挤密桩法.ppt
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1、河南理工大学土木工程学院,地基处理技术,挤密桩法,compaction pile,Technical of Soil Improvement,挤密桩是?,以振动,冲击或带套管等方法成孔,然后向孔内填入砂,石,土(灰土,二灰,水泥土),石灰或其他材料,在加以振实而成为直径较大的密实桩体,并和原桩周土组成复合地基的地基处理方法。根据填入的材料和工艺的不同可分为砂石桩,土桩(灰土桩),石灰桩,水泥粉煤灰桩,夯实水泥桩。,第5章 挤密桩法,5.1 砂石桩法5.2 石灰桩法 5.3 土挤密桩法和灰土挤密桩法5.4 夯实水泥土法5.5 水泥粉煤灰碎石桩法,5.1 砂(碎)石桩,1.概述 2.加固机理 3.
2、设计计算 4.施工 5.单桩和复合地基载荷试验 6.质量检验,1.概述,砂(碎)石桩法是指利用振动、冲击或水冲等方式在地基中成孔后,再填入砂、砾石、卵石、碎石等材料并将其挤压已成的孔中,形成砂石所构成的密实桩体,并和原桩周土组成复合地基的地基处理方法。按制桩工艺分为振冲法(湿法)碎石桩和干法碎石桩。采用振动加水冲工艺制成的碎石桩,称为振冲碎石桩或湿法碎石桩,采用无水工艺(干振,振密,锤击)制造的碎石桩统称干法碎石桩。适用于挤密松软砂土,粉土,粘性土,素填土,杂填土等。砂石桩可采用振冲法,沉管法,冲击法,振动法,碎石桩最早在1835年由法国城Bayonne建造兵工厂车间时使用。这个兵工厂座落在海
3、湾沉积的软土上,当时设计桩径为0.2m,桩长2m,每根桩承担荷载10kN。加固后的沉降量只有未加固前,后被人们所遗忘。直到1937年由德国人发明了振动水冲法用来挤密砂土地基,直接形成挤密的砂土地基。我国应用振冲法始于1977年。砂桩在19世纪30年代起源于欧洲,但长期缺少实用的计算方法,先进的施工工艺和施工设备,砂桩的应用和发展受到很大的影响;自本世纪50年代后期,产生了目前日本采用的振动式和冲击式的施工方法,并采用了自动记录装置,提高了施工质量和施工效率,处理深度也有较大幅度的增长。砂桩技术自50年代引进我国后,在工业,交通,水利等建设工程中得到了应用。,振冲法是以起重机吊起振冲器,启动潜水
4、电机带动偏心块,使振冲器产生高频振动,同时开动高压水泵,使高压水由喷嘴射出,在振冲作用下,将振冲器逐渐沉入土中的设计深度。清孔后即从地面向孔内逐段填入碎石。每一填石段为3050cm,不停地投石振冲,经振挤密实达到设计要求后方提升振冲器,再填筑另一桩段。如此重复填料和振密,直到地面,由此在地基中构成大直径的桩土共同工作的复合地基。,一.振冲碎石法(湿法),施工机具,砂石桩的主要施工方法之一,所谓“振冲”就是边振动边水冲的意思。施工的主要机具与设备为振冲器、起吊机械、排污系统、填料机械、电控系统和维修机具等。,1.概述,砂石桩、砂桩和砂石桩总称为砂(碎)石桩,又称粗颗粒土桩。砂(碎)石桩法是指利用
5、振动、冲击或水冲等方式地基中成孔后,再填入砂、砾石、卵石、碎石等材料并将其挤压已成的孔中,形成砂石所构成的密实桩体,并和原桩周土组成复合地基的地基处理方法。适用于挤密松软砂土,粉土,粘性土,素填土,杂填土等。砂石桩可采用振冲法,沉管法,冲击法,振动法,振冲器的构造,振冲法施工场面,振冲法施工,碎石桩(Stone Column),振冲法施工,碎石桩(Stone Column),National City Marine Terminal Extension San Diego(US),二.沉管法,沉管法过去主要用于砂桩,近年来也开始用于制作碎石桩,是一种干法施工。沉管法包括振动成桩法和锤击沉管法两
