挤密桩法学习.pptx

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1、1 1）按桩体填充材料分类 （1）碎石（砂）桩法 （2）石灰桩法 （3）土或灰土挤密桩法 挤密桩法的分类 2）按施工方法分类 （1）振冲挤密桩法 （2）沉管挤密桩法（包括振动挤密成桩法和冲击挤密成桩法。）（3）爆破挤密桩法第1页/共93页2 挤密桩法的作用机理 1）侧向挤密作用 2）振密作用 3）置换作用 4）排水固结作用 5）化学加固作用 挤密桩的桩体材料具有一定的活性，在特定条件下发生复杂的胶凝反应、离子交换、碳酸化反应，提高土体的强度。对于砂性土，侧向挤密振密（或振密）作用占主导地位；对于粘性土，以置换作用为主，桩体与桩间土形成复合地基。第2页/共93页挤密桩法的施工 成孔应按设计要求、

2、成孔设备、现场土质和周围环境等情况，选用沉管（振动、锤击）或冲击等方法。成孔时，地基土宜接近最优含水量，当土的含水量低于12时，宜对拟处理范围的土层进行增湿。应于地基处理前4-6天，将需增湿的水通过一定数量和一定深度的渗水孔，均匀的浸入拟处理范围内的土层中。铺设灰土垫层前，应按设计要求将桩顶标高以上的预留松动土层挖除或夯密实。施工过程中，应有专人监理成孔及回填夯实的质量，并应做好施工记录。如发现地基土质与勘察资料不符，应立即停止施工，待查明情况或采取有效措施处理后，方可进行施工。雨季或冬季施工，应采取防雨或防冻措施，防止灰土或土料受雨水淋湿或冻结。3第3页/共93页挤密桩法的质量检验成桩后，应

3、及时抽查检验灰土挤密桩复合地基的质量。对一般工程，主要应检验施工记录、检测全部处理深度内桩体和桩间土的干密度，并将分别换算到平均压实系数和平均挤密系数。对重要工程，除检验的数量对一般工程不应少于桩总数的1，对重要工程不应小于桩总数的1.5。灰土或土挤密桩复合地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。检验数量不应少于桩总数的0.5，且每项单体工程不应小于3点。4第4页/共93页57.2 碎石桩和砂桩概念及其发展过程 振动水冲法是1937年由德国 Johann Kell（凯勒）公司设计制造出的具有现代振冲器雏形的机具，用于处理柏林一幢建筑物的7.5m深的松砂地基，结果将砂基的承载力提高了一

4、倍，相对密度由原来的45%提高到80%，取得了显著的加固效果。随后，Kell 公司大力推广这一方法，在国内外进行了一大批砂基挤密工程，取得了丰硕的实践经验。我国应用振冲法始于1977年，30多年来，在坝基、道路、桥梁、工业与民用建筑地基处理中，振冲法均已得到了广泛的应用。因振冲碎石桩有泥水污染环境，在城市和已有建筑物地段的应用受到限制，且有软化土的作用。从20世纪80年代开始，各种不同的施工工艺相应产生，如锤击法、振挤法、干振法、沉管法、振动气冲法、袋装碎石法、强夯碎石桩置换法等。第5页/共93页6 20世纪50年代，砂桩在国内外才得以迅速发展，施工工艺才逐步走向完善和成熟。在20世纪50年代

5、末，日本成功研制了振动式和冲击式的砂桩施工工艺，并采用了自动记录装置，大大提高了施工质量和施工效率，处理深度也有较大幅度的增大，由原来的6m增加到30余m。砂桩技术自20世纪50年代引进我国后，在工业及民用建筑、交通、水利等工程建设中均得到应用。碎石（砂）桩法的施工工艺呈多样化发展，如沉管、锤击、振挤、干振、振动气冲、袋装碎石、强夯置换法等。采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩称为振冲碎石桩（或湿法碎石桩）；采用无水冲工艺（如干振、振挤、锤击等）制成的桩为砂石桩（或干法碎石桩）。第6页/共93页7 适用范围 振冲碎石桩（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

6、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。振冲法对不同性质的土层分别具有置换、挤密和振动密实等作用。对粘性土主要起到置换作用，对中细砂和粉土除置换作用外还有振实挤密作用。第7页/共93页8 砂石桩法适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严工程也可采用砂石桩置换处理。砂石桩法也可用于处理可液化地基。砂石桩用于处理松散砂土和塑性指数不高的非饱和粘性土地基，其挤密（或振密）效果较好，不仅可以提高地基的承载力、减少地基的固结沉降，而且可以防止

7、砂土由于振动或地震所产生的液化。第8页/共93页9 加固机理1）在松散砂土和粉土地基中的作用（1）挤密作用 松散砂土在振动力作用下，其体积缩小可达20。第9页/共93页10（2）振密作用（3）抗液化作用 桩间可液化土层受到挤密和振密作用。土层的密实度增加，结构强度提高，表现在土层标贯击数的增加，从而提高土层本身的抗液化能力。碎石（砂）桩的排水通道作用。碎石（砂）桩为良好的排水通道，可以加速挤压和振动作用产生的超孔隙水压力的消散，降低孔隙水压力上升的幅度，因而提高桩间土的抗液化能力。第10页/共93页112）在粘性土地基中的作用 （1）置换作用 （2）排水固结作用 （3）加筋作用 （4）垫层作用

