1、岩土工程研究所第四章第四章 碎石桩、砂桩复合地基碎石桩、砂桩复合地基4.14.1概述概述 碎石桩碎石桩(stone column)(stone column)和砂桩和砂桩(sand column)(sand column)又称粗颗又称粗颗粒土桩，是指通过粒土桩，是指通过振动振动、冲击冲击或或水冲水冲等方式在软弱地基中等方式在软弱地基中成成孔孔后，再后，再将碎石或砂挤压入将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的碎石已成的孔中，形成大直径的碎石或砂所构成的密实桩体。或砂所构成的密实桩体。 18351835年，法国人在年，法国人在BayouneBayoune海湾软土地基上建造厂房采海湾软土地基上建造
2、厂房采用了碎石桩，桩长用了碎石桩，桩长2m2m，直径，直径0.20.2m m，加固后沉降降低了，加固后沉降降低了3/43/4。2020世纪世纪3030年代，德国人发明的振冲法用于加固粘性土地基，年代，德国人发明的振冲法用于加固粘性土地基，形成形成振冲碎石桩振冲碎石桩( (vibrofotationvibrofotation stone column) stone column)，碎石桩法，碎石桩法才为人们所重视。直至才为人们所重视。直至2020世纪世纪6060年代人们才采用各种不同的年代人们才采用各种不同的碎石桩施工工艺。碎石桩施工工艺。岩土工程研究所1、按施工方法碎石桩分类、按施工方法碎石桩
3、分类表表 13-1 碎石桩分类碎石桩分类 分类 施工方法 成桩工艺 适用土类 振冲挤密法 采用振冲器振动水冲成孔，再振动密实填料成桩，并挤密桩间土 沉管法 采用沉管成孔，振动或锤击密实填料成桩，并挤密桩间土 挤 密 法 干振法 采用振孔器成孔，再用振孔器振动密实填料成桩，并挤密桩间土 砂性土、 非饱和粘性土、以炉灰、炉渣、建筑垃圾为主的杂填土， 松散的素填土 振冲置换法 采用振冲器振动水冲成孔， 振动密实填料成桩 置 换 法 钻孔锤击法 采用沉管并钻孔取土成孔， 锤击填料成桩 饱和粘性土 振动气冲法 采用压缩气体成孔，振动或锤击填料成桩 沉管法 采用沉管成孔，振动或锤击填料成桩 排 土 法 强
4、夯置换法 采用重锤夯击成孔和重锤夯击填料成桩 饱和软粘土 水泥碎石桩法 在碎石内加水泥和膨润土制成桩体 裙围碎石桩法 在群桩周围设置刚性的（混凝土）裙围来约束桩体的侧向鼓胀 其 它 方 法 袋装碎石桩法 将碎石装入土工聚合物袋而制成桩体，土工聚合物可约束桩体的侧向鼓胀 饱和软粘土 岩土工程研究所按施工方法分类及其适用性 振密法振密法沉管法干振法振冲挤密法岩土工程研究所置换法置换法钻孔锤击法排土法排土法沉管法强夯置换法振动气冲法其它方法其它方法群围碎石桩法袋装碎石桩法水泥碎石桩法振冲置换法岩土工程研究所1 1、振冲碎石桩、振冲碎石桩: : 处理不排水强度处理不排水强度不小于不小于20kPa20k
5、Pa的粘土的粘土，粉土、砂土、饱，粉土、砂土、饱和黄土和人工填土和黄土和人工填土地基。地基。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所振冲碎石桩的动探检测振冲碎石桩的动探检测岩土工程研究所2、干振挤密碎石桩、干振挤密碎石桩施工工艺施工工艺 先用先用振动成孔器振动成孔器成孔（不排土成孔（不排土），），土被挤到周围土体中土被挤到周围土体中，提起振，提起振动成孔器，向孔内倒入动成孔器，向孔内倒入1m1m厚碎石，厚碎石，再用振动成孔器捣实，然后提起振再用振动成孔器捣实，然后提起振动成孔器，继续倒碎石，直至
6、碎石动成孔器，继续倒碎石，直至碎石桩形成。桩形成。与振冲法不同之处：与振冲法不同之处：不用高压水冲不用高压水冲。 处理地下水位较低的非饱和处理地下水位较低的非饱和粘性土，素填土、杂填土、二粘性土，素填土、杂填土、二级以上非自重失陷性黄土。级以上非自重失陷性黄土。岩土工程研究所岩土工程研究所3 3、重复拔管法重复拔管法岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所=散体材料桩的承载力散体材料桩的承载力主要取决于桩周土体主要取决于桩周土体的侧限能力的侧限能力若若则则1122rurupp土土碎石桩碎石桩水水碎石碎石土土碎石桩碎石桩土土碎石桩碎石桩1P2P2ru1ru岩土工程研究所该结论告该