6、种。对饱和松散的砂性土,一般选用振动成桩法;而对于软弱粘性土,则选用锤击成桩法,也可以采用振动成桩法。当用于消除粉细砂及粉土液化时。宜采用振动沉管成桩法。,1)施工机具,振动成桩法的主要设备有振动沉拔桩机、下端装有活瓣桩靴的桩管和加料设备。锤击成桩法的主要设备有蒸汽打桩机或柴油打桩机、桩管、加料漏斗和加料设备。,振动沉管碎石桩加固地基,2.作用机理,1)对松散砂土地基中的加固原理碎石桩和砂桩挤密法加固砂性土和粉土地基的主要目的是提高地基土承载力、减少变形和增强抗液化性,其加固机理主要有三方面的作用。,挤密作用排水减压作用抗液化作用,液化地基,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
7、,渗透系数小,特别是对于饱和粘性土地基,碎(砂)石桩的主要作用有两个。,2)对粘性土加固机理,置换作用排水固结作用,总之,碎(砂)石桩作为复合地基的加固作用,除了提高地基承载力、减少地基的沉降量外,还可用来提高土体的抗剪强度,增大土坡的抗滑稳定性。不论是对疏松砂性土或软弱粘性土,碎(砂)石桩的加固作用都有挤密、置换、排水、垫层和加筋的五种。,3.设计计算,1)加固范围2)桩位布置3)处理深度(桩长)的确定4)桩身直径选择5)桩体填料选择6)填料量:7)垫层设置:8)桩间距的计算:9)砂石桩复合地基的承载力特征值:,1)加固范围,大于基底面积。对一般地基,在基础外缘宜扩大1-2排;对可液化地基,
8、在基础外缘应扩大2-4排桩。,2)桩位布置,(a)正方形(b)矩形(c)等腰三角形(d)放射形,桩位布置:对大面积满堂处理,桩位宜用等边三角形布置;对独立或条形基础,桩位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置;对于圆形或环形基础(如油罐基础)宜用放射形布置,如图所示。,1.当松软件土层厚度不大时,砂石桩桩长宜穿过松软土层;2.当松软土层厚度较大时,对按稳定性控制的工程,砂石桩桩长应不小于最危险滑动面以下2m的深度;对按变形控制的工程,砂石桩桩长应满足处理后地基变形量不超过建筑物的地基变形允许值并满足软弱下卧层承载力的要求;3.对可液化的地基,砂石桩桩长应按现行国家标准建筑抗震设计规范GB 50011
9、的有关规定采用;4.桩长不宜小于4m。,目前国外振冲碎石桩加固地基最大深度为25m,国内振冲碎石桩加固地基最大深度为18m,因此设计时最大桩长不要超过25m,否则应做专门的试验研究。,3)处理深度(桩长)的确定,4)桩身直径选择:可采用300-800mm5)桩体填料选择:碎石,卵石,角砾,粗砂等硬质材料,含泥量不大于5%。最大粒径不宜大于50mm.6)填料量:应通过现场试验确定,估算时充盈系数取1.2-1.4。7)垫层设置:桩基施工完毕后,桩顶1.0m左右长度的部分应应挖除,或者采取碾压或夯实等方法使之密实,然后再铺设垫层,垫层厚度200500mm,垫层应分层压实。另外在不能保证施工机械正常行
10、驶和操作的软弱土层上,应铺设施工用临时性垫层。,8)桩间距的计算(砂性土),正方形布置桩时,桩间距l:,处理前体积:,处理后体积:,整理后得,同理,正三角形布置桩时:,地基挤密后达到的孔隙比e1可有2种方法确定,1)工程抗震的要求,确定其相对密度的方法,A:一根砂石桩承担的面积l:砂石桩间距H:欲处理的天然土层厚度e0:地基处理前孔隙比;原状土试验或触探等试验确定Vs:一根桩所承担的处理范围体积中的土粒体积Ap:砂石桩的截面积d:砂石桩的平均直径e1:地基挤密后达到的孔隙比h:竖向变形,不考虑振动下沉密实作用是,h=0,2)按工程对地基承载力的要求,结合设计规范,给出砂土地基加固后要求达到的密
11、实度,推算加固后的孔隙比。,按建筑地基处理规范(JGJ79-2002)规定)规定,可按下列公式确定桩间距:,:修正系数,当考虑振动下沉密实作用时,可取1.1-1.2,不考虑时,可取1.0;,8 用于粘性土设计计算方法,(一)桩间距确定,等边三角形布置时:,正方形布置时:,式中:,A:一根碎石桩承担的处理面积;,Ap:碎石桩的截面积;,m:面积置换率,一般为0.10-0.30,de:一根桩承担的地基处理面积的等效圆直径。,8 用于粘性土设计计算方法,(一)桩间距确定,等边三角形布置时:,正方形布置时:,式中:,A:一根碎石桩承担的处理面积;,Ap:碎石桩的截面积;,m:面积置换率,一般为0.10
