碎石桩与砂桩复合地基施工工艺图文精讲课件.ppt

第四章 碎石桩、砂桩复合地基,4.1概述,碎石桩(stone column)和砂桩(sand column)又称粗颗粒土桩，是指通过振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的碎石或砂所构成的密实桩体。,1835年，法国人在Bayoune海湾软土地基上建造厂房采用了碎石桩，桩长2m，直径0.2m，加固后沉降降低了3/4。20世纪30年代，德国人发明的振冲法用于加固粘性土地基，形成振冲碎石桩(vibrofotation stone column)，碎石桩法才为人们所重视。直至20世纪60年代人们才采用各种不同的碎石桩施工工艺。,1、按施工方法碎石桩分类,按施工方法分类及其适用性,振密法,沉管法,干振法,振冲挤密法,置换法,钻孔锤击法,排土法,沉管法,强夯置换法,振动气冲法,其它方法,群围碎石桩法,袋装碎石桩法,水泥碎石桩法,1、振冲碎石桩: 处理不排水强度不小于20kPa的粘土，粉土、砂土、饱和黄土和人工填土地基。,利用振冲器的高频震动和高压水流，边振边冲将振冲器沉到土中预定位置。清孔后从地面向孔内逐段填入碎石，每段填料在振冲器振动作用下振挤密实，然后提升振冲器，通过重复填料和振密形成碎石桩。,振冲碎石桩的动探检测,2、干振挤密碎石桩,施工工艺 先用振动成孔器成孔（不排土），土被挤到周围土体中，提起振动成孔器，向孔内倒入1m厚碎石，再用振动成孔器捣实，然后提起振动成孔器，继续倒碎石，直至碎石桩形成。,与振冲法不同之处：不用高压水冲。,处理地下水位较低的非饱和粘性土，素填土、杂填土、二级以上非自重失陷性黄土。,3、沉管碎石桩,1、一次拔管法： 将管沉到预定深度，灌入碎石，边振边拔管，直到地面为止（1m/s),2、逐步拔管法： 将管沉到预定深度，灌入碎石，每拔起一定长度，停下来振动若干秒，反复进行，直到地面。（拔0.5m，停20s),3、重复拔管法 将管沉到预定深度，灌入碎石，按规定高度拔管，填料，再向下压，使孔内碎石压实，反复进行，直到地面。,3、夯扩碎石桩,（1）施工工艺：沉管碎石桩工艺的发展。 先将沉管沉至设计深度，边投料边拔管，将投料夯成设计直径。如直径37.3cm沉管将碎石夯扩到60cm。 成桩过程中土得到挤密。 （2）适用范围：非饱和土地基、素填土地基、杂填土地基。,4、袋装碎石桩法 土工织物袋维护碎石桩的加固方法。成孔直径40cm。土工织物袋作用：为碎石桩提供侧向约束；隔离、过滤，保证排水固结，防止软土受压后挤入碎石桩。,=,该结论告诉 我们什么？,散体材料桩的承载力主要取决于桩周土体的侧限能力,1挤密作用：用沉管法或干振法施工挤密碎石桩，由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力。由桩管灌入的砂或碎石在振动力或静压力作用下挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大，这就是挤密作用。有效挤密范围可达3-4倍桩直径。 2排水减压作用：碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石（卵石、砾石）等反滤性好的粗颗粒料，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超静孔隙水压力的增高和砂土液化，并可加快地基的排水固结。,4.2 加固原理（一）对松散砂土的加固原理,3砂基预震效应：在振冲法施工时，振冲器施工过程使填土料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，这对砂土地基增强抗液化能力是极为有利的。