2019巖土工程師基礎知識點：碎(砂)石樁

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碎(砂)石樁

碎石樁和砂樁總稱為碎(砂)石樁，又稱粗顆粒土樁，是指用振動、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將碎石或砂擠壓入已成的孔中，形成大直徑的碎(砂)石所構成的密實樁體。

(1)碎石樁目前國內(nèi)外碎石樁的施工方法多種多樣，按其成樁過程和作用可分為四類。

中華人民共和國行業(yè)標準《建筑地基處理技術規(guī)范》(JGJ79—2002)中規(guī)定：“振沖法適用于處理砂土、粉土、粉質(zhì)粘土、素填土和雜填土等地基。對不排水抗剪強度小于20kPa的飽和粘性土和飽和黃土地基應通過試驗確定其適用性。

(2)砂樁早期砂樁用于加固松散砂土和人工填土地基，如今在軟粘土中，國內(nèi)外都有使用成功的豐富經(jīng)驗。但國內(nèi)也有失敗的教訓，對砂樁用來處理飽和軟土地基持有不同觀點的學者和工程技術人員，認為粘性土的滲透性較小，靈敏度又大，成樁過程中土內(nèi)產(chǎn)生的超孔隙水壓力不能迅速消散，故擠密效果較差，相反卻又破壞了地基土的天然結構，使土的抗剪強度降低。如果不預壓，砂樁施工后的地基仍會有較大的沉降，因而對沉降要求嚴格的建筑物而言，就難以滿足沉降的要求。所以應按工程對象區(qū)別對待，最好能進行現(xiàn)場試驗研究以后再確定。

(一)加固原理

1.對松散砂土加固原理

碎石樁和砂樁擠密法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承載力、減少變形和增加抗液化性。

碎石樁和砂樁加固砂土地基抗液化的機理主要有下列三方面作用：1.擠密作用;2.排水減壓作用;3.砂基預震效應。

2.對粘性土加固原理

對粘性土地基(特別是飽和軟土)，碎(砂)石樁的作用不是使地基擠密，而是置換，在地基中形成具有密實度高和直徑大的樁體，它與原粘性土構成復合地基而共同工作。由于碎(砂)石樁的剛度比樁周粘性土的剛度為大，地基中應力按材料變形模量進行重新分配，因此，大部分荷載將由碎(砂)石樁承擔。

碎(砂)石樁是粘性土地基中一個良好的排水通道，它能起到排水砂井的效能，且大大縮短了孔隙水的水平滲透途徑，加速軟土的排水固結，使沉降穩(wěn)定加快。

如果軟弱土層較厚，則樁體可不貫穿整個軟弱土層，此時加固的復合土層起墊層的作用，墊層將荷載擴散使應力分布趨于均勻。

【例題12】碎石樁加固砂土地基抗液化的機理主要作用不包括()。

A. 擠密作用

B.排水作用

C.砂基預震作用

D.置換作用

答案:D

(二)設計計算

1.一般設計原則

(1)加固范圍加固范圍應根據(jù)建筑物的重要性和場地條件及基礎形式而定，通常都大于基底面積。對一般地基，在基礎外緣應擴大1～2排;對可液化地基，在基礎外緣擴大寬度不應小于可液化土層厚度的1/2，并不應小于5m。

(2)樁位布置對大面積滿堂處理，樁位宜用等邊三角形布置;對獨立或條形基礎，樁位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置;對于圓形或環(huán)形基礎(如油罐基礎)宜用放射形布置。

(3)加固深度加固深度應根據(jù)軟弱土層的性能、厚度或工程要求按下列原則確定：

1)當相對硬層的埋藏深度不大時，應按相對硬層埋藏深度確定;

2)當相對硬層的埋藏深度較大時，對按變形控制的工程，加固深度應滿足碎石樁或砂樁復合地基變形不超過建筑物地基容許變形值的要求;

3)對按穩(wěn)定性控制的工程，加固深度應不小于最危險滑動面以下2m的深度;

4)在可液化地基中，加固深度應按要求的抗震處理深度確定;

5)樁長不宜短于4m。

(4)樁徑碎(砂)石樁的直徑應根據(jù)地基土質(zhì)情況和成樁設備等因素確定。采用30kW振沖器成樁時，碎石樁的樁徑一般為0.80～1.2m;采用沉管法成樁時，碎(砂)石樁的直徑一般為0.30—0.70m，對飽和粘性土地基宜選用較大的直徑。

(5)材料樁體材料可以就地取材，一般使用中、粗混合砂、碎石、卵石、砂礫石等，含泥量不大于5%。碎石樁樁體材料的容許最大粒徑與振沖器的外徑和功率有關，一般不大于8cm，對碎石，常用的粒徑為2～5cm。

(6)墊層碎(砂)石樁施工完畢后，基礎底面應鋪設30～50cm厚度的碎(砂)石墊層，墊層應分層鋪設，用平板振動器振實。在不能保證施工機械正常行駛和操作的軟弱土層上，應鋪設施工用臨時性墊層。