12、-0.30,de:一根桩承担的地基处理面积的等效圆直径。,面积置换率,建筑地基处理技术规范JGJ79-2002中,对复合地基载荷试验中采用的承压板的面积作出了规定:承压板面积等于单桩或多桩所承担的实际处理面积。,式中:,A:一根碎石桩承担的处理面积;,Ap:碎石桩的截面积;,m:面积置换率,一般为0.10-0.30,de:一根桩承担的地基处理面积的等效圆直径。,d:桩的截面积,9 砂石桩复合地基的承载力特征值,对小型工程的粘性土地基,无现场试验资料时,初步设计可按下式,n:桩土应力比,无实测资料时,对粘性土2-4,对粉土和砂石土可取1.5-3。,例5.1:以知某细砂地基,现场测得土的天然密度1
13、6kN/m3,含水量w=22.5%,土粒相对密度ds=2.65,最大孔隙比emax=1.24,最小孔隙比emin=0.54。该场地采用砂石桩加固后要求达到的相对密度为Dr1=0.8,若桩径d=0.7m,采用正三角形且不考虑振动下沉密实作用,试问桩间距L应该是多少?1.计算初始孔隙比2)地基挤密后达到的孔隙比e1:3)桩间距l:,例5.2:某地基土为淤泥质土,现场测得地基承载力特征值为fsk=80kPa,砂石桩承载力特征值fpk=350kPa,要求砂石桩复合地基承载力特征值fspk达到140kPa,假定桩径0.5m,若采用正方形布桩,试问桩间距l应该是多少?采用正三角形布桩,试问桩间距l是多少?
14、1.求置换率m2)一根砂石桩承担的加固面积A砂石桩截面积Ap3)桩间距l:,例题1:某场地,载荷试验得到的天然地基承载力特征值为120kPa。设计要求经碎石桩法处理后的复合地基承载力特征值需提高到160kPa。拟采用的碎石桩桩径为0.9m,正方形布置,桩中心距为1.5m。1)该复合地基的面积置换率最接近下列哪个值?(A)0.22(B)0.24(C)0.26(D)0.28(E)0.302)此时碎石桩桩体单桩载荷试验承载力特征值至少达到下列哪一个数值才能满足要求?(A)220kPa(B)243kPa(C)262kPa(D)280kPa,1)计算置换率:,2)变换承载力公式:,例题2:对粘性土地基,
15、砂石桩的桩径为600mm,置换率为0.28。1)对等边三角形布桩,其间距最接近下列哪个值?(A)1.0m(B)1.1m(C)1.2m(D)1.3m(E)1.4m2)对正方形布桩,其间距最接近下列哪个值?(A)1.0m(B)1.1m(C)1.2m(D)1.3m(E)1.4m,解答:粘性土地基:一根砂石桩承担的处理面积为:,等边三角形布置,砂石桩间距为:,正方形布置,砂石桩间距为:,4.施工,振密法,沉管法,干振法,振冲挤密法,一.振冲法,振冲法是利用一个振冲器,在高压水流的作用下边振边冲,使松砂地基变密;或在粘性土地基中成孔,在孔中回填碎石等粗粒料形成桩体,并和原来的土构成复合地基的方法。,适用
16、范围,振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基,应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基。对大型的,重要的或场地地层复杂的工程,在正式施工前应通过现场试验确定其处理效果。,问题:碎(砂)石桩的承载力主要决定于:(A)桩身强度(B)桩端土的承载力(C)桩间土的约束力(D)砂石的粒径,问题;振冲碎石桩法适用于处理下列地基土:(A)砂土(B)粉质粘土(C)不排水抗剪强度小于20kPa的饱和粘性土(D)素填土(E)淤泥(F)淤泥质土,问题;碎石桩法和砂桩挤密法加
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