,液化地基,美国的H. B. Seed等人（1975）的试验表明，相对密度较低的砂样受到预先振动后，其抗液化能力相当于较高相对密实度的砂样。即在一定的应力循环次数下，当两试样的相对密度相同时，如果要使经过预振的试样液化，所需的应力要 比未经液化的试样液化所需应力大幅度提高（46） 砂土液化特性除与其相对密度有关外，还与其振动应变史有关。 当细粒含量达到一定含量以下时，都可以得到显著的挤密效果；高于这一量时挤密基本无效（10%),1对粘性土地基（特别是饱和软土），由于土的粘粒含量多，粒间结合力强，渗透性低，在振动力或挤压力的作用下土中水不易排走，所以碎石桩和砂桩的作用不是使地基挤密，而是置换。 2碎石桩置换法是一种换土置换，即以性能良好的碎石来替换不良地基土；排土法则是一种强制置换，它是通过成桩机械将不良地基土强制排开并置换。 3振冲法施工时，通过振冲器借助其自重、水平振动力和高压水将粘性土变成泥浆排出孔外，形成大于振冲器直径的孔，再向孔中灌入碎石料，并在振冲器的作用下，形成密实度高和直径大的桩体。,（二）对粘性土的加固原理,4 在制桩过程中，由于振动、挤压或扰动等原因，桩间土会出现较大的超静孔隙水应力，对灵敏性粘土将导致原地基土强度降低。制桩结束后一方面原地基土的结构强度会随时间逐渐恢复；另一方面孔隙水应力逐步消散，强度恢复并提高，甚至超过原土体强度。5 由于碎石桩和砂桩是由散粒材料组成，承受荷载后产生径向变形，并引起周围的粘性土产生被动抗力，如果粘性土的强度过低，不能使碎石桩和砂桩得到所需的径向支持力，桩体就会产生鼓胀破坏，这就使加固效果不佳。为此，近年来国外开发了增强桩身强度的方法，如袋装碎石桩、水泥碎石桩和裙围碎石桩等方法。水泥碎石桩类似于CFG桩。,一、一般设计原则(一)加固范围 加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件及基础型式而定，通常都大于基底面积。对一般地基，在基础外缘应扩大1-2排；对可液化地基，在基础外缘应扩大2-4排桩。 (二)桩位布置形式和间距 桩位的布置形式有等边三角形、正方形、矩形或等腰三角形等布置形式。桩的间距应根据荷载大小和天然地基的抗剪强度确定，可取1.52.5m。当荷载大或天然地基的强度低时宜取较小的间距，反之，则可取较大的间距。,4.3 设计计算,平面布置和设计参数(等价成圆)有效直径de梅花形： de = 1.05 Sa正方形： de = 1.13 Sa,(三)加固深度 加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定：1当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定；2当相对硬层的埋藏深度较大时: 对按变形控制的工程，应通过试算确定：假定某一加固深度，验算其是否能满足采用碎石桩或砂桩加固后的复合地基变形不超过建筑地基容许变形值的要求，在保证安全的前提下选择一个经济合理的加固深度。对按稳定性控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面的深度。3在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定4桩长不宜短于4m。,(四)桩径 碎石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。采用30kW振冲器成桩时，碎石桩的桩径一般为0.7-1.0m；采用沉管法成桩时，碎石桩的直径一般为0.3-0.7m，对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。(五)材料 桩体材料可以就地取材，一般使用中粗砂、碎石、卵石、砂砾石等，含泥量不大于5%。碎石桩桩体材料的容许最大粒径与振动冲器的外径和功率有关，一般不大于80mm，常用的粒径为20-50mm。