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1、振冲碎石桩处理液化地基土应用实例,工程概况工程地质条件地基处理方案振冲碎石桩设计施工要点质量检验,1.工程概况,河南某化纤股份有限公司拟建第二生产基地征地约3000亩，主要建设连续纺车间、酸站车间、自备电厂及配套车间项目。其酸站车间基础埋深7.2m，设计该酸站车间的地基处理方案。,2.工程地质条件,地层以粉砂、细中砂为主，夹薄层粉土，从上至下分述如下：,粉砂，上部灰黄、浅黄色，下部灰、浅灰色，湿饱和，松散，局部稍密。夹薄层粉土及细砂。层厚及层底埋深2880m。,细中砂，灰、浅灰色，饱和，松散一稍密，局部中密。夹薄层粉砂，局部夹薄层粉土。层厚32 87m，层底埋深65 145m。,场地地处黄河中
2、下游冲积平原，原黄河故道。,2.工程地质条件,细中砂，灰、浅灰色，饱和，中密一密实。夹薄层粉砂，局部夹薄层粉土。层厚50121m，层底埋深183196m。,粉土，浅灰、灰色，很湿，中密，粘粒含量高。层厚O817m，层底埋深198207m。,细中砂，灰黄、浅黄色，饱和，密实，夹薄层粉砂。该层未见底，揭露最大厚度52m。,地下稳定水位埋深2429m。,2.工程地质条件,第1、2单元层为液化地层；液化指数7622558，综合判定为严重液化场地，液化深度在145m以浅。,拟建场地地形较平坦，浅部土层地基承载力较低，地基土持力层和主要受力层不稳定，均匀性较差：,3.地基处理方案,根据勘察资料可知，该建筑
3、场地严重液化，第1、2土层为液化土层，根据相关规范，拟建建筑物应对地基液化进行地基处理,工程上常用的针对地基液化的处理方法主要有换填法、强夯法、碎石桩法、砂石桩法等，其中碎石桩法和强夯法相对较为普遍。,3.地基处理方案,强夯法一般适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的粉土与黏性土、湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基，该场地地下水稳定水位埋深为2.42.9m，需要处理的液化土层均为接近饱和的粉土、砂土，强夯法处理该地基的效果不好。,场地面积大，第2层液化土层埋深为6.514.5m，显然无法运用换填法。,3.地基处理方案,振冲碎石桩法可使液化砂土层振实挤密，回填碎石等粗粒料形成桩柱，桩间土受到振密和挤密
4、作用，桩和桩间土构成复合地基。该方法成本低、速度快，形成良好的排水通道，处理效果好，可提高地基承载力，消除土层液化。,砂石桩处理难度大，根据工程经验不宜采用。,4.碎石桩设计,液化判断,N0 标贯锤击数基准值ds标贯深度 dw 地下水位深度pc粘粒含量百分率(=3),(ds=15m),(15=ds=20m),根据勘察报告：第1、2单元层为液化地层；液化指数7622558，综合判定为严重液化场地，液化深度在145m以浅。,此处应用实例没有给出具体计算，只在勘察资料里给出定性分析。计算时注意按照抗震设计要求选取N0,4.碎石桩设计,2.考虑土层条件和施工成本，采用振冲碎石桩法（见方案选择）；,1.
