05挤密桩法(0510).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。,7.1 土桩及灰土桩,第一节 概述第二节 加固机理第三节 设计计算第四节 施工工艺,土桩及灰土桩,利用打入刚套管(或振动成管)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
2、填入素土(或灰土、粉煤灰加石灰)后夯实成桩。土桩:孔内分层填入素土后夯实成土桩。灰土桩:孔中分层填入灰土后夯实成灰土桩。二灰桩:孔中分层填入粉煤灰加石灰后夯实成二灰桩。,应用范围 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。不宜应用于 饱和度大于65%,含水量大于23%的地基土 当以消除黄土的湿陷为主时采用土桩;当以提高地基承载力或水稳定性为主时采用灰土桩,土桩及灰土桩,主要特点1、土(灰土、二灰)桩挤密属于横向挤密,但可以使桩 间土达到设计要求的最大密度指标。2、与土垫层相比,无须开挖回填,比换填法缩短工期约一半。3、处理深度可以达到5-15m左右。4、处理造价比较底。,一、
3、挤密作用 桩间土被强制向侧挤压,使桩周围一定范围内的土层密实度提高。孔壁附近,土的密度可以达到甚至超过最大干密度max,即压实系数c大于1。一般压实挤密的影响半径可以达到1.52.0倍桩径。二、灰土性质作用1、灰土桩 石灰与土的比例一般为体积比2:8(或3:7)。灰土混合材料具有水硬性与气硬性。随时间增加,桩体本身强度提高。增加地基强度。2、二灰桩 粉煤灰中含SiO2和Al2O3,与石灰及水混合后生成硅铝酸钙和水硬性胶凝物质,充填于粉煤灰颗粒的空隙中,提高桩体强度。增加地基强度。,加固机理,土桩及灰土桩,一、桩径与桩深 桩距小有利于桩间土的挤密。桩径一般300600mm。桩深一般大于3m,在1
4、215m之间。二、桩距与桩排 桩距设计以桩间土的挤密达到一定的平均密实度为目的,即要求桩间土的最小干密度要大于1.5t/m3,平均压实系数c=0.900.93。为了桩间土能够均匀挤密,一般采用等边三角形布桩。有时为了减少桩数,也采用正方形与梅花形桩。,设计计算,假设按等边三角形布桩(图3-26P61)。桩距为L,排距h。等边三角形ABC范围内天然土的平均干密度,挤密后其面积减少正好是半个圆的面积,而减少了面积的干土密度由于桩孔内土的挤入而增大。由此可以得到:,d桩孔直径(m);L桩间距离(m);h桩排间距离(m);,-地基挤密后,桩间土的平均压实系数,一般取0.93,-地基土挤密前的平均干密度
5、(t/m3)。,dmax桩间土的最大干密度(t/m3);,桩距与桩排,土桩及灰土桩,处理宽度,局部处理时,对非自重湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基,处理面每边超出基础宽度应该不小于0.25b(b为基础短边宽度)且大于0.5m;对于自重湿陷性黄土地基,处理面每边超出基础宽度应该不小于0.75b,且大于1m。整片处理一般用于自重湿陷性黄土地基,处理面每边超出基础宽度应该不小于处理层厚度的一半,且大于2m。,土桩及灰土桩,灰土回填夯实:,填料与压实系数,素土回填夯实:,土桩及灰土桩,对于重大工程,一般用载荷试验的ps曲线来确定承载力。如果曲线中无明显直线段,则土桩挤密地基按s/b=0.010.015
6、,灰土桩按s/b=0.008(为载荷板宽度)所对应的载荷作为处理地基的承载力设计值。对于一般工程可以参照当地施工经验确定。当无经验参照时,对土桩挤密地基承载力不应大于处理前的1.4倍,且小于180kPa;对于灰土桩,基承载力不应大于处理前的2倍,且小于250kPa。,承载力与变形模量,地基变形模量可参照下表,施工工艺,成孔和回填夯实的施工应符合下列要求:(1)成孔施工时,地基土宜接近最优含水量,当含水量低于12 时,宜加水增湿至最优含水量。(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
7、差不得超过设计值的70mm。桩孔深度不应小于设计深度的0.5m。(5)向孔内境料前,孔底必须夯实,然后用素土或灰土在员优含水量状态下分层回填夯实。回填土料一般采用过筛(筛孔不大于 20mm)的粉质糊土,并不得含有有机质的含量;粉煤灰采用含水量为30一50湿粉煤灰,石灰用块灰消解(闷透)34d后并过筛,其粒径不大于5mm的熟石灰。灰土或二灰应拌和均匀至颜色一致后及时回填夯实。(6)成孔和回垣夯实的施工顺序宜间隔进行,对大型工程可采取分段施工。,砂(碎)石桩,1.概述 2.加固机理 3.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
8、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,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193
9、7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
10、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。,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 D
11、iego(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
12、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,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
13、)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,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
14、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
15、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
16、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
17、,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。,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
18、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16kN/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
19、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?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
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