8、 如果软弱土层较厚，则桩体不可能穿透整个土层，此时，加固过的复合桩土层能起到垫层作用，垫层将荷载扩散，使扩散到下卧层顶面的应力减弱并使分布趋于均匀，从而提高地基的整体抵抗力，减小其沉降量。第11页/共93页12 设计计算1）一般原则（1）加固范围 应超出基础的宽度，每边放宽不少于13排桩；消除地基液化沉陷时，每边放宽不小于处理深度的12，并不小于5m。当可液化层上覆盖有厚度大于3m的非液化层时，每边放宽不小于液化层厚度的12，并不小于3 m。（2）桩体材料 砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等。碎石（砂）填料中含泥量不得大于5，并且不含有粒径大于50mm颗粒。（3）桩体直径 振冲桩直径通

9、常为0.81.2m，对饱和粘性土地基应采用较大的直径。沉管法成桩时，碎石和砂桩的桩径一般为0.300.70m.（4）桩体长度 当相对硬层埋深不大时，应按相对硬层埋深确定；当相对硬层埋深较大时，按建筑物地基变形允许值确定；在可液化地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定。桩长不宜小于4.0m。第12页/共93页13（5）桩位布置 大面积满堂处理，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。圆形或环形基础（油罐基础）放射形布置。a）正方形 b）矩形 c）等腰三角形 d）放射形 碎石（砂）桩施工之后，桩顶1.0m左右长度的桩体密实度较小，此部分应当挖除，或者使之密实。然

10、后再铺设垫层，垫层厚度300500mm，垫层应分层压实。垫层材料选用中、粗砂或砂与碎石的混合料。第13页/共93页142）桩孔间距的确定（1）砂土和粉土地基 a）正方形 b）正三角形 c）加密效果桩距计算示意图正三角形布置：正方形布置：第14页/共93页15（2）粘性土地基 只考虑置换作用时，正三角形布桩，一根砂桩的处理面积Ae为：正方形布置时：第15页/共93页163）复合地基承载力计算第16页/共93页17 对小型工程的粘性土地基如无现场载荷试验资料，初步设计时复合地基的承载力特征值也可按下式估算：Su为桩间土的十字板抗剪强度，可用处理前地基土十字板抗剪强度代替；复合地基的承载力特征值经验

11、法（kPa）：第17页/共93页184）复合地基沉降计算（1）分层总和法（2）沉降折减法第18页/共93页19 5）稳定分析第19页/共93页20施工技术1)振冲法第20页/共93页21 原理：起重机吊起振冲器启动潜水电机后，带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷射高压水流，在边振边冲的联合作用下，将振冲器沉到土中的设计深度。经过清孔后，就可从地面向孔中逐段填人碎石，每段填料均在振动作用下被振挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器，如此，重复填料和振密，直至地面，在地基中形成一根大直径的和很密实的桩体。四大部分：电动机振动器通水管减振器 及导管第21页/共93页22第2

12、2页/共93页23（1）施工机具及配套设备 振冲法施工主要机具有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。表表7.1 我国振冲器主要技术指标我国振冲器主要技术指标第23页/共93页24（2）施工前准备 收集资料 熟悉技术文件 放线布桩 做好三通一平：确保水通、电通和料通，整平好场地。现场布置（3）确定施工顺序 a）由里向外方式 b）一边推向另一边方式c）间隔跳打方式 d）邻近建筑物的施工顺序第24页/共93页25就就位；位；成孔；成孔；清孔；清孔；填料；填料；振密加固；振密加固；成桩。成桩。振冲法施工顺序示意图振冲法施工顺序示意图第25页/共93页26（4）选

13、择填料的方式 振冲法填料的方式有间断填料法、连续填料法、综合填料法、先护壁后制桩法和不加填料法等。对准桩位；振冲成孔；振冲器提出孔口，孔内填第一次料（每次填料高度限制0.81.0m高）；将振冲器再放人孔内将桩料振实，达到“密实电流”为止；重复、步骤，直到整根桩制作完成 间断填料法制桩步骤间断填料法 第26页/共93页27连续填料法 对准桩位；振冲成孔；振冲器孔底留振；从孔口填料，边填边振，达到“密实电流”；上提振冲器（约0.30.5m）继续振密、填料，达到“密实电流”值；重复步骤，直到1根桩制作完成 连续填料法制桩步骤第27页/共93页28 就位；成孔；清孔；填料；振密加固；成桩。综合填料法

