地基处理-碎石桩讲稿.ppt

碎石桩复合地基碎石桩复合地基 Stone Column Composition Foundation南京林业大学土木工程学院 邵光辉振冲法施工1 概 述 碎石桩(Stone Column)碎石桩最早在最早在1835年由法国在年由法国在Bayonne建造兵工厂车间时使用建造兵工厂车间时使用 1937年年由由德德国国人人发发明明了了振振动动水水冲冲法法(Viborfloatation)(简简称称振振冲冲法法)用来挤密砂土地基用来挤密砂土地基 本世纪60年代初，振冲法开始用来加固粘性土地基，并形成碎石桩。随着时间的推移，各种不同的施工工艺相应产生，如沉管法、振动气冲法、袋装碎石桩法、强夯置换法等。它们虽施工不同于振冲法，但同样可形成密实的碎石桩，人们自觉或不自觉地套用了“碎石桩”的名称。2 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置换法置换法钻孔锤击法振冲置换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3 加固机理 3.1 对松散砂土加固机理对松散砂土加固机理 疏松的单粒结构，产生较大的沉降，特别在振动力作用下更为显著，其体积可减少20。碎石桩和挤密法加固砂性土地基的主要目的是提高地基承载力、减少变形和增强抗液化性。挤密作用排水减压作用砂基预震效应液化地基3.2 对粘性土加固机理对粘性土加固机理换土置换 不论对疏松砂性土或软弱粘性土，碎石桩的加固作用有：挤挤密密、置置换换、排排水水、垫垫层层和和加加筋筋的五种作用。强制置换 强制置换 4 4 设计计算设计计算4.1 一般设计原则一般设计原则(一)加固范围 大于基底面积。对一般地基，在基础外缘宜扩大12排；对可液化地基，在基础外缘应扩大24排桩。(二)桩位布置（a）正方形 （b）矩形 （c）等腰三角形 （d）放射形(三)加固深度(1)当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层相对硬层埋藏深度确定；(2)当相对硬层的埋藏深度较大时，对按变变形形控控制制的工程，加固深度应满足碎石桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形值的要求；(3)对按稳稳定定性性控控制制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面的深度；(4)在可液化地基液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定；(5)桩长不宜短于不宜短于4m4m。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。碎碎石石桩桩的的直直径径应应根根据据地地基基土土质质情情况况和和成成桩桩设设备备等等因因素素确确定定。采采用用30kw30kw振振冲冲器器成成桩桩时时，碎碎石石桩桩的的桩桩径径一一般般为为0.700.70一一1.0m1.0m；采采用用沉沉管管法法成成桩桩时时，碎碎石石桩桩的的桩桩径径一一般般为为0.7m0.7m，对对饱饱和和粘粘性性土土地地基基宜宜选用较大的直径。选用较大的直径。(四)桩径4.2 4.2 用于砂性土设计计算方法用于砂性土设计计算方法(一)桩距确定当正方形布置时：处理前体积：处理后体积：可得 正方形桩位布置计算桩距孔隙比e变化图故设桩体直径为d，由于 代入当正方形布置时：当等边三角形布置时：D r地基挤密后要求砂土达到的相对密实度，可取0.700.85。(二)液化判别标准贯入试验判别法：N63.5标准贯击试验贯入锤击数实测值(未经杆长修正)Ncr 液化判别标准贯入锤击数临界值N0 液化判别标准贯入锤击数基准值（可查表得到）ds 饱和土标准贯入点深度(m)0 粘粒含量百分牢，当小于3或为砂土时，均采用3dw 地下水位深度(m）4.3 4.3 用于粘性土设计计算方法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：Ae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0.100.30（1）按置换要求计算）按置换要求计算步骤如下：a、根据所提供的天然地基容许承载力、已确定的砂石桩容许承载力、要求达到的复合地基承载力，利用复合地基承载力计算公式，求出满足上述要求的置换率。