07 第七讲 挤密砂石桩法.pptx

第1页：第七讲挤密砂石桩法

第七讲挤密砂石桩法

第2页：概述

砂石桩法是利用振动或冲击方式在软弱地基中成孔后填入砂、砾石、卵石、碎石等材料并将其挤压入土中，形成较大直径的密实砂石桩体的地基处理方法。

工程实践表明，砂石桩用于处理松散砂土和塑性指数不高的非饱和粘性土地基，其挤密(或振密)效果较好，不仅可以提高地基的承载力、减少地基的固结沉降，而且可以防止砂土由于振动或地震所产生的液化。砂石桩处理饱和软弱黏性土地基时，主要是置换作用，可以提高地基承载力和减少沉降，同时，还起排水通道作用，能够加速地基的固结。

第3页：桩孔周围应力分区

图7.1桩孔周围应力分区1.在松散砂土和粉土地基中的加固机理（1）挤密作用

无论采用锤击法还是振动法在砂土和粉土中沉入桩管时，对其周围土体都产生很大的横向挤压力，桩管将地基中等于桩管体积的砂挤向桩管周围的土层，使其孔隙比减小，密实度增加。此即砂石桩法的挤密作用。

根据圆柱形孔扩张理论，在土中沉管时，桩管周围的土因受到挤压、扰动而发生变形和重塑，如图7.1所示。

第4页：加固机理

从桩管表面到塑性变形区和弹性变形区在挤压应力作用下，土体受到不同程度的压密。受到严重扰动的塑性变形区土的强度会随休止期的增长而渐渐恢复，砂石桩成桩后，随着超孔隙水压力的消散，将加速其强度的恢复。

第5页：加固机理振密作用

（2）振密作用

沉管时，在挤压和振动作用下，土的结构逐渐破坏，孔隙水压力逐渐增大。土颗粒重新进行排列，使土由较松散状态变为密实状态。随着孔隙水压力的进一步增大，达到大于主应力数值时，土体开始液化成流体状态，随着孔隙水压力的消散，土粒重新排列、固结，形成新的结构。由于孔隙水排出，土体的孔隙比降低、密实度得到提高。在砂土和粉土中振密作用比挤密作用要显著，是砂石桩的主要加固作用之一。

第6页：抗液化作用

（3）抗液化作用

砂石桩法形成的复合地基，其抗液化作用主要有两个方面：

土层的密实度增加，结构强度提高，表现在土层标贯击数的增加，从而提高土层本身的抗液化能力

砂石桩为良好的排水通道，可以加速挤压和振动作用产生的超孔隙水压力的消散，降低孔隙水压力上升的幅度，因而提高桩间土的抗液化能力。

• 桩间可液化土层受到挤密和振密作用
• 砂石桩的排水通道作用

第7页：加固机理：沉管时地基能产生一定的挤

对于非饱和粘性土：沉管时地基能产生一定的挤密作用。饱和粘性土：沉管时孔隙水压力急剧升高，土的强度降低，压缩性增大。7{2.在粘性土地基中的作用

粘性土结构为蜂窝状或絮状结构，颗粒之间的分子吸引力较强，渗透系数小。

砂石桩施工结束后，在上覆土体重力作用下，通过砂石桩的良好的排水作用，桩间粘性土发生排水固结，同时由于粘粒、水分子、离子之间重新形成新的稳定平衡体系，使土的结构强度得以恢复。

第8页：加固机理：砂土桩处理饱和软弱粘性土

砂土桩处理饱和软弱粘性土地基，主要有两个作用：1置换作用砂石桩在软弱粘性土中成桩以后与桩间土共同组成复合地基。复合地基承载力增大率与沉降量的减小率均和置换率成正比关系。2排水固结作用在饱和粘性土地基中，砂石桩体的排水通道作用是砂石桩法处理饱和软弱粘性土地基的主要作用之一，由于砂石桩缩短了土体的横向排水距离，从而加快地基的固结速度。

第9页：适用范围：挤密砂石桩法常用于处理砂

挤密砂石桩法常用于处理砂土、粉土和杂填土地基。在桩体设置过程中，桩间土体被有效振密、挤密。挤密砂石桩复合地基具有承载力提高幅度大、沉降小的优点。

第10页：设计计算

采用挤密砂石桩法加固地基设计内容包括施工方法的选用，桩长、桩径、复合地基置换率、加固范围和桩位布置的确定，地基沉降计算以及质量检验方法等。1.施工方法的选用在地基中设置砂石桩可采用多种方法，如振冲法、振动沉管法等。可根据工程地质条件、施工设备条件、拟采用的桩径、桩长，并根据经济指标分析决定选用施工方法。2.桩长主要根据工程地质条件确定，应让砂石桩穿过主要软弱土层，以满足控制沉降要求。对可液化地基，应满足抗液化设计要求。挤密砂石桩桩长不宜小于4.0m。