14、第一次填料，采用间断填料法，即成孔后将振冲器提出孔口，填一次料后，然后下降振冲器，使填料振密，之后，就采用连续填料法。先护壁后制桩法 不加填料法 第28页/共93页29（5）施工步骤及注意事项 振冲定位 吊机起吊振冲器对准桩位，开启供水泵，水压200600kPa、水量200400Lmin，待振冲器下端喷水口出水后，开动电源，启动振冲器，检查水压、电压和振冲器的空载电流是否正常。振冲成孔 下放振冲器，使其以0.52mmin的速度徐徐贯人土中，保持振冲器呈垂直状态。下沉中的电流值不得超过电机的额定电流值。在开孔过程中，要记录振冲器各深度的电流值和时间。若孔口不返水，应加大供水量，并记录造孔速度及返

15、水的情况。留振时间和上拨速度 当振冲达到设计深度后，振冲密实法，留振30s。如遇中部硬夹层，应适当通孔，每深入1m应停留扩孔510s，达到深度后，振冲器再往返12次进行扩孔。对连续填料法振冲器留在孔底以上3050cm准备填料；间断填料法可将振冲器提出孔口，提升速度可在56mmin。对振冲置换法成孔后要留有一定时间清孔。第29页/共93页30 清孔 把振冲器提出孔口（或需清孔的位置），然后重复、步骤12遍；借助于循环水使孔内泥浆变稀，清除孔内泥土保证填料畅通，最后，将振冲器停留在加固深度以上3050cm处准备填料。填料 无论采用何种填料方法，填料中都要求保证振实振密。密实电流由现场制桩确定或按经

16、验估算。填料过程中，以12m/min速度提升振冲器，并观察振冲器电机电流变化，记录每次提升高度、留振时间和密实电流。制桩结束 制桩加固至桩顶设计标高以上时，先停止振冲器运转，再停止供水泵。第30页/共93页31 水压水量的控制：水量要充足，但过多会造成塌孔；水压：土强度一般，取小值；高则取大值；成孔时，水量水压尽可能大，但要注意地层土的保护；填料振密时，水压水量宜取小值。密实电流和留振时间的控制：密实电流限定值应根据现场制桩试验确定；粘性土地基中的留振时间为1020秒。密实电流值、瞬时电流值和稳定电流的关系。（6）质量控制措施第31页/共93页32 加料宜“少吃多餐”，即要勤加料，每批不宜太多

17、。制桩时孔底部分多填料的原因：开始加的料一部分被粘在孔壁上；成孔过程中水压水量控制不当，可能造成超深；孔底有局部软弱土层，造成填料超常。填料量控制：填料量控制：第32页/共93页33 （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。质量检验：质量检验：第33页/共93页342）振动沉管法（1）一次拔管法 一次拔管和逐步拔管成桩工艺第34页/共93页35 成桩工艺

18、步骤：与一次拔管法步骤相同。逐步拔管，边振动边拔管，每拔管50cm，停止拔管而继续振动，停拔时间1020s，直至将桩管拔出地面。质量控制要求：桩身的连续性和密实度。桩的直径，要按设计要求数量投加砂石料。（2）逐步拔管法第35页/共93页36（3）重复压拔管法 重复压拔管法施工质量控制：桩身的连续性。桩的直径。桩体密实度。桩管每提高100cm，下压30cm，然后留振1020s时间。振动沉管法每根桩的灌砂（或碎石量）按下式计算：第36页/共93页37也可按下式计算：第37页/共93页38（1）单管成桩法 单管锤击成桩工艺成桩工艺步骤：桩管垂直就位 启动蒸汽桩锤或柴油桩锤将桩管打入土层至设计深度。从

19、加料漏斗向桩管内灌入砂石料。可分两次灌入，第一次灌总料量2/3或灌满桩管，上拔桩管，第二次加够所需砂石料。按规定拔管速度拔出桩管。3）锤击法第38页/共93页39 单管锤击法成桩质量控制要求如下：桩身连续性 桩身的连续性用拔管速度来控制。拔管速度根据试验确定。一般土质条件下，拔管速为1.53.0m/min。桩的直径 用灌砂石量来控制桩的直径。灌砂石量没有达到要求时，可在原位再沉入桩管投料（复打）一次，或在旁边沉管投料补打1根桩。第39页/共93页40（2）芯管密实双管成桩法 芯管密实双管法成桩工艺第40页/共93页41 就位；制塞；沉管；穿塞；制桩；形成桩体。（3）内击双管锤击法 内击沉管法制

20、桩工艺第41页/共93页42制桩深度控制 非承托桩（设计桩底仍在软弱土中，又称浮桩或悬挂桩），主要按设计桩长控制；承托桩（设计桩底深入下卧好土0.51.0m），除参考预定桩长和地质剖面图外，应根据最后0.51.0m的沉管贯人度进行控制。桩体质量控制 一是投石量控制法;二是单体冲击能控制法，即在分段填冲过程中控制单位体积碎石填料所应接收的冲击能最低量值。第42页/共93页43 质量检验 1）载荷试验 有单桩复合地基载荷试验和多桩复合地基载荷试验两种。2）室内土工试验 通过地基处理前后桩间土的物理力学性质指标的变化来验证处理的效果。试验项目有含水量、重度、孔隙比、压缩模量和抗剪强度指标值等。3）静

