地基处理4(地大版).ppt

第四章 深层密实法,2.分类 1）爆破法 2）强夯法（强夯置换法）3）挤密法：砂桩、碎石桩、土（灰土、二灰）桩和石灰桩 4）水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）,1.深层密实法 采用爆破、夯实、挤压和振动等方法，对松散地基土进行振密和挤密。,4.1、概述,3.砂桩与砂井的区别：砂桩：主要是挤密地基，因此桩径大、桩间距小；砂井：主要是排水固结，所以桩径小、间距较大,4.影响深层地基土加固效果的因素：1）土的类别，特别是土的级配和细颗粒的含量；2）土的饱和度和地下水位；3）地基土的初始相对密实度；4）现场原始应力；5）天然土的结构；6）所选用的地基处理方法和设计及施工参数。,4.2、强夯法,强夯法来源：强力夯实法(简称强夯法)亦名动力固结法是一种快速加固软基的方法。这种方法是60年代末法国梅那技术公司(Idub Menard technique)首先开创的。定义：它是将很重的锤(一般为100一600kN)提起从高处自由落下(落距一般为640m)心冲击荷载夯实软弱土层，使地基受冲击力和振动，土层被强制压密，从而提高地基土强度，降低土层的压缩性，以达到地基加固的目的。,法国滨海工程强夯法加固,、强夯法 的加固机理 1）.动力密实：加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土基于动力密实的机理。2）.动力固结：处理饱和细颗粒土时，巨大的冲击能在土中产生很大的冲击波，破坏土的原有结构，使土发生局部液化，产生很多裂隙，增加排水通道，使孔隙水顺利排出，土体固结。3）.动力置换：采用强夯的能量将碎石、矿渣等粗颗粒的材料强制整体挤入淤泥中，通过置换达到加固地基的作用。,动力置换三种形式：动力置换砂柱；动力置换碎石桩；动力置换挤淤。,对于不同土类强夯法的作用不同：1.软土地基，提高地基承载力和减少沉降量；2.饱和砂土和粉土，消除液化趋势；3.黄土和新近堆积黄土，消除湿陷性、提高承载力。,、强夯法的设计计算（1）、强夯法设计步骤为：1）强夯法有效加固深度和单击夯击能。2）选用夯锤的重量、形状以及夯击落距 3）夯击范围和夯击点布置，夯击击数和夯击遍数，间歇时间。4）垫层厚度。5）现场测试设计。,（2）、强夯法有效加固深度和单击夯击能 强夯法的有效加固深度是指起夯面以下，经强夯加固后，土的物理力学指标已达到或超过设计值的深度。有效固结深度可按修正的Menard公式估算：,（3）.单击夯击能、单位夯击能和最佳夯击能。,1.单击夯击能 单击夯击能是指夯击锤M和落距h的乘积。单击夯击能越大，加固效果越好。应根据加固土层的厚度、土质情况和施工条件确定。2.单位夯击能 整个加固场地的总夯击能除以加固面积称为单位夯击能。应根据地基土类别结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑并通过试夯确定。最佳夯击能：由动力固结理论，使地基中产生的孔隙水压力达到土的覆盖压力时的夯击能称为最佳夯击能。最佳夯击次数：当单击夯击能一定时，与最佳夯击能相对应的夯击次数称为最佳夯击数。,由孔隙水压力确定 a.对于粘性土地基，可根据有效影响深度孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。b.对砂性土地基，可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系曲线来确定最佳夯击次数。,（4）夯击次数的确定 a.确定原则：夯坑的压缩量最大，而夯坑的隆起最小。b.确定方法：当SN趋向趋于稳定，接近常数，且同时满足以下条件时，可取相应夯击次数为最佳夯击次数。,.最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时不大于100mm；.夯坑周围底面不应发生过大的隆起；.不因夯坑过深而发生起锤困难。,（5）、夯击点布置及间距,1）.夯击点布置 夯击点平面位置可根据建筑结构类型进行布置。基础面积较大建筑物，按等边三角形或正方形布置。办公楼、住宅楼，可按承重墙位置布置夯点，取等腰三角形布置。工业厂房可按柱网布置夯击点。,2）.夯击点间距 夯击点间距一般根据地基土的性质和加固深度确定。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.53.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。以保证使夯击能量传递到深处和保护夯坑周围所产生的辐射向裂隙为基本原则。最后一遍以较低夯击能进行夯击，彼此重叠搭接，以确保接近地表土层均匀性和较高的密实度，俗称“普夯”3）.夯击点布置范围 由于基础应力扩散作用，夯击点范围应大于建筑物基础范围。