7、结论告诉诉 我们什我们什么？么？散体材料桩的承载力散体材料桩的承载力主要取决于桩周土体主要取决于桩周土体的侧限能力的侧限能力 软粘土地基采软粘土地基采用散体材料桩用散体材料桩加固效果不好加固效果不好pfpru岩土工程研究所1 1挤密作用挤密作用：用用沉管法沉管法或或干振法干振法施工挤密碎石桩，由于在施工挤密碎石桩，由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力。由桩管成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力。由桩管灌入的砂或碎石在振动力或静压力作用下挤向桩管周围的砂灌入的砂或碎石在振动力或静压力作用下挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大，这就是挤层，使桩管周围的砂
8、层孔隙比减小，密实度增大，这就是挤密作用。有效挤密范围可达密作用。有效挤密范围可达3-43-4倍桩直径。倍桩直径。 2 2排水减压作用排水减压作用：碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石（碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石（卵石、砾石）等反滤性好的粗颗粒料，在地基中形成渗透性卵石、砾石）等反滤性好的粗颗粒料，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超静能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超静孔隙水压力的增高和孔隙水压力的增高和砂土液化砂土液化，并可加快地基的排水固结。，并可加快地基的排水固结。 4.2 4.2 加固原理加固原理（一）对松散砂土的加固原理（一）对松散
9、砂土的加固原理岩土工程研究所3 3砂基预震效应砂基预震效应：在在振冲法振冲法施工时，振冲器施施工时，振冲器施工过程使填土料和地基土在挤密的同时获得强工过程使填土料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，这对砂土地基增强抗液化能力是极烈的预震，这对砂土地基增强抗液化能力是极为有利的。为有利的。 挤密作用排水减压作用砂基预震效应岩土工程研究所液化地基岩土工程研究所 美国的美国的H. B. SeedH. B. Seed等人（等人（19751975）的试验表明，相）的试验表明，相对密度较低的砂样受到预先振动后，其抗液化能力对密度较低的砂样受到预先振动后，其抗液化能力相当于较高相对密实度的砂样。即在一定的应
10、力循相当于较高相对密实度的砂样。即在一定的应力循环次数下，当两试样的相对密度相同时，如果要使环次数下，当两试样的相对密度相同时，如果要使经过预振的试样液化，所需的应力要经过预振的试样液化，所需的应力要 比未经液化的比未经液化的试样液化所需应力大幅度提高（试样液化所需应力大幅度提高（4646） 砂土液化特性除与其相对密度有关外，还与其振砂土液化特性除与其相对密度有关外，还与其振动应变史有关。动应变史有关。 当细粒含量达到一定含量以下时，都可以得到显当细粒含量达到一定含量以下时，都可以得到显著的挤密效果；高于这一量时挤密基本无效著的挤密效果；高于这一量时挤密基本无效（0.074mm10%)10%)
11、岩土工程研究所1 1对对粘性土地基粘性土地基（特别是饱和软土），由于土的粘粒含量多（特别是饱和软土），由于土的粘粒含量多，粒间结合力强，渗透性低，在振动力或挤压力的作用下土，粒间结合力强，渗透性低，在振动力或挤压力的作用下土中水不易排走，所以碎石桩和砂桩的作用中水不易排走，所以碎石桩和砂桩的作用不是使地基挤密，不是使地基挤密，而是置换。而是置换。 2 2碎石桩置换法碎石桩置换法是一种是一种换土置换换土置换，即以性能良好的碎石来替，即以性能良好的碎石来替换不良地基土；换不良地基土；排土法排土法则是一种则是一种强制置换强制置换，它是通过成桩机，它是通过成桩机械将不良地基土强制排开并置换。械将不良地
12、基土强制排开并置换。 3 3振冲法振冲法施工时，通过振冲器借助其自重、水平振动力和高施工时，通过振冲器借助其自重、水平振动力和高压水将粘性土变成压水将粘性土变成泥浆排出泥浆排出孔外，形成大于振冲器直径的孔孔外，形成大于振冲器直径的孔，再向孔中灌入碎石料，并在振冲器的作用下，形成密实度，再向孔中灌入碎石料，并在振冲器的作用下，形成密实度高和直径大的桩体。高和直径大的桩体。（二）对粘性土的加固原理（二）对粘性土的加固原理岩土工程研究所岩土工程研究所4 在制桩过程中，由于振动、挤压或扰动等原因，桩在制桩过程中，由于振动、挤压或扰动等原因，桩间土会出现较大的间土会出现较大的超静孔隙水应力超静孔隙水应力