21、力触探和标准贯入试验 4）波速试验 5）其他专门测试 针对不同目的，有超孔隙水压力、复合地基应力分布和桩土应力比等。第43页/共93页44 工程应用实例【例1】京珠高速公路广琼东段灵山试验路，过渡路段采用碎石桩处理软基。1）工程地质条件 灵山试验路地基白上而下土层为：耕植土：厚01.2m，cu=20kPa；淤泥：厚1.214.0m，w=70，Es1.2MPa，cu=68kPa；粗砂夹淤泥：厚14.019.0m，cu40kPa，Es3.3MPa；淤泥质亚粘土：厚19.028.0m，w=52，Es1.5MPa，cu=17kPa；28.0m以下，弱风化粘上层。2）振冲碎石桩的设计（1）设计参数加固范

22、围：自桥头起25m长（K23941.28966.28），宽与路基底同。桩长：桩长取15m。布桩形式：按等边三角形布桩。桩距、桩径：碎石桩的沉降量介于桥台与路基之间，为更好地发挥缓冲区的作用，采取了变间距设计，靠近桥头15m内，桩间距为1.5m，靠近路基l0m范围内，桩间距为1.8m。实际成桩直径平均达1.1m。第44页/共93页45（2）承载力验算桩间距为1.5m时:桩间距为1.8m时:（3）压缩模量计算桩间距为1.5m时:桩间距为1.8m时:碎石桩区的设计标高为5.0m，荷载为110kPa。第45页/共93页463）处理效果检验 荷载试验承载力特征值取s/b0.02对应的荷载。复合地基承载力

23、提高了3.8倍，达到160kPa。加固效果显著。4）沉降分析计算结果与实测数据接近。为减小过大沉降，可适当增加碎石桩的桩长。表表7.2 碎石桩实测数据碎石桩实测数据表表7.3 碎石桩荷载试验成果碎石桩荷载试验成果第46页/共93页477.3 石灰桩 石灰桩概念与适用范围 以生石灰为主要固化剂与粉煤灰或火山灰、炉渣、矿渣、粘性土等掺合料按一定的比例均匀混合后，在桩孔中经机械或人工分层振压或夯实所形成的密实桩体。石灰桩与经改良的桩周土共同组成石灰桩复合地基。在生石灰块中掺人粉煤灰所形成的桩被称为“二灰桩”，掺入砂子的桩被称为“石灰砂桩”。石灰桩径200400mm，桩长不超过35m。但在日本加固深度

24、可达60m，成柱直径8001750mm。按用料和施工工艺将石灰桩可分为以下三大类：（1）石灰桩法（石灰块灌人法）可在生灰块中掺人粉煤灰和火山灰，配合比8 2或7 3。（2）石灰柱法（粉灰搅拌法）是粉体喷射搅拌法的一种，所用的原材料是石灰粉。（3）石灰浆压力喷注法采用压力将石灰浆或石灰粉煤灰（二灰）浆喷射注于地基土的孔隙内或预先钻进桩孔内，使灰浆在地基土中扩散和硬凝，形成网状结构层。第47页/共93页48适用范围：石灰桩法适用于处理饱和粘性土、淤泥、淤泥质土、素填土和杂填土等地基；用于地下水位以上的土层时，宜增加掺合料的含水量并减少生石灰用量，或采取土层浸水等措施。采用石灰桩法，可提高地基的承载

25、力，减少沉降量，提高稳定性。石灰桩的发展石灰桩的发展 我国将石灰作为建筑材料利用，始于距今五、六千年前的仰韶文化时我国将石灰作为建筑材料利用，始于距今五、六千年前的仰韶文化时期。西方最早的石灰窖大约建于公元前期。西方最早的石灰窖大约建于公元前2000年，几乎所有古代文明的民族年，几乎所有古代文明的民族都懂得烧制石灰。在古代，石灰加固地基采用的是浅层方式，用作路基、都懂得烧制石灰。在古代，石灰加固地基采用的是浅层方式，用作路基、墙基和垫层，或者将石灰块投入土中浅孔中捣实。墙基和垫层，或者将石灰块投入土中浅孔中捣实。我国于我国于1953年开始对石灰桩进行了研究年开始对石灰桩进行了研究。20世纪世纪

26、70年代，日本、美国、瑞典、前苏联、法国、联邦德国等国相年代，日本、美国、瑞典、前苏联、法国、联邦德国等国相继开展了石灰桩处理软土地基的研究，并广泛应用于道路、铁路、地铁、继开展了石灰桩处理软土地基的研究，并广泛应用于道路、铁路、地铁、填筑软地基等加固工程。填筑软地基等加固工程。石灰桩法具有增加土反应、节约用灰和加固深度大、机械化施工程度石灰桩法具有增加土反应、节约用灰和加固深度大、机械化施工程度高等特点，成为国外应用最广的石灰处理地基的方法。高等特点，成为国外应用最广的石灰处理地基的方法。第48页/共93页49 石灰桩加固机理石灰桩加固机理CaO+H2O=Ca(OH)2 1、反应过程吸水 一