对于一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计加固深度的1/21/3，并不小于3m。,（6）、夯击遍数 夯击遍数：夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定。可采用点夯23遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯2遍，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印彼此搭接。,（7）、垫层铺设 对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土，都需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条件而定。当场地土质条件好，夯锤小或形状构造合理，起吊时吸力小者，也可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.52.0m。铺设的垫层不能含有粘土。,（8）、间歇时间 各遍间的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间。对砂性土，孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间只有24min，故对渗透性较大的砂性土，两遍夯间的间歇时间很短，亦即可连续夯击。对粘性土，由于孔隙水压力消散较慢，故当夯击能逐渐增加时，孔隙水压力亦相应地叠加，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为34周。,、强夯法的施工方法（1）.施工 强夯法施工一般按下列步骤进行：1）清理并平整施工场地。2）铺垫层。3）夯点放线定位。4）对第一遍第一次夯击点进行夯击。5）按设计要求顺序完成第一遍夯击。6）完成第一遍夯击后，用推土机填平夯坑，并测量场地高程。7）在规定间歇时间后，按上述步骤进行第二遍夯击。8）按上述步骤完成设计要求的夯击遍数。最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。,2）施工机械：夯锤材料可采用铸钢，或钢板壳内填混凝土。一般锥底锤、球底锤的加固效果较好，适用于加固较深层土体；平底锤适用于浅层及表层地基加固。夯锤的底面积对加固效果的影响：当锤底面积过小时，静压力就大，夯锤对地基土的作用以冲切力为主；过大时，静压力太小，达不到加固效果。,主要设备包括：夯锤、起重机和脱钩装置。,(一)起重机,起重力大小：,起吊高度：,施工要点 为减少对周边环境和建筑物的影响，应采取防振措施；按规定起锤高度、锤击数的控制指标施工，或按试夯后的沉降量控制；注意含水量对强夯效果的影响；注意夯锤上部排气孔的畅通；注意施工安全，防止石块伤人；雨季施工注意排水。,4.2.4.质量检验,4.3、碎石桩和砂桩,碎石桩和砂桩 指用振动、冲击和振动水冲等方法在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入土孔中，形成大直径的由碎石或砂所构成的密实桩体。,分类 按其制桩工艺分为振动成桩法（振动法）、锤击成桩法（锤击法）和振动水冲法（振冲法）三大类。采用振动水冲法施工的碎石桩称为振冲碎石桩。采用各种无水水冲工艺（振动、锤击）施工的碎石桩称为干法碎石桩。,4.3、碎石桩和砂桩,碎石桩和砂桩适用工程：中小型工业和民用建筑物软弱地基加固；土工构筑物，堤坝边坡加固；港湾工程，码头、护岸；材料堆场；消除可液化土的液化性；消除湿陷性黄土的湿陷性。,4.3、碎石桩和砂桩,碎石桩和砂桩适用工程：中小型工业和民用建筑物软弱地基加固；土工构筑物，堤坝边坡加固；港湾工程，码头、护岸；材料堆场；（5）消除可液化土的液化性；（6）消除湿陷性黄土的湿陷性。,适用土类 振冲法适用于处理砂土、粉土、粘性土、粉质粘土、填土以及软土，但对不排水抗剪强度小于20kPa的饱和软土和饱和黄土地基，使用要慎重。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.1.加固机理,（1）砂性土 碎石桩和砂桩加固砂性地基主要通过复合地基的五种作用使地基获得加固：1)振动挤密 2)排水减压作用 3)砂土的予震效应。,4.3、碎石桩和砂桩,（2）粘性土 我国碎石桩和砂桩加固特性土机理的研究基本是1977年从南方为加固软弱粘土开始的。振冲法加固粘性土主要是通过振制碎石桩进行振冲置换。形成桩、土复合地基。加固作用：1)换土置换；2)排水。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,一、一般设计原则1.