挤密碎石桩施工技术.doc

碎石挤密桩复合地基砂石桩为砂桩、砾卵石（砾石）桩、碎石桩的统称，是处理软弱地基的一种经济、简单、有效的方法。对于松砂地基，可通过挤压、振动等作用，使其达到密实，从而增加地基承载力，降低孔隙比，减少建筑物沉降，并提高砂基抵抗震动液化的能力；用于处理软粘土地基，可起到置换和排水砂井的作用，加速土的固结，形成置换桩与固结后软粘土的复合地基，显著提高地基抗剪强度；这种桩施工机具常规，操作工艺简单，场地干净，可节省水泥、钢材，就地使用廉价地方材料，加速进度，降低工程成本，应用较为广泛。一、加固机理及适用范围：1、将带活瓣桩尖的桩管沉入土体，将桩管周围土体第一次挤密固结（对砂土则主要为振动密实）。2、碎石桩体的空隙大，上下贯通为良好排水通道，土体中的水渗到桩体中，使土体得到第二次固结。经振动拔管构成的桩体一般均可达到中密状态，因而桩体本身有较高的强度，加固后复合地基强度一股比天然地基强度提高一倍以上，液化土层得到消除。适于软弱地基一般建筑物的加固，对各土层的加固效果是：松散砂土最明显，影响范围最大；素填土、杂填、粉土次之；淤泥质粉质粘土由于渗透系数小，超孔隙水压难以消散，因而短期内加固效果不明显，要持续一个时期，才能逐步恢复和提高。由于振动影响，对灵敏度高的软粘性土，天然结构受扰动后，土的强度下降，压缩系数增大，压缩模量降低，短期内难以恢复，效果软差；对于饱和性粘土地基，主要不以变形控制的工程，也可采用砂石桩作置换处理。二、一般构造要求与布置1、方案确定根据地基处理的目的、待处理场地的工程于质条件以及施工机具等的不同，可分别选择振动沉管砂桩、砂石桩或碎石桩，也可以与其它地基处理方法结合使用。2、桩的直径根据土质类别、成孔机具设备条件和工程情况而定，一般为300mm，最大500800mm，对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。3、桩的长度桩长主要取决于需要加固土层的厚度。一般视建（构）筑物的设计要求和地质条件而定，应满足地基的强度和变形控制要求。、当地基中的松散土层厚度不大时，可穿透整个松软土层，至较好持力土层上；当厚度较大，而挤密砂石桩（因机具设备限制或造价太高）不能穿透时，桩长应根据建筑地基的允许变形值确定。、对于液化砂层，桩长应穿透可液化层，按建筑抗震设计规范（GBJ1189）确定。、对按稳定性控制的工程，加固深度应大于最危险滑动面的深度。、桩长不宜短于4m。4、桩布置和桩距桩平面布置宜采用等边三角形或正方形。桩距应通过现场试验确定，但不宜大于砂石桩直径的4倍。因有经验的地区，砂石桩的间距也可按下式计算确定，由于砂石桩在松砂和软粘土中作用机理不同，计算方法也有所不同：、松散砂土地基：等边三角形布置：s0.95d（1e0）（e0e1）正方形布置：s0.90d（1e0）（e0e1）e1emax（emaxemin） 式中：s砂石桩间距 d砂石桩直径e0地基处理前砂土的孔隙比，可按原状土样试验确定，也可根据动力或静力触探等对比试验确定。e1地基挤密后要求砂土达到的孔隙比。emax、emin分别为砂土的最大、最小孔隙比，可按国家标准土工试验方法标准（GBJ12388）的有关规定试验确定。Dr1地基挤密后要求砂土达到的相对密实度，可取0.700.85、粘性土地基要按复合地基考虑，假定砂桩和天然土层分担上部荷载，桩距s按下列公式计算：等边三角形：s1.08Ae正方形布置：sAe式中：Ae1根砂石桩所承担的处理面积：AeAPmAP砂石桩的截面积m面积置换率。 md2de2式中：d桩的直径（m）de等效影响圆直径（m）。等边三角形布桩时de1.05s，正方形布桩时de1.13s（s为桩间距）5、布桩形式确定布桩形式应依据基础形式确定。对大面积满堂处理，桩位宜采用等边三角形布置；对独立或条形基础，桩位宜采用正方形、矩形或等腰三角形布置；对于圆形或环形基础，宜用放射形布置。6、处理宽度加固范围应根据上部建筑结构特征、基础形式及尺寸大小、荷载条件及工程地质条件而定，地基的加固宽度一般不小于基础宽度的1.2倍，而且基础外边缘每边放宽不应小于13排桩。