27、、石灰桩反应及特征（1 1）CaOCaO水化吸水。水化吸水。（2 2）水水化化后后的的熟熟石石灰灰处处于于干干燥燥状状态态，也也吸吸收收一一部部分分水水分分；（3 3）约约束束压压力力增增大大，吸吸水水量量减减小小，50kPa50kPa围围压压下下，1kgCaO1kgCaO吸水吸水0.80.80.9kg0.9kg。第49页/共93页503、体积显著增大 CaOCaO水化生成水化生成Ca(OH)Ca(OH)2 2后，固相体积比后，固相体积比CaOCaO固相体积增大固相体积增大99%99%，将近一倍。，将近一倍。2、生石灰的水化反应为放热反应生石灰在水化过程中，要产生热量，生石灰在水化过程中，要产

28、生热量，1kg1kg的的CaOCaO能放出能放出11601160焦耳的热量，热量使地基土温度升高，产生汽化脱焦耳的热量，热量使地基土温度升高，产生汽化脱水现象，降低地基土的含水量，从而减少土的孔隙比。水现象，降低地基土的含水量，从而减少土的孔隙比。第50页/共93页51 加固机理（一）桩间土作用（1）成孔挤密（2）膨胀挤密 生石灰吸水膨胀，使桩间土产生挤压力。生石灰愈细，膨胀就愈小。自然状态下熟化后其体积增到原来的1.53.5倍。（3）脱水挤密 软粘土的含水量一般为40%80%，1kg生石灰的消解反应要吸收0.32kg的水。实测桩土的温度在50C以上，使土产生一定的汽化脱水。振动沉管法对桩间土

29、体有振动沉管法对桩间土体有挤密作用挤密作用。但对于饱和软粘土，会造成土体结。但对于饱和软粘土，会造成土体结构的破坏，成桩后使构的破坏，成桩后使地面隆起地面隆起，所以用人工成孔法或钻孔施工方法成孔。，所以用人工成孔法或钻孔施工方法成孔。成孔后灌入生石灰后吸水膨胀，使桩间土受到强大的挤压力，这对桩间成孔后灌入生石灰后吸水膨胀，使桩间土受到强大的挤压力，这对桩间土的挤密起主导作用。土的挤密起主导作用。CaOCaO水化反应要吸收较多的水并产生水化反应要吸收较多的水并产生升温汽化现象升温汽化现象，使地基中的含水量下，使地基中的含水量下降，孔隙比（降，孔隙比（e e）减小，桩间土抗剪强度）减小，桩间土抗剪

30、强度f f提高，一般提高提高，一般提高15%15%20%20%。第51页/共93页52（4）胶凝作用水化产物对土颗粒产生胶结作用，从而使土聚集，体积增大，并趋于紧密。水化产物对土颗粒产生胶结作用，从而使土聚集，体积增大，并趋于紧密。第52页/共93页53（二）桩身 生生石石灰灰桩桩具具有有一一定定的的强强度度和和刚刚度度，可可以以提提高高地地基基的的承承载载力力和和改改善善地地基基的变形特征。的变形特征。上覆压力越大，龄期上覆压力越大，龄期越长，桩身强度越高越长，桩身强度越高上覆压力上覆压力抗抗压压强强度度上覆压力上覆压力膨胀率膨胀率龄龄期期抗抗压压强强度度桩身强度和膨胀率即吸水量有关，吸水量

31、过大，会导致桩自身的软化桩身强度和膨胀率即吸水量有关，吸水量过大，会导致桩自身的软化第53页/共93页54（三）复合地基作用 复合地基承载力由三部分组成桩身强度、桩间土、桩周硬壳层桩身强度、桩间土、桩周硬壳层 硬壳层的形成需要一个长期的过程，设计时一般不作考虑而作为安全储备。硬壳层的形成需要一个长期的过程，设计时一般不作考虑而作为安全储备。石灰桩复合地基桩土应力比一般为应力比一般为2.52.55.05.0对石灰桩复合地基的要求对石灰桩复合地基的要求 既能把桩周土中的水吸干，既能把桩周土中的水吸干，又能防止桩自身的软化。又能防止桩自身的软化。在采取了防止桩身软化措施后，桩身可以有较高的强度在采取

32、了防止桩身软化措施后，桩身可以有较高的强度,抗压强度在抗压强度在400500kPa,因此在复合地基中起主导作用。因此在复合地基中起主导作用。第54页/共93页55 设计计算1）桩体掺合料配合比 生石灰与掺合料的体积比可选用1:1 或1:2，对于淤泥、淤泥质土等软土可适当增加生石灰用量，桩顶附近生石灰用量不宜过大。当掺石膏和水泥时，掺加量为生石灰用量的3%10%。2）桩径、桩距及布桩 石灰桩成孔直径300400mm，可按等边三角形或矩形布桩，桩中心距可取23倍成孔直径。石灰桩可仅布置在基础底面下，当基底土的承载力特征值小于70kPa 时，宜在基础以外布置12排围护桩。第55页/共93页56 3）