加固范围 振冲置换法：对一般性地基，宜在基础外缘加宽12排桩；对砂土、粉土等可液化地基应加宽1/2基底下可液化土层厚度（对振冲法且5m）。振动沉桩和锤击沉桩:宜在基础外缘加宽13排桩；对砂土、粉土等可液化地基应加宽1/2基底下可液化土层厚度（对振冲法且5m）。当可液化土层上覆盖有厚度大于3m的非液化土层时，每边放宽不宜小于液化土层厚度的1/2，且不小于3m。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,2.桩位布置 对大面积满堂处理，宜采用正三角形布置；对条基，宜先考虑单排桩，不满足使用时，可布2排或3排桩。对柱基宜采用正方形布置，或矩形、等腰三角形布置，且单柱柱基不少于3根。对圆形基础和环形基础，宜采用放射形布置。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,3.桩距（一般取1.52.5m）桩距要保证复合地基承载力达到设计要求；要避免桩距过小出现“串桩”现象。4.桩长 桩的深度一般应达到强度较高的下卧土层。当相对硬层的埋藏深度不大时，桩长应按相对硬层埋藏深度确定；当相对硬层的埋藏深度较大时，应按建筑物地基的变形容许值确定。在可液化土层中，当可液化土层不厚时，桩体应穿透整个可液化层；当可液化层较厚时，应按抗震处理深度确定。桩长不小于4m。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,5.桩径 碎石桩直径取决于地基土质情况和成桩设备等因素。振冲碎石桩：桩径一般为0.71.0m（30kw）沉管法：桩径一般为0.30.7m。对饱和粘性土，宜选用较大直径的桩。6.桩体材料：填料可采用：中粗混合砂、碎石、卵石、角砾、圆砾等硬质材料。填料含泥量不大于5%；填料粒径不大于80mm。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,7.垫层 施工完毕后，应在基础底面铺设300500mm厚的碎石（砂石）褥垫层，并用平板振动器密实。在软土上施工，应在施工前铺设临时垫层。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,二、用于砂性土加固的设计计算 设计思路：砂土加固后被挤密。及砂土加固后质量不变，密实度和孔隙比发生改变。,1.桩间距：根据加固前后质量不变的原理：,0.89,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,2.填料量：每米桩长填料量为：,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,3.液化判别：对地面以下15m深度范围内可液化土进行标贯试验：,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,三、用于粘性土加固的设计计算,1.设计用参数：（1）不排水抗剪强度：十字板剪切试验测定。（2）桩直径：与土质、填料类型、材料粒径及施工机具有关，一般为0.81.2m。（3）桩体内摩擦角：碎石桩可取3545；（4）面积置换率m：一般取0.250.40,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,三、用于粘性土加固的设计计算,1.设计用参数：（5）桩间距：,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,三、用于粘性土加固的设计计算,2.承载力计算：（1）一般实际工程中，碎石桩桩体承载力通过荷载试验确定。也可用计算法和经验法确定。a 计算法 参见第四章55页的计算,b 经验法,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,三、用于粘性土加固的设计计算,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,三、用于粘性土加固的设计计算,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,三、用于粘性土加固的设计计算,（2）.复合地基承载力 a现场复合地基荷载试验或单桩和桩间土的荷载试验：,b经验公式确定,或,Sv：桩间土的十字板抗剪强度,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.2.设计计算,三.复合地基沉降计算,1）振冲复合地基变形计算采用的复合地基压缩模量,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,1.