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地基处理3地大版 一、地基处理的目的和意义软土地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性，主要包括：1)提高地基的稳定性2)降低地基的压缩性3)改善地基的透水特性一种增加地基土的透水性加快固结，另一种是降低透水性或减少其水压力（基坑抗渗透）。4)改善地基的动力特性5）改善特殊土的不良地基特性。第一章绪论 四、地基处理方法分类及应用范围2.深层密实法原理是采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。软土地基中常用强夯法强夯法利用强大的夯击能，迫使深层土液化和动力固结，使土体密实，用以提高地基土的强度并降低其压缩性。3.排水固结法其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成或提高沉降速率。排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。排水可以利用天然土层本身的透水性，也可设置砂井、袋装砂井和塑料排水板之类的竖向排水体。加压主要是地面堆载法、真空预压法和井点降水法。为加固软弱的粘土，在一定条件下，采用电渗排水井点也是合理而有效的。 四、地基处理方法分类及应用范围4.置换法其原理是以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基强度的目的。(1)振冲置换法(或称碎石桩法)适用于地基土的不排水抗剪强度大于20kPa的淤泥、淤泥质土、砂土、粉土、粘性土和人工填土等地基。对不排水抗剪强度小于20kPa的软土地基，采用碎石桩时须慎重。(2)水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)是在碎石桩基础上加进一些石屑、粉煤灰和少量水泥，加水拌和，用振动沉管打桩机或其它成桩机具制成的具有一定粘结强度的桩。桩和桩间土通过褥垫层形成复合地基。适用于填土、饱和及非饱和粘性土、砂土、粉土等地基。 五、选择地基处理方案的因素和步骤⑴根据结构类型、荷载大小及使用要求，结合地形地貌、地层结构、工程地质及水文地质条件、环境情况和对相邻建筑的影响等因素，初步选定几种处理方案。⑵对初步选定的各种地基处理方案，分别从加固机理、适用范围、预期效果以材料来源及消耗、机具条件、工期要求、施工队无素质和对环境的影响等方面进行技术经济分析和对比，确定最优处理方案。⑶对已确定的处理方案，在有代表性的场地上进行相应的现场试验，并进行必要的测试，以检验设计参数和处理效果，如果达不到设计要求时，应查找原因、采取措施或对方案进行修改。 六、地基处理方法的选择1、搜集建筑物场地详细的岩土工程地质、水文地质和地基基础设计资料；2、根据建筑物结构类型、荷载大小和使用要求，结合地质、水文等因素，初选几个可供使用的地基处理方案。3、综合现场条件、施工条件、工期要求及经济条件，选出最佳方案。4、对已选方案，在有代表性场地进行现场试验。 七、地基处理工程的特点1、时效性2、特殊性3、隐蔽性八、现行规范1、《建筑地基处理规程》（JGJ79-2002)2、《公路软土地基路堤设计与施工技术规范》（JTJ017-96） 一、概述1.均质地基和复合地基均质地基：复合地基：复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强、或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体（天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。第二章复合地基理论概要 一、概述2.复合地基分类根据地基中增强体的方向可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基。 一、概述3.浅基础、桩基础和复合地基1）浅基础特点：浅基础中，上部结构荷载是通过基础板直接传递给地基土体的 一、概述3.浅基础、桩基础和复合地基2）桩基础特点：端承桩桩基础中，上部结构荷载通过基础板传递结桩体，再依靠桩的端承力直接传递给桩端持力层。不仅基础板下地基土不传递荷载，而且桩侧土也基本上不传递荷载。摩擦桩桩基础中，上部结构荷载通过基础板传递给桩体，再通过桩面摩阻力和桩端端承力传递给地基土体，但以桩侧摩阻力为主。 一、概述3.浅基础、桩基础和复合地基3）复合地基特点：复合地基中，上部结构荷载通过基础板直接同时将荷载传递给杜体和基础板下地基土体。 4.小结由上面分析可以看出，浅基础、桩基础和复合地基的分类主要是考虑了荷载传递路线。荷载传递路线也是上述三种地基基础形式的基本特征。简言之，对于浅基础，荷载直接传递给地基土体；对于桩基础，荷载通过桩体传递给地基土体；对于复合地基，荷载一部分通过校体传递给地基土体，一部分直接传递给地基土体。 5.垫层的作用：理论研究和试验研究表明，基础和复合地基加固区之间设置垫层不仅可保证各类增强体与桩间土形成复合地基共同承担上部荷载，而且可以有效改善复合地基中浅层的受力状态，如减小桩土荷载分担比、提高桩间土的抗剪强度、提高增强体承受竖向荷载的能力等。 二、桩体复合地基承载力计算1.复合地基承载力：1）桩体复合地基承裁力计算思路是先分别确定桩体的承载力和桩间土承载力，再根据一定的原则叠加这两部分承载力得到复合地基的承载力。 二、桩体复合地基承载力计算1.复合地基承载力：2）桩体极限承载力计算粘结材料桩极限承载力计算目前工程上对粘结材料桩(柔性桩和刚性桩)根据下述两种情况计算确定桩的承载力(1)根据桩身材料强度计算承载力；(2)根据桩侧摩擦力和杖端端阻力计算承载力。二者中取较小值为校的承载力。根据桩身材料强度计算单桩极限承载力：根据桩侧摩擦力和桩端端阻力计算单桩极限承载力的表达式为 二、桩体复合地基承载力计算1.复合地基承载力：3）散体材料桩极限承载力计算与柔性桩、刚性桩等粘结材料桩不同，散体材料桩是依靠周围土体的侧限阻力保持其形状并承受荷载的，散体材料桩的承载力除与桩身材料的性质及其紧密程度有关外，主要取决于桩周土体的侧限能力。 二、桩体复合地基承载力计算1.复合地基承载力：2）桩间土极限承载力计算根据天然地基载荷板试验结果，或根据其他室内土工试验资料可以确定天然地基极限承载力。复合地基中桩间土极限承载力与天然地基极限承载力密切相关，但两者并不完全相同。在地基中设置竖向增强体，使桩间土极限承载力不同于天然地基承载力。两者的差别随地基土的工程特性、竖向增强体的性质、增强体设置方法不同而不同。