33、桩长 加固目的是为了减少沉降，或为解决深层滑动问题，需较长的桩。采用洛阳铲成孔，桩长不宜超过6m；机械成孔管外投料时，桩长不宜超过8m；螺旋钻成孔及管内投料时可适当加长。4）承载力计算灰桩在软土中桩身强度多在0.31.0MPa之间,强度较低。复合地基承载力特征值不宜超过160kPa。第56页/共93页57第57页/共93页585）沉降计算石灰桩复合土层压缩模量宜通过桩身及桩间土压缩试验确定，初步设计时可按下式估算：第58页/共93页59 施工技术 1）材料选用 石灰材料应选用新鲜生石灰块，有效氧化钙含量不宜低于70%，粒径不应大于70mm，含粉量（即消石灰）不宜超过15%。掺合料应保持适当的含

34、水量，使用粉煤灰或炉渣时含水量宜控制在30%左右。2）施工顺序 在加固范围内施工时，先外排再内排；先周边后中间；单排桩应先施工两端后中间，并按每间隔12孔的施工顺序进行，不允许由一边向另一边平行推移。如对原建筑物地基加固，其施工顺序应由外及里地进行；如临近建筑物或紧贴水源边，可先施工部分“隔断桩”将其施工区隔开；对很软粘性土地基，应先在较大距离打石灰桩，过28d后再按设计间距补桩。第59页/共93页60 3）成孔方法可采用洛阳铲或机械成孔。机械成孔分为沉管、冲击、螺旋及爆破成孔等。（1）沉管法：沉孔最大深度不超过8m。（2）冲击法：用冲击钻机将0.63.2t锥形钻头提升0.52.0m高度后自由

35、落下，反复冲击，使土层成孔。孔径大，孔深不受限制。（3）螺旋钻进法：桩孔深度不受设备限制。（4）爆破法：其成孔工艺简便，不需要打桩机械，适用于缺少施工机械的建筑工程场地。可分为药眼法和药管法两种施工法。a 药眼法。此法适用于含水量不超过22%的土层。b 药管法。此法适用于含水量较大土层。第60页/共93页61 4）成桩工艺可采用管外投料法、管内投料法、挖孔投料法成桩。（1）管外投料法管外投料法成桩工艺流程1.堆放桩料 2.成下段孔 3.堆填桩料 4.成下段孔 5.填料 6.夯实成下桩身 7.填料 8.夯实 9.封顶第61页/共93页62管外投料法施工要点：灌料量控制 当掺合料为粉煤灰和煤渣时，

36、桩料干密度达到1011kNm3，可保证桩身密实度。确定灌料量时，将计算乘以1.4的压实系数（施工充盈系数）作为每延米灌料量。设计桩径为桩管直径的1.21.4倍，当桩管直径较大时，由于反插后拔管较大，要防止造成拔管困难。打桩顺序 应尽量采用封闭式打法，即从外圈向内圈施工。能以桩身重量增加覆盖压力，减少地面隆起。为避免生石灰膨胀引起邻近孔的塌孔，宜间隔施打。第62页/共93页63（2）管内投料法 与振动沉管施工法类似，管内投料施工适用于地下水位较高的软土地区，不易形成桩回淤而导致的桩身缩颈、断裂等现象。（3）挖孔投料法 利用洛阳铲，人工成孔，投料夯实。待挖孔验收合格后，用小型污水泵将孔内水排干。桩

37、材每次拌合量为0.30.4m桩长用料量，拌均匀后灌人孔内，夯击密实。工艺流程：定位十字镐、钢钎或铁锹开口工人洛阳铲成孔孔径、孔深检查孔内抽水孔口拌和桩料下料夯实再下料再夯实封口填土夯实。第63页/共93页64 提高石灰桩复合地基承载力途径1）提高桩身强度的方法 （1）增加桩身的约束力，限制膨胀 采用灰土、素土、低标号混凝土以及其他不透水材料压实封顶，利用施工机械前进式的打桩顺序等均可增加限制膨胀力的上覆压力；保证填筑石灰的干密度为11.6kNm3，膨胀时压力能达到50kPa，则石灰桩吸水膨胀后的干密度能保持在8.88.9kNm3，能保证桩身不出现“软心”，并具有一定桩身强度。（2）桩身掺加活性

38、材料 主要是高硅质材料，如火山灰、粉煤灰等，实际工程中多用粉煤灰。如果同时再掺加一些石膏、水泥或铁粉，效果可能更佳。第64页/共93页652）改善桩间土加固效果的措施（1）采用优质生石灰是改善桩间土加固效果的首要措施。（2）增加石灰的置换率。常用的置换率在11115之间。（3）在置换率相同的情况下，采取“细而密”的布桩方案，大大缩短桩间土的固结排水路径，有利于桩间土的改善。（4）在高含水量的软土中设置排水砂井等。质量检测 施工检测宜在施工710d后进行；竣工验收检测在施工后28d后进行。施工检测可采用静力触探、动力触探或标准贯入试验。检测部位为桩中心及桩间土，每两点为一组。检测组数不少于总桩数

