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1、第六章 碎石桩6.1 概述 碎石桩是指用振动、冲击或水冲等方法在软弱地基中成孔后，再将碎石挤入土中形成大直径的由碎石所构成的密实桩体。按其制桩工艺分为振冲（湿法）碎石桩和干法碎石桩两大类。采用振动水冲法施工的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法碎石桩。采用各种无水冲工艺（如干振、振挤、锤击等）施工的碎石桩称为干法碎石桩。各类碎石的主要特性见表6.1-1。,在复合地基的各类桩体中，碎石桩与砂桩同属散体材料桩，加固机理相似，并随被加固土质不同而有差别。对砂土、粉土和碎石土具有置换和挤密作用；对粘性土和填土，以置换作用为主，兼有不同程度的挤密和促进排水固结的作用。碎石桩在工程中主要应用于以下几方面：（1）软弱
2、地基加固；（2）堤坝边坡加固；（3）消除可液化土的液化性；（4）消除湿陷性黄土的湿陷性。,6.2 振冲碎石桩,振冲法是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷咀喷射高压水流，在边振边冲的联合作用下，将振冲器沉入到设计深度形成桩孔，再向桩孔逐段填入碎石并逐渐振密，从而在地基中形成一根大直径的密实桩体并和原地基土组成复合地基，使承载力提高，沉降减少,振冲桩加密法,在砂性土中，振冲起挤密作用，故称为振冲挤密；在粘性土中，振冲主要起置换作用，故称振冲置换。振冲法适用于处理砂土、粉土、粘性土、填土以及软土，但对不排水抗剪强度小于20kPa的软土使
3、用要慎重，应通过现场试验确定其适用性。,一、振冲碎石桩设计 1、加固范围:加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定，应大于基底面积。对一般地基，宜在基础外缘加宽12排桩；对砂土、粉土等可液化地基应加宽24排桩（不少于5m）。,2、桩位布置:一般采用正方形或正三角形布置。对大面积满堂处理，宜采用正三角形布置；对条形基础，设计时宜先考虑单排桩，若不能满足要求时，可布2排或3排桩。布桩时对多排桩宜采用正方形布置，也可布置成矩形或等腰三角形，单柱柱基内最好布桩不少于3根。3、桩距:桩的间距一方面要保证复合地基承载力达到设计要求;另一方面又要避免桩距过小出现“串桩”,影响正常施工。一般桩距可取1.02
4、.5m，荷载大或原土强度低时,取小值；反之,宜取大值。对于桩端没达到相对硬层的短桩,应取小值。,4、桩长:桩的深度一般应达到强度较高的下卧土层。当相对硬层的埋藏深度不大时，桩长应按相对硬层埋藏深度确定；当相对硬层的埋藏深度较大时，应按建筑物地基的变形容许值确定。桩长不宜短于4m。在可液化地基中，当可液化土层不厚时，桩体应穿透整个可液化层；当可液化层较厚时，应按抗震处理深度确定。5、桩径:碎石桩直径取决于地基土质情况和成桩设备等因素。采用30kW振冲器成桩时，桩径一般为0.71.0；采用75kW振冲器成桩时，桩径一般为0.81.2m。,6、复合地基承载力:复合地基承载力特征值应按现场复合地基荷载
5、试验确定,也可用单桩和桩间土的荷载试验,按下式确定：fsp,k=mfp,k+(1-m)fs,k（6.2-1）式中：fsp,k复合地基的承载力特征值（kPa）；fp,k桩体的承载力特征值（kPa）；fs,k桩间土的承载力特征值（kPa）；m面积置换率。,对小型工程的粘性土地基如无现场荷载试验资料，也可按以下公式进行计算：fsp,k=1+m(n-1)fs,k（6.2-2）或 fsp,k=1+m(n-1)（3sv）（6.2-3）式中：n 桩土应力比，无实测资料时可取24，原土强度低取大值，原土强度高取小值。Sv桩间土的十字板抗剪强度，也可用处理前地基土的十字板抗剪强度代替。,7、碎石桩桩体承载力 一