有的情况下两者区别很小或者虽有一定区别，但桩间土极限承载力比天然地基极限承载力大，而且又较难计算时．工程实际中常用天然地基极限承载力值作为桩向上极限承载力。 二、桩体复合地基承载力计算1.复合地基承载力：2）桩间土极限承载力计算 二、桩体复合地基承载力计算2.复合地基加固区下卧层承载力验算：当复合地基加固区下卧层为软弱土层时，按复合地基加固区容许承力计算基础的底面尺寸后，尚需要对复合地基下卧层承载力进行验算。要求作用在下卧层顶面处附加应力和自重应力之和不超过下卧层土的容许承载力，即 三、复合地基沉降计算在各类实用计算方法中，通常把复合地基沉降量分为两部分，复合地基加固区压缩量s1和下卧层压缩量s2。 三、复合地基沉降计算1.加固区土层压缩量s1的计算1）复合模量法(Ec法)。将复合地基加固区中增强体和基体两部分视为一复合土体，采用复合压缩模量Ecs来评价复合土体的压缩性，并采用分层总和法计算加固区土层压缩量s1。加固区土层压缩量s1的表达式为： 三、复合地基沉降计算1.加固区土层压缩量s1的计算2）应力修正法(Es法)。在采用应力修正法计算压缩量时，根据桩间土分担的荷载，按照桩间土的压缩模量，采用分层总和法计算加固区土层的压缩量。 三、复合地基沉降计算1.加固区土层压缩量s1的计算3）桩身压缩量法(Ep法)。在荷载作用下复合地基加固区的压缩量也可通过计算桩体压缩量来得到。设桩底端刺入下卧层的沉降变形量为△，则相应加固区土层的压缩量s1的计算式为： 三、复合地基沉降计算2.下卧层土层压缩量s2的计算方法 三、复合地基沉降计算2.下卧层土层压缩量s2的计算方法在计算下卧层压缩量s2时，作用在下卧层上的荷载是比较难以精确计算的。日前在工程应用上，常采用下述几种方法计算。1）压力扩散法 若复合地基上作用荷载为p，复合地基加固区压力扩散角为β，则作用在下卧土层上的荷载Pb可用下式计算：对于条形基础： 三、复合地基沉降计算2.下卧层土层压缩量s2的计算方法2）等效实体法 作用在下卧土层上的荷载Pb可用下式计算：对于条形基础： 复合地基在荷载作用下沉降计算也可采用有限单元法计算。在几何模型处理上大致上可以分为二类：一类在单元划分上把单元分为二类——增强体单元和土体单元，增强体单元如桩体单元、土工织物单元等，并根据需要在增强体单元和土体单元之间设置或不设置界面单元；另一类是在单元划分上把单元分为加固区复合土体单元和非加固区土体单元，复合土体单元采用复合体材料参数。 四、基础刚度和垫层对桩体复合地基性状影响1.基础刚度的影响(1)刚件基础下复合地基中桩和桩间土沉降一致，桩承受较大荷载，桩土荷载分担比较大，且随着沉降发展逐步增加。柔件基础复合地基中校土沉降可自由发展，桩不仅产生沉降，而且相对土体桩顶端向上刺入土层，桩土荷载分担比较小。(2)柔性基础下复合地基沉降量比刚性基础下复合地基沉降量大，而且柔性基础下复合地基极限承载力比刚性基础下复合地基极限承载力小。两者的破坏形式也不相同。(3)刚性总础下，随着总荷载增加，桩首先进入极限状态，从而导致土上荷载急剧增加随即也进入极限破坏状态，进而导致复合地基的破坏；柔性基础下，土首先进入极限状态，导致桩体荷载集中系数增加，之后荷载的增加值主要由桩承受，进而导致复合地基破坏。 四、基础刚度和垫层对桩体复合地基性状影响2.垫层的影响柔性系础下复合地基的沉降且远比刚性基础下复合地基的沉降大。为了减小柔性基础复合地基的沉降，应在桩体复合地基加固区上面设量一层刚度较大的“垫层”，防止桩体刺人上层土体，并充分发挥桩体的承载作用。对刚性基础下的桩体复合地基有时需设量一层柔件垫层以改善复合地基受力状态。 一、概述振密、挤密是指采用夯击、振动、挤压等施工方法，使地基土体密实，土体抗剪强度提高，压缩性减小，以达到提高地基承载力和减小沉降为目的的一类地基处理方法。振密、挤密法一般适用于非饱和土地基或土体渗透性较好的地基。第三章振密、挤密 二、强夯法来源：强力夯实法(简称强夯法)亦名动力固结法是一种快速加固软基的方法。这种方法是60年代末法国梅那技术公司(IdubMenardtechnique)首先开创的。定义：它是将很重的锤(一般为100一600kN)提起从高处自由落下(落距一般为6—40m)心冲击荷载夯实软弱土层，使地基受冲击力和振动，土层被强制压密，从而提高地基土强度，降低土层的压缩性，以达到地基加固的目的。 二、强夯法1.加固机理1）.动力密实2）.动力固结3）.动力置换 二、强夯法1）动力密实采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。 二、强夯法2）动力固结1.饱和土的压缩性2.局部液化3.渗透性变化4.触变恢复（时间效应）5.土强度的增长过程机理 二、强夯法土中存在一些微小气泡，强夯时，气体压缩，孔隙水压力增大，随后气体膨胀，孔隙水排出，液相、气相体积减小。这种现象使饱和土具有压缩性。强夯时，含气孔隙水不能立即消散而具有滞后现象，气相体积不能立即膨胀，可由动力固结模型的摩擦活塞来模拟。(一)饱和土的压缩性 二、强夯法(二)局部液化强夯时，土体被压缩，夯击能越大，沉降越大，孔隙水压力也不断增加，当孔隙水压力达到上覆土压力时，土体产生液化，土中吸着水变位自由水，土的强度降低到最小。表明土体压缩模量是可变的。 二、强夯法(三)渗透性变化ai：临界液化度当液化度超过ai时，渗透系数剧增，夯坑周围出现冒气冒水现。在强夯冲击能量作用下，土中超孔隙水压力大于土颗粒间的侧向压力是，土颗粒间会出现裂隙并形成树枝状排水通道，使土的渗透性变好，孔隙水顺利排出。 二、强夯法(四)触变恢复地基土强度增长与孔隙水压力有关。液化度为100％时，土的强度为零；随着孔隙水的消散，土的强度逐渐增长，即存在一个触变恢复阶段。土体在夯击能量作用下，结构被破坏，当出现液化时，抗剪强度几乎为零，但随着时间的推移，土的结构逐渐恢复，强度逐渐增长，这一过程称为触变恢复，也称为时效。 二、强夯法3）动力置换动力置换是指在冲击能量作用下，强行将砂、碎石等挤填到饱和软土层中，置换饱和软土，形成密实的砂、石层或柱。其有三种形式：⑴动力置换砂柱；⑵动力置换碎石桩；⑶动力置换挤淤。 对于不同土类强夯法的作用不同：1.软土地基，提高地基承载力和减少沉降量；2.饱和砂土和粉土，消除液化趋势；3.黄土和新近堆积黄土，消除湿陷性、提高承载力。 二、强夯法2.设计（1）、强夯法设计步骤为：1）强夯法有效加固深度和单击夯击能。2）选用夯锤的重量、形状以及夯击落距3）夯击范围和夯击点布置，夯击击数和夯击遍数，间歇时间。4）垫层厚度。5）现场测试设计。 二、强夯法2.设计（2）、强夯法有效加固深度和单击夯击能强夯法的有效加固深度是指起夯面以下，经强夯加固后，土的物理力学指标已达到或超过设计值的深度。有效固结深度可按修正的Menard公式估算： 二、强夯法2.