地基處理擠密法培訓(xùn)講義

地基處理

FoundationTreatment河南科技大學(xué)規(guī)劃與建筑工程學(xué)院高笑娟第5章擠密法1、砂樁擠密法(砂樁)(densificationbysandPile)（1）概述砂樁擠密法是用振動(dòng)、沖擊或打入套管等方法，在地基中形成土孔，然后填入中、粗砂，并予以搗實(shí)而形成直徑較大的樁，使地基土在較大的深度范圍內(nèi)得以擠密加固。砂樁法起源于19世紀(jì)30年代的歐洲，用于在海灣沉積軟土上建造兵工廠的地基工程中。當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)樁長為2m，樁徑為0.2m，每根樁承擔(dān)的荷載為10kN。此后，在長時(shí)間內(nèi)由于沒有實(shí)用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，缺少先進(jìn)的施工工藝和施工設(shè)備而影響了它的發(fā)展。

第二次世界大戰(zhàn)以后，砂樁法在前蘇聯(lián)得到廣泛應(yīng)用并取得了較大成就。初期，砂樁采用沖孔搗實(shí)施工法，以后又采用水沖振動(dòng)施工法，其缺點(diǎn)都是質(zhì)量不佳和處理深度較淺。

20世紀(jì)50年代后期，隨著振動(dòng)打樁機(jī)的出現(xiàn)．又采用振動(dòng)式打拔管施工法。隨后日本又研究出振動(dòng)式重復(fù)壓拔管施工法和控制施工質(zhì)量的方法，這些方法的應(yīng)用使砂樁地基處理技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新的水平，使其施工質(zhì)量和施工效率均有顯著提高，處理深度可達(dá)30m左右。我國1959年首次在上海重型機(jī)器廠采用錘擊沉管擠密砂樁法處理地基；1978年又在寶山鋼鐵總廠采用振動(dòng)重復(fù)壓拔管砂樁施工法處理原料堆場地基。這兩項(xiàng)工程為我國在飽和軟弱粘性土中采用砂樁，特別是砂樁地基處理方法積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。近十多年來，砂樁法在我國工業(yè)與民用建筑、交通、水利等工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用。（2）加固原理地基土的土質(zhì)不同，對(duì)砂樁的作用原理也不盡相同1）在松散砂土中的作用①擠密作用；②振密作用2）在軟粘土中的作用①置換作用；②排水作用；（3）砂樁用途1）在松散砂土中，可用于增大相對(duì)密度，防止振動(dòng)液化。2）在軟弱粘性土中，可用于提高地基承載力，加速固結(jié)沉降，改善地基的整體穩(wěn)定性。2、振沖碎石樁（1）概述

振沖碎石樁(振沖法)適用于處理砂土、粉土、粉質(zhì)就土、素填土和雜填土等地基。對(duì)于處理不排水抗剪強(qiáng)度不小于20kPa的飽和粘性土和飽和黃土地基。振沖法對(duì)不同性質(zhì)的土層分別具有置換、擠密和振動(dòng)密實(shí)等作用。對(duì)粘性土主要起到置換作用，對(duì)中細(xì)砂和粉土除置換作用外還有振實(shí)擠密作用。在中、粗砂層中振沖，由于周圍砂料能自行塌入孔內(nèi)，也可以采用不加填料進(jìn)行原地振沖加密的方法。這種方法適用于較純凈的中、粗砂層，施工簡便，加密效果好。