对强度较低的饱和软粘土地基，碎石粒径可达200mm以上，这时需要根据现场试验结果确定合适的碎石级配。,(六)垫层 碎石桩施工完毕后，基础底面应铺设30-50cm厚度的垫层，垫层应分层铺设，用平板振动器振实。在不能保证施工机械正常行驶和操作的软弱土层上，应铺设施工用临时性垫层。 (七)软粘土地基中碎石桩的充盈系数 充盈系数定义: 每根桩实际碎石用量与设计的碎石桩理论体积的比值。 砂土、粉土和一般粘土中，碎石桩的充盈系数一般为1.2左右。软粘土中的粗粒径碎石桩的充盈系数较大，根据现场试验的实测资料，充盈系数要求达到1.4到1.5，才能保证实测碎石桩的桩径不小于设计桩径，这是由于一部分碎石挤入桩外土体中，在桩底需要形成较大的桩头使桩体密实等因素造成的。,二、用于砂土的设计计算 从挤密的观点出发考虑地基加固设计。 已知桩径，根据加固要达到的密实度和孔隙比，设计桩的布桩形式和间距l。1、桩距确定三角形布桩：正方形布桩,d:桩径e0:处理前孔隙比e1：处理后孔隙比修正系数=1.1-1.2,2、液化判别 根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001）规定：（1）应采用标准贯入试验判别地面下15m深度范围内（2）当采用桩基或埋深大于5m深基础时，应判别15-20m土的液化。 (3)N63.5Ncr判别液化 地面下15m深度内：,Ncr计算： 地面下15m深度内：地面以下15-20m范围内：,第十三章 复合地基,(一)振冲法,四、施工方法,第十三章 复合地基,施工方法1施工前准备工作2施工组织设计 3施工顺序4填料方法5施工质量控制,第十三章 复合地基,施工顺序在一个加固场地区域内，碎石桩的施工顺序如图13-3所示。一般可采用“由里向外”或“一边向另一边”的顺序进行。在地基强度较低的软粘土地基中施工时，要考虑减少对地基土的扰动影响，可采用“间隔跳打”的方法。当加固区附近有其它建筑物时，必须先从邻近建筑物一边的桩开始施工，然后逐步向外推移。,第十三章 复合地基,填料方法填料方式一般有三种：第一种是把振冲器提出孔口，往孔内倒入约1m堆高的填料，然后再放下振冲器使孔口的碎石填料落到先前振密的碎石顶部或孔底，当振冲器达到碎石充填的位置时，振冲电流增加，开始振密作用，每次加料都这样做。第二种方法是振冲器不提出孔口，只是往上提升约1m左右，然后往孔口填料，填料沿振冲器四周落入到先前振密的碎石顶部或孔底，再放下振冲器进行振密。第三种是边把振冲器缓慢向上提升，边在孔口连续加料。对粘性土地基，由于容易塌孔，多数采用第一种加料方式。,第十三章 复合地基,(二)沉管法沉管法过去主要用于制作砂桩，近年来已开始用于制作碎石桩，这是一种干法施工。沉管法包括振动成桩法和冲击成桩法两种。,1-其重打桩机；2-记录器；3-进料槽；4-减振器；5-振动机；6-桩管；7-提料斗；8-底盖图13-4 振动沉管法施工机械,第十三章 复合地基,1. 振动沉管法（1）一次拔管法（2）逐步拔管法 （3）重复压拔管法,第十三章 复合地基,2. 冲击成桩法（1）单管法单管法冲击成桩施工机具主要由蒸汽打桩机或柴油打桩机、下端带有活瓣的钢质桩靴或预制钢筋混凝土锥形桩尖的（留在土中）桩管、装砂料斗等组成。单管法冲击成桩施工步骤如下：首先使桩靴闭合，桩管垂直就位；然后将桩管打入土层规定深度处；再通过料斗向桩管内灌砂（碎石），当灌砂（碎石）量较大时，可分成两次灌入；最后以规定的速度拔出桩管。,第十三章 复合地基,2. 冲击成桩法（2）双管法双管法主要有内击成管法和芯管法两种施工工艺。芯管法的成桩工艺主要由以下步骤组成：首先将桩管垂直就位，锤击内管和外管，下沉到规定的深度；再拔起内管，向管内灌砂（碎石）；然后放下内管到外管内的砂（碎石）面上，拔起外管到与内管底面平齐，锤击内管和外管将砂（碎石）压实；接着拔起内管，向外管内灌砂（碎石），重复进行以上的工序，直到桩管拔出地面。