，最好是邊振動(dòng)在粉細(xì)砂、黏質(zhì)粉土中制樁，最好是邊振動(dòng)邊填料，以防振沖器提出地面孔內(nèi)塌方。施工操邊填料，以防振沖器提出地面孔內(nèi)塌方。施工操作時(shí)，其關(guān)鍵是水量的大小和留振時(shí)間的長(zhǎng)短。作時(shí)，其關(guān)鍵是水量的大小和留振時(shí)間的長(zhǎng)短。 “ “留振時(shí)間留振時(shí)間”是指振沖器在地基中某一深度處是指振沖器在地基中某一深度處停下振動(dòng)的時(shí)間。水量的大小是保證地基中的砂停下振動(dòng)的時(shí)間。水量的大小是保

22、證地基中的砂土充分飽和。土充分飽和。2 2“振沖置換法振沖置換法”施工操作要求施工操作要求 在黏性土層中制樁，孔中的泥漿水太稠時(shí)，在黏性土層中制樁，孔中的泥漿水太稠時(shí)，碎石料在孔內(nèi)下降的速度將減慢，且影響施工速碎石料在孔內(nèi)下降的速度將減慢，且影響施工速度，所以要在成孔后，留有一定時(shí)間清孔，使回度，所以要在成孔后，留有一定時(shí)間清孔，使回水把稠泥漿帶出地面，降低泥漿的密度。水把稠泥漿帶出地面，降低泥漿的密度。 若土層中夾有硬層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行擴(kuò)孔，振若土層中夾有硬層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)進(jìn)行擴(kuò)孔，振沖器應(yīng)上下往復(fù)多次，使孔徑擴(kuò)大，以便于加碎沖器應(yīng)上下往復(fù)多次，使孔徑擴(kuò)大，以便于加碎石料。加料時(shí)宜石料。加料時(shí)宜“

23、少吃多餐少吃多餐”，每次往孔內(nèi)倒人，每次往孔內(nèi)倒人的填料數(shù)量不宜大于的填料數(shù)量不宜大于50cm.50cm.然后用振沖器振密，然后用振沖器振密，再繼續(xù)加料。再繼續(xù)加料。 在強(qiáng)度很低的軟土地基中施工，則要用在強(qiáng)度很低的軟土地基中施工，則要用“先先護(hù)壁、后制樁護(hù)壁、后制樁”的方法。的方法。4.4.2 4.4.2 沉管法沉管法 沉管法過去主要用于制作砂樁，近年來已開始用于制沉管法過去主要用于制作砂樁，近年來已開始用于制作碎石樁，這是一種干法施工。沉管法包括振動(dòng)成樁法和作碎石樁，這是一種干法施工。沉管法包括振動(dòng)成樁法和沖擊成樁法兩種。沖擊成樁法兩種。一、振動(dòng)成樁法一、振動(dòng)成樁法1.1.一次拔管法一次拔管法(1)(1)施工機(jī)具；施工機(jī)具；(2)(2)施工工藝；施工工藝；(3)(3)質(zhì)量控制質(zhì)量控制2.2.逐步拔管法逐步拔管法(1)(1)施工機(jī)具；施工機(jī)具；(2)(2)施工工藝；施工工藝；(3)(