（2）加固機(jī)理1）在松散砂土和粉土地基中的作用擠密作用。單粒結(jié)構(gòu)在松散狀態(tài)時(shí)，顆粒的排列位置是很穩(wěn)定的，在動(dòng)力和靜力作用下會(huì)重新進(jìn)行排列，趨于較穩(wěn)定的狀態(tài)。即使顆粒的排列接近較穩(wěn)定的密實(shí)狀態(tài)，在動(dòng)力和靜力作用下也將發(fā)生位移，改變其原來的排列位置。松散砂土在振動(dòng)力作用下，其體積縮小可達(dá)20％。無論采用錘擊法還是振動(dòng)法，在砂土和粉土中沉入樁管時(shí)，對(duì)其周圍土體都產(chǎn)生根大的橫向擠壓力，樁管將地基中等于樁管體積的砂擠向樁管周圍的土層，使其孔隙比減小，密實(shí)度增加。此即碎石(砂)樁法的擠密作用。

振密作用沉管特別是采用垂直振動(dòng)的激振力沉管時(shí)，樁管四周的土體受到擠壓，同時(shí)，樁管的振動(dòng)能量以波的形式在土體中傳播，引起樁四周土體的振動(dòng)，在擠壓和振動(dòng)作用下，土的結(jié)構(gòu)逐漸破壞，孔隙水壓力逐漸增大。隨著孔隙水壓力的進(jìn)一步增大，達(dá)到等于或大于土中上覆土的自重應(yīng)力時(shí)，土的有效應(yīng)力將為零，土體開始液化成流體狀態(tài)，流體狀態(tài)的土變密實(shí)的可能性較小，如果有排水通道(砂石樁)，土體中的水此時(shí)就沿著排水通道排出地面。隨著孔隙水壓力的消散，顆粒重新排列、固結(jié)，形成新的結(jié)構(gòu)，其密實(shí)度得到提高。在砂土和粉土中振密作用比擠密作用要明顯，是碎石(砂)樁的主要加固機(jī)理。振動(dòng)成樁過程中，一般形成以樁管為中心的“沉降漏斗”，樁徑達(dá)(6—9)d(d為樁直徑)，并形成多條環(huán)狀裂隙?？挂夯饔盟槭?砂)樁法形成的復(fù)合地基，共抗液化作用主要有兩個(gè)方面：①樁間可液化土層受到擠密和振密作用后，土層的密實(shí)度增加，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高，標(biāo)準(zhǔn)貫入錘擊數(shù)的增加，從而提高土層本身的抗液化能力。②碎石(砂)樁在土層中形成良好的排水通道，可以加速擠壓和振動(dòng)作用產(chǎn)生的超孔隙水壓力的消散，降低孔隙水壓力上升的幅度，因而提高樁間土的抗液化能力。

2）在粘性土地基中的作用置換作用碎石(砂)樁齊軟弱熟性土中成樁以后與樁間土共同組成復(fù)合地基，內(nèi)密實(shí)的碎石(砂)樁樁體取代了與樁體體積相同的軟弱土，因?yàn)樗槭?砂)樁的強(qiáng)度和抗變形性能等均優(yōu)于其周圍的土，所以形成的復(fù)合地基的承載力、模量就比原來天然地基的承載力、模量大，從而提高了地基的整體穩(wěn)定性，減小了地基的沉降量。復(fù)合地基承強(qiáng)力增大率與沉降量的減小率均和置換率成正比關(guān)系。排水固結(jié)作用工程實(shí)測資料表明，制樁后樁間土含水量可增加10％，干密度可下降3％，十字板強(qiáng)度比原地基土降低10％—40％。制樁結(jié)束后，一方面原地基土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度逐漸恢復(fù)，另外，在軟粘土中，所制的碎石(砂)樁是粘性土地基中一個(gè)良好的排水通道，碎石(砂)樁可以和砂井一樣起排水作用，大大縮短了土體的橫向排水距離，加快了地基的固結(jié)速度，加速了地基土的沉降穩(wěn)定。擠密樁加固結(jié)果可使有效應(yīng)力增加，強(qiáng)度恢復(fù)并提高，甚至超過原土強(qiáng)度。加筋作用由于碎石(砂)樁的剛度比樁周粘性土的剛度大，而地基中應(yīng)力按材料變形模量進(jìn)行重新分配，因此，大部分荷載將由碎石(砂)樁來承擔(dān)，樁體應(yīng)力和樁間粘性土應(yīng)力之比值稱為樁土應(yīng)力比，一般能達(dá)到2-4。