5、全部消除地基液化，处理后地基承载力不小于170kPa（设计要求）；,设计参数,3.基础埋深：酸站车间基础埋深7.2m（设计要求）；,4.碎石桩设计,4.加固深度：持力层选在第3层土，埋深15.2m，根据基础埋深7.2m，确定有效桩长8m，另外设置0.5m保护桩长，确定桩长为8.5m；,5.根据规范，对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m，最大液化土层厚度为11.7m(14.5m-2.8m)，振冲碎石桩处理范围每边超出基础外缘6m；,6.桩位布置：按正三角形布置；,设计参数,4.碎石桩设计,设计参数,7.采用75W功率ZCQ75型号振冲器，起重机械采用15
6、t履带吊（实例中采用25t汽车吊，查阅资料15t完全可以满足要求）；,8.振冲碎石桩碎石粒径40150mm，含泥量不得大于5%；,9.成孔水压应保持在300500kPa，成桩水压保持在300400kPa，密实电流8090A，留振时间10s左右，每次提升振冲器高度为1.0m左右，每次填料厚度应不大于0.5m。,4.碎石桩设计,桩径设计,根据现场试桩结果，按投料情况分析，桩径在1.2m1.4m之间。,地基处理技术规范JGJ792002规定：,桩径初步设计为1.4m,振冲桩的平均直径可按每根桩所用填料量计算。,（实例中设计为1.2m，但是计算可知不满足承载力要求）,4.碎石桩设计,桩距设计,在进行地
7、基处理初步设计时，可按照中华人民共和国行业标准建筑地基处理技术规范（JGJ 792002）中给出的简化公式考虑施工振密效果,l：桩距d：桩直径 ：修正系数，考虑振动下沉密实作用，取值1.11.2 ：地基挤密后要求达到的孔隙比 ：地基挤密后要求砂土的相对密度，可取0.700.85,：天然孔隙比,：砂土的最大最小孔隙比,4.碎石桩设计,桩距设计,实例中土工试验没有给出具体数据，查阅相关资料及类似案例得到如下取值：,取 =0.80 =0.45 =0.80,取 =1.1,4.碎石桩设计,桩距设计,基础工程教材结合工程实际情况指出，75kW振冲器布桩间距采用1.53.0m,桩距设计值取3.0m，相比理论
8、计算偏于安全,此处工程实例直接根据工程经验取为3.0m,4.碎石桩设计,垫层,振冲碎石桩施工完成后，基础底面铺设40cm厚的碎石垫层，分4层铺设，用平板振动器振实。,（规范规定在桩顶和基础之间宜铺设一层 300500mm 厚的碎石垫层。 ）。,5.地基承载力,建筑地基处理技术规范（JGJ792002）阐明，振冲桩复合地基承载力特征值应通过现场地基荷载试验确定，初步设计也可用单桩和处理后桩间土承载力特征值按下式估算：,m：面积置换率 ：振冲桩复合地基承载力特征值 ：桩体承载力特征值 ：处理后桩间土承载力特征值，宜按当地经验取值，如无经验，可取天然地基承载力特征值,碎石桩单桩承载力可根据侧向极限应
9、力方法计算得到理论值，此处无计算参数，但是单桩载荷实验得出桩体承载力特征值为375kPa。,5.复合地基承载力,对等边三角形布置：,桩体承载力特征值：,取375kPa,5.复合地基承载力,处理后桩间土承载力特征值：,无相关经验：,根据天然地基承载力特征值取值,取120kPa,170kPa,6.沉降计算,振冲桩碎石桩的沉降计算主要包括复合地基加固区的沉降 和 加固区下卧层的沉降,均按建筑地基基础设计规范(GB50007)计算：,分层总和法：,6.沉降计算,按建筑地基基础设计规范(GB50007)复合土层的压缩模量按下式计算：,n桩土应力比m面积置换率,6.沉降计算,地下水位取2.6m,查表取沉降
10、系数 为0.2,基础宽度bl=3.53.5m，根据规范取,第1层土复合土层压缩模量,第2层复合土层土压缩模量,第3层土天然压缩模量：27Mpa,6.沉降计算,6.沉降计算,第8层面土厚度为 ，计算沉降量为0.078mm,计算深度满足要求,最终沉降量为,查规范，显然满足要求,7.施工要点,(1)放桩：按照桩位平面图实地测放桩位，用钢纤打入地面下30cm并灌入白灰，插上筷子，防止桩位偏移及便于找桩。,(2)对桩：施工机具就位，使振冲器对准桩位，允许偏差10cm。,(3)成孔：启动水泵，开启振冲器，记录成孔水压、成孔电流及振冲器下沉速度，成孔至设计深度后，上提振冲器至孔口，再快速下沉至孔底，重复23
11、次。,(4)填料成桩：成孔后，即向孔中填入石料，待密实电流和留振时间达到要求后，上提振冲器一段距离，继续投料挤密，如此逐段进行直至成桩。记录成桩水压、密实电流及留振时间。,(5)成桩后，关闭振冲器和水泵，移至下一桩位。,7.施工要点,注意：,填料控制,填料应注意以下几点：,填料是振冲法施工中的一个关键环节，填料的快慢直接关系到桩的密实度和经济效益。,(1)造孔完毕后稍停数秒，然后进行填料，开始不宜过多，防止堵塞孔口或堵塞返水，以免影响粉砂中的泥土排出。,(2)填料要把握时机，控制速度。,(3)填料的计量，填料计量不仅仅是为成本分析提供依据，更主要是落实置换量的大小，置换量随地层地质变化而变化，
