2019巖土工程師基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)：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(dòng)、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(gòu)成的密實(shí)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(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)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(duì)不排水抗剪強(qiáng)度小于20kPa的飽和粘性土和飽和黃土地基應(yīng)通過試驗(yàn)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(yàn)。但國內(nèi)也有失敗的教訓(xùn)，對(duì)砂樁用來處理飽和軟土地基持有不同觀點(diǎn)的學(xué)者和工程技術(shù)人員，認(rèn)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(jié)構(gòu)，使土的抗剪強(qiáng)度降低。如果不預(yù)壓，砂樁施工后的地基仍會(huì)有較大的沉降，因而對(duì)沉降要求嚴(yán)格的建筑物而言，就難以滿足沉降的要求。所以應(yīng)按工程對(duì)象區(qū)別對(duì)待，最好能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究以后再確定。

(一)加固原理

1.對(duì)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(jī)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(yù)震效應(yīng)。

2.對(duì)粘性土加固原理

對(duì)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(shí)度高和直徑大的樁體，它與原粘性土構(gòu)成復(fù)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(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(砂)石樁承擔(dān)。

碎(砂)石樁是粘性土地基中一個(gè)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(jié)，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(gè)軟弱土層，此時(shí)加固的復(fù)合土層起墊層的作用，墊層將荷載擴(kuò)散使應(yīng)力分布趨于均勻。

【例題12】碎石樁加固砂土地基抗液化的機(jī)理主要作用不包括()。

A. 擠密作用

B.排水作用

C.砂基預(yù)震作用

D.置換作用

答案:D

(二)設(shè)計(jì)計(jì)算

1.一般設(shè)計(jì)原則

(1)加固范圍加固范圍應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性和場(chǎng)地條件及基礎(chǔ)形式而定，通常都大于基底面積。對(duì)一般地基，在基礎(chǔ)外緣應(yīng)擴(kuò)大1～2排;對(duì)可液化地基，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于可液化土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于5m。

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

(3)加固深度加固深度應(yīng)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(dāng)相對(duì)硬層的埋藏深度不大時(shí)，應(yīng)按相對(duì)硬層埋藏深度確定;

2)當(dāng)相對(duì)硬層的埋藏深度較大時(shí)，對(duì)按變形控制的工程，加固深度應(yīng)滿足碎石樁或砂樁復(fù)合地基變形不超過建筑物地基容許變形值的要求;

3)對(duì)按穩(wěn)定性控制的工程，加固深度應(yīng)不小于最危險(xiǎn)滑動(dòng)面以下2m的深度;

4)在可液化地基中，加固深度應(yīng)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(yīng)根據(jù)地基土質(zhì)情況和成樁設(shè)備等因素確定。采用30kW振沖器成樁時(shí)，碎石樁的樁徑一般為0.80～1.2m;采用沉管法成樁時(shí)，碎(砂)石樁的直徑一般為0.30—0.70m，對(duì)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(guān)，一般不大于8cm，對(duì)碎石，常用的粒徑為2～5cm。

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

【例題13】采用碎石樁處理可液化地基時(shí)，基礎(chǔ)以外的處理范圍為()。

A. 基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于可液化土層厚度的1/3，并不應(yīng)小于3m

B. 基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于可液化土層厚度的1/3，并不應(yīng)小于5m

C. 基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于可液化土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于3m

D. 基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于可液化土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于5m

答案:D

2.用于砂性土的設(shè)計(jì)計(jì)算

對(duì)于砂性土地基，主要是從擠密的觀點(diǎn)出發(fā)考慮地基加固中的設(shè)計(jì)問題，首先根據(jù)工程對(duì)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(dá)到的密實(shí)度和孔隙比，并考慮樁位布置形式和樁徑大小，計(jì)算樁的間距。

對(duì)于正三角形布置：

正方形布樁時(shí)：

3.用于粘性土的設(shè)計(jì)計(jì)算

(1)承載力計(jì)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(cè)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(fù)合地基承載力 在粘性土和碎(砂)石樁所構(gòu)成的復(fù)合地基上，當(dāng)作用荷載為p時(shí)，設(shè)作用于樁的應(yīng)力pp和作用于粘性土的應(yīng)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(yīng)力不變時(shí)，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(dòng)破壞

答案:C

(2)沉降計(jì)算

碎(砂)石樁的沉降計(jì)算主要包括復(fù)合地基加固區(qū)的沉降和加固區(qū)下臥層的沉降。而復(fù)合土層的壓縮模量可按下式計(jì)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(shí)。可利用復(fù)合地基的抗剪特性，再使用圓弧滑動(dòng)法來進(jìn)行計(jì)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(yīng)力比為3，天然地基土的壓縮模量為4.0Mpa，則處理后復(fù)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(shí)可不另外加料，而利用振沖器的振動(dòng)力，使原地基的松散砂振擠密實(shí)。在粉細(xì)砂、粘質(zhì)粉土中制樁，最好是邊振動(dòng)邊填料，以防振沖器提出地面孔內(nèi)塌方。施工操作時(shí)，其關(guān)鍵是水量的大小和留振時(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)檢驗(yàn)質(zhì)量關(guān)鍵是填料量、密實(shí)電流和留振時(shí)間，這三者實(shí)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(shí)電流容易達(dá)到規(guī)定值，這時(shí)要注意掌握好留振時(shí)間和填料量。反之，在軟粘土地基中制樁，填料量和留振時(shí)間容易達(dá)到規(guī)定值，這時(shí)要注意掌握好密實(shí)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(dòng)成樁法和沖擊成樁法兩種。

振動(dòng)成樁法又可分為

(1)一次拔管法;

(2)逐步拔管法;

(3)重復(fù)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(yàn)

碎(砂)石樁施工結(jié)束后，除砂土地基外，應(yīng)間隔一定時(shí)間方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。對(duì)粘性土地基，間隔時(shí)間可取3—4周，對(duì)粉土地基可取2—3周。

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

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