【例題13】采用碎石樁處理可液化地基時，基礎以外的處理范圍為()。

A. 基礎外緣擴大寬度不應小于可液化土層厚度的1/3，并不應小于3m

B. 基礎外緣擴大寬度不應小于可液化土層厚度的1/3，并不應小于5m

C. 基礎外緣擴大寬度不應小于可液化土層厚度的1/2，并不應小于3m

D. 基礎外緣擴大寬度不應小于可液化土層厚度的1/2，并不應小于5m

答案:D

2.用于砂性土的設計計算

對于砂性土地基，主要是從擠密的觀點出發(fā)考慮地基加固中的設計問題，首先根據(jù)工程對地基加固的要求(如提高地基承載力、減少變形或抗地震液化等)，確定要求達到的密實度和孔隙比，并考慮樁位布置形式和樁徑大小，計算樁的間距。

對于正三角形布置：

正方形布樁時：

3.用于粘性土的設計計算

(1)承載力計算

1)單樁承載力

作用于樁頂?shù)暮奢d如果足夠大，樁體發(fā)生破壞?？赡艹霈F(xiàn)的樁體破壞形式有三種：鼓出破壞、刺入破壞和剪切破壞。由于碎(砂)石樁樁體均由散體土顆粒組成，其樁體的承載力主要取決于樁間土的側向約束能力，絕大多數(shù)的破壞形式為樁體的鼓出破壞。

單樁極限承載力為：

2)復合地基承載力 在粘性土和碎(砂)石樁所構成的復合地基上，當作用荷載為p時，設作用于樁的應力pp和作用于粘性土的應力為ps，假定在樁和土各自面積Ap和A—Ap范圍內(nèi)作用的應力不變時，則可求得：

【例題14】采用碎石樁處理軟弱的地基，承載后樁體發(fā)生破壞的形式大多為()。

A. 刺入破壞

B. 剪切破壞

C. 鼓出破壞

D. 滑動破壞

答案:C

(2)沉降計算

碎(砂)石樁的沉降計算主要包括復合地基加固區(qū)的沉降和加固區(qū)下臥層的沉降。而復合土層的壓縮模量可按下式計算：

Esp=[1+m(n-1)]Es (17-5-11)

(3)穩(wěn)定分析若碎(砂)石樁用于改善天然地基整體穩(wěn)定性時?？衫脧秃系鼗目辜籼匦裕偈褂脠A弧滑動法來進行計算。

【例題15】某軟弱地基厚5米，采用碎石樁處理，置換率為20%，樁土應力比為3，天然地基土的壓縮模量為4.0Mpa，則處理后復合土層的壓縮模量為()Mpa。

A. 6.4

B. 5.6

C. 4.8

D. 4.0

答案:B

4.施工方法

目前施工方法可有多種多樣，主要有兩種施工方法，即振沖法和沉管法。

(1)振沖法

振沖法具體可根據(jù)“振沖擠密”和“振沖置換”的不同要求，其施工操作要求亦有所不同：

1)“振沖擠密法”施工操作要求：振沖擠密法一般在中粗地基中使用時可不另外加料，而利用振沖器的振動力，使原地基的松散砂振擠密實。在粉細砂、粘質(zhì)粉土中制樁，最好是邊振動邊填料，以防振沖器提出地面孔內(nèi)塌方。施工操作時，其關鍵是水量的大小和留振時間的長短。，

2)“振沖置換法”施工操作要求：在粘性土層中制樁，孔中的泥漿水太稠時，碎石料在孔內(nèi)下降的速度將減慢，且影響施工速度，所以要在成孔后，留有一定時間清孔，使回水把稠泥漿帶出地面，降低泥漿的密度。

3)施工質(zhì)量控制施工時檢驗質(zhì)量關鍵是填料量、密實電流和留振時間，這三者實際上是相互聯(lián)系和保證的。只有在一定的填料量的情況下，才能把填料擠密振密。一般來說，在粉性較重的地基中制樁，密實電流容易達到規(guī)定值，這時要注意掌握好留振時間和填料量。反之，在軟粘土地基中制樁，填料量和留振時間容易達到規(guī)定值，這時要注意掌握好密實電流。

(2)沉管法

沉管法過去主要用于制作砂樁，近年來已開始用于制作碎石樁，這是一種干法施工。沉管法包括振動成樁法和沖擊成樁法兩種。

振動成樁法又可分為

(1)一次拔管法;

(2)逐步拔管法;

(3)重復壓拔管法。

沖擊成樁法又分為

(1)單管法;

(2)雙管法。

5.質(zhì)量檢驗

碎(砂)石樁施工結束后，除砂土地基外，應間隔一定時間方可進行質(zhì)量檢驗。對粘性土地基，間隔時間可取3—4周，對粉土地基可取2—3周。

關于施工質(zhì)量檢驗，常用的方法有單樁載荷試驗和動力觸探試驗。關于加固效果檢驗，常用的方法有單樁復合地基和多樁復合地基大型載荷試驗。

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