施工机具,振冲法施工的主要机具有振冲器、起吊机械、水泵、泥浆泵、填料机械、电控系统等。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,1.振冲器 振冲器是一种利用自激振动，配合水力冲击进行作业的机具。主要有四大部分组成：电动机；振动器；通水管；减振器及导管。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,振动参数 振动频率：只有振动器的振动频率接近土的自振频率时，产生共振现象，使土达到最佳加密效果；振幅：振幅在一定范围内对土体产生挤压，振幅大时，加固效果相对好；过大过小，则不利。加速度：对于振冲挤密，只有振动加速度达到一定值后才有挤密效果。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,2 施工前准备工作 现场勘察了解场地的地形及周围环境；了解场地的工程地质条件和地下水情况；进行振冲试验，确定各项施工参数；编写施工组织设计，合理布置现场、明确施工顺序、施工方法以及配备所需施工机械。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,3 施工组织设计,（1）施工顺序 施工顺序一般采用“先中间后周边”或“一边推向一边”的顺序进行。在软粘土地基中，位为减少对地基土的扰动，可采用间隔跳打的方式。邻近有建筑物时，要采取保护措施。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,（2）振冲碎石桩施工程序(1)吊车就位与振冲器定位。(2)贯入造孔。吊车缓慢下放振冲器，使振冲器在振动水冲中利用自重下沉贯入造孔。贯入造孔水压一般保持0.40.8MPa。振冲器工作电流一般不超过电机额定电流值。振冲器贵人速度一般约0.52.0mmin。造孔时每贯入0.51.0m宜在该深度悬留振冲510s扩孔，待孔内池水反溢流出后再继续贯人。按此步骤循环操作直到设计规定的成桩深度。为避免对孔底土过大扰动，一般贯入到设计深度后留振扩孔5s左右将振冲器向上提0.3一0.5m左右留振，同时宜打开降压水阀，将振冲器供水压力降至0.1一0.2MPa左右。在粘性土造孔，由于粘土难以“液化”破坏，造孔贯入速度应放慢，扩孔时间应延长。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,（2）振冲碎石桩施工程序(3)填料和制桩。振冲成孔后应迅速提出振冲器，向振孔内填入石料(0.5m左右高，约0.3m3)，然后将振冲器回入孔内直到孔底进行振捣。捣固时应连续不断向孔内填入石料。填料应均匀从孔口四周填人，不应将填料仅从一侧填入，造成桩体偏移。填料不宜在孔口堆积过高，以免影响落料和振冲。有时孔口石料停止下落时，可将振冲器提出孔口，再返入孔内将石料送下，回到原振冲位置继续振密，直到振冲器电流值上升到规定数时，才能认为该段制桩振密完毕。然后缓慢提升振动着的振冲器约0.50.8m高，继续留振，直至将孔内该段填料振捣密实。如此循环操作直至地面或振冲施工规定标高，碎石桩即告制成。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,（2）振冲碎石桩施工程序,(3)填料和制桩。振冲制桩填料常用三种方法，即连续填料法、间断填料法和综合填料法。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,4.质量控制,一般采用密实电流、填料量、留振时间来控制。三项参数常根据现场地质情况和施工要求来掌握。（1）密实电流 振冲器贯人土中，成孔后振冲器就在振孔泥浆介质中振动。当向振孔内不断加入石料则相当于介质浓度增加。振冲器不断把石料振挤入周围土个，使地基土得到增密。周围被振挤的土越密实则振冲器受到阻碍维持振动的约束力越大，电流指数值也越大。因此，可以根据振冲器耗用的电流量值的变化大小来判断地基加密的程度。在制桩过程中，振冲器应出产至上逐段进行制桩振密，每段留振制桩都应达到规定的振密电流值。有时在制桩过程中振冲器回阵进入境料层过仪振冲器会产生瞬间电流高峰值，此时不能将此瞬间高值记为振密电流实用控制值。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,4.质量控制,（2）.填料量 制桩每孔填料量是反映加密效果的重要控制指标，现场常以每孔累计填料消耗量来辅助衡量该孔的加密程度。每孔填入量与原地基密实度、振冲器振动强度、要求加密指标以及填料的种类等因素都有立接关系，宜现场试验后确定。一般地基土的填料粒径在工程实用中常选用0.550mm粒径，不宜超过80mm粒径，以免石料在孔内卡住不能下落。特殊情况应经过试验可以选用更大粒径碎石。