（3）設(shè)計(jì)計(jì)算碎石(砂)樁的設(shè)計(jì)包括樁體材料的選擇，樁體直徑的大小、布樁形式、樁距、樁長的確定，碎石(砂)樁復(fù)合地及穩(wěn)定性驗(yàn)算及地基沉降的計(jì)算。1)加固范圍加固范圍須結(jié)合上部結(jié)構(gòu)的持征、基礎(chǔ)尺寸的大小、基礎(chǔ)的形式、荷載條件和：工程地質(zhì)條件確定。復(fù)合地基的寬度需超出基礎(chǔ)的寬度，一般每邊放寬不少于1—3排樁。當(dāng)用于消除地基液化沉陷時(shí)，每邊放寬不小于處理深度的1／2，并不小于5m；當(dāng)可液化層上覆蓋有厚度大于3m的非液化層時(shí)，每邊放寬不小于液化層厚度的l／2，并不小于3m。2)泡樁體洲材料眨碎石渾(砂方)樁踩樁體廟材料圖可使敘用礫策砂、碎粗砂寶、中敞砂、鄭圓礫匹、角城礫、滾卵石告、碎稀石等兔，也疊可以深粗細(xì)案粒料招以一扯定的行比例裝配合柴使用惜。特夠別是兔在碎蚊石(襖砂)終樁側(cè)貓限作貿(mào)用較陵小的青軟弱野粘性坦土中卷，可膊以使榴用含編有棱構(gòu)角狀筑碎石嶼的混瓜合料瞎，以者增大組樁體罰材料艇的內(nèi)默摩擦炸角。碎石燭(砂躬)填積料中抖含泥棕質(zhì)量臨百分?jǐn)z數(shù)不預(yù)得大支于5幼％，憂并且梁不含鋼有粒授徑大涌于5任0理mm在的顆森粒。3)目樁體妨直徑速碎石絕(砂制)樁依的直裳徑取難決于印施工臨設(shè)備網(wǎng)的能厲力、件處理魚的目誘的和仗地基砍土類惕型等境因素猴。振毯沖樁配直徑守通常千為、鉆可按薄每根京樁所介用填棋料量陡計(jì)算棉，對(duì)狗飽和翻粘性嬸土地灘基應(yīng)祖采用版較大跡的直識(shí)徑，薪采用嫂沉管銀法成圍樁時(shí)呢，碎閣石和趁砂樁常的樁命徑一烤般為灰0.見30蒜-0拜.7尾0摧m。4)抱樁體努長度遣當(dāng)相快對(duì)硬叼層埋頂深不勺大時(shí)羽，樁疼長按饅相對(duì)蹤蝶硬層游埋深猾確定告；當(dāng)長相對(duì)踢硬層春埋探宿較大托時(shí)，滲樁長球按建引筑物覺地基咬變形浩允許誘值確銀定；螺在可鴿液化灰地基彼中，汪樁長麥應(yīng)按推要求賄的抗獅震處褲理深結(jié)度確威定。摩樁長考不宜脆小于肉4.籃0m鐵。5)樁晶位布置棕砂級(jí)石樁的迫平面布朽置形式饅要根據(jù)柿基礎(chǔ)的獻(xiàn)形式確災(zāi)定。對(duì)背大面積骨滿堂基傭礎(chǔ)，樁飲位宜用啞等邊三寇角形布叢置；對(duì)肚獨(dú)立或爬條形基拳礎(chǔ)，樁快位宜用冠正方形氣、矩形引或等腰皂三角形街布置；幫對(duì)于圓批形或環(huán)劣形基礎(chǔ)羅(如油紀(jì)罐基礎(chǔ)槐)，宜枯用放射刃形布置翅。另外，破碎石(室砂)樁偵施工之浩后，樁膀頂1.北0m妻左右長瓦度的樁猾體是松偽散的，然密實(shí)度葛較小，裙此部分螞應(yīng)當(dāng)挖蹦除，或掛者采取宇碾壓或廉夯實(shí)等開方法使壩之密實(shí)捆。然后島再鋪設(shè)躺墊層，茫墊層厚千度30癢0—5錯(cuò)00成mm，6)緣瑞樁孔統(tǒng)間距體的確恨定砂土曾和粉知土地揉基呈考訪慮振食密和孩擠密伸兩種唐作用介，平鼠面布當(dāng)置一暖般為維正三抹角形跨和正秤方形研。三角是形布捏樁時(shí)正方形堤布樁時(shí)式中澤，ξ為考在慮振密沃作用的住修正系鄙數(shù)，當(dāng)他考慮振窮密作用蒜時(shí)，可取ξ筒，不考模慮振密煉下沉作憲用時(shí)，附可取ξ鎖=1.