13、，对灵敏性粘土将导，对灵敏性粘土将导致原地基土强度降低。制桩结束后一方面原地基土的结致原地基土强度降低。制桩结束后一方面原地基土的结构强度会随时间逐渐恢复；另一方面孔隙水应力逐步消构强度会随时间逐渐恢复；另一方面孔隙水应力逐步消散，强度恢复并提高，甚至超过原土体强度。散，强度恢复并提高，甚至超过原土体强度。5 5 由于碎石桩和砂桩是由散粒材料组成，承受荷载后由于碎石桩和砂桩是由散粒材料组成，承受荷载后产生径向变形，并引起周围的粘性土产生被动抗力，产生径向变形，并引起周围的粘性土产生被动抗力，如如果粘性土的强度过低果粘性土的强度过低，不能使碎石桩和砂桩得到所需的，不能使碎石桩和砂桩得到所需的径向
14、支持力，径向支持力，桩体就会产生鼓胀破坏桩体就会产生鼓胀破坏，这就使加固效果，这就使加固效果不佳。为此，近年来国外开发了增强桩身强度的方法，不佳。为此，近年来国外开发了增强桩身强度的方法，如袋装碎石桩、水泥碎石桩和裙围碎石桩等方法。水泥如袋装碎石桩、水泥碎石桩和裙围碎石桩等方法。水泥碎石桩类似于碎石桩类似于CFGCFG桩。桩。 岩土工程研究所一、一、一般设计原则一般设计原则( (一一) )加固范围加固范围 加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件及基础型式加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件及基础型式而定，通常都大于基底面积。对一般地基，在基础外缘应扩而定，通常都大于基底面积。对一般地基，在基
15、础外缘应扩大大1 1-2-2排；对可排；对可液化地基，在基础外缘应扩大液化地基，在基础外缘应扩大2 2-4-4排桩排桩。 ( (二二) )桩位布置形式和间距桩位布置形式和间距 桩位的布置形式有等边三角形、正方形、矩形或等腰三桩位的布置形式有等边三角形、正方形、矩形或等腰三角形等布置形式。桩的间距应根据荷载大小和天然地基的抗角形等布置形式。桩的间距应根据荷载大小和天然地基的抗剪强度确定，可取剪强度确定，可取1.51.52.52.5m m。当荷载大或天然地基的强度当荷载大或天然地基的强度低时宜取较小的间距，反之，则可取较大的间距低时宜取较小的间距，反之，则可取较大的间距。 4.3 4.3 设计计算
16、设计计算岩土工程研究所dSa平面布置和设计参数平面布置和设计参数(等价成圆等价成圆)有效直径有效直径de梅花形：梅花形： de = 1.05 Sa正方形：正方形： de = 1.13 SaSad0de岩土工程研究所( (三三) )加固深度加固深度 加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定：列原则确定：1 1当相对硬层的当相对硬层的埋藏深度不大时埋藏深度不大时，应按，应按相对硬层埋藏深度相对硬层埋藏深度确确定；定；2 2当相对硬层的埋藏深度较大时当相对硬层的埋藏深度较大时: : 对按对按变形控制变形控制的工程，应通过试算确定：假定
17、某一加固深度的工程，应通过试算确定：假定某一加固深度，验算其是否能满足采用碎石桩或砂桩加固后的复合地基变形，验算其是否能满足采用碎石桩或砂桩加固后的复合地基变形不超过建筑地基容许变形值不超过建筑地基容许变形值的要求，在保证安全的前提下选择的要求，在保证安全的前提下选择一个经济合理的加固深度。对按一个经济合理的加固深度。对按稳定性控制稳定性控制的工程，加固深度的工程，加固深度应应不小于最危险滑动面的深度。不小于最危险滑动面的深度。3 3在在可液化地基可液化地基中，加固深度应按要求的中，加固深度应按要求的抗震处理深度抗震处理深度确定确定4 4桩长桩长不宜短于不宜短于4 4m m。岩土工程研究所(
18、(四四) )桩径桩径 碎石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素碎石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。采用确定。采用3030kWkW振冲器振冲器成桩时，碎石桩的桩径一般为成桩时，碎石桩的桩径一般为0.70.7- -1.0m1.0m；采用采用沉管法沉管法成桩时，碎石桩的直径一般为成桩时，碎石桩的直径一般为0.30.3-0.7m-0.7m，对对饱和粘性土地基饱和粘性土地基宜选用宜选用较大较大的直径。的直径。( (五五) )材料材料 桩体材料可以桩体材料可以就地取材就地取材，一般使用中粗砂、碎石、卵石，一般使用中粗砂、碎石、卵石、砂砾石等，含泥量不大于、砂砾石等，含泥量不大于5%5
19、%。碎石桩桩体材料的容许最。碎石桩桩体材料的容许最大粒径与振动冲器的外径和功率有关，一般不大于大粒径与振动冲器的外径和功率有关，一般不大于8080mmmm，常用的粒径为常用的粒径为2020-50mm-50mm。对强度较低的饱和软粘土地基，碎对强度较低的饱和软粘土地基，碎石粒径可达石粒径可达200200mmmm以上，这时需要根据现场试验结果确定合以上，这时需要根据现场试验结果确定合适的碎石级配。适的碎石级配。 岩土工程研究所( (六六) )垫层垫层 碎石桩施工完毕后，基础底面应铺设碎石桩施工完毕后，基础底面应铺设3030-50cm-50cm厚度的垫层厚度的垫层，垫层应分层铺设，用垫层应分层铺设，