,深层搅拌桩和粉喷桩复合地基,一、加固机理,深层搅拌桩和粉喷桩是通过特制的设备沿深度将水泥、石灰等固化剂与地基土强制就地混合成桩的地基加固法。一般搅拌桩采用水泥浆与土体拌和，粉喷桩可用干水泥粉或石灰粉，也可用水泥浆与土体拌和。深层搅拌桩和粉喷桩的加固作用机理主要有以下两个方面：,水泥的水化作用：其结果把大量的自由水变成非自由的结晶水，从而降低被搅拌范围内土体的含水率并使其强度得以提高，同时水化作用后搅拌体的强度也将提高；,搅拌桩机的搅拌叶片,水泥土搅拌桩,喷粉桩施工,第十三章 复合地基,加入的掺合料中的Ca2+与周围土体发生离子交换，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使水泥土的强度提高，不过这种增长的速度较慢。,深层搅拌法施工工艺流程,深层搅拌桩载荷试验前后,粉喷桩 施工时，用带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定深度后提升，喷嘴同时以一定的速度旋转，高压喷射气流使固化浆液与土体混合并凝固硬化，粉喷桩法的施工机械按照注浆管的构造不同分成:(1)单管法(2)双重管法(3)三重管法(4)多重管法,第十三章 复合地基,粉喷法所形成的固结体的形状与喷射流移动的范围有关，根据喷射流移动范围的大小可以分为旋转喷射（简称旋喷）、定向喷射（简称定喷）和摆动喷射（简称摆喷）三种形式。,适用范围 正常固结淤泥、淤泥质土、粉土、饱和黄土、素填土、粘性土以及无流动地下水的饱和松散砂土等；地基土含水量30%或大于70%,不易用干法。,三、水泥土的物理力学性质,物理性质含水量 比原土样含水量少0.5%-7.0%，随水泥参入比增加而减少。2. 重度 与天然地基相差不大，加固区不会对下卧层产生过大附加沉降。 浆喷法水泥土桩的底边隆起量较大，可达几十厘米。3、比重 比天然地基土增加0.7%-2.5%,4、渗透系数 K=10-5-10-8cm/s,小于天然地基土，属于不排水桩。随水泥参入比和养护龄期的增加而较小,水泥土力学性质,1.无侧限向抗压强度 qu=300kPa-4000kPa比天然地基土大几十倍甚至数百倍。外力达到极限强度70%-80%时，应力-应变关系呈非线性。外力达到极限强度时，强度大于2000kPa的水泥土脆性破坏；强度小2000kPa的水泥土塑性破坏（A5、A10、A15)；,龄期90d不同参入比水泥土无侧限抗压强度,水泥土强度影响因素分析水泥参入比aw 水泥土强度随参入比增加而增大。将每增加单位水泥参入比引起的强度增加值称为“水泥效率”。0-90 d龄期：龄期越长，水泥效率越高；养护时间在一个月时，aw10%的水泥效率大于aw10%的水泥效率; aw5%时水泥与土反应过弱，强度离散性较大。实际工程中水泥参入比必须大于7%,Fcu/fcu12=41.582aw1.7695,水泥土强度随龄期增加而增大。一般超过28天后仍有明显增长。,龄期影响,fcu7=(0.470.63)fcu28fcu90=(1.431.8)fcu28fcu90=(2.373.37)fcu7,水泥标号对强度影响 水泥土强度随水泥标号提高而增大。一般来说，水泥标号提高100号，强度fcu增大50%-90%.,土样含水量对强度影响 水泥土无侧限抗压强度随土样含水量降低而增大，一般情况下，含水量每降低10%，强度增加10%-50%。,土中有机质含量对强度影响 有机质使土体具有较高水溶性、塑性、膨胀性和较低的渗透性，并使土具酸性，阻碍水泥水化反应的进行。 有机质含量高的软土，用水泥加固效果较差。,有机质含量1.3%有机质含量10%,养护方法对强度影响,养护方法对强度影响体现在养护环境的温度和湿度上。