居06）客復(fù)合除地基險(xiǎn)承載截力計(jì)糟算等邊羅三角伍形布賓樁正方礙形布榜樁矩形布花樁間斷投牢料法施糧工連續(xù)齡投料頃法施嗎工一次蒼拔管礦和逐站步拔薯管成酸樁工淡藝單管錘悉擊成樁約工藝重復(fù)拔胸管成樁性工藝芯管密是實(shí)雙管廈法成樁桶工藝內(nèi)擊亮沉管處法制伏樁工葡藝3、市土擠忌密樁慎樁法捷和灰撤土擠專密樁嗎法1）概臨述土擠密棋樁法由劇原蘇聯(lián)泳阿別列西夫教授藝于19店34年刷首創(chuàng)，途并在工存程建設(shè)只中得到換廣泛應(yīng)前用。我國自托20世夾紀(jì)50榨年代中屑期開始開在西北下黃土地庫區(qū)進(jìn)行居土擠密萄樁法的難研究和然應(yīng)用。60年管代中期蒙，西安尖地區(qū)在侄土擠密莊樁法的司基礎(chǔ)上兔成功地朋應(yīng)用了伶灰土擠鍬密樁法拿，并在咸70年云代逐步丸推廣應(yīng)唯用?；彝翑D容密樁法古和土擠婆密樁法爹適用于震處理地滿下水位爛以上的務(wù)濕陷性昂黃土、淋素填土現(xiàn)、雜填含土等地掩基，不論適用于迷地下水斤位以下局使用。障當(dāng)?shù)鼗h土的含裕水量大舊于24慣％、飽拳和度超厲過65覆％時(shí)，里成孔及幫撥管過遮程中，糖樁孔容崖易縮頸幅，樁孔燈周圍容逢易隆起赴，擠密米效果差萍，此時(shí)緊不宜采頃用?；乙送翑D密嘴樁法和彩土擠密存樁法處盡理地基優(yōu)深度一注般為5新—15坦m。若改用于處害理5m泊以內(nèi)土此層，其嘆綜合效勞果不如懲強(qiáng)夯法全、重錘背夯實(shí)法碧以及換喪填墊層餡法。對(duì)高大于1監(jiān)5m的零土層，菌若地下扮水位較涌深，近嘆年來有按采用螺將旋鉆取船土成孔笑，分層晨回填灰捕土，并狂強(qiáng)力夯閱實(shí)，使餐加固深肢度超過濟(jì)20m繁的黃土霜地基加襖固實(shí)例臉。2）加竭固機(jī)理①擠密志作用灰土擠員密樁和填土擠密沸樁的擠始簾作用胃與砂樁蠟類似。血當(dāng)樁的言含水量觸接近最艇優(yōu)含水國量時(shí)，柜土呈塑螞性狀態(tài)頑，擠密協(xié)效果最檔佳；當(dāng)曬含水里任偏低，援土呈堅(jiān)倆硬狀態(tài)雀時(shí)，有偉效擠密花區(qū)變小照；當(dāng)含揪水量過獄高時(shí)，算由于擠局密引起野超孔隙窗水壓力副，土體濱難以擠雁密，且極孔壁附菌近土的恩強(qiáng)度因年受擾動(dòng)呈而降低澆，拔管椒時(shí)容易熱出現(xiàn)縮松頸等情聰況。土亭的天然抽干密度息愈大，愈有效擠蕉密范圍把愈大，誦反之亦敵然。②灰土竄性質(zhì)作始用灰土促樁是刑用石照灰和財(cái)土按殖一定漲體積慮比例誰(2盾：8嚇或3流：7世)拌戰(zhàn)和，琴并在鋼樁孔糖內(nèi)夯疲實(shí)加枝密后治形成美的樁極體。這種材椅料在化最學(xué)性能蒜上具有緊氣硬性勸和水硬估件，由港于石灰猾內(nèi)帶正另電荷鈣蒙離子與棉帶負(fù)電毅荷粘土刪顆粒相詠互吸附藍(lán)，形成技膠體凝霧聚，并堂隨灰土蘇齡期增吃長，土筐休固化員作用提陡高，使望灰土逐役漸增加借強(qiáng)度。唱它可達(dá)暗到擠密賢地基效晴果，提秋高地基卻承載力愛，消除礎(chǔ)濕陷性坦，沉降聚均勻和抖沉降量滿減小。③樁齒體作碑用在灰土農(nóng)樁擠密伶地基中海，內(nèi)于市灰土樁欄的變形依模量遠(yuǎn)倚大于樁丹間土的孟變形量報(bào)(灰土?xí)车淖冃吻∧Ａ繛橼匛＝4差0—2墊00M顏Pa，衣相當(dāng)于爪夯實(shí)素萄土的2荒—10尤倍)，澆故灰土朽樁在復(fù)蘭合地基搬中承擔(dān)悠了很大臂比例的耀荷載。芽載荷試廈驗(yàn)表明下：只占邀壓板面添積約2勉0％的護(hù)灰土樁底承擔(dān)了雅總荷載冠的一半沃左右，偶而占?jí)喊舶迕娣e旨80％駱的樁間想土僅承損擔(dān)了其稻余一半魚。由于扛總荷載錦的一半虎由灰土幫樁承擔(dān)耀，從而通降低了淘基礎(chǔ)底迎面下一胸定深度劑內(nèi)土中甲的應(yīng)力此，消除節(jié)了持力私層內(nèi)產(chǎn)廊生大量票壓縮變贏形和濕嚴(yán)陷變形堵的不利輩因素。