12、地质软硬不同，置换量也就不同，据此，即可粗略计算桩体密实度的变化，以便掌握和分析碎石桩的实际情况。,8.质量检测,施工质量检验，采用单桩荷载试验：,桩间土的检验，采用标贯试验：,结 语,对于液化地基的处理方法中，碎石桩法和强夯法相对较为普遍。在实际工程施工中，只有在查清场地地形、地貌以及水文地质情况的基础上，根据不同的工程性质和地质特征比对方案，对存在液化地基的场地反复研究、精心设计，才能做出合理、安全、经济的地基处理方案。振冲碎石桩的质量主要取决于造孔和清孔时的水压，填料成桩时的密实电流和留振时间，以及每次的填料量，因此在施工中应详细记录、认真分析总结，发现问题及时处理解决。,谢 谢！,知识
13、回顾,换填法,适用范围：,淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟暗塘的浅层处理，处理深度一般为0.53m,垫层材料：,砂垫层、砂石垫层、碎石垫层、素土垫层、灰土垫层、二灰垫层、干渣垫层、粉煤灰垫层、土工合成材料加筋垫层、聚苯乙烯板块垫层,加固机理：挖除基底一定范围内的软弱土，回填以工程性能好的碎石、砂等，压密后作为地基持力层；让垫层承受较大的上部荷载，软弱层承担较小的荷载，以满足地基的承载力和变形要求。,设计要点：,垫层厚度（z）根据垫层底部下卧土层承载力确定,垫层宽度：满足基础底面应力扩散、防止垫层向两侧挤出,知识回顾,强夯法,适用范围：,碎石土、砂土、低饱和度的粉土与粘性土、
14、湿陷性黄土、素填土、杂填土等地基。,动力密实： 加固多空隙、粗颗粒、非饱和土； 动力荷载减小土孔隙，增大强度。动力固结： 处理细颗粒饱和土； 土体局部液化并产生许多裂隙，增加排水通道； 超孔隙水压力消散，土体固结。动力置换： 分为整式置换和桩式置换； 整式置换作用效果类似换土垫层，桩式作用效果类似碎石桩。,优点：,施工简单、加固效果好、使用经济,加固机理：,知识回顾,强夯法,设计要点：,1. 有效加固深度,M夯锤重量（t）； h落距（m）；,修正系数，范围为0.350.7,2.夯锤重量M和落距h,总夯击能：,单位夯击能：,E总夯击能量(kN.m)n总夯击次数,e单位夯击能量(kN.m/m2)A
15、被夯击场地面积(m2),3.夯击点布置及间距,夯击点布置：,(1)等边三角形、等腰三角形或正方形；,(2)处理范围大于建筑物基础范围，一般超出基底外缘1/21/3，不宜小于3m,知识回顾,强夯法,3.夯击点布置及间距,夯击点间距：,根据地基土的性质和要求处理的深度而定，以保证使夯击能量传递到深处和保护临近夯坑周围所产生的辐射向裂隙为基本原则,4.击数与遍数,夯击击数：,单点夯击击数（最佳夯击能）由现场试夯确定，以夯坑的压缩量最大、夯坑周围隆起量最小为原则，根据击数与上述量值的关系曲线确定。且应满足规范要求条件。,夯击遍数：,5.垫层铺设,6.间歇时间,间歇时间取决于超静孔隙水压力的消散时间。对
16、于砂土，一般 24min，对于粘性土，一般24周（埋设袋装砂井）。,夯击遍数应根据地基土的性质确定，可采用点夯23遍，对于渗透性较差的细颗粒土，必要时夯击遍数可适当增加。最后再以低能量满夯2遍，满夯还可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印搭接。,知识回顾,碎（砂）石桩法,1.定义：,2.成桩工艺多种多样，按成桩过程主要有，挤密法、置换法、排土法等其他方法,3.振冲碎石桩：,是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的碎（砂）石所构成的密实桩体,挤密法主要适用于砂性土、非饱和粘性土、松散杂填土和素填土，挤密法的施工方法主要包括振冲法、沉管法、干振法。,作用机理：,(1)挤密作用：水和振动的作用使砂土液化，并重新排列致密，桩孔填入大量粗骨料后，砂土被水平振动挤入周围土体，密实度增加，空隙比降低，承载力增大,知识回顾,碎（砂）石桩法,3.振冲碎石桩：,作用机理：,(2)排水减压：受到剪切循环荷载时，饱和松散砂土发生体积收缩并趋于密实，无排水条件时，土体快速收缩导致超孔隙水压力急剧上升。碎石桩中的粗料颗粒在地基中形成渗透性良好的竖向排水减压通道，使超孔隙水压消散，加快地基排水固结,(3)砂基预震效应：振冲法施工时，施工过程使填料和地基土在挤密同时获得强烈预振，对提高砂土抗液化能力极为有利,return,