6、般在实际工程中，碎石桩桩体的承载力是通过荷载试验直接测定的。如无实测资料，也可采用计算法和经验法确定。（1）计算法：参照第三章表3.3-1中的有关公式进行估算。由于各计算公式都有不同的假定条件，与实际情况有较大差别，因此计算法确定的承载力不一定准确，在使用时要根据当地的工程经验来确定碎石桩的承载力。,6.3 干法碎石桩 干法碎石桩在加固机理和设计计算方面与振冲碎石桩基本相同，两者的区别主要在使用的机具和施工工艺等方面。一、锤击碎石桩 锤击碎石又称干冲碎石桩和内击沉管法碎石桩。其施工工艺特点是利用锤内击沉管并分层击实填料，逐段成桩。,（一）锤击碎石桩的适用条件 这种方法可用于加固杂填土、粘性土、
7、粉细砂、粉土、淤泥和淤泥质土。但当存在以下情况之一时，一般不宜采用，若要采用，必须进行现场检验其可行性。（1）地基中夹有大于2m以上的饱和软粘土、淤泥和淤泥质土。并且土体的不排水抗剪强度小于20kPa或承载力基本值小于70kPa时，不宜采用。（2）填土下伏大于1m厚的淤泥或淤泥透镜体时,不宜采用。,（二）锤击碎石桩设计要点（1）施工前，应在有代表性的场地进行试打，试打组数不少于两组6根。根据试打结果对初步设计方案进行修改或调整。（2）锤击碎石桩的设计直径取决于导管直径，对325mm的导管，设计桩径为500mm；377mm的导管设计桩径为550600mm，但不得大于600mm。（3）碎石桩的桩距
8、应根据置换率确定，但不得小于1m。,（4）基础底面外缘“围护桩”的设置原则：对条基主桩布置超过两排时，可设一排“围护桩”，若土质条件好，也可隔桩设置；对独立柱基主桩布置为3排或3排以上时，应设一排围护桩；当满堂布桩时，围护桩设置取决于加深土层的深度；a、当加固深度不大于3m时，设一排围护桩；b、不大于6m时，设两排围护桩；c、不大于10m时，设3排围护桩。围护桩的长度第一排取主桩长度，第2排可短1m，第三排可短2m。,二干振碎石桩 干振碎石桩加固技术是对振冲碎石桩的一种改进,它可克服施工过程中及其后的一段时间内桩间土含水量增加,导致强度降低及施工过程中大量排泥浆,污染环境的缺点。由研究表明干振
9、碎石桩以挤密加固为主,挤密效果与土的含水量关系密切,当含水量接近塑限时效果最好,若小于10%或大于24%时效果很差。单桩的挤密有效影响半径（干密度提高5%,孔隙比降低10%的区域）为0.8m,“显著影响半径”（干密度提高10%,孔隙比降低20%）为0.6m。有效桩长为69倍桩径。复合地基承载力对杂填土提高1.32.5 倍；对粘性土提高0.91.5倍。,干振碎石桩适用于加固松散的非饱和粘性土（含水量w25%）,素填土,杂填土和二级以上非自重湿陷性黄土,加固深度6m左右,不适宜加固砂土和孔隙比e0.85的饱和粘性土。施工工艺为：首先用振动成孔器成孔，将桩孔中的土挤入周围土体，提起振孔器，向孔内倒入
10、大约1m厚的碎石，再用振孔器进行捣实，要求达到密实电流并留振1015s，然后提起振孔器。如此分段填料振实，直到形成碎石桩。,三振挤碎石桩 振挤碎石桩通常是采用定型的振动沉管打桩机，既可施工碎石桩，又可施工砂桩。桩管常用直径为273mm,325mm和377mm。桩头可用活瓣头、预制混凝土桩头等。施工工艺与振动挤密砂桩相似，包括打桩机就位、沉管成孔、分层填料振密和成桩四个施工过程。,第七章 CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）7.1 概述 CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩（Cement Flyash Gravel Pile）的简称,由碎石、石屑、粉煤灰掺适量水泥加水拌合，用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的一种