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.3.施工工艺,4.质量控制,（3）.留振时间 振冲制桩个除了保证达到规定的振密电流和填料量外振冲器在每一段制桩高度有一段留振时间，即振冲器不升起也不下降，保持继续振动和水冲，使振冲器把振孔扩大或把周围填利充分挤密。留振时间的长短应根据现场地基条件、填料种类、加固方法等确定。回填石料快，地基土质条件较好时，留振时间一般较短；地基软弱或利用砂土自身振密不外加填料时留振时间较长。,4.3、碎石桩和砂桩,4.3.4.质量检验,1.检验时间 应在施工结束后，间隔一段时间再进行质量检验。2.单桩承载力试验 可采用单桩荷载试验，每200400根取一根，不少于3根。3.桩间土承载力试验 可采用标贯试验、静力触探等原位测试。4.复合地基承载力试验 大型、重要的或复杂场地工程应采取单桩或多桩复合地基荷载试验。,4.4、土桩和灰土桩,土桩和灰土桩 利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆破）在地基中成孔，通过“挤压作用”，使地基土加密，然后再在孔内分层填入素土（或灰土、粉煤灰加石灰）后夯实而形成的桩。,土桩和灰土桩的特点 1、横向挤密；2、不需开挖；3、处理深度较深；4、就地取材，造价经济 5、无法水下施工,4.4、土桩和灰土桩,加固机理和适用范围,1)加固机理 土的侧向挤密 土(或灰土、二灰)桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制侧向挤压，使桩周围一定范围内的土层密实度提高。(2)径向挤密 土桩挤压成孔时，径向外延干密度逐渐小到土的天然密度。其挤密影响半径通常为(1.52.0)d(d为桩孔直径)。(3)桩间挤密,4.4、土桩和灰土桩,(4)桩体作用 在灰土桩挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形量(灰土的变形模量为是E。40200MPa，相当于夯实素土的210倍)，荷载试验测试结果表明：只占压板面积约20的灰土桩承担了总荷载的一半左右，而占压板面积80的桩问土仅承担其余一半。由于总荷载的一半由灰土桩承担，从而降低了基础底面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，由于灰土校对校间土能起到侧向约束作用，限制土的侧向移动，桩间土只产生竖向压密，使压力与沉降始终呈线性关系。,4.4、土桩和灰土桩,2）、适用范围 土桩和灰土桩挤密法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度宜为515m，如采用冲击法成孔与夯填或钻孔夯扩法施工时，处理深度可增大至20m以上。当以消除地基上的湿陷性为主要目的时，宜选用土桩挤密法。当以提高地基土的承载力或增强其稳定性为主要目的时，宜选用灰土桩挤密法。当地基土的含水量大于24、饱和度大于65时，不宜选用灰土桩或土桩挤密法。若处理深度小于5m时，其综合效益可能不如强夯法与换土垫层法等浅层处理方法，故亦不宜选用。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.1.设计计算,1、确定桩径：桩径：挤密桩桩孔立径根据成孔设备与方法确定，常用桩孔直径众为300600mm。2、桩距和桩布置：桩孔的布置与桩距设计，以使桩间土得到基本均匀和有效的挤密为原则，保证桩间土的湿陷性能完全或基本消除。桩孔的布置以等边三角形为宜，桩孔间距即三角形的边长L，排距即三角形的高h。当按等边三角形布桩对，桩孔间距根据桩间土挤密前后质量不变的原理，导出如下计算式：,4.4、土桩和灰土桩,4.4.1.设计计算,4.4、土桩和灰土桩,4.4.1.设计计算,4.4、土桩和灰土桩,4.4.1.设计计算,3、处理范围 土桩和灰土桩处理地基的宽度应大于基础宽度。,处理深度即桩长：处理深度应根据建筑场地的土质情况、工程要求及施工设备条件等综合因素确定。对湿陷性黄十地基应按国家标准湿陷性黄土地区建筑现范（GB 50025)的有关规定进行设计。当以消除地基混陷量为主要目的时对非自重湿陷黄土地基一般处理至地基压缩层下限，或处理至附加应力与土饱和自重应力之和大于混陷起始压力的全部土层；对自重湿性黄土地基，处理至非湿陷性土层顶面。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.1.设计计算,4、填料和压实系数 桩孔内的填料，应根据工程要求或地基处理的目的确定用压缩系数入控制夯实质量。当用素土回填夯实时：095 当用灰土回填夯实时：097，灰与土的体积配合比宜为2：8或3：7。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.1.