设计1.单击夯击能单击夯击能是指夯击锤M和落距h的乘积。单击夯击能越大，加固效果越好。应根据加固土层的厚度、土质情况和施工条件确定。2.单位夯击能整个加固场地的总夯击能除以加固面积称为单位夯击能。应根据地基土类别结构类型、荷载大小和要求处理的深度等综合考虑并通过试夯确定。单击夯击能、单位夯击能和最佳夯击能。 二、强夯法2.设计⑴最佳夯击能：由动力固结理论，使地基中产生的孔隙水压力达到土的覆盖压力时的夯击能称为最佳夯击能。⑵最佳夯击次数：当单击夯击能一定时，与最佳夯击能相对应的夯击次数称为最佳夯击数。 二、强夯法2.设计①由孔隙水压力确定a.对于粘性土地基，可根据有效影响深度孔隙水压力的叠加值来确定最佳夯击能。b.对砂性土地基，可根据最大孔隙水压力增量与夯击次数的关系曲线来确定最佳夯击次数。 二、强夯法2.设计a.确定原则：夯坑的压缩量最大，而夯坑的隆起最小。b.确定方法：当△S－N趋向趋于稳定，接近常数，且同时满足以下条件时，可取相应夯击次数为最佳夯击次数。 二、强夯法2.设计Ⅰ.最后两击的平均夯沉量不大于50mm，当单击夯击能量较大时不大于100mm；Ⅱ.夯坑周围底面不应发生过大的隆起；Ⅲ.不因夯坑过深而发生起锤困难。 二、强夯法2.设计（3）、夯击点布置及间距1）.夯击点布置夯击点平面位置可根据建筑结构类型进行布置。⑴基础面积较大建筑物，按等边三角形或正方形布置。⑵办公楼、住宅楼，可按承重墙位置布置夯点，取等腰三角形布置。⑶工业厂房可按柱网布置夯击点。 二、强夯法2.设计夯击点间距一般根据地基土的性质和加固深度确定。第一遍夯击点间距可取夯锤直径的2.5～3.5倍，第二遍夯击点位于第一遍夯击点之间，以后各遍夯击点间距可适当减小。以保证使夯击能量传递到深处和保护夯坑周围所产生的辐射向裂隙为基本原则。3）.夯击点布置范围由于基础应力扩散作用，夯击点范围应大于建筑物基础范围。对于一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计加固深度的1/2～1/3，并不小于3m。2）.夯击点间距 二、强夯法2.设计 二、强夯法2.设计（4）、夯击击数与遍数1)夯击击数　每遍每夯点的夯击击数应按现场试夯得到的夯击击数和夯沉量关系曲线确定，且应同时满足下列条件：a.最后两击的夯沉量不宜大于下列数值：当单击夯击能小于4000kN·m时为50mm；当单击夯击能为4000～6000kN·m时为100mm；当单击夯击能大于6000kN·m时为200mm；b.夯坑周围地面不应发生过大隆起；c.不因夯坑过深而发生起锤困难。 二、强夯法2.设计（4）、夯击击数与遍数2)夯击遍数　夯击遍数应根据地基土的性质和平均夯击能确定。可采用点夯2～3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，满夯可采用轻锤或低落距锤多次夯击，锤印彼此搭接。 二、强夯法2.设计（5）、垫层铺设对场地地下水位在-2m深度以下的砂砾石土层，可直接施行强夯，无需铺设垫层；对地下水位较高的饱和粘性土与易液化流动的饱和砂土，都需要铺设砂、砂砾或碎石垫层才能进行强夯，否则土体会发生流动。垫层厚度随场地的土质条件、夯锤重量及其形状等条件而定。当场地土质条件好，夯锤小或形状构造合理，起吊时吸力小者，也可减少垫层厚度。垫层厚度一般为0.5～2.0m。铺设的垫层不能含有粘土。 二、强夯法2.设计（6）、间歇时间各遍间的间歇时间取决于加固土层中孔隙水压力消散所需要的时间。对砂性土，孔隙水压力的峰值出现在夯完后的瞬间，消散时间只有2～4min，故对渗透性较大的砂性土，两遍夯间的间歇时间很短，亦即可连续夯击。对粘性土，由于孔隙水压力消散较慢，故当夯击能逐渐增加时，孔隙水压力亦相应地叠加，其间歇时间取决于孔隙水压力的消散情况，一般为3～4周。 二、强夯法3.施工强夯法施工一般按下列步骤进行：1）清理并平整施工场地。2）铺垫层。3）夯点放线定位。4）对第一遍第一次夯击点进行夯击。5）按设计要求顺序完成第一遍夯击。6）完成第一遍夯击后，用推土机填平夯坑，并测量场地高程。7）在规定间歇时间后，按上述步骤进行第二遍夯击。按上述步骤完成设计要求的夯击遍数。最后用低能量满夯，将场地表层松土夯实，并测量夯后场地高程。 二、强夯法3.施工夯锤材料可采用铸钢，或钢板壳内填混凝土。一般锥底锤、球底锤的加固效果较好，适用于加固较深层土体；平底锤适用于浅层及表层地基加固。夯锤的底面积对加固效果的影响：当锤底面积过小时，静压力就大，夯锤对地基土的作用以冲切力为主；过大时，静压力太小，达不到加固效果。①夯锤的选择 二、强夯法3.施工①夯锤的选择 二、强夯法3.施工起重力大小：起吊高度：(一)起重机主要设备包括：夯锤、起重机和脱钩装置。 二、强夯法3.施工 二、强夯法3.施工 二、强夯法3.施工施工要点⑴为减少对周边环境和建筑物的影响，应采取防振措施；⑵按规定起锤高度、锤击数的控制指标施工，或按试夯后的沉降量控制；⑶注意含水量对强夯效果的影响；⑷注意夯锤上部排气孔的畅通；⑸注意施工安全，防止石块伤人；⑹雨季施工注意排水。 4.质量检验 三、挤密砂石桩法（一）振冲技术1.概述振冲地基是用振动水冲(或气冲)方法加固的地基。振动水冲法是用圆柱形振冲器产生的横向激振力和动力冲水(或冲气)共同作用加固地基的方法，简称振冲法。已用振冲法加固过的工程软弱地基有漂卵石夹层、砾石层、砾砂、粗、中砂、细砂、粉砂、粉土、粉质粘土、粘土、淤泥质土、淤泥、杂填土、湿陷性黄土、盐渍土、尾矿、垃圾土、素填土等。振冲法的广泛应用为我国的土木建筑工程尤其是地震区可液化软弱地基的加固取得厂巨大的经济技术效益。 （一）振冲技术2.加固机理（1）砂性土振冲法加固砂性地基主要通过复合地基的五种作用使地基获得加固：1)振动加密。2)振动挤密。3)碎石桩的“石柱”作用。4)碎石桩的排水作用5)砂土的予震效应。 1)振动加密。饱和松散砂土在强烈振动作用下会发牛液化，砂土颗粒将重新排列致密：非液化区砂土颗粒受到强迫振动作用时，颗粒含克服内摩擦阻力而发生位移沉密使土体变得密实。2)振动挤密。当振冲器贯入土中，在振冲器强大的水平振动力作用下，振简侧面的一部分砂土受到振挤作用变密实，产生砂土初次增密作用；当向振冲井孔内振冲器四周填满石料后，振冲器强烈的横向振动挤压石料，石料被挤入四周土体，并将振冲器的振动挤压能量传向四周，使碎石桩体和桩周土得到进一步振动挤压密实。在群桩施工条件下，桩间土得到相邻桩施工的多次振动加密和挤压作用叠加，密实效果进一步得到加强。 3)碎石桩的“石柱”作用。振冲并孔内的省料被振冲器强达90一160kN激振力反复振动挤压，软弱土中形成粗大密实的碎石桩体，起到“石柱”作用。