20、用平板振动器平板振动器振实。在不能保证施工机械正振实。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。常行驶和操作的软弱土层上，应铺设施工用临时性垫层。 ( (七七) )软粘土地基中碎石桩的软粘土地基中碎石桩的充盈系数充盈系数 充盈系数充盈系数定义定义: : 每根桩实际碎石用量与设计的碎石桩理论体积的比值。每根桩实际碎石用量与设计的碎石桩理论体积的比值。 砂土、粉土和砂土、粉土和一般粘土一般粘土中，碎石桩的充盈系数中，碎石桩的充盈系数一般为一般为1.21.2左左右右。软粘土软粘土中的粗粒径碎石桩的充盈系数较大，根据现场试验中的粗粒径碎石桩的充盈系数较大，根据现场试验的实测
21、资料，充盈系数要求达到的实测资料，充盈系数要求达到1.41.4到到1.51.5，才能保证实测碎石，才能保证实测碎石桩的桩径不小于设计桩径，这是由于一部分碎石挤入桩外土体桩的桩径不小于设计桩径，这是由于一部分碎石挤入桩外土体中，在桩底需要形成较大的桩头使桩体密实等因素造成的。中，在桩底需要形成较大的桩头使桩体密实等因素造成的。 岩土工程研究所二、用于砂土的设计计算二、用于砂土的设计计算 从挤密的观点出发考虑地基加固设计。从挤密的观点出发考虑地基加固设计。 已知桩径，根据加固要达到的密实度和孔隙比，设计桩已知桩径，根据加固要达到的密实度和孔隙比，设计桩的布桩形式和间距的布桩形式和间距l l。1 1
22、、桩距确定、桩距确定l三角形布桩：三角形布桩：l正方形布桩正方形布桩100e1d95. 0eel100e1d89. 0eel岩土工程研究所2 2、液化判别、液化判别 根据建筑抗震设计规范（根据建筑抗震设计规范（GB50011-2001GB50011-2001）规定：规定：（1 1）应采用标准贯入试验判别）应采用标准贯入试验判别地面下地面下1515m m深度深度范范围内围内（2 2）当采用桩基或埋深大于）当采用桩基或埋深大于5m5m深基础时，应判别深基础时，应判别15-20m15-20m土土的液化。的液化。 (3)N(3)N63.563.5NNcrcr判别液化判别液化 地面下地面下15m深度内：
23、深度内：岩土工程研究所N Ncrcr计算：计算：l 地面下地面下15m深度内：深度内：l地面以下地面以下15-20m范围内：范围内：cwsddN3)( 1 . 09 . 0N0crcsdN3)4 . 24 . 2(N0cr岩土工程研究所岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地基复合地基( (一一) )振冲法振冲法 四、施工方法四、施工方法岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地基复合地基施工方法施工方法1 1施工前准备工作施工前准备工作2 2施工组织设计施工组织设计 3 3施工顺序施工顺序4 4填料方法填料方法5 5施工质量控制施工质量控制 岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地基复合地基施工顺序
24、施工顺序在一个加固场地区域内，碎石桩的施工顺序如图在一个加固场地区域内，碎石桩的施工顺序如图13-313-3所示。一般可采所示。一般可采用用“由里向外由里向外”或或“一边向另一边一边向另一边”的顺序进行。在地基强度较低的的顺序进行。在地基强度较低的软粘土地基中施工时，要考虑减少对地基土的扰动影响，可采用软粘土地基中施工时，要考虑减少对地基土的扰动影响，可采用“间间隔跳打隔跳打”的方法。当加固区附近有其它建筑物时，必须先从邻近建筑的方法。当加固区附近有其它建筑物时，必须先从邻近建筑物一边的桩开始施工，然后逐步向外推移。物一边的桩开始施工，然后逐步向外推移。 先做 桩，再做 桩 (a) (b) (
25、c) 图 13-3 碎石桩施工顺序 岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地基复合地基填料方法填料方法填料方式一般有填料方式一般有三种三种：第一种是把振冲器提出孔口第一种是把振冲器提出孔口，往孔内倒入约，往孔内倒入约1 1m m堆高的填料，然后再放堆高的填料，然后再放下振冲器使孔口的碎石填料落到先前振密的碎石顶部或孔底，当振冲下振冲器使孔口的碎石填料落到先前振密的碎石顶部或孔底，当振冲器达到碎石充填的位置时，振冲电流增加，开始振密作用，每次加料器达到碎石充填的位置时，振冲电流增加，开始振密作用，每次加料都这样做。都这样做。第二种方法是振冲器不提出孔口第二种方法是振冲器不提出孔口，只是往上提升约，