设计计算,5 灰土桩承载力的计算 结合工程实践经验的总结，灰土桩复合地基承载力可用下面的公式进行计算：,4.4、土桩和灰土桩,4.4.1.设计计算,4.4、土桩和灰土桩,4.4.1.设计计算,4.4、土桩和灰土桩,4.4.1.设计计算,桩间距的确定 首先确定面积置换率：,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,1、施工工艺,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,2、成孔 分两类方法：挤土成孔和非挤土成孔 挤土成孔主要有：沉管法、冲击法和爆扩法。沉管成孔可按施工机械的不同分为锤击成孔和振动成孔两种方法。目前我国较多的采用锤击沉管施工，它足利用柴油锤或汽锤打桩机将钢管打入土中，然后利用本身机械动力拔管。日前使用的柴油锤打桩机主要有6kN、12kN、18kN、25kN、30kN等几种规格，适用于直径3537cm的桩管，成孔深度可达620m(成孔深度与机械能量和地基土的物理力学性质指你等有关)。柴油锤打桩机施工速度较慢，且振动剧烈，噪声高，不宜在人口稠密的市区采用。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,3、施工,振动沉管系利用振动沉管机，依据机械自振动力将桩管沉人预定的地基深度，在拔管时可用灰斗机向孔内灌入境料，边拔边灌，并利用振动挤密孔内填土，不需另备夯实机械，因而工效较高，一很长7m左右的灰土极只用6min即可完成。目前山西等地采用的振动沉管机是以60kw电动机作为动力，带动双偏心块激振，振动力可达430kN。它对电源和配电系统要求较高，内于振动力大，对机械本身也需采用防震措施，常用的振动成校机性能见表。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,3、施工 爆扩成孔施工方法简单，不需成孔机械，工效也 高。其缺点是由于爆扩振动影响，不适于在城市施工。它对地基土的天然含水量要求较高，含水量过低或过高，爆扩挤密效果都不好。因此，采用爆扩挤密施工工艺，一般应通过现场试验取得有关数据后才能施工。爆扩成孔工艺有药管法和药眼法两种药管法是先用洛阳铲掏成直径68cm的小孔其孔深达到地基土加固的预定深度。然后在孔内放人直径1530mm的炸药管和一到两个电雷管，引爆后即形成桩孔。药眼法是用直径1530mm钢针打入土中达须定加固深度，拔出钢针后，在其中填入炸药和电雷管，引爆后即成桩孔。,4.4、土桩和灰土桩,3.施工 冲击成孔系利用定型冲击成孔机(或冲击钻机)，将632kN锥形锤头提升0.52.0m高度后自由落下，反复冲击地基土使土层成孔。与沉管法相比，它不需另备钢管。冲击成孔法工效高，成孔速度可达0.9mmin，孔径达4060cm。填夯桩孔也可使用同一套设备，并进一步使周围土体挤密。成孔深度不受机架高度的限制，可达20m以上。特别适用于大厚度自重湿陷性黄土的处理。常用的冲击锤头是带有30夹角和一定长度同锥尖端的抛物线旋转体。在冲击机选用上应与场地土质条件以及没计桩孔直径相适应，常用冲击成扎机性能列于表中。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,非挤土成孔桩（排土法成孔）：所谓排土法是指在成孔过程中把土排出孔外的方法，该法没有挤土效应，多用于原土已经固结、没有限陷性和振陷性的土。其成孔机具有以下几种：主要有洛阳铲掏孔和长螺旋钻机成孔。洛阳铲成孔：洛阳铲的构造见图所示为钢柄洛阳铲，该洛阳铲宜成4m以内的孔。木把加绳，可以成4m以下的扎。当下部土较硬时，可用加长钢柄配10钢钳取土，对于素填土地基，遇到硬杂物时，可用钢钎将杂物冲碎，然后用洛阳铲取出。洛阳铲的尺寸可变，对于软土宜用直径较大者，对于素填上及硬土宜用直径较小有。成孔时将洛阳铲刀口切入土中，然后招动并用力拧转铲柄将土剪断，拔出洛阳铲，铲内土柱被带出。利用孔口附近插入土中的退土钎(2025mm，L0.81.2m的钢钎)将铲内土柱刮出。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,4、备料 灰土桩复合地基的桩孔填料由符合一定质量要求的石灰和素土按2：8或3：7比例配合，在接近最优含水量的状态下拌和而成的灰土。用于桩体的素土料，应尽量采用基坑中挖出的纯净黄土，或选用粘土、粉质粘土土中不得含有有机质，也不得使用塑性指数大于17的粘土。严禁使用耕土或杂填上，冬季施工时严禁使用冻土。使用土料前应过筛、土的最大料径不得大于15mm。含水量应控制在最优含水量的 3范围内。用于桩体的石灰料，应选用块状或粉末状生石灰，使用前应用清水充分粉化，石灰的贮存时间不宜超过三个月。填料中用的石灰为熟石灰。