由于振冲碎石桩有良好的强度和刚性、可以承受高于软弱土数倍的垂直压力和水平剪力，起到“抗剪销”的作用，可以有效地改善软弱土地基的抗压、抗剪、抗变形等受力件能。4)碎石桩的排水作用软土中设置振冲碎石桩后，由于碎石桩石粒问空隙较大，排水渗流性良好，可以起到竖向排水井作用，在软土地基中的振冲碎石桩群体，可以大大缩短桩间土的水平排水距离．有利于加固区软弱土受斥屑的排水固结，也有利于地震时土中超静孔隙水压力的消散，复合地基排水固结提高了地基强度，缩短了地面建筑沉降的稳定时间。 5)砂土的予震效应。室内试验证明，经过震动作用后的砂土比没有经过震动作用的砂土抗地震液化能力强。这是因为震动作用使砂土的结构系数增大，粒间结构由此变得稳定，粒间啮合力和结构稳定性增强，从而增强了砂土地基的抗液化能力。 （一）振冲技术1.加固机理（2）粘性土我国振冲加固特性土机理的研究基本是1977年从南方为加固软弱粘土开始的。振冲法加固粘性土主要是通过振制碎石桩进行振冲置换。形成桩、土复合地基。振冲作用：1)扰动破坏。2)置换。 1)扰动破坏。粘性土组分复杂，呈絮状结构，颗粒细而表面积大，产生界面活性胶体特征。增强了土颗粒和孔隙水的物理化学作用，土颗物间相互作用的物理、化学力增大，使粘性土具有明显的塑性、粘性等力学性质。因而用振冲方法来克服粒间物理、化学力，分离颗粒比较困难，粘性土的含水量对土的力学性质有重大影响，当含水量低时饱和粘土具有固体的弹性性质；当含水量增高时，饱和粘土具有粘弹性或塑性；当含水量继续增高时，粘性土变成糊状，仅有粘性特征，最后可变为悬浊液而具备液体的流动性。粘性土受振动作用时，由于土的絮状结构被破坏，颗粒不稳定，容易形成流动。因此，振动水冲给粘性土带来扰动和破坏以便振冲造孔。 2)置换。振冲对粘性土主要是通过造孔并振制碎石桩“置换”软土，利用直径粗大密实刚度良好的碎石校提高地基承受外荷载能力。粘性土粘粒含量大，粒间结合力强，在振动水冲作用下难以使颗粒位移重新排列致密，因而不会获得振动加密效果。在振孔内振制碎石桩时，填入的石料在振冲器强烈的横向激振力作用下逐渐密实，振冲器的振动力通过挤密石料传递到四周土体，使可以排水固结的土受到挤压排水固结，不可能排水固结的土则挤压隆起。碎石桩材料强度高、密实皮好、刚度大、有良好的渗透排水能力，在软基中起到以“硬”替“软”的“置换”作用。碎石桩不仅主要承受上部荷载而且形成了桩间土的排水通道，可以缩短桩间土的排水田结时间。 （一）振冲技术3.使用范围可以说振冲法适于一切砂性土的增密加固，但振冲加固砂土也有最佳的加密砂土粒径范围最好的振动水冲加密效果可以从砂土的颗分曲线来预测。 （一）振冲技术3.使用范围英国s．Thorburn等认为Cu＜20kPa的土不适用振冲加固。由于粘性土有较强的粘滞性、弹塑性，难以振动破坏加密，因此存振冲施丁中常表现为土的触变破坏，需要加大水冲，水将小粘粒大量带出，才能成孔。在振冲制桩施工时则会发孔周土被侧向挤移，成桩后的地面会显著隆起。这些现象在淤泥质土中表现更为明显，有时变成了“制桩挤淤”大量振冲置换。在软粘性土地基应用振冲加固，其主要作用是靠振冲置换。一般情况下置换率越高，加固效果越显著，对淤泥质土类这种置换更为重要。 （一）振冲技术4.设计计算1）．振冲复合地基承载力特征值计算式中：当振冲地基为砂性土地基时，砂性土振冲后的加密和挤密已比天然状态强度明显提高，因此用振冲后测定的fsk值计算较为合理。当地基土为粘性土时，因振冲前后粘性土强度变化很小，设计可取天然地基承载力特征值进行振冲复合地基承载力特征值计算。 （一）振冲技术4.设计计算1）．振冲复合地基承载力特征值计算 （一）振冲技术4.设计计算2）．振冲复合地基变形计算采用的复合地基压缩模量 （一）振冲技术4.设计计算3）布桩对箱、筏基础一般是三角形的满堂布桩，对其他条形或独立基础常采用与基础尺寸相宜的矩形、三角形或条形市桩。对坝基、路基、码头等大面积基底常采用等边三角形或正方形布桩。至于桩间距，它一般与振冲器功率有义。工程实践经验表明：用30kW振冲器，振冲孔间距大多采用1.5~2.5m；用75kw扼冲器，振冲间距可加大到2.5~3.5m；用100kW振冲器，振冲孔间距可加大到3.5~4.5m。 （一）振冲技术4.设计计算3）布桩 （一）振冲技术4.设计计算3）布桩规范JGJ79—2002规定：“振冲桩处理范围应根据建筑物的重要件和场地条件确定，当用于多层和高层建筑时，宜在基础外缘扩大1一2排挤，当要求消除地基液化时，在基础外缘扩大宽度不应小于基底下可液化土层厚的1／2”。 （一）振冲技术4.设计计算4）碎石垫层我国关于桩与基底间铺设碎石垫层的研究也是最早从振冲地基外始，1977年开始用振冲地基，就在碎石桩顶铺设30一50cm厚的碎石垫层，用垫层把基础底面传来的压力调整到桩和桩间土分担。1978年在北京大兴化都重机公司振冲现场，又做了碎石垫层衰减地震上传剪应力的试验研究，证明碎石边层还对抗震有良好的减震等作用。国内后来对在CFG桩顶做碎石褥垫层的作用又进行了许多研究，丰富厂对复合地基褥垫层作用及效果的认识。总体而言在复合地接上设置褥层是十分有益的。 （一）振冲技术5.施工1）振冲施工机具施工采用的主要机具有以下几部分：吊车、振冲器系统(国产振冲器技术参数见表)、供电系统和控制台、供水系统、运料机具等。 （一）振冲技术5.施工2）劳动组织一般一台振冲器施工需5—20人左右，用装载机铲运、填料用人较少，用人工装、运填料时需要的人数多。 （一）振冲技术5.施工3）振冲碎石柱制桩程序(1)吊车就位与振冲器定位。(2)贯入造孔。吊车缓慢下放振冲器，使振冲器在振动水冲中利用自重下沉贯入造孔。贯入造孔水压一般保持0．4～0．8MPa。振冲器工作电流一般不超过电机额定电流值。振冲器贵人速度一般约0．5—2．0m／min。造孔时每贯入0．5～1．0m宜在该深度悬留振冲5—10s扩孔，待孔内池水反溢流出后再继续贯人。按此步骤循环操作直到设计规定的成桩深度。为避免对孔底土过大扰动，一般贯入到设计深度后留振扩孔5s左右将振冲器向上提0．3一0．5m左右留振，同时宜打开降压水阀，将振冲器供水压力降至0．1一0．2MPa左右。在粘性土造孔，由于粘土难以“液化”破坏，造孔贯入速度应放慢，扩孔时间应延长。 （一）振冲技术5.施工3）振冲碎石柱制桩程序(3)填料和制桩。振冲成孔后应迅速提出振冲器，向振孔内填入石料(0.5m左右高，约0.3m3)，然后将振冲器回入孔内直到孔底进行振捣。捣固时应连续不断向孔内填入石料。填料应均匀从孔口四周填人，不应将填料仅从一侧填入，造成桩体偏移。填料不宜在孔口堆积过高，以免影响落料和振冲。有时孔口石料停止下落时，可将振冲器提出孔口，再返入孔内将石料送下，回到原振冲位置继续振密，直到振冲器电流值上升到规定数时，才能认为该段制桩振密完毕。