26、只是往上提升约1 1m m左右，然后往孔左右，然后往孔口填料，填料沿振冲器四周落入到先前振密的碎石顶部或孔底，再放口填料，填料沿振冲器四周落入到先前振密的碎石顶部或孔底，再放下振冲器进行振密。下振冲器进行振密。第三种是边把振冲器缓慢向上提升，边在孔口连续加料第三种是边把振冲器缓慢向上提升，边在孔口连续加料。对粘性土地基，由于容易塌孔，多数采用第一种加料方式。对粘性土地基，由于容易塌孔，多数采用第一种加料方式。 岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地基复合地基( (二二) )沉管法沉管法沉管法过去主要用于制作砂桩，沉管法过去主要用于制作砂桩，近年来已开始用于制作碎石桩，近年来已开始用于制作碎石桩
27、，这是一种干法施工。沉管法包括这是一种干法施工。沉管法包括振动成桩法和冲击成桩法两种。振动成桩法和冲击成桩法两种。 23456781-其重打桩机；2-记录器；3-进料槽；4-减振器；5-振动机；6-桩管；7-提料斗；8-底盖图13-4 振动沉管法施工机械岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地基复合地基1. 1. 振动沉管法振动沉管法（1 1）一次拔管法）一次拔管法（2 2）逐步拔管法）逐步拔管法 （3 3）重复压拔管法）重复压拔管法 桩靴闭合，桩管垂直就位 将桩管沉入土层设计深度 向桩管内灌碎石(砂) 边振边拔桩管至地面 施工完成 碎石(砂) 图 13-5 一次拔管法施工工艺 (a)喉管式 (
28、b)活瓣式 岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地基复合地基2. 2. 冲击成桩法冲击成桩法（1 1）单管法）单管法单管法冲击成桩施工机具主要由蒸汽打桩机或柴油打桩机、下端带有活单管法冲击成桩施工机具主要由蒸汽打桩机或柴油打桩机、下端带有活瓣的钢质桩靴或预制钢筋混凝土锥形桩尖的（留在土中）桩管、装砂料瓣的钢质桩靴或预制钢筋混凝土锥形桩尖的（留在土中）桩管、装砂料斗等组成。斗等组成。单管法冲击成桩施工步骤如下：首先使桩靴闭合，桩管垂直就位；然后单管法冲击成桩施工步骤如下：首先使桩靴闭合，桩管垂直就位；然后将桩管打入土层规定深度处；再通过料斗向桩管内灌砂（碎石），当灌将桩管打入土层规定深度处；再通
29、过料斗向桩管内灌砂（碎石），当灌砂（碎石）量较大时，可分成两次灌入；最后以规定的速度拔出桩管。砂（碎石）量较大时，可分成两次灌入；最后以规定的速度拔出桩管。岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地基复合地基2. 2. 冲击成桩法冲击成桩法（2 2）双管法）双管法双管法主要有内击成管法和芯管法两种施工工艺。双管法主要有内击成管法和芯管法两种施工工艺。芯管法的成桩工艺主要由以下步骤组成：首先将桩管垂直就位，锤击内芯管法的成桩工艺主要由以下步骤组成：首先将桩管垂直就位，锤击内管和外管，下沉到规定的深度；再拔起内管，向管内灌砂（碎石）；然管和外管，下沉到规定的深度；再拔起内管，向管内灌砂（碎石）；然后放
30、下内管到外管内的砂（碎石）面上，拔起外管到与内管底面平齐，后放下内管到外管内的砂（碎石）面上，拔起外管到与内管底面平齐，锤击内管和外管将砂（碎石）压实；接着拔起内管，向外管内灌砂（碎锤击内管和外管将砂（碎石）压实；接着拔起内管，向外管内灌砂（碎石），重复进行以上的工序，直到桩管拔出地面。石），重复进行以上的工序，直到桩管拔出地面。 岩土工程研究所深层搅拌桩和粉喷桩复合地基深层搅拌桩和粉喷桩复合地基 一、加固机理一、加固机理 深层搅拌桩和粉喷桩是通过特制的设备沿深度将深层搅拌桩和粉喷桩是通过特制的设备沿深度将水泥、石水泥、石灰灰等固化剂与地基土强制就地混合成桩的地基加固法。一般等固化剂与地基土强
31、制就地混合成桩的地基加固法。一般搅拌桩采用水泥浆与土体拌和，粉喷桩可用干水泥粉或石灰搅拌桩采用水泥浆与土体拌和，粉喷桩可用干水泥粉或石灰粉，也可用水泥浆与土体拌和。粉，也可用水泥浆与土体拌和。深层搅拌桩和粉喷桩的加固作用机理主要有以下两个方面深层搅拌桩和粉喷桩的加固作用机理主要有以下两个方面： 水泥的水化作用水泥的水化作用：其结果把大量的自由水变成非自由的结晶：其结果把大量的自由水变成非自由的结晶水，从而降低被搅拌范围内土体的含水率并使其强度得以提高水，从而降低被搅拌范围内土体的含水率并使其强度得以提高，同时水化作用后搅拌体的强度也将提高；，同时水化作用后搅拌体的强度也将提高；岩土工程研究所岩