养护方法对短龄期水泥土强度影响很大，随龄期增长；不同养护方法下水泥土强度趋于一致，,温度对水泥土强度影响,从养护时取出至开始实验时间间隔的影响（龄期14天）,1、从养护时取出至开始实验时间间隔对水泥土强度影响,2. 抗拉强度 随无侧限抗压强度而提高t=(0.06-0.30)fcu(fcu=0.5-4.0MPa)t=0.0787fcu0.8111(fcu=0.5-3.5MPa),间隔时间长，强度高,3. 抗剪强度,水泥土抗剪强度随其抗压强度的增加而提高=20 30C=0.2813fcu0.7089(fcu=0.31.3MPa),4、变形模量,E50=126fcu,5.压缩模量,Es=60100MPa,水泥土桩的破坏模式,粉喷桩与浆喷装的差异,粉喷桩吸水，有利于地基密度提高，适合于含水量较高地层。浆喷法从浆液中带进较多水分，对地基加固不利。粉喷桩初期强度高，浆喷桩初期强度低。粉喷法不宜搅拌均匀，浆喷法容易搅拌均匀。粉喷法施工中难以添加粉体添加剂，浆喷法只要将添加剂倒入搅拌池即可。浆喷法搅拌均匀，桩体下部较粉喷法质量好。粉喷法输入图中加固剂相对于浆喷法较少，工程造价较低。粉喷法较之浆喷法施工机械简单，容易移位操作。,（一）深层搅拌桩的设计1. 对地质勘察的要求 除了要满足一般建筑物地基勘探的要求外，需要增加土体的有机质含量分析和地下水中可溶盐含量、地下水的酸碱度(pH值)及硫酸盐含量分析。对有机质含量高的地基处理、成土矿物中富含伊利石、地下水偏酸性（pH值低于5）、硫酸盐含量高的地基，采用深层搅拌法须进行可行性论证。2. 地基加固范围 搅拌桩按其强度和刚度来划分是介于刚性桩和柔性桩之间的一种桩型-半刚性桩，因此，在设计搅拌桩时，可仅在上部结构基础范围内布桩，不必象柔性桩一样在基础以外设置保护桩。,三、设计,3.搅拌桩的平面布置型式设计 依据对处理后的复合地基的强度、变形或渗透性的不同要求，搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种型式。(1) 柱状：每隔一定距离打设一根搅拌桩，即成柱状加固型式。适用于单层工业厂房独立基础和多层房屋条形基础下及路堤下的地基加固；(2) 壁状：将相邻搅拌桩部分重叠搭接成为壁状加固型式。适用于深基坑的支护结构以及对不均匀沉降比较敏感的多层砖混结构房屋条形基础下的地基加固和防渗体施工。(3) 块状：上部结构单位面积荷载大，对不均匀沉降控制严格的构筑物地基进行加固时可以采用这种布置型式。它是纵横两方向相邻在桩搭接而成的。,（二）粉喷桩的设计 在粉喷桩设计时，应特别注意应先了解地基土的有机质含量、可溶盐含量、总的烧失量、成土矿物的矿物成分，以及地下水的酸碱度和硫酸盐含量。 1.设计前的勘察和试验工作 工程地质勘察内容包括所在区域的工程地质概况，特别注意若土层中含有粒径大于 100mm的卵石或块石，粉喷桩施工将存在较大困难。 水文地质勘察包括获得地下水位分布和高度、地下水特性，各土层的渗透系数等。 试验工作除了天然地基土的物理力学性质指标试验和地下水的酸碱度、可溶盐含量以外，还要进行室内配方和现场试喷试验。必要时，在现场进行试验，查明旋喷固结体的直径和强度，验证设计的可靠性和安全度。,2.喷射参数的设计 粉喷桩设计主要的工作是确定单桩承载力、固结土强度、喷射体范围等，由此确定布孔形式与孔距、注浆材料及配方等参数。承载力等：当粉喷桩为圆柱桩布置时，需要确定单桩承载力，当呈墙状布置时，通常需要确定单位长度的承载力和抗渗强度等。粉喷桩的单桩承载力的变化很大，必须经过现场试验。对于无条件进行承载力试验的场合，可以参考类似工程的经验估计。 固结土的强度设计：一般情况下，粘性土的固结强度采用5MPa，砂性土的固结强度采用10 MPa。对于重要性强和要求承载力大的工程，可选用高标号硅酸盐水泥，通过试验确定浆液的水灰比或外加剂的种类，再通过现场试验确定固结土的强度。