然后缓慢提升振动着的振冲器约0.5一0.8m高，继续留振，直至将孔内该段填料振捣密实。如此循环操作直至地面或振冲施工规定标高，碎石柱即告制成。 （一）振冲技术5.施工3）振冲碎石柱制桩程序(3)填料和制桩。振冲制桩填料常用三种方法，即连续填料法、间断填料法和综合填料法。 （一）振冲技术5.施工3）振冲碎石柱制桩程序(4)不外加填料的振冲加密对于深厚松散的中、粗砂地基，为了取得更好的经济效果可以采用不外加填料，只利用砂基饱和振动沉密条件来进行就地振实的振冲施工加密方法：施工时振冲器贯人振冲需要比一般地基振冲加大冲水量，并宜快速贯入，到预定设计加密深度后，即减小水压在孔底不停振冲，利用振冲器的强力振动和喷水使扎内振冲器周围相上部砂土逐渐场落沉到振冲器附近并被振冲致密。每段振冲加密达到加密电流值后，上提一次振冲器，每次上提0.3~0.5m继续不停振冲。按此顺序内下至上逐段振密直至设计规定标高，即认为该点位加密完毕。加密后由于砂的振实塌陷形成地面凹坑，大面积振冲加密后，地面呈现振后整片下沉。振冲加密的方法也能获得良好的加固效果。用理论推算，假定砂粒为弹性球体，当饱和砂土松散排列类似简单立方体式堆积时，其孔隙比为0.91，如果在振动作用下小球发生位移排列成紧密状态的八角形堆积时，其孔隙比减为0.35，可使土层的厚度沉陷29.3％。 （一）振冲技术5.施工3）振冲碎石柱制桩程序（5）制桩区施工面的处理一种方法是在原地基面上直接施工，振冲施工排出的泥水在自然地表面挖掘的明沟内排放；另一种方法是按照基础位置预先挖基坑或基糟，然后在基坑、基槽底面放线、布桩位、振冲器在基坑或达槽底施工，施工积聚的泥水一般需设污水泵抽出排放。（6）单根桩打桩顺序按施工工艺顺序主要分为；1.排孔法；2.跳打法；3.围幕法 （一）振冲技术6.质量控制一般采用振冲振密电流、填料量、孔内留振时间来控制。三项参数常根据现场地质情况和施工要求来掌握。（1）．振密电流振冲器贯人土中，成孔后振冲器就在振孔泥浆介质中振动。当向振孔内不断加入石料则相当于介质浓度增加。振冲器不断把石料振挤入周围土个，使地基土得到增密。周围被振挤的土越密实则振冲器受到阻碍维持振动的约束力越大，电流指数值也越大。因此，可以根据振冲器耗用的电流量值的变化大小来判断地基加密的程度。在制桩过程中，振冲器应出产至上逐段进行制桩振密，每段留振制桩都应达到规定的振密电流值。有时在制桩过程中振冲器回阵进入境料层过仪振冲器会产生瞬间电流高峰值，此时不能将此瞬间高值记为振密电流实用控制值。 （一）振冲技术6.质量控制（2）.填料量制桩每孔填料量是反映加密效果的重要控制指标，现场常以每孔累计填料消耗量来辅助衡量该孔的加密程度。每孔填入量与原地基密实度、振冲器振动强度、要求加密指标以及填料的种类等因素都有立接关系，宜现场试验后确定。一般地基土的填料粒径在工程实用中常选用0．5—50mm粒径，不宜超过80m航粒径，以免石料在孔内卡住不能下落。特殊情况应经过试验可以选用更大粒径碎石。 （一）振冲技术6.质量控制（3）.留振时间振冲制桩个除了保证达到规定的振密电流和填料量外．振冲器在每一段制桩高度有一段留振时间，即振冲器不升起也不下降，保持继续振动和水冲，使振冲器把振孔扩大或把周围填利充分挤密。留振时间的长短应根据现场地基条件、填料种类、加固方法等确定。回填石料快，地基土质条件较好时，留振时间一般较短；地基软弱或利用砂土自身振密不外加填料时留振时间较长。 （一）振冲技术7.振冲复合地基的检测我国规范JGJ79—2002规定振冲地基竣工验收时承载力检验应采用复合地基载荷试验。对施工质量检验可用碎石桩单桩载荷试验。可见荷载板载荷试验至今仍是我国振冲地基承载力和变形指标检测的主要方法，虽然费工、费时、费力、费钱，但只有按工程设计状态进行载荷试验才能取得比较接近工程实际的参数。目前一些地方用标贯检测桩间土，用重型动力触探检测碎石桩，希望能以此代替繁重的载荷试验，但因动力触探测试的离散性较大，查表推算出来的结果与实际承载力和变形指标将有相当的误差。粘性土振冲地基的桩间土通常还采用静力触探和取土样进行室内土工试验作检测手段。近些年动态测试发展较快，有的单位用稳态振动瑞利波法在现场进行测试，在积累出瑞利波波速与地基相关关系后用以判定所测地基的物理力学指标。 三、挤密砂石桩法（二）沉管挤密砂石桩技术1.概述沉管挤密砂石桩技术是沉管挤密砂桩和沉管挤密碎石桩技术的简称。沉管挤密砂桩技术是指通过锤击力、振动力、振动冲击力或静压力将暂时堵住下端口的无缝钢管(即沉管)先沉入到地基预定深度，以在该软弱地基中形成桩孔，然后在桩孔中分层添加砂料并振实或击实成桩、并使砂料挤压人土层中。这样就可形成较大直径的密实砂桩。当以碎石(或卵石)为主要填料制成的桩称作碎石桩；当以砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等混合料为填料制成的桩也叫砂石桩。这种桩孔纯由沉管挤压地基土形成而最后所成的桩属挤土桩(即非排土桩) （二）沉管挤密砂石桩技术2.加固机理（1）砂石桩对松散砂土和粉土地基的加固机理1)挤密作用2)振密作用3)抗液化作用 1)挤密作用砂土和粉土均届于单粒结构，其组成单元为松散粒状体，渗透系数较大，一般大于10-4cm／s，单粒结构总处于松散至紧密状态。在松散状态时，颗粒的排列位置是很不稳定的，在动力和静力作用下会重新进行排列，趋于较稳定的状态。即使颗粒的排列接近较稳定的密实状态，在动力和静力作用下也将发生位移，改变其原来的排列位置。松散砂土在振动力作用下，天体积缩小可达20％。 2)振密作用沉管特别是采用垂直振动的激振力沉管时，桩管四周土体受到挤压，同时，桩管的振动能量以波的形式在土体中传播，引起桩四周土体的振动，在挤压和振动作用下，土的结构逐渐破坏，孔隙水压力逐渐增大由于土体结构的破坏，土颗粒重新进行排列，向具较低热能的位置移动，从而使土由较松散状态变为密实状态。3)抗液化作用在地震作用或振动作用下,饱和砂土利粉土的结构受到破坏，土中的孔隙水压力升高.从而使土的抗剪强度降低。当土的抗剪强度完全消失，或者土的抗剪强度降低，使土不再能抵抗它原来所能安全承受的作用剪应力时，土体就发生液化流动破坏。此即砂土或粉土地层的振动液化破坏。 （二）沉管挤密砂石桩技术2.加固机理（2）砂石桩对粘性土地基的加固机理1)置换作用2)排水作用 1)置换作用砂石桩在软弱粘性土中成桩以后，就形成了一定桩径、桩长和间距的桩与桩间土共同组成的复合地基，由密实的砂石桩桩体取代了与桩体体积相同的软弱土，因为砂石桩的强度和桩变形性能等均优于其周围的土，所以形成的复合地基的承载力就比原来天然地基约承载力大、变形量也比天然地基小，从而提高了地基的整体稳定性和抗破坏的能力。2)排水作用水是影响粘性土性质的主要因素之一，粘性土地基性质的改善很大程度上取决于其含水量的减小。