32、土工程研究所搅拌桩机的搅拌叶片搅拌桩机的搅拌叶片岩土工程研究所水泥土水泥土搅拌桩搅拌桩岩土工程研究所 喷粉桩施工喷粉桩施工岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地基复合地基 加入的掺合料中的加入的掺合料中的Ca2+Ca2+与周围土体发生离子交换与周围土体发生离子交换，使较小的土，使较小的土颗粒形成较大的土团粒，从而使水泥土的强度提高，不过这种颗粒形成较大的土团粒，从而使水泥土的强度提高，不过这种增长的速度较慢。增长的速度较慢。岩土工程研究所深层搅拌法施工工艺流程深层搅拌法施工工艺流程1定定位位2预预搅搅拌拌下下沉沉3喷喷浆浆搅搅拌拌上上升升4重重复复搅搅拌拌下下沉沉5重重复复搅搅拌拌上上升升6完
33、完毕毕岩土工程研究所岩土工程研究所粉喷桩粉喷桩 施工时，用带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定深施工时，用带有特殊喷嘴的注浆管置于土层预定深度后提升，喷嘴同时以一定的速度旋转，高压喷射气度后提升，喷嘴同时以一定的速度旋转，高压喷射气流使固化浆液与土体混合并凝固硬化，粉喷桩法的施流使固化浆液与土体混合并凝固硬化，粉喷桩法的施工机械按照注浆管的构造不同分成工机械按照注浆管的构造不同分成: :(1)(1)单管法单管法(2)(2)双重管法双重管法(3)(3)三重管法三重管法(4)(4)多重管法多重管法岩土工程研究所岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地基复合地基粉喷法所形成的固结体的形状与喷射流移动的范围
34、有关粉喷法所形成的固结体的形状与喷射流移动的范围有关，根据喷射流移动范围的大小可以分为，根据喷射流移动范围的大小可以分为旋转喷射旋转喷射（简称旋（简称旋喷）、喷）、定向喷射定向喷射（简称定喷）和（简称定喷）和摆动喷射摆动喷射（简称摆喷）三（简称摆喷）三种形式。种形式。 岩土工程研究所比原土样含水量少比原土样含水量少0.5%-7.0%0.5%-7.0%，随水泥参入比增加，随水泥参入比增加而减少而减少与天然地基相差不大，加固区不会对下卧层产生与天然地基相差不大，加固区不会对下卧层产生过大附加沉降。过大附加沉降。 浆喷法水泥土桩的底边隆起量较大，可达几十厘米。浆喷法水泥土桩的底边隆起量较大，可达几十
35、厘米。 比天然地基土增加比天然地基土增加0.7%-2.5%0.7%-2.5%岩土工程研究所K=10K=10-5-5-10-10-8-8cm/s,cm/s,小于天然地基土，属于不排水小于天然地基土，属于不排水桩。随水泥参入比和养护龄期的增加而较小桩。随水泥参入比和养护龄期的增加而较小岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所（一）深层搅拌桩的设计（一）深层搅拌桩的设计1. 1. 对地质勘察的要求对地质勘察的要求 除了要满足一般建筑物地基勘探的要求外，需要增加土体的除了要满
36、足一般建筑物地基勘探的要求外，需要增加土体的有机质含量有机质含量分析和地下水中分析和地下水中可溶盐含量可溶盐含量、地下水的、地下水的酸碱度酸碱度( (pHpH值值) )及及硫酸盐含量硫酸盐含量分析。对有机质含量高的地基处理、成土矿物中富分析。对有机质含量高的地基处理、成土矿物中富含伊利石、地下水偏酸性（含伊利石、地下水偏酸性（pHpH值低于值低于5 5）、硫酸盐含量高的地基）、硫酸盐含量高的地基，采用深层搅拌法须进行可行性论证。，采用深层搅拌法须进行可行性论证。2. 2. 地基加固范围地基加固范围 搅拌桩按其强度和刚度来划分是介于刚性桩和柔性桩之间的搅拌桩按其强度和刚度来划分是介于刚性桩和柔性
37、桩之间的一种桩型一种桩型- -半刚性桩半刚性桩，因此，在设计搅拌桩时，可仅在上部结构，因此，在设计搅拌桩时，可仅在上部结构基础范围内布桩，基础范围内布桩，不必象柔性桩一样在基础以外设置保护桩不必象柔性桩一样在基础以外设置保护桩。 三、设计三、设计 岩土工程研究所3.3.搅拌桩的平面布置型式设计搅拌桩的平面布置型式设计 依据对处理后的复合地基的强度、变形或渗透性的不同要依据对处理后的复合地基的强度、变形或渗透性的不同要求，搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种型式。求，搅拌桩可布置成柱状、壁状和块状三种型式。(1)(1) 柱状柱状：每隔一定距离打设一根搅拌桩，即成柱状加固：每隔一定距离打设一根搅拌桩