重此外，解由于灰月土樁對(duì)簡樁間土升能起側(cè)蹄向約束玻作用，符限制土若的側(cè)向穿移動(dòng)，滿樁間土隸只進(jìn)行末豎向壓卻密，使冊(cè)壓力與播沉降始喪終呈線情形關(guān)系友。3)處溪理范圍①處倒理地致基的之面積弓灰土強(qiáng)擠密曲樁和坐土擠擠密樁活處理靠地基選的面誰積，族應(yīng)大價(jià)于基旋礎(chǔ)或錫建筑塞物底佛層平協(xié)面的依面積脾，并黎應(yīng)符指合下蛋列規(guī)依定：當(dāng)采用秋局部處送理時(shí)，渣應(yīng)超出淘基礎(chǔ)底欠面的寬銳度。對(duì)畝非自重友濕陷性燥黃土、煩素填土侄和雜填潛土等地播基，每喜邊不應(yīng)罷小于基宮底寬度且的0.墻25倍衰，并不咱應(yīng)小于轟0.5偏0m；聚對(duì)濕陷翻性黃土術(shù)地基，確每邊不滔應(yīng)小于孫基底寬即度的0競.75激倍，并杏不應(yīng)小客于1.類Om清。當(dāng)采記用整氣片處境理時(shí)螞，應(yīng)忽超出遷建筑仰物外魔墻基違礎(chǔ)底伐面外駁緣的射寬度膏，每精邊不療宜小定于處妹理土刮層厚怒度的畏l／羽2，趟并不踐應(yīng)小外于2胞m。4)蔽處理紙地基餓的深世度在自重春濕陷性吐黃土場梳地，應(yīng)鍋處理基吉礎(chǔ)以下賀的全部寇濕陷性典土層；取非自重佩濕陷性壁黃土場起地，應(yīng)層將基礎(chǔ)違下濕陷吸起始?jí)哄X力小于羨附加壓清力與上糊覆土的棍飽和自呼重壓力烏之和的誘所有土欺層，進(jìn)麻行處理沖或處理衰至基礎(chǔ)舍下的壓抵縮層下酬限為止頸。消除地格基部分片濕陷量察，適用途于乙類簡建筑，測其最小簽處理厚羅度應(yīng)符惕合下列身要求：攻在自重響濕陷性橡黃土場序地，不偶應(yīng)小于蠢濕陷性狡土層厚蘿度的2吐／3，排并應(yīng)控之制剩余著濕陷量趴不大于要20c插m；在輝非自重圖濕陷性多黃土場威地，不鳳應(yīng)小于欲壓縮層腫厚度的墻2／3雹。5)貴樁孔瘡布置斑原則布樁方凡式主要迎取決于燙基礎(chǔ)形低式和基怒礎(chǔ)尺寸職，不同徑布樁方笛式對(duì)樁毒的置換要作用無份影響，欠但對(duì)樁坐間土的桐擠密作母用有影淚響。布仇樁重復(fù)番擠密面頓積對(duì)比謎分析如淡下圖所俯示，如芒正三角棋形布樁爺重復(fù)擠飾密面積握為21揪％，而聽正方形海布樁為綱57％稍?？梢妿ぃ谡纹A(chǔ)板下設(shè)計(jì)邀擠密樁情時(shí)，宜左優(yōu)先采偶用正三害角形布瞇樁。布樁胸重復(fù)唱擠密純面積捕對(duì)比腫分析不同基濟(jì)礎(chǔ)的布暗樁方式慰選擇6)沃樁徑辦、樁微間距較、排輩距的嬌確定①樁孔里直徑張樁孔碗直徑宜拿為30旅0-6埋00m娛m，沉攤管法的按樁管直郵徑多為銷400社mm?？h設(shè)計(jì)樁央徑時(shí)，棍應(yīng)根據(jù)銹當(dāng)?shù)爻ｋH用設(shè)備擾規(guī)格、毒型號(hào)或蓬成孔方飛法選用差。②樁孔坐間距賄樁孔沈宜按等餓邊三角僻形布置融，樁孔要之間的脂中心距按離可為木樁孔直笨徑的2秩.0—央2.5尤倍，也準(zhǔn)可按下最式估算則：對(duì)于填偷土地基摸，其干繡密度變沖化較大葡，可用傾下式計(jì)穗算樁間宿距：③樁孔賠排距樁孔枕間距菠確定婚以后攀，可農(nóng)計(jì)算肅樁孔仗排距膛。等葉邊三駱角形竹布樁喬，l栽=0灰.8梯7s桑，正劇方形歪布樁臭，l腦=s舅。7）填熊料和壓閱實(shí)系數(shù)當(dāng)用值素填勉土回株填時(shí)λc拜≥0丹.9耀5；對(duì)當(dāng)用蛾灰土終回填戰(zhàn)時(shí)，λc