因此，在饱和粘性土地基中，砂石桩体的排水通道作用是砂石桩法处理饱和软弱粘性土地基的主要作用之一，比之在砂土地基中的排水作用显著。由于砂石桩缩短了排水距离，从而可以加快地基的固结沉降速率。 （二）沉管挤密砂石桩技术3.适用范围沉管挤密碎石桩适用的地层一般为砂上、粉土、粘性土、淤泥质土、有机质土、填土、黄土。厚层淤泥中慎用(须取特殊措施)，因其围限力过低而难于成桩，且地基强度增长时效较差。沉管挤密砂石桩也可用于散料堆场、路堤、码头、油罐等工程的地基加固。根据当前我国生产的该类打桩设备的性能，成桩深度一般可达25m、若采取适当措施还可以最大加深到44m，最大桩径可达600mm。这种桩一般可穿越各类粘性土层、粉土层，采取适当措施(如引孔)后还可穿越较薄的稍密、中密、饱和的砂土地层及含粘性土较多的圆砾(或砾石)地层，但不能穿越基岩、厚层卵石(碎石)以及纯净的园砾(砾石)和密实的砂层。 （二）沉管挤密砂石桩技术4.沉管挤密砂石桩复合地基设计计算沉管挤密砂石桩的设计计算包括：桩长和桩径确定、桩距计算、加固范围及布桩形式确定和砂石灌入量计算。1）桩长及桩径确定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：(1)对松散砂土或其他软土层，当其厚度不大时，挤密砂石桩应穿透软弱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贵)不能穿适时，桩长应根据建筑地基的允许变形值确定。(2)处理可液化土层时，桩长应穿透可液化层或按国标《建筑抗震设计规范》500U-2001)确定。(3)对按稳定性控制的过程，加固深度应大于最危险滑动面的深度。(4)桩长不宜短于4m。桩径应根据工程地质条件和成校设备等因素确定，一般为300~800mm，对饱和粘性土地基宜选用较大的桩径。 4.沉管挤密砂石桩复合地基设计计算2）桩距确定桩距应能满足地基强度及变形控制要求，以及抗液化和消除黄土湿陷性等设计要求同时使单位面积造价最低。一般应通过现场试验确定桩距，但不宜大于砂石桩直径的4倍。在有经验的地区可按以下公式确定：（1）．松散砂土地基 4.沉管挤密砂石桩复合地基设计计算2）桩距确定（2）．粘性土地基 4.沉管挤密砂石桩复合地基设计计算4）砂石贯入量计算砂石量可按下式计算：砂石量也可按下式计算：填料宜用砾砂、粗砂、小砂、圆砾、角砾、卵石或碎石等．其粒径一般小于50mm含泥量不得大于5％。 4.沉管挤密砂石桩复合地基设计计算5）其他计算对粘性土地基，应按照《建筑地基处理技术规范》(JQ79—2002)和《建筑地基基础设计规范》(GBJ50007—2002)进行必要的承载力计算、沉降计算及稳定分析。对砂性土地基，除按应按照《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)和《建筑地基基础设计规范》(GBJ50007—2002)进行必要的承载力计算、沉降计算及稳定分析外，还应根据国标《建筑抗震设计规范》(GBJ50011-2001)的规定进行抗震计算。 4.沉管挤密砂石桩复合地基设计计算5）其他计算根据《建筑抗震设计规范》(GBJ50011-2001)规定：应采用标准贯入试验判别法，在地面下15m深度范围内的液化土应符合下式要求，当有成熟经验时，尚可采用其他判别方法。 4.沉管挤密砂石桩复合地基设计计算6）设计中应注意的其他事项(1)一些工程实践表明，在精心施工条件下，粘性土、素填土地基中的锤击沉管砂石桩复合地的承载力常可达300kPa以上。通过增大单体冲击能的途径来提高复合地基的承载力，要比增大置换率的方法经济且不受最小桩距限制。(2)锤击沉管砂石桩施工过程具有某种动力触探性质，能获得较多直观地层信息，应及时反馈和充分利用，使设计和施工得以自我完善。 4.沉管挤密砂石桩复合地基设计计算6）设计中应注意的其他事项(3)对于特殊地层条件下施工沉管挤密砂石桩时，一般可采取以下措施：1)在厚层软土中应慎用砂石桩，因土的围限力(即约束力)过低使桩体难以获得必要的密实度，甚至难于成形，桩间土又实际上不能挤密且有不利的强度时效(制桩扰动导致土体强度降低幅度人巳恢复期较长)，因而加固效果差。如无限制填料和提高置换率，又将大幅度提高造价和延长工期，且可能导致地面较大幅度隆起。如因其他原因仍有必要采取砂石桩，可从以下方面考虑采取措施：①选用适宜的施工顺序(跳打法或外旋法等)；②适当加大砂石的粒径；③在碎石中添加水泥等胶结材料，变散体材料桩为柔性桩体；④加完填料的导管在沉入地下前应盖好活动盖，以防软泥流入管内；⑤改用低冲多击工艺等。当采用上述措施仍达不到加固目的时，应改换其他加固处理方案。 4.沉管挤密砂石桩复合地基设计计算6）设计中应注意的其他事项2)当在预定桩长内会揭穿下卧承压地下水时，须注意承压水可能沿桩体上涌并浸软上部的桩间土．从而降低加固效果。3)当待加固软弱土(如填土)中夹含有较多大块硬质块体(块石或混凝土块等)时，各种碎石桩均将难于穿过，锤击碎石桩尤易损坏导管和冲锤，对于少量的大硬块体，可采用适当挪移桩位或加桩处理。4)当待加固软弱土的表层没有“硬壳泥”(如新填土)或“硬壳层”因放映失(如低洼积水地段)时，因覆盖压力(即垂直方向的围限力)过低，浅部桩体密实度和浅部桩间土的挤密程度都难以达到要求，而“浅部”又往往正是基础底面下的主要受力部位，因而应采取措施。如适当增加碾压或低能强夯等处理措施。 4.沉管挤密砂石桩复合地基设计计算6）设计中应注意的其他事项(4)当前各种砂石桩基本上是采取挤土造孔和分层填夯工艺，有一定副作用。这些副作用在一般情况下可不予考虑，但在某些特殊情况下须予以考虑，如：1)一般不宜用砂石桩对建在饱和软土上的已有建筑物进行地基补强(由于强度时效，软土在制桩初期其强度有较明显下降，且恢复期较长)。2)不宜紧邻已有建筑物施工。 4.施工设备及施工工艺1）施工设备（1）．振动成桩施工设备振动成桩法的主要设备有振动沉拔桩机、下端装有活瓣桩靴(或钢筋混凝土预制桩靴)的桩管和加料设备。 （2）．锤击成桩施工设备锤击成桩法的主要设备有蒸汽打桩机或柴油打桩机、桩管、加料漏斗和加料设备。 4.施工设备及施工工艺2）施工要点依施工工艺顺序，振动沉管砂石柱的施工方法可选择以下几种：(1)排孔法。由一端开始逐步施工到另一端。(2)跳打法。同一排桩可隔一根桩打一根桩，反复进行。(3)围幕法。先打外桩，再打内桩，从外到里依次向中心区推进 4.施工设备及施工工艺3）施工程序 4.施工设备及施工工艺4）施工其他注意事项沉管挤密砂石桩施工应注意以下几点：(1)振动沉管秒石桩正式施工时，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。