,2.喷射参数的设计 粉喷桩的布孔形式与孔距设计：对以防渗为主要目的的工程，最好按照双排或三排布孔，采用旋喷的施工工艺形成防渗帷幕。当孔距设计为0.866R0（R0为旋喷设计直径）、排距为0.75 R0时最经济。对以提高地基承载力为目的的加固工程，旋喷桩之间的距离可以适当加大，其间距L以旋喷桩直径的2-3倍为宜，这样可以充分发挥地基土的强度。布孔形式可按工程需要而定。 注浆材料及配方设计 ：通常，水泥是最便宜的注浆材料，来源多，品种也多，是旋喷注浆的基本浆液。根据要达到的处理效果分类，可以分为以下几种：普通型；速凝早强型；高强型；填充型；抗冻型；抗渗型。,第十三章 复合地基,（一）深层搅拌法 深层搅拌法是一种低噪音无振害的地基加固方法，最适宜于加固各种成因的饱和软粘土。施工过程应进行详实的施工记录，在预搅阶段应使桩体范围内的土完全切碎，以利于同水泥浆均匀搅拌；水泥浆不得离析，压浆阶段不能发生断浆现象，输浆管道不能发生堵塞；要严格控制搅拌时的下沉、喷浆和上提速度；桩体的垂直度也是施工过程中应加以控制的。一般在气温不低于-10的情况下是可以进行冬季施工的。 深层搅拌法的质量检验方法主要有开挖检验、取样检验和原位试验。,四、质量检验方法和施工中的注意事项,第十三章 复合地基,(二)粉喷桩法 粉喷桩施工质量检验包括施工时钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50mm；垂直度小于1.5%；注浆管分段提升的搭接长度不得小于10cm等施工过程控制。旋喷桩施工完成后的质量检验常采用开挖检查，钻孔取样进行室内试验，标准贯入试验和荷载试验等与搅拌桩检验相同的方法。,四、质量检验方法和施工中的注意事项,一、概述,土（或灰土、粉煤灰）挤密桩是处理地下水位以上湿陷性黄土、新近堆积黄土、素填土和杂填土的一种地基加固方法。它是利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆破等）在地基中成孔，通过“挤”压作用，使地基得到加密，然后在孔中分层填入素土（或灰土、粉煤灰加石灰等）后夯实而成土桩或灰土桩、粉煤灰桩与桩间土共同组成的复合地基。,土（或灰土、粉煤灰）挤密桩,含水量大于23%及饱和度大于65%时，由于成桩质量不好，拔管后容易缩孔，故不宜采用。,挤密灰土桩成孔,粉煤灰桩,主要特征：1土（或灰土、粉煤灰）挤密桩是横向挤密，同样可以达到使地基的干密度增加的目的；2与土垫层相比，无需开挖回填，因而节约了开挖和回填土方的工作量；3由于不受开挖和回填的限制，一般处理深度可达12-15m；4由于填入桩孔的材料属就地取材，因而比其它处理湿陷性黄土和人工填土的方法造价低，尤其利用粉煤灰可变废为宝，有很好的社会经济效益。,二、加固机理,（一）挤密作用：其挤密影响半径（单个桩孔）通常为（1.5-2.0）d。合理的桩间距约为2-3倍桩直径。 有效挤密区半径（d=15kN/m3，压实度00.9） 为（1. 1.5.0）d（二）灰土的化学反应：灰土桩是用石灰和土按一定体积比例（2：8或3：7）拌和，并在桩孔内夯实后形成的桩，这种材料在化学性能上具有气硬性和水硬性。,粉煤灰为土桩填料时，粉煤灰中含有较多的焙烧后的氧化物。粉煤灰与一定量的石灰和水拌合后，由于石灰的吸水膨胀和放热反应，产生一系列复杂的硅铝酸和水硬性胶凝物质，,使其相互填充于粉煤灰孔隙间，胶结成密实坚硬类似水泥水化物块体，从而提高了粉煤灰的强度，同时由于粉煤灰中晶体Ca(OH)2的作用，有利于石灰粉煤灰的水稳性。,（三）桩体作用 ： 在挤密灰土桩地基中，由于灰土桩的变形模量（40-200MPa)大于桩间土的变形模量（灰土的变形模量相当于夯实素土的210倍），荷载向桩上产生应力集中，从而降低了基础底面以下一定深度内土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。