其粒径不宜大于5mm并不宜夹有未熟化的生石灰块，也不应使其含水量太高。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,5、回填夯实 夹板锤式夯实机：目前有利用装载机或翻斗车改制的，此种机型在场地内行走灵活，辅助时间短，效率高，但该类夯实机要占用一台装载机或翻斗机，因此造价较高；另一种是由河北省建筑科学研究院研制的走管式夯实机。该机主要由机架、滚管、电动机、齿轮箱、链条、提轮、锤杆、夯锤、制动夹板组成。该机的特点是突破了一般用圆杆的传统做法，锤杆采用了工字钢，增大了提升轮与锤杆的接触面积，因此增加了提升力。为将摩擦片预先压制在钢片上，增大了摩擦片的附着力，不致出摩擦片受压时循环应变，造成摩擦片在交变应力作用下快速折断，从而降低了摩擦片的损耗；二是可以改变摩擦片的长度，具有根据下程需要调节锤的提升高度的功能，且更换方便快捷，以上是该机颇具特色的地方。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,6、其他施工注意要点：（1）夯填桩孔时，宜选用机械夯实。分段夯填时，夯锤的落距和填料厚度应根据现场试验确定，混合料的压实系数c不应小于0.93。（2）土料中有机质含量不得超过5%，不得含有冻土或膨胀土，使用时应过1020mm筛，混合料含水量应满足土料的最优含水量op，其允许偏差不得大于2%。土料与水泥应拌和均匀，水泥用量不得少于按配比试验确定的重量。（3）垫层材料应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。垫层铺设时应压（夯）密实，夯填度不得大于0.9。采用的施工方法应严禁使基底土层扰动。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.2.施工工艺,（4）成孔施工应符合下列要求：1.桩孔中心偏差不应超过桩径设计值的1/4，对条形基础不应超过桩径设计值的1/6；2 桩孔垂直度偏差不应大于1.5%；3 桩孔直径不得小于设计桩径；4 桩孔深度不应小于设计深度。（5）向孔内填料前孔底必须夯实。桩顶夯填高度应大于设计桩顶标高200300mm，垫层施工时应将多余桩体凿除，桩顶面应水平。（6）施工过程中，应有专人监测成孔及回填夯实的质量，并作好施工记录。如发现地基土质与勘察资料不符时，应查明情况，采取有效处理措施。（7）雨期或冬期施工时，应采取防雨、防冻措施，防止土料和水泥受雨水淋湿或冻结。,4.4、土桩和灰土桩,4.4.3.质量检验,灰土桩复合地基的质量检测包括施工质量的检测和加固效果的检测，孔内填料的夯实质量，应及时抽样检查，其检测的数量不得少于2，每个作业台班不得少于一个孔。在全部孔深内，宜每1m取土样测定干密度，检测点的位置应在距桩孔心23半径处。孔内填料的夯实质量，也可以通过现场试验测定。对于重要建筑物的地基和大型工程，还应检测在处理深度内，分层取样测定挤密土及孔内填料的湿陷性及压缩性，以及在现场进行静载荷压板试验或其他的原位测试，根据检测取得结果和试验中所揭示的现象，可进一步验证设计内容和施工要求是否合理、全面，同时也是及时调整补充设计内容和施工要求的重要依据，以保证那些重要或大型工程建设的安全可靠及经济合理。,CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）,CFG桩 CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩（Cement Flyash Gravel Pile）的简称，由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的一种具有一定粘结强度的桩。,第一节 概述,2.适用土类 CFG桩用于加固填土、饱和及非饱和粘性土、松散的砂土、粉土等。对塑性指数高的饱和软粘土使用要慎重。,3.碎石桩与CFG桩,概念不同 CFG桩为复合地基刚性桩，桩身具有一定的粘结性，可在全长范围内受力，能充分发挥桩周摩阻力和端承力。而碎石桩为散体材料桩，桩身无粘结强度，依靠周围土体的约束力来承受上部荷载。CFG桩的桩土应力比较高一般在1040。而碎石桩桩土应力比一般为1.54.0，增加桩长对提高复合地基承载力意义不大，只有提高置换率，而提高置换率有会给施工造成很多困难。,适用土类的差别 CFG桩用于加固填土、饱和及非饱和粘性土、松散的砂土、粉土等。对塑性指数高的饱和软粘土使用要慎重。而碎石桩宜处理砂土、粉土、粘性土、填土以及软土，但对不排水抗剪强度小于20kPa的软土使用要慎重。,第二节 材料配比及力学性能,各种材料之间配合比对混合料的强度和易性的影响,石屑掺量的影响 对强度的影响：碎石料之间为点接触，接触比表面积小，桩体抗剪强度较低。