第11页：砂石桩的布置

3.桩孔间距的确定（1）砂土和粉土地基考虑振密和挤密两种作用，平面布置为正三角形和正方形时，如图7.2所示。图7.2砂石桩的布置

第12页：设计计算

H−h正三角形布桩时：s=0.95dH−he0−e11+e0

s

桩间距

H

欲处理的天然土层厚度

d

桩直径

h

竖向变形（下降时取正值；隆起时取负值）

e0

天然孔隙比

e1

处理后要求的孔隙比。(7-1)H−h12正方形布桩时：s=0.89dH−he0−e11+e0(7-2)

第13页：设计计算

正方形布桩时：

如不考虑振密作用时，式（7-1）和式（7-2）可分别写成如下形式：正三角形布桩时：式中符号意义同上。e0−e1s=0.95d1+e0(7-3)e0−e113s=0.89d1+e0(7-4)

第14页：粘性土地基正三角形布

（2）粘性土地基正三角形布桩时：正方形布桩时：23ees=A=1.07A(7-5)s=AeeAm=Ap(7-6)(7-7)

Ae

一根砂石桩承担的处理面积

Ap

砂石桩的截面积

m

面积置换率（一般为0.10~0.30）。

第15页：设计计算

4.复合地基置换率设计可根据经验进行挤密砂石桩复合地基初步设计，然后通过现场试验提供设计参数，修改完善设计。

复合地基置换率m表达式为：pcfppfm=+λpsf+λpsf(7-8)

pcf

工程要求复合地基极限承载力，kPa

ppf

砂石桩单桩极限承载力，kPa，可根据经验公式估计，再通过现场试验测定

psf

桩间土地基极限承载力，kPa，根据经验公式估计，再通过现场试验测定

λ

桩间土地基承载力修正系数，根据工程地质条件以及施工工艺确定。

第16页：设计计算：加固范围和桩位布置

5.加固范围和桩位布置

挤密砂石桩处理范围宜在基础外缘扩大1~3排桩。对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不小于可液化土层厚度的1/2，并应不小于5m。6.垫层

挤密砂石桩法加固地基宜在桩顶铺设一砂石垫层，一般可取300~500mm厚。

第17页：沉降计算

7.沉降计算

挤密砂石桩复合地基沉降可采用分层总和法计算。挤密砂石桩加固范围内复合土体压缩模量Ec可采用下式计算：Ec=mEp+(1−m)Es(7-9)

Ep

砂石桩体压缩模量

Es

挤压后桩间土压缩模量，可由原位试验测定

m

复合地基置换率。

第18页：施工方法

挤密砂石桩法施工方法主要有振冲法和振动沉管法。1.振冲法施工步骤如下：

• 清理平整施工现场，布置桩位
• 施工机具就位，将振冲器对准桩位
• 启动供水泵和振冲器，将振冲器徐徐沉入地基中，直到设计深度
• 分层填料，每次填料厚度不宜大于0.5m
• 关闭振冲器和水泵，移位至下一个桩位

第19页：振冲法施工顺序示意图

图7.3振冲法施工顺序示意图(a)定桩位；(b)造孔；(c)填料和振实制桩；(d)制桩完毕

第20页：振动沉管法施工顺示意图

2.振动沉管法

图7.4振动沉管法施工顺示意图

• 清理平整现场，布置桩位
• 振动沉管机具就位，桩管垂直对准桩位
• 启动振动桩锤，将下端装有桩靴的桩管振动沉入地基中，达到设计深度
• 从桩管上端的投料漏斗加入砂石料，为保证顺利下料到桩管中，可加适量水
• 边振边拔管直到桩管拔出地面
• 移动桩机至下一桩位

第21页：质量检验

砂石桩处理效果的检验方法主要有载荷试验、静力触探试验、动力触探试验、波速试验等。1.载荷试验2.室内土工试验3.静力触探和标准贯入试验4.波速试验5.其他专门测试

第22页：思考题

思考题1、什么叫挤密砂石桩法？简述它的加固222、写出复合地基置换率设计表达式？3、什么叫震冲法和振动沉管法？