此外，由于灰土桩对桩间土能起侧向约束作用，限制土的侧向移动，桩间土只产生竖向压密，使压力与沉降在较大范围内呈线性关系 。 土桩与桩间土性质接近，无桩体作用。,（四）置换作用：提高地基承载力,适用范围： 适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土，、素填土和杂填土以及含水率较大的软弱地基。或者是地价水位较高的各种人工回填土、轻亚粘土软弱层、粉砂层等软塑土和流塑状软土地基。,承载力可提高12.5倍。,以消除黄土地基湿陷性为主要目的时,宜采用土桩；以提高地基承载力为主要目的时：采用宜灰土桩。,三、设计计算,（一）桩孔直径 ：当前我国桩孔直径一般选用300600mm。 （二）桩距 ：设计桩距的目的在于使桩间土挤密后达到一定的平均密实度，从而使地基的承载力达到设计要求。桩距的确定与土的原始干密度和孔隙比有关。桩距的设计一般应通过试验或计算确定，一般规定桩间土的最小干密度不得小于15kN/m3。为使桩间土得到均匀挤密，桩孔应尽量按等边三角形排列，有时也可采用正方形等方式排列。（三）桩孔深度：桩孔深度（即挤密处理的厚度）应根据建筑物对地基的要求、地基的湿陷类型、湿陷等级、湿陷性黄土层厚度及打桩机械的条件等综合考虑决定。,(四)处理宽度 ：考虑处理宽度时，应使传到天然土层上的附加压力符合设计要求。另外，从防水要求出发，使处理过的地基土能起到更好的防水作用，也都需要有一定的处理宽度。 (五)填料和压实度：桩孔内的填料，应根据工程要求或地基处理的目的确定。并应用压实度控制夯实质量。（六）复合地基的承载力:对重大工程，一般应通过荷载试验确定复合地基的承载力，如挤密桩目的是为了消除地基湿陷性，则还应进行浸水试验。 （七）变形计算:土或灰土挤密桩复合地基的变形计算应按国家标准建筑地基基础设计规范（GB50007-2002）的有关规定执行。其中复合地基的压缩模量应通过试验或结合当地经验确定。,四、施工注意事项,1成孔施工时，地基土宜接近最优含水率，当含水率低于12%时，宜加水增湿至最优含水率；2桩孔中心点的偏差不应超过桩距设计值的5%；3桩孔垂直度偏差不应大于1.5%；4对沉管法，其直径和深度应与设计值相同；对冲击法或爆扩法，桩孔直径的误差不得超过设计值70mm，桩孔深度不应小于设计深度-0.5m；5向孔内填料前，孔底必须夯实，然后用素土或灰土在最优含水率状态下分层回填夯实。6成孔和回填的施工顺序宜间隔进行，大型工程可采用分段施工。,五、质量检验,土桩的抽样检验的数量不应小于桩孔总数的2%，不合格处应采取加桩或其它补救措施。土桩的夯实质量检验方法有下列几种：（一）轻便触探检验法（二）环刀取样检验法（三）荷载试验法,夯实水泥土桩复合地基,1、基本概念 用沉管、冲击钻机等方法成孔，将土料和水泥拌合形成混合料在孔内夯实，直至达到设计要求的密度而形成夯实水泥土桩，并与桩间土组成复合地基。成桩时若有挤土效应，可将桩周土挤密。地下水位以上2、适用范围： 地下水位以上粉土、素填土、杂填土和粘性土等地基，处理深度一般不超过10m,3、夯实水泥土桩与搅拌桩的区别夯实水泥土桩在孔外充分拌合，桩体基本均匀，在夯实密度相同条件下，现场强度与相同水泥掺量室内强度相等；由于成桩时强力夯实，强度比搅拌桩高2-10倍。4、在高速公路地基处理中的应用 夯实水泥土桩联合土工格栅加固地基,联合处理法的加固机理 路堤下需设置铺有土工格栅的垫层，以保证形成复合地基。格栅的作用在于提高砂和碎石垫层的刚度，调整荷载分担，减小地基土的差异沉降和总沉降。,多桩型复合地基技术,1、多桩型复合地基定义2、多桩型复合地基加固机理3、多桩型复合地基设计,1、多桩型复合地基定义 在复合地基中，竖向增强体采用不同性质、类型的桩，构成多桩型复合地基。