(2)应保证起重设备平稳，导向架与地匝垂直，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。(3)砂石灌入量不应少于设计量的95％．如不能顺利下料时，可适当往管内加水。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩1.加固机理和适用范围1)加固机理（1）土的侧向挤密土(或灰土、二灰)桩挤压成孔时，桩孔位置原有土体被强制佃向挤压，使桩周围一定范围内的土层密实度提高。(2)径向挤密土桩挤压成孔时，径向外延干密度逐渐小到土的天然密度。其挤密影响半径通常为(1．5—2．o)d(d为桩孔直径)。(3)桩间挤密 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩1.加固机理和适用范围1)加固机理(4)桩体作用在灰土桩挤密地基中，由于灰土桩的变形模量远大于桩间土的变形量(灰土的变形模量为是E。＝40~200MPa，相当于夯实素土的2—10倍)，荷载试验测试结果表明：只占压板面积约20％的灰土桩承担了总荷载的一半左右，而占压板面积80％的桩问土仅承担其余一半。由于总荷载的一半由灰土桩承担，从而降低了基础底面下一定深度内土中的应力，消除了持力层内产生大量压缩变形和湿陷变形的不利因素。此外，由于灰土校对校间土能起到侧向约束作用，限制土的侧向移动，桩间土只产生竖向压密，使压力与沉降始终呈线性关系。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩1.加固机理和适用范围2）、适用范围土桩和灰土桩挤密法适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度宜为5~15m，如采用冲击法成孔与夯填或钻孔夯扩法施工时，处理深度可增大至20m以上。当以消除地基上的湿阳性为主要目的时，宜选用土桩挤密法。当以提高地基土的承载力或增强其稳定性为主要目的时，宜选用灰土桩挤密法。当地基土的含水量大于24％、饱和度大于65％时，不宜选用灰土桩或土桩挤密法。若处理深度小于5m时，其综合效益可能不如强夯法与换土垫层法等浅层处理方法，故亦不宜选用。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计1)用于消除地基湿陷性的挤密土桩地基设计(1)确定桩径和桩长桩径：挤密桩桩孔立径根据成孔设备与方法确定，常用桩孔直径众为300~450mm。处理深度即桩长：处理深度应根据建筑场地的土质情况、工程要求及施工设备条件等综合因素确定。对湿陷性黄十地基．应按国家标准《湿陷性黄土地区建筑现范》（GB50025)的有关规定进行设计。当以消除地基混陷量为主要目的时．对非自重湿陷黄土地基．一般处理至地基压缩层下限，或处理至附加应力与土饱和自重应力之和大于混陷起始压力的全部土层；对自重湿性黄土地基，处理至非湿陷性土层顶面。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计1)用于消除地基湿陷性的挤密土桩地基设计(2)桩位布置和桩距设计桩孔的布置与桩距设计，以使桩间土得到基本均匀和有效的挤密为原则，保证桩间土的湿陷性能完全或基本消除。桩孔的布置以等边三角形为宜，桩孔间距即三角形的边长L，排距即三角形的高h。当按等边三角形布桩对，桩孔间距根据桩间土挤密前后质量不变的原理，导小如下计算式： 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计1)用于消除地基湿陷性的挤密土桩地基设计(2)桩位布置和桩距设计 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计1)用于消除地基湿陷性的挤密土桩地基设计(2)桩位布置和桩距设计 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计1)用于消除地基湿陷性的挤密土桩地基设计(2)桩位布置和桩距设计 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计1)用于消除地基湿陷性的挤密土桩地基设计(3)处理范围 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计1)用于消除地基湿陷性的挤密土桩地基设计(3)填料和压实系数桩孔内的填料，应根据工程要求或地基处理的目的确定用压缩系数入控制夯实质量。当用素土回填夯实时：λ＞0．95当用灰土回填夯实时：λ＞0．97，灰与土的体积配合比宜为2：8或3：7。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计1)用于消除地基湿陷性的挤密土桩地基设计(5)沉降计算挤密灰土桩地基沉降计算可采用分层总和法计算。加固区压缩模量可采用符合压缩模量： 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计2)主要用于提高地基承载力，减少沉降的灰土桩、水泥土桩加固设计(1)确定桩孔直径和桩长桩径：常用桩孔直径众为300~600mm。桩长：当以提高地基承载力为土要处理目的时，对基底以持力层范围内的高压缩性、低承载力的软弱土层尽可能全部处理、并验算下卧层土层的承载力是否满足要求。当以减少沉降为主要目的时，可用沉降量控制。沉降演算应符合国家标淮《建筑地基基础设计规范》(GB50007)的有关规定，其中复合土层的压缩模量，可采用载荷试验的变形模量代替。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计2)主要用于提高地基承载力，减少沉降的灰土桩、水泥土桩加固设计（2）灰土桩承载力的计算结合工程实践经验的总结，灰土桩复合地基承载力可用下面的公式进行计算： 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计2)主要用于提高地基承载力，减少沉降的灰土桩、水泥土桩加固设计（3）桩间距的确定首先确定面积置换率： 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩2.设计2)主要用于提高地基承载力，减少沉降的灰土桩、水泥土桩加固设计（4）加固范围和桩位位置基础范围以内，可采用三角形布桩或正方形布桩，也可采用矩形布桩。（5）沉降计算复合模量法。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工1）施工工艺 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工2）成孔分两类方法：挤土成孔和非挤土成孔挤土成孔主要有：沉管法、冲击法和爆扩法。