39、的1%。基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。载荷试验数量宜为地基处理面积每200m2左右布置一个点，每一单体工程不应少于3 点。第65页/共93页超轻质料填土法EPS(Expanded Polystyrence Sheet)，聚苯乙烯板块，亦称为泡沫苯乙烯。它是以石油为原料，经加工提炼出苯和乙烯合成，又经脱氧处理后可得到苯乙烯，再经聚合反应生成聚苯乙烯，然后添加发泡剂而形成。根据发泡剂添加方式的不同，可生产出不同类型的EPS材料。EPS材料有如下特点：（1）超轻质性 这是土重度的1/501/100。轻质性的应用核心在于减轻荷载。在填方工程中，可以减轻上部荷载，在挡土墙中可以减轻侧压

40、力。在以下工程领域可广泛使用：1）作为公路软基路段的新建或扩建路堤填筑材料，减荷可降低工后沉降和不均匀沉降；2）山区古滑坡路段的路堤填筑：通过换填减荷，不改变古滑坡的应力环境，避免新建路堤增加滑坡体荷重使之出现再次滑动失稳；3）地下结构工程覆土过重时，通过EPS材料减荷以满足结构设计要求；4）应用于岩溶区或采空区的路堤填筑，可确保路堤安全。66第66页/共93页（2）耐压缩性 EPS材料抗压强度约为100350kPa，变形模量一般为2.511.5kPa。EPS材料用于填方工程具有较大的刚度和强度，是砌筑和填方的良好材料。（3）自立性 EPS超轻质填料的自立性比较好，可减小填筑路堤的占地面积。（

41、4）耐水性 由于是合成树脂泡沫，具有憎水性，不易吸水。（5）化学特性 1）耐热性：只要以一定土厚加铺覆盖，若地面发生火灾，对地面以下的EPS影响就很小。阻燃型EPS离开火源后，在3s内自行熄灭。2）不受微生物、细菌、酵素、白蚁的侵入。3）对酸碱有较好的抗化学性。4）对于芳香族碳化氢、卤族碳化氢、酮类等矿油系药品有易溶解的性质。5）在紫外线下会老化。（6）施工方便 切割容易，方便。质轻，人工搬运、叠砌很方便。（7）价格昂贵 在我国主要用于事故补救，在新建工程中应用较少。67第67页/共93页68 工程应用实例【例2】华东某县供电局食堂石灰桩地基处理工程 1）工程概况及地质条件 建筑面积1201m

42、2，由两层现浇钢筋混凝土框架结构和单层砖混结构组成。框架部分底层柱网有5.4m4m和5.4m7m两种，柱下钢筋混凝土格筏基础。单层辅房采用墙下混凝土条基。建筑总长42m，宽1528.7m。设3道沉降缝，划分4个独立单元。属长江三角洲冲积平原。区内河网发育，湖塘广布。拟建工程全部坐落在杂土、建筑垃圾堆填的古芦塘河道上。塘河内沉积着深达30m沼相淤泥质软土并有薄层泥炭，30m以下才见粉砂层，场内地下水与现有河塘水相通，水位与河塘水面一致，随季节变化，稳定水位埋深在1.8m左右，水量丰富，无侵蚀性。2）地基加固方案的选择 拟建工程场地上部为松散杂填土，下部为厚度很大淤泥层。决定采用石灰粉煤灰桩对持力

43、软弱土层进行挤密加固，提高地基承载力，降低下卧软土层的附加应力。为加强基础刚度，采用钢筋混凝土格筏基础。石灰粉煤灰桩避免了软心现象，桩身强度高于碎石桩和砂桩。在外荷载作用下，桩和桩间土彼此约束、相互协调，对下卧土层起到应力扩散作用。第68页/共93页69 3）加固地基的设计方案 设计桩径400mm，桩距（中心距离）为2倍桩径，等边三角形布置。平面处理宽度为框架部分较基础宽度每边各放出23个桩位，单层部分较条基宽度每边各放出1个桩位。处理深度为框部分在基础底面以下6m，单层部分在基础底面以下4m。复合地基上铺300mm厚碎石层。桩体混合料采用生石灰：粉煤灰2 8（体积比）。生石灰中CaO和MgO

44、的含量占60以上，密度为0.81.0tm3，石灰的块粉比为3 7，最大粒径控制在50mm以内。全部工程共布置石灰粉煤灰挤密桩1535根，6m长桩1135根，4m长桩400根。加固后复合地基的承载力标准值由65kPa提高到120kPa。4）试桩效果 场地试验桩是以设计的桩径、桩距，按等边三角形顶点布置，桩长6m。生石灰、粉煤灰采用体积比2 8和4 6两种。DZ30Y振动打桩机。投料方式分管内投料和管外投料两种。分析比较用管外投料法试打，4次下料，4次反插（反插静力224kPa），完成长6m桩6根。其中生石灰、粉煤灰采用体积比4 6的3根，2 8的3根。第69页/共93页70 试桩在地下自然养护1