38、，即成柱状加固型式。适用于单层工业厂房独立基础和多层房屋条形基础型式。适用于单层工业厂房独立基础和多层房屋条形基础下及下及路堤下路堤下的地基加固；的地基加固；(2) (2) 壁状壁状：将相邻搅拌桩部分重叠搭接成为壁状加固型式：将相邻搅拌桩部分重叠搭接成为壁状加固型式。适用于深基坑的支护结构以及对不均匀沉降比较敏感的。适用于深基坑的支护结构以及对不均匀沉降比较敏感的多层砖混结构房屋条形基础下的地基加固和防渗体施工。多层砖混结构房屋条形基础下的地基加固和防渗体施工。(3) (3) 块状块状：上部结构单位面积荷载大，对不均匀沉降控制：上部结构单位面积荷载大，对不均匀沉降控制严格的构筑物地基进行加固时
39、可以采用这种布置型式。它严格的构筑物地基进行加固时可以采用这种布置型式。它是纵横两方向相邻在桩搭接而成的。是纵横两方向相邻在桩搭接而成的。岩土工程研究所岩土工程研究所（二）粉喷桩的设计（二）粉喷桩的设计 在粉喷桩设计时，应特别注意应先了解地基土的在粉喷桩设计时，应特别注意应先了解地基土的有机质含量有机质含量、可溶盐含量可溶盐含量、总的烧失量总的烧失量、成土矿物的矿物成分成土矿物的矿物成分，以及，以及地下水地下水的酸碱度的酸碱度和和硫酸盐含量硫酸盐含量。 1.1.设计前的勘察和试验工作设计前的勘察和试验工作 工程地质勘察内容包括所在区域的工程地质概况，特工程地质勘察内容包括所在区域的工程地质概况
40、，特别注意若土层中含有粒径别注意若土层中含有粒径大于大于 100 100mmmm的卵石或块石的卵石或块石，粉喷桩施，粉喷桩施工将存在较大困难。工将存在较大困难。 水文地质勘察包括获得地下水位分布和高度、地下水水文地质勘察包括获得地下水位分布和高度、地下水特性，各土层的渗透系数等。特性，各土层的渗透系数等。 试验工作除了天然地基土的物理力学性质指标试验和地下水试验工作除了天然地基土的物理力学性质指标试验和地下水的酸碱度、可溶盐含量以外，还要进行的酸碱度、可溶盐含量以外，还要进行室内配方和现场试喷试室内配方和现场试喷试验验。必要时，在。必要时，在现场进行试验现场进行试验，查明旋喷固结体的直径和强度
41、，查明旋喷固结体的直径和强度，验证设计的可靠性和安全度。，验证设计的可靠性和安全度。 岩土工程研究所2.2.喷射参数的设计喷射参数的设计 粉喷桩设计主要的工作是确定粉喷桩设计主要的工作是确定单桩承载力单桩承载力、固结土强度固结土强度、喷射体喷射体范围等，由此确定范围等，由此确定布孔形式布孔形式与与孔距孔距、注浆材料及配方注浆材料及配方等等参数。参数。承载力等：承载力等：当粉喷桩为当粉喷桩为圆柱桩圆柱桩布置时，需要确定布置时，需要确定单单桩承载力桩承载力，当呈，当呈墙状墙状布置时，通常需要确定布置时，通常需要确定单位长度的承载力单位长度的承载力和和抗渗强抗渗强度度等。粉喷桩的单桩承载力的变化很大
42、，必须经过现场试验。等。粉喷桩的单桩承载力的变化很大，必须经过现场试验。对于无条件进行承载力试验的场合，可以参考类似工程的经验对于无条件进行承载力试验的场合，可以参考类似工程的经验估计。估计。 固结土的强度设计固结土的强度设计：一般情况下，：一般情况下，粘性土粘性土的固结强度采用的固结强度采用5 5MPaMPa，砂性土砂性土的固结强度采用的固结强度采用10 10 MPaMPa。对于重要性强和要求承对于重要性强和要求承载力大的工程，可选用高标号硅酸盐水泥，通过试验确定浆液载力大的工程，可选用高标号硅酸盐水泥，通过试验确定浆液的水灰比或外加剂的种类，再通过现场试验确定固结土的强度的水灰比或外加剂的
43、种类，再通过现场试验确定固结土的强度。岩土工程研究所2.2.喷射参数的设计喷射参数的设计 粉喷桩的布孔形式与孔距设计粉喷桩的布孔形式与孔距设计：对：对以防渗为主要目的的工程以防渗为主要目的的工程，最好按照，最好按照双排或三排布孔双排或三排布孔，采用旋喷的施工工艺形成防渗帷，采用旋喷的施工工艺形成防渗帷幕。当幕。当孔距设计为孔距设计为0.8660.866R R0 0（R R0 0为旋喷设计直径）、为旋喷设计直径）、排距为排距为0.75 0.75 R R0 0时最经济。对以时最经济。对以提高地基承载力为目的的加固工程提高地基承载力为目的的加固工程，旋喷桩之间的距离可以适当加大，其旋喷桩之间的距离可
44、以适当加大，其间距间距L L以旋喷桩直径的以旋喷桩直径的2 2-3-3倍为宜倍为宜，这样可以充分发挥地基土的强度。布孔形式可按工程，这样可以充分发挥地基土的强度。布孔形式可按工程需要而定。需要而定。 注浆材料及配方设计注浆材料及配方设计 ：通常，水泥是最便宜的注浆材料，：通常，水泥是最便宜的注浆材料，来源多，品种也多，是旋喷注浆的基本浆液。根据要达到的处来源多，品种也多，是旋喷注浆的基本浆液。根据要达到的处理效果分类，可以分为以下几种：理效果分类，可以分为以下几种：普通型普通型；速凝早强型速凝早强型；高强高强型型；填充型填充型；抗冻型抗冻型；抗渗型抗渗型。 岩土工程研究所第十三章第十三章 复合