11、具有一定粘结强度的桩。桩体主体材料为碎石,石屑为中等粒径骨料,可改善级配,粉煤灰具有细骨料和低标号水泥作用。通过调整水泥掺量和配合比,桩体强度可在C5C20之间变化,一般为C5C10。,CFG桩是在碎石桩的基础上发展起来的,属复合地基刚性桩,严格意义上说,应该是一种半柔半刚性桩。而碎石桩是散体材料桩,这类桩因自身无粘结强度,要依靠周围土体的约束力来承受上部荷载。由实测资料表明,碎石桩主要受力区在4倍桩径范围内,沿桩长方向轴向和侧向应力迅速衰减,因此增加桩长对提高复合地基承载力作用不大。,碎石桩的桩土应力比一般为1.54.0，要提高碎石桩复合地基承载力,只有提高置换率,而置换率又与桩径和桩距有关
12、,置换率太高,将给施工带来很多困难。CFG桩由于自身具有一定的粘结性，故可在全长范围内受力，能充分发挥桩周摩阻力和端承力，桩土应力比高一般为1040。复合地基承载力的提高幅度较大，并有沉降小、稳定快的特点。,水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。规范的一般规定：水泥粉煤灰碎石桩应选择承载力相对较高的土层作为桩端持力层。水泥粉煤灰碎石桩复合地基设计时应进行地基变形验算。,7.3 加固机理 CFG桩复合地基的加固机理包括置换作用和挤密作用，其中以置换作用为主。当CFG桩用于挤密效果好的土层时，既有置换
13、作用,又有挤密作用,当用于挤密效果差的土层时,只有置换作用。CFG桩与碎石桩的差别之一在于CFG桩可全长受力，当地基土质好，荷载又不大时,可将桩设计短一些；当地基土质差，荷载又不大时，可将桩设计长一些；如果地基土很软，而荷载又大时，用柔性桩很难满足设计要求，而CFG桩可通过应力集中现象来实现。,CFG桩复合地基桩土应力比大，而且具有很大的可调性，在软土中可高达100左右。CFG复合地基中由桩承担的荷载一般为40%75%，提高承载力的幅度可达4倍或更高。7.4 褥垫的作用 CFG桩复合地基的褥垫由碎石、级配砂石、粗砂等散体材料组成。由褥垫联接复合地基和基础，见图7.4-1。褥垫在复合地基中如有如
14、下几种作用：,1、保证桩、土共同承担荷载。在桩基中,当承台承受竖向荷载时,对摩擦桩,承台产生沉降,使桩间土发挥一定的承载能力,且变形越大,作用越明显,但与桩间土承载能力相比,所占比例很小；对端承桩,承台沉降变形一般很小,桩间土承载能力很难发挥。CFG复合地基的设计原则是充分利用桩间土的垂直和水平承载能力。由于CFG桩复合地基的置换率一般不大于10%，其余不小于90%的基底面积为桩间土，总荷载扣除桩间土承担的荷载后就是CFG桩应承担的荷载。显然；遵循这一设计原则，可大量减少桩的数量，再加上CFG桩不消耗钢筋，桩体利用工业废料和石屑作为掺合料，水泥用量小，可大大降低工程造价。,2、减少基础底面的应
15、力集中 根据实测的桩土应力比n（见图7.4-2）与褥垫层厚度H的变化曲线,当褥层厚度很小时,桩对基础底面产生应力集中。但当褥层厚度大于10cm时,应力集中明显降低（桩土应力比约为6）,当褥垫层厚度为30cm时,桩土应力比降为1.23。3、褥垫厚度可调整桩土荷载分担比 由有关试验测得的结果，当荷载一定时，褥垫越厚土承担的荷载越多；褥垫厚度一定时，荷载越大，桩承担的荷载所占比例增大。,4、褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比 有关实验表明，褥垫厚度越大，桩顶水平位移越小，当褥垫厚度不小于10cm时，桩体不会发生水平折断。综上所述，褥垫是CFG桩复合地基的一个重要组成部分，其厚度直接影响到桩土应力
16、比和荷载分担比。因此，必须确定一个合理的厚度。褥垫厚度太小，桩对基础产生应力集中，需要考虑桩对基础的冲切，必然造成基础厚度增加，当基础承受水平荷载时，可能造成桩体断裂。而且，厚度过小，不能充分发挥桩间土承载力，导致桩数或桩长增加。,褥垫厚度过大，导致桩、土应力比接近1，桩承担的荷载太少，复合地基承载力提高不大。由试验研究和工程实践经验，一般取1030cm较合适。,7.5 CFG桩复合地基设计 CFG桩处理软弱地基的设计原则是充分发挥桩间土和桩体的承载力，从而达到提高地基承载力和减少变形的目的。对松散砂土地基可考虑施工过程产生的挤密作用，对挤密效果差的地基可不考虑其挤密效果。一、设计内容 CFG