45、4d后，挖除桩间土至4.2m深后进行观察。桩体直立，外形似串糖葫芦，桩径大小不一，最大平均520mm，最小平均为450mm左右，较设计桩径分别增大30和12.5。桩间土含水量下降，干密度增大，挤密效果好，桩土粘为一体，结合紧密，很难剥离。桩体顶部150mm范围内，因生石灰膨胀，桩体松动，强度极小，自200mm以下强度逐渐增加，500mm以下强度明显增大。用环刀法测出桩顶800mm以下不同深度处桩、土的含水量及密度。桩间挤密土的干重度均大于16kNm3，说明挤密效果很好。5）施工工艺 管外投料法进行施工。桩管直径377mm，反插压力改为312.1kPa，较试打时自重压力增加39.3。桩体采用双灰

46、比2 8（体积比），人工搅拌。施工中发现，被加固场地地面普遍隆起500mm左右，并出现辐射裂缝，延伸长度35m，最大缝宽约30mm。施工结束后，经对外露在基槽内的101根桩身检查，测得最大桩径为690800mm，最小为400610mm，平均桩径为537mm。加固后的地基土质密实。第70页/共93页716）复合地基承载力 （1）由载荷试验估算地基承载力特征值fak 试验是在石灰粉煤灰桩龄期40d天以后进行的。试坑深度为1.35m（即设计基础底面的高程），承压板厚度为400mm，底面积0.7m0.8m，用C18级素混凝土浇筑。1号试坑（A点）最大加载值160kN，2号坑（B点）最大加载值169kN

47、。最大加载值均为预估荷载的1.2倍。确定fak=240kPa（沉降量为2.30mm）。（2）复合地基变形模量E0及压缩模量Es的计算 第71页/共93页72（3）软弱下卧层强度的验算 因为，Es1/Es2=57.123.8=15（3）。Es1、Es2分别为复合地基及软土地基的压缩模量，Es2=3.8MPa。所以，下卧层顶面附加压力z可用下式计算：取基础底部宽度b=2.2m；地基承载力特征值p=fak1=240kPa；基础埋深+填土覆盖层d=2m；加固土层厚度z=6m；基底以上土的自重应力pc=Dr0218=36（kPa）；应力扩散角=30。求得软土层顶的附加应力z=49.17kPa，自重应力c

48、z=75kPa。软弱土层的承载力特征值fak2=65kPa，经深度修正后faz=151.6kPa。所以z+cz=124.17kPafaz=151.6kPa，说明地基下卧软土层强度无问题。条形基础，当200kPafak4的粉土，有机质含量不得超过5%，也不得含有杂土、砖瓦块、石块、膨胀土、盐渍土和冻土块等。土块的粒径不宜大于15mm。石灰：应选用新鲜的消石灰，颗粒直径不得大于5mm。石灰的质量不应低于级标准，活性CaO和MgO的含量（按干重计）不少于50。灰土：配合比为体积比2:8或3:7。灰土的最优含水量一般为2126，而素土的最优含水量多数在20以下，两者相差悬殊。拌和中需加入适量水才能使灰

49、土接近其最优含水量。（2）填料夯实 偏心轮夹杆式夯实机 第83页/共93页84 卷扬机提升式夯实机 锤重可达450kg，落距为13m。夯击能量大，一次可填入较多的土料，夯实效果较好，但需人工操作。锤重不宜小于100kg。夯锤最大直径比桩孔直径小100160mm。填料时每一锨料夯击一次或二次，夯击2530次/min，长为6m的桩孔在1520min内夯击完成。1.机架 2.铸钢夯锤，重450kg 3.1.0t卷扬机 4.桩孔卷扬机提升式桩孔机第84页/共93页85（3）填夯质量检查 桩孔填夯的质量是保证地基处理技术效果的重要因素，应采取随即的方法抽样检查，抽查的数量不得少于桩孔总数的2%。常用的桩

50、孔填夯质量检测方法有：轻便触探检测法 小环刀深层取样检测法 开剖取样检测法 夯击能控制检测法 第85页/共93页863）施工技术要求（1）成孔和孔内回填夯实的施工顺序，当整片处理时，宜从里（或中间）向外间隔12孔进行，对大型工程，可采取分段施工；当局部处理时，宜从外向里间隔12 孔进行。（2）向孔内填料前，孔底应夯实，应抽样检查桩孔直径、深度和垂直度。（3）桩孔的垂直度偏差不宜大于1.5%。（4）桩孔中心点的偏差不宜超过桩距设计值的5%。（5）经检验合格后，应按设计要求，向孔内分层填入筛好的素土、灰土或其他填料，并应分层夯实至设计标高。（6）铺设灰土垫层前，应按设计要求将桩顶标高以上预留松动土