45、地基复合地基（一）深层搅拌法深层搅拌法 深层搅拌法是一种低噪音无振害的地基加固方法，最适宜于加固各种成因的饱和软粘土。施工过程应进行详实的施工记录，在预搅阶段应使桩体范围内的土完全切碎，以利于同水泥浆均匀搅拌；水泥浆不得离析，压浆阶段不能发生断浆现象，输浆管道不能发生堵塞；要严格控制搅拌时的下沉、喷浆和上提速度；桩体的垂直度也是施工过程中应加以控制的。一般在气温不低于-10的情况下是可以进行冬季施工的。 深层搅拌法的质量检验方法主要有开挖检验开挖检验、取样检验取样检验和原位试验原位试验。四、质量检验方法和施工中的注意事项四、质量检验方法和施工中的注意事项 岩土工程研究所第十三章第十三章 复合地
46、基复合地基( (二二) )粉喷桩法粉喷桩法 粉喷桩施工质量检验包括施工时钻孔的位置与设计位置的偏差不得大钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于于5050mmmm；垂直度小于垂直度小于 1.5% 1.5%；注浆管分段提升的搭接长度不得小于注浆管分段提升的搭接长度不得小于1010cmcm等施工过程控制。旋喷桩施工完成后的质量检验常采用开挖检查开挖检查，钻孔取样钻孔取样进行室内试验，标准贯入试验和荷载试验标准贯入试验和荷载试验等与搅拌桩检验相同的方法。四、质量检验方法和施工中的注意事项四、质量检验方法和施工中的注意事项 岩土工程研究所一、概述一、概述 土（或灰土、粉煤灰）挤密桩土（或灰土、粉煤灰）挤密桩
47、是处理地下水位以上是处理地下水位以上湿湿陷性黄土陷性黄土、新近堆积黄土新近堆积黄土、素填土素填土和和杂填土杂填土的一种地基加的一种地基加固方法。它是利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆破等固方法。它是利用打入钢套管（或振动沉管、炸药爆破等）在地基中成孔，通过）在地基中成孔，通过“挤挤”压作用压作用，使地基得到加密，使地基得到加密，然后在孔中分层填入素土（或灰土、粉煤灰加石灰等）后然后在孔中分层填入素土（或灰土、粉煤灰加石灰等）后夯实而成土桩或灰土桩、粉煤灰桩与桩间土共同组成的复夯实而成土桩或灰土桩、粉煤灰桩与桩间土共同组成的复合地基。合地基。土（或灰土、粉煤灰）挤密桩土（或灰土、粉煤灰）挤密桩
48、含水量大于含水量大于23%23%及饱和度大于及饱和度大于65%65%时，由于成桩质量不好时，由于成桩质量不好，拔管后容易缩孔，故不宜采用。，拔管后容易缩孔，故不宜采用。岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所岩土工程研究所主要特征：1 1土（或灰土、粉煤灰）挤密桩是土（或灰土、粉煤灰）挤密桩是横向挤密横向挤密，同样，同样可以达到使地基的可以达到使地基的干密度增加干密度增加的目的；的目的；2 2与土垫层相比与土垫层相比，无需开挖回填无需开挖回填，因而节约了开挖，因而节约了开挖和回填土方的工作量；和回填土方的工作量；3 3由于由于不受开挖和回填的限制不受开挖和回填的限制，一般，一般处理深度可达处
49、理深度可达1212-15m-15m；4 4由于填入桩孔的材料属由于填入桩孔的材料属就地取材就地取材，因而比其它处，因而比其它处理湿陷性黄土和人工填土的方法理湿陷性黄土和人工填土的方法造价低造价低，尤其利用粉，尤其利用粉煤灰可煤灰可变废为宝变废为宝，有很好的，有很好的社会经济效益社会经济效益。 岩土工程研究所二、加固机理二、加固机理 （一）挤密作用（一）挤密作用：其：其挤密影响半径挤密影响半径（单个桩孔）通常为（单个桩孔）通常为（1.51.5- -2.02.0）d d。合理的桩间距约为。合理的桩间距约为2 2-3-3倍桩直径。倍桩直径。 有效挤密区半径（有效挤密区半径（d d=15kN/m=15
50、kN/m3 3，压实度，压实度0 00.90.9） 为为（1. 1. 1.5.01.5.0）d d（二）灰土的化学反应（二）灰土的化学反应：灰土桩灰土桩是用石灰和土按一定体积比例（是用石灰和土按一定体积比例（2 2：8 8或或3 3：7 7）拌和，并）拌和，并在桩孔内夯实后形成的桩，这种材料在化学性能上具有在桩孔内夯实后形成的桩，这种材料在化学性能上具有气硬性和气硬性和水硬性水硬性。粉煤灰粉煤灰为土桩填料时，粉煤灰中含有较多的为土桩填料时，粉煤灰中含有较多的焙烧后的氧化物焙烧后的氧化物。粉煤灰与一定量的石灰和水拌合后，由于石灰的吸水膨胀和。粉煤灰与一定量的石灰和水拌合后，由于石灰的吸水膨胀和放