2、多桩型复合地基形式：（1）等桩长多桩型复合地基（2）长短桩多桩型复合地基 长桩类型：刚度较大。如低强度桩、钢筋混凝土桩、钢管桩。 短桩类型：刚度较小。三体材料桩、石灰桩、水泥土桩。,长短相间,外长中短,中长外短,（a),（b),（c),(b)、(c)长短桩采用同类型桩。(b)比(c)更有利于减小沉降。(c)使基础弯矩较小,3、多桩型复合地基受力和变形特征： 桩身上部存在负摩阻力区，桩身最大应力出现在桩顶以下；对于刚性桩，随着上部荷载的增大，最大应力的位置逐斩向桩顶移动。（2）桩土应力比随着上部荷载的增加而增大，并且表现为桩与桩间土共同承担荷载，一般而言，如果荷载继续增大到一定水平，复合地基将由于桩体破坏导致承载能力的失效。（3）可以很好地将荷载传递到地基深处，减小地基沉降和侧向变形量，路堤的变形主要来自于下卧层的非加固区。,长桩为刚度较大桩，短桩为刚度较小桩,1、浅层加固区既有长桩，又有短桩，承载力大大提高2、由长桩减少深层地基沉降。,长桩为刚性桩或半刚性桩，短桩为碎石桩 碎石桩解决砂土液化问题，长桩解决地基沉降问题,4、多桩复合地基作用机理,5、多桩型复合地基设计,主桩：桩身强度高的桩。辅桩：桩身强度低的桩。 多桩复合地基可分为2种类型：第一种：主桩置换作用是复合地基承载力主要部分，辅桩起辅助作用；第二种：辅桩起提高承载力作用，主桩仅布置在结点和荷载较大的承重墙下（建筑工程），以达到减小沉降作用。,（1）地基承载力分析（闫明礼方法）主桩和天然地基形成复合地基，承载力特征值为fspk1。,（1）,辅桩和承载力为fspk1的等效天然地基形成多桩复合地基，承载力特征值为：,（2）,（2）多型桩复合地基沉降计算第一类多桩复合地基：主桩与辅桩长度相等：,s1,s2,下卧层压缩量用分层总和法计算。用压力扩散法计算下卧层顶部附加应力。,（3）,（4）,主桩比辅桩长：（1）主桩为柔性桩，辅桩为柔性桩或散体材料桩：加固区1压缩量计算：,加固区2压缩量计算：,（5）,（6）,（7）,（8）,（2）主桩为刚性桩，辅桩为柔性桩：,（9）,Ecsi:按式（6）计算；Ecsj:按式（8）计算；sj:加固区2中第j层土附加应力。,第二类多桩复合地基,主桩置换率很小，主桩置换作用小，绝大部分荷载由辅桩桩间土承担。将总荷载扣除桩体承受的荷载，剩余荷载作用在复合地基加固区上，其加固区土层和下卧层土层的附加应力计算方法与天然地基应力计算方法相同，复合地基加固区土层的复合压缩模量可用式（6）计算，也可采用下式计算：,3、多桩性复合地基固结计算 目前没有成熟的计算方法,13-5 复合地基承载力校验与沉降计算,一、复合地基承载力设计（一）复合地基设计中的两个基本概念,1面积置换率m,第十三章 复合地基,2桩土应力比n,（二）复合地基承载力的一般设计方法,1. 复合地基的承载力可用下式表示：,在实际工程中，桩体先破坏的情况占多数，因此在实际工程设计中较多采用后者。,2. 当复合地基加固区下卧层为软弱土层时，按复合地基加固区容许承载力验算基础底面压力后，还需对下卧层承载力进行验算 ：,下卧层顶面处的附加应力计算,(b+2htan) (l+2htan),二、整体稳定分析,采用复合地基加固法处理后的整体稳定分析仍可采用圆弧滑动法，也可采用非圆弧滑动法分析。,复合地基的综合强度指标可采用面积比法计算。对复合地基的凝聚力c可按下式计算：,第十三章 复合地基,三、沉降计算,在复合地基压缩量的实用计算方法中，常把其分成两部分，即加固区内压缩量S1和压缩层厚度范围内未加固下卧层的压缩量S2，则基础的沉降量S为： S=S1+S2,（一）加固区内土层压缩量S1的计算 复合地基的压缩模量通常采用面积加权平均法计算：,加固区内土层压缩量S1按下式计算：,（二）下卧区土层压缩量的计算 ：,The End of Chapter 13结束,