b、按碎石桩设计直径，计算出碎石桩截面积。c、求出一根桩所分担的地基处理面积。d、求桩间距。（2）按固结度要求确定）按固结度要求确定同排水固结法砂井计算。（二）复合地基承载力或 pcf桩极限承载力（kPa）psf天然地基限承载力（kPa）K1复合地基中桩实际极限承载力与单桩极限承载力不同的修正系数。K2 桩间土与天然地基承载力不同的修正系数。1 反映桩的极限承载力发挥程度的系数。2 反映桩间土的极限承载力发挥程度的系数。m复合地基置换率。桩周土可能发挥的对桩体的侧限能力对散体材料桩复合地基极限承载力起关键作用。一般表达式如下：ru桩侧土提供的侧向极限应力；Kp桩体材料的被动土压力系数。侧向极限应力的计算方法主要有Brauns（1978）计算式，圆孔扩张理论计算式，Wong.H.Y.（1975）计算式，Hughes和Withers（1974）计算式和被动土压力法等。（三）沉降计算1、分层总和法复合模量 式中桩土应力比m在无实测资料时，对粘性土可取24，对粉土可取1.53，原土强度低者取大值，原土强度高者取小值。目前尚未形成碎石桩复合地基的沉降计算经验系数s。韩杰(1992)通过对5幢建筑物的沉降观测资料分析得到，s0.431.20，平均值为0.93，在没有统计数据时可假定s1.0。2沉降折减法处理后的沉降量可用下式表示：(四)固结度计算 Goughnour和Bayuk(1979)认为一般常用的排水砂并理论也适用于计算复合地基的沉降与时间关系。为了考虑涂抹作用，Barksdale和Bachus(1983)提出将桩径乘以，并且一般可假定水平渗透系数为垂直渗透系数的35倍。固结系数 是反映地基因结快慢的重要参数，值越大，其固结速率也越快。由分析可知，碎石桩复合地基的值均大于天然地基，从而证明了碎石桩加速地基固结的有效性，但淤泥质土的效果不及粘质粉土。(五)稳定分析 Priebe(1978)所提出的方法，采用了sp和csp的复合值，并由下式求得：式中 与桩土应力比和置换率有关的参数，mp，一般0.40.6。p应力集中系数，如已知sp和csp后，可用常规稳定分析方法计算抗滑安全系数，或者根据要求的安全系数，反求需要的和m。5 施工工艺振冲法施工5.1 振冲法振冲法振冲器构造图Adding stone in top-feed installationBottom-feed vibroflot rigchicago1CP Rail-CMO Terminal Relocation Marine WorkCP Rail-CMO Terminal Relocation Marine Work bCP Rail-CMO Terminal Relocation Marine Work cCP Rail-CMO Terminal Relocation Marine Work ddunkerque1dunkerque2dunkerque3PASIR PAJANG CONTAINER TERMINAL(Singapore)5.2 沉管法沉管法(一)振动成桩法振动挤密碎石桩施工顺序图振动沉管碎石桩加固地基(二)冲击成桩法1单管法单管冲击成桩工艺 2、双管法（1）芯管密实法芯管密实法成桩工艺(2)内击沉管法内击沉管法制桩工艺6 质量检验 碎石桩施工结束后，除砂土地基外，应间隔一定时间方可进行质量检验。对粘性土地基，间隔时间可取34周，对粉土地基可取23周。质量检验可用单桩载荷试验，其圆形压板的直径与桩的直径相等，可按每200400根桩随机抽取一根进行检验，但总数不得少于3根。对砂土或粉土层中碎石桩，除用单桩载荷试验检验外，尚可用标准贯入、静力触探等试验对桩间土进行处理前后的对比试验。复合地基承载力检测（载荷试验振冲碎石桩的动探检测更多碎石桩施工图片资料National City Marine Terminal Extension San Diego(US)沉管法