17、桩复合地基的设计内容包括桩径、桩距、桩长、承载力计算、变形计算和褥垫厚度。,规范设计要点(一)水泥粉煤灰碎石桩可只在基础范围内布置，桩径宜取 350 600mm。(二)桩距应根据设计要求的复合地基承载力、土性、施工工艺等确定，宜取 3 5倍桩径。(三)桩顶和基础之间应设置褥垫层，褥垫层厚度宜取 150 300mm，当桩径大或桩距大时褥垫层厚度宜取高值。（四）褥垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等，最大粒径不宜大于 30mm。（五）水泥粉煤灰碎石桩复合地基承载力特征值，应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可按下式估算：,（六）单桩竖向承载力特征值 Ra的取值，应符合下列规定：（1）当
18、采用单桩载荷试验时，应将单桩竖向极限承载力除以安全系数 2；（2）当无单桩载荷试验资料时，可按下式估算：,（七）桩体试块抗压强度平均值应满足下式要求式中 fcu桩体混合料试块（边长 150mm立方体）标准养护 28d立方体抗压强度平均值（kPa）。,（八）地基处理后的变形计算应按现行国家标准 建筑地基基础设计规范GB50007的有关规定执行。复合土层的分层与天然地基相同，各复合土层的压缩模量等于该层天然地基压缩模量的倍，值可按下式确定：变形计算经验系数-s根据当地沉降观测资料及经验确定，也可采用规范表数值。地基变形计算深度应大于复合土层的厚度，并符合现行国家标准 建筑地基基础设计规范GB500
19、07中地基变形计算深度的有关规定。,二、设计步骤,在进行具体设计时可遵循以下步骤：（1）根据地基土性能、施工设备、布桩方式等条件初步确定桩径和桩距，由桩径和桩距可求出置换率。（2）由要求达到的复合地基承载力确定桩长；由 下式变化式定出桩土应力比：,确定单桩承受的荷载：桩顶应力：单桩承受的荷载：由下式估算桩长 如果有单桩静载试验资料，可直接估算桩长。桩身强度可按下式估算：R28=kp式中：k安全系数，取2.53.0；p桩顶最大应力（kPa）.,CFG桩设计的抗压强度应不小于R28。配料设计：由桩身设计的抗压强度，根据室内试验及以往工程经验，确定配比。配料举例：每盘料：碎石（2040mm）0.2m
20、3，石屑（10mm）0.1m3，粉煤灰0.05m3，425#水泥2537.5kg，28天龄期的立方体抗压强度为67MPa。（5）确定褥垫厚度：由要求达到的桩土应力比和桩土分担荷载参照有关试验资料和工程经验确定一个合理厚度。,重点及思考题、例题1、振冲碎石桩复合地基承载力的确定，设计步骤？2、CFG桩的适用范围是哪些？在初步设计时如何估算复合地基承载力特征值？3、CFG桩褥垫应采用多厚？它有何作用？4、例题：如何估算CFG桩复合地基承载力特征值？及如何验算CFG桩复合地基承载力特征值？,例某住宅地面以上28层,地下2层,基础埋深7.0m,基础板厚0.7m,基础面积30m35m,采用CFG桩复合地
21、基,桩径0.4m,桩长21m,桩身混凝土强度等级C25,桩间距1.8m,正方形布桩,桩端持力层为粘质粉土,土层分布如图,试估算CFG桩复合地基承载力特征值,验算CFG桩复合地基承载力.,Fk=4105kN,解（1）计算单桩承载力特征值查JGJ94-94规范表得（自基础底往下）粉质粘土：qs1k=48kPa粉砂：qs2k=60kPa 粉土：qs3k=50kPa粘土：qs4k=52kPa粉质粘土：qs5k=52kPa粘质粉土：qs6k=80kPa qpk=48kPa单桩极限承载力：Quk=uqsikli+qpkAp=1.256(487.0+602.0+502.0+602.0+523.0+525.0)+0.12561000=1372+125.6=1498kN单桩承载力特征值：Qa=1498/2=749kN,(2)计算置换率：正方形布桩：m=d2/de2=d2/(1.13s)2=0.42/1.1321.82=0.0387(3)估算复合地基承载力特征值：,（4）验算基底压力：,