对于有抗液化要求的地基础，外缘每边放宽不宜小于处理深度的1/2，并不小于5 m；当可液化层上覆盖厚度大于3m的非液化层时，每边放宽不宜小于液化层厚度的1/2，并不应小于3m。一般在基础外缘放宽24排桩。7、垫层在砂石桩顶面应铺设厚300500mm砂或砂砾石（碎石），垫层，满布于基底并予以压实，以起扩散应力的作用。8、有关计算：、地基的承载力和压缩模量砂石桩处理的复合地基承载力和压缩模量可按现场复合地基载荷试验确定，也可用单桩和桩间土的载荷试验“5.3.1振冲法相同方法”一节计算确定。、对砂性地基，应根据国标建筑抗震设计规范（GBJ1189）的规定进行抗震计算。、对粘性土地基，应根据建筑地基处理技术规范（JGJ7991）和建筑地基基础设计规范（GBJ789）进行必要的承载力计算、沉降计算及稳定分析。9、机具设备及材料要求、采用DZ30型振动沉拔桩架，振动体为DZ18000型沉拔桩机激震器，激振力为280kN，电机为45kW，频率为12Hz。套管端部有斜度为600的四瓣活瓣桩尖。施工时，先将桩管下部的活瓣闭合对准桩位，在沉拔桩锤激振器的振动下，使桩管沉入到设计深度，加料设备通过料斗向桩管内灌入碎石，然后边振边提桩管到地面，就形成了一根密实的碎石桩体。锤击沉管打桩机 其型号及技术性能参见6.4.2一节.配套机具有桩管、吊斗、1t机动翻斗车等。、桩填料 用天然级配的中粗砂、砾砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等，含泥量不大于5%，并不宜含有大于50mm的颗粒。10、施工要点、施工时可采用振动成桩法，也可采用锤击成桩法，后者还分为双管法和单管法。国内施工振动沉管时还常用活瓣式桩靴和混凝土桩靴。依施工工艺顺序，振动沉管砂石桩的施工方法可选择以下几种：、排孔法：由一端开始逐步施工到另一端。、跳打法：同一排桩可隔一根桩打一根桩，反复进行。、围幕法：先打外围桩，再打内圈桩，从外到里依次向中心区推进。适用于油罐、水塔等基础的圆形布桩施工。、打砂石桩地基表面会产生松动或隆起，砂石桩施工标高要比基础底面高12m，以便在开挖基坑时消除表层松土。如基坑底仍不够密实，可再辅以人工夯实或机械碾压。、砂石桩的施工顺序 应从外围或两侧向中间进行，如砂石桩间距较大，亦可逐排进行，以挤密为主的砂石桩同一排应间隔进行。、砂石桩成桩工艺有振动成桩法（简称振动法）和锤击成桩法（简称锤法）。振动法系采用振动动沉桩机在桩位将带活瓣桩尖的与砂石桩同直径的钢管沉到设计深度，从进料口往桩管内灌砂石后，边振动边缓缓拔出桩管，或在振动动拔管过程中，每拔0.5m停拔振动2030s；或将桩管压下然后再拔，以便将落入桩孔内的砂石压实成桩，并可使桩径扩大。振动力以3070kN为宜，不应太大，以防过分扰动土层。拔管速度应控制在11.5m/min范围内。打直径500700mm砂石桩通常采用大吨位KM2-12000A型振动沉桩机施工，因振动是垂直方向的，所以桩径扩大有限。但本法机械化自动化水平和生产率较高（150200m/d），适用于松散砂土和软粘土。锤击法是将带有活瓣桩靴或混凝土桩尖的桩管，在桩位用锤击沉桩机打入土中，往桩管内灌砂石后缓缓拔出，或在拔出过程中低锤击管，或将桩管压下再拔，砂石从桩管内排桩孔成桩并使密实成桩，由于桩管对土的冲击力作用，使桩周围土得到挤密，并使桩径向外扩展。但拔管不能过快，以免形成中断、缩颈，造成事故。对特别软弱土层，亦可采取二次打入桩管灌砂石工艺，形成扩大砂石桩。如缺乏锤击沉管机亦可采用蒸汽锤、落锤或柴油打桩机沉管，另配一台起重机拔管。本法适用于软弱粘性土。、施工前应进行成桩挤密试验，桩数宜为79根。振动法应根据沉管和挤密情况，以确定填砂石量、提升高度和速度、挤压次数和时间、电机工作电流等作为控制质量标准，以保证挤密均匀和桩身的连续性。、灌砂石时含水量应加控制，对饱和土层，砂石可采用饱和状态，对非饱和土或杂填土，或能形成直立的桩孔壁的土层，含水量可采用79%。、砂石桩应控制填砂石量，砂石桩孔内的填砂石量可按下式计算：qkhd24式中：q每根桩填料量（m3）h桩长（m）k充盈系数，一般为1.251.32d桩径（m）也可按下式计算：q（Apds）（1e）（10.01）式中: q每根桩填料量（t）Ap砂石桩的截面积桩长ds砂石料的相对密度（比重）砂石料的含水量（%）e地基挤密后要求达到的孔隙比。