掺入中等粒度的石屑后，级配变得良好，增大基础比表面积，提高桩体的抗剪强度；石屑率存在一个最佳值，过大或过小对塌落度和强度都不利，最佳值在2530范围内。不同水泥、粉煤灰掺量的影响 对于某一石屑率，不同水泥、粉煤灰掺量得出的混合料的立方抗压强度R28与灰水比C/W成正比；增加粉煤灰的掺量，要保证30mm的塌落度，混合料需水量要增加。,混合料的应力应变关系 由于混合料具有一定的粘结强度，围压对其应力应变关系影响很小。,第三节 加固机理和工作性能,CFG桩的加固机理包括置换作用和挤密作用，其中以置换作用为主。CFG桩可以全长受力，荷载不大时，可以通过调节桩长来适应不同的土层。CFG桩复合地基的桩土应力比大，而且具有很大的可调性，在软土中可高达100作用。CFG复合地基中由桩承担的荷载一般为4075，提高承载力的幅度可达4倍或更高。,第四节 褥垫作用,CFG桩复合地基的褥垫由碎石、级配砂石、粗砂等散体材料组成。褥垫层的作用 1.保证桩、土共同承担荷载 2.减少基础底面的应力集中 3.褥垫厚度可调整桩土荷载分担比 4.褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比,第五节 CFG桩复合地基设计,一、设计内容1.桩径d 一般桩径为350400mm，由施工设备的桩管决定。常采用的是长螺旋钻法施工。2.桩距lp 桩距的大小取决于设计要求的地基承载力、布桩形式、土质、施工机具和施工的可行性。3.复合地基承载力,4.单桩承载力由现场单桩荷载试验确定,公式计算,5.变形计算复合土层的变形量；下卧层变形；褥垫层变形。,6.褥垫层厚度一般取1030cm,二、设计步骤,1.初步去定桩径和桩距，并求出置换率2.由设定的复合地基承载力确定桩长求桩土应力比确定单桩承受的荷载桩顶应力 单桩承受的荷载,估算桩长3.桩身强度的设计设计抗压强度应大于R284.配料设计施工时，严格按实验室所出配合比配料。5.褥垫层厚度由桩土应力比和桩土分担荷载参照试验资料和该地区工程经验确定,第六节 CFG桩复合地基施工,施工方法主要：长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩和振动沉管灌注成桩。1.混合料要求 严格按配合比配料，振动沉管法的塌落度控制在35cm，搅拌时间2min，杂质含量小于5。长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩塌落度控制在1620cm；2.施工顺序 在软土中，采取隔桩跳打方式；在饱和松散粉土中，采用连打法；满堂布桩时，采用“中间向四周”或“一边向一边”的方法。3.保护桩长 保护桩长一般取5070cm,4.施工工艺,沉管投料拔管褥垫铺设施工监测,例题,1、已知CFG桩复合地基桩间土承载力特征值为120kpa，折减系数为0.85，采用正方形布桩，桩径为0.40m，桩间距为1.67m，单桩承载力为1100kN，求：复合地基承载力。2、某粉砂土场地采用夯实水泥土桩处理，要求复合地基承载力达到400kpa，按正方形布桩，桩径为600mm，桩体混合料抗压强度平均值为9MPa，按桩周土强度确定的单桩承载力为800kN，折减系数为0.95，求：桩间距。,习题,1、某建筑场地为砂土场地，采用强夯法进行加固，夯锤重量为20T，落距20m，该方法的有效加固深度为多少？2、某软土地基采用直径为1.0m的振冲碎石桩加固，载荷试验测得桩体承载力特征值fpk=250kpa，桩间土承载力特征值fsk=90kpa，要求处理后的复合地基承载力达到150kpa，采用等边三角形满堂布桩，求振冲碎石桩的置换率m，桩间距s。,习题,3、某均质砂土场地中采用砂桩处理，等边三角形布桩，砂桩直径为0.5m，桩体承载力为300kpa，场地土层天然孔隙比为0.92，最大孔隙比为0.96，最小孔隙比为0.75，天然地基承载力为120kpa，要求加固后砂土的相对密实度不小于0.7，采用振动沉管施工法，修正系数=1.1，场地土层加固后承载力为160kpa，求：桩间距s，复合地基承载力。,习题,4、某场地勘察资料如下：05m，淤泥质粘土，qsk=16kPa,fak=100kPa 512m，粉土，qsk=22kPa 1226m，砾砂土，qsk=100kPa,qpk=1500kPa 26m以下为基岩,习题,采用CFG桩处理，正方形布桩，桩顶位于地表下2.5m处，桩端全断面处于地表下15m处，桩径为400mm，桩距为1.6m，桩体材料fcu=18MPa，场地面积为16m32m，桩间土承载力折减系数取0.80，求：单桩竖向承载力特征值；复合地基承载力。,习题,5、某粉土地基，地下水埋深12m，采用夯实水泥土桩处理，桩间土承载力110 380kPa，要求复合地基承载力达到380kPa，水泥土桩单桩承载力特征值为600kN，采用正三角形布桩，桩径为500mm，桩间土折减系数取0.95，求桩间距。,