砂石桩的灌砂量通常按桩孔的体积和砂在中密度状态时的干密度计算（一般取2倍桩管入土体积）。砂石桩实际灌砂石量（不包括水量）不得少于设计值的65%。如发现砂石量不够或砂石桩中断等情况，可在原位进行复打灌砂石。11、质量控制、桩位应准确，其纵向偏差应不大于桩管直径，桩身应保持连续和垂直，垂直度偏差不应大于1.5%。、施工时要严格按照设计要求的桩长、桩径、桩间距、砂石灌入量以及试验确定的桩管提升高度和速度、挤压次数和悬振时间、电机的工作电流等施工参数进行施工，以确保挤密均匀和桩身的连续性。、应保证起重设备平稳，导向架与地面垂直，且垂直度偏差不应大于1.5%，成孔中心与设计桩位偏差不应大于50mm，桩径偏差控制在20mm以内，桩长偏差不大于100mm。、砂石灌入量不应少于设计值的95%，如不能顺利下料时，可适当往管内加水。12、质量检验、桩身及桩与桩之间土的挤密质量，可采用标准贯入、静力触探或动力触探等方法检测，以不小于设计要求的数值为合格。桩间土质量的检测位置应在等边三角形或正方形的中心。、检验一般应采用两种以上方法，如载荷试验、动力触探试验、静力触探试验、土工试验等。桩间土质量检测位置应在三角形或正方形中心。对于重要或大型工程，宜进行荷载试验，或采用其他有效手段综合评定地基的处理效果。、砂石桩挤密效果的检测可通过抽查进行，检测数量应不少于桩孔总数的2%，检查结果如有占检测总数10%的桩未达到设计要求时，应采取加桩或其他措施。、施工后应间隔一定时间方可进行质量检验，对饱和粘性土，应待超孔隙水压基本消散后进行，间隔时间宜为12周，对其他土可在施工后23d进行。13、振动沉管砂石桩施工程序图：施工准备 布置桩位 制 桩 交工验收桩机就位 开 机 沉管成孔填 料 挤密成桩 关机移位14、施工技术措施、采用DZ-50y型及DZ-30y型电动振动沉管打桩机施工，以保证有足够的机械能力。、采用合页式平底桩头，这样桩头沉管时能成孔，提升时合页能张开，碎石自动落孔内，反插时合页即能自行闭合压实振密碎石。、采用和内投料与孔口投料相结合的灌注方法，开始时从沉管内投料，经多次振捣密实后，加料口一般高出地面4m以上，则采用孔口直接投料。、遇到特别软弱地基时，可采用长短桩结合施工，也可对特别软弱的土层有针对性增加投料。、施工时先打外侧桩再打中间桩，先施工基桩再施工插桩。三、复合地基变形特性分析按设计实际采用的复合地基承载力标准值，查出载荷试验pS曲线所对应的s值，结合建筑物基础宽度，按下式预估建筑物最终平均沉降量：ss（B/b）2（b30/B30）2式中：s预估建筑物最终平均沉降量（cm）s设计采用的复合地基承载力标准值对应的沉降量（cm）B建筑物的基础宽度（cm）b载荷试验承压板宽度（cm）四、复合地基承载力评价1、计算由经验公式 sp，kmn s，k（1m）s，k式中：sp，k复合地基承载力标准值（kpa）s，k桩间土承载力标准值（kpa）m面积置换率（%）n桩与桩间土应力比或按：sp，kAeP，kAPs，k（AeAP）式中：sp，k复合地基承载力标准值（kpa）Ae1根桩承担的处理面积（m2）P，k碎石桩单桩承载力标准值（kpa）AP桩的截面积（m2）s，k桩间土承载力标准值（kpa）2、综合评价本工程评价复合地基承载力标准值是以载荷试验结果为主，经验公式计算结果为辅。即按相对沉降量确定P0.02值作为评价sp，k的主要依据，据此各个加固场地复合地基承载力标准值为sp，kkpa五、砂土液化判别根据建筑抗震设计规范（GBJ1189）规定，应用标贯试验确定 N63.5NcrNcrN00.90.1（dsdw）3/c 来判定液化土层。式中：N63.5实测饱和土标准贯入试验锤击数 Ncr液化判别的标准贯入试验锤击数的临界值 N0液化判别标准试验锤击数基准值，（本工程来10）dw地下水位深度（m）ds饱和土标准贯入试验深度（m）c粘粒含量百分比，（本工程取3）由此可得出临界液化值与深度的变化关系计算结果如dsNcr关系表，中数值，当N63.5Ncr时不液化。