沉管成孔可按施工机械的不同分为锤击成孔和振动成孔两种方法。目前我国较多的采用锤击沉管施工，它足利用柴油锤或汽锤打桩机将钢管打入土中，然后利用本身机械动力拔管。日前使用的柴油锤打桩机主要有6kN、12kN、18kN、25kN、30kN等几种规格，适用于直径35～37cm的桩管，成孔深度可达6～20m(成孔深度与机械能量和地基土的物理力学性质指你等有关)。柴油锤打桩机施工速度较慢，且振动剧烈，噪声高，不宜在人口稠密的市区采用。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工振动沉管系利用振动沉管机，依据机械自振动力将桩管沉人预定的地基深度，在拔管时可用灰斗机向孔内灌入境料，边拔边灌，并利用振动挤密孔内填土，不需另备夯实机械，因而工效较高，一很长7m左右的灰土极只用6min即可完成。目前山西等地采用的振动沉管机是以60kw电动机作为动力，带动双偏心块激振，振动力可达430kN。它对电源和配电系统要求较高，内于振动力大，对机械本身也需采用防震措施，常用的振动成校机性能见表。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工爆扩成孔施工方法简单，不需成孔机械，工效也高。其缺点是由于爆扩振动影响，不适于在城市施工。它对地基土的天然含水量要求较高，含水量过低或过高，爆扩挤密效果都不好。因此，采用爆扩挤密施工工艺，一般应通过现场试验取得有关数据后才能施工。爆扩成孔工艺有药管法和药眼法两种．药管法是先用洛阳铲掏成直径6～8cm的小孔．其孔深达到地基土加固的预定深度。然后在孔内放人直径15～30mm的炸药管和一到两个电雷管，引爆后即形成桩孔。药眼法是用直径15～30mm钢针打入土中达须定加固深度，拔出钢针后，在其中填入炸药和电雷管，引爆后即成桩孔。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工冲击成孔系利用定型冲击成孔机(或冲击钻机)，将6～32kn锥形锤头提升0.5～2.0m高度后自由落下，反复冲击地基土使土层成孔。与沉管法相比，它不需另备钢管。冲击成孔法工效高，成孔速度可达0.9m／min，孔径达40～60cm。填夯校孔也可使用同一套设备，并进一步使周围土体挤密。成孔深度不受机架高度的限制，可达20m以上。特别适用于大厚度自重湿陷性黄土的处理。常用的冲击锤头是带有夹角30。和一定长度同锥尖端的抛物线旋转体。在冲击机选用上应与场地土质条件以及没计桩孔直径相适应，常用冲击成扎机性能列于表中。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工2）成孔非挤土成孔桩（排土法成孔）：所谓排土法是指在成孔过程中把土排出孔外的方法，该法没有挤土效应，多用于原土已经固结、没有限陷性和振陷性的土。其成孔机具有以下几种：主要有洛阳铲掏孔和长螺旋钻机成孔。洛阳铲成孔：洛阳铲的构造见图所示为钢柄洛旧铲，该洛阳铲宜成4m以内的孔。木把加绳，可以成4m以下的扎。当下部土较硬时，可用加长钢柄配10’管钳取土，对于素填土地基，遇到硬杂物时，可用钢钎将杂物冲碎，然后用洛阳铲取出。洛阳铲的尺寸可变，对于软土宜用直径较大者，对于素填上及硬土宜用直径较小有。成孔时将洛阳铲刀口切入土中，然后招动并用力拧转铲柄．将土剪断，拔出洛阳铲，铲内土柱被带出。利用孔口附近插入土中的退土钎(Φ20～25mm，L＝0.8—1.2m的钢钎)将铲内土柱刮出。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工2）成孔 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工3）备料灰土校复合地基的桩孔填料由符合一定质量要求的石灰和素土按2：8或3：7比例配合，在接近最优含水量的状态下拌和而成的灰土。用于桩体的素土料，应尽量采用基坑中挖出的纯净黄土，或选用粘土、粉质粘土．土中不得含有有机质，也不得使用塑性指数大于17的粘土。严禁使用耕土或杂填上，冬季施工时严禁使用冻土。使用土料前应过筛、土的最大料径不得大于15mm。含水量应控制在最优含水量的±3％范围内。用于桩体的石灰料，应选用块状或粉末状生石灰，使用前应用清水充分粉化，石灰的贮存时间不宜超过三个月，填料中位用的石灰为熟石灰。其粒径不宜大于5mm．并不宜夹有未熟化的生石灰块，也不应使其含水量太高。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工4）回填夯实夹板锤式夯实机。目前有利用装载机或翻斗车改制的，此种机型在场地内行走灵活，辅助时间短，效率高，但该类夯实机要占用一台装载机或翻斗机，因此造价较高；另一种是由河北省建筑科学研究院研制的走管式夯实机。该机主要由机架、滚管、电动机、齿轮箱、链条、提轮、锤杆、夯锤、制动夹板组成*该机的特点是突破了一般用圆杆的传统做法，锤杆采用了工字钢，增大了提升轮与锤杆的接触面积，因此增加了提升力。为外将摩擦片预先压制在钢片上，增大了摩擦片的附着力，不致出摩擦片受压时循环应变，造成摩擦片在交变应力作用下快速折断，从而降低了摩擦片的损耗；二是可以改变摩擦片的长度，具有根据下程需要调节锤的提升高度的功能，且更换方便快捷，以上是该机颇具特色的地方。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工4）回填夯实 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工4）其他施工注意要点：（1）夯填桩孔时，宜选用机械夯实。分段夯填时，夯锤的落距和填料厚度应根据现场试验确定，混合料的压实系数λc不应小于0.93。（2）土料中有机质含量不得超过5%，不得含有冻土或膨胀土，使用时应过10～20mm筛，混合料含水量应满足土料的最优含水量ωop，其允许偏差不得大于±2%。土料与水泥应拌和均匀，水泥用量不得少于按配比试验确定的重量。垫层材料应级配良好，不含植物残体、垃圾等杂质。垫层铺设时应压（夯）密实，夯填度不得大于0.9。采用的施工方法应严禁使基底土层扰动。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩3.施工4）其他施工注意要点：（3）成孔施工应符合下列要求：1.桩孔中心偏差不应超过桩径设计值的1/4，对条形基础不应超过桩径设计值的1/6；2桩孔垂直度偏差不应大于1.5%；3桩孔直径不得小于设计桩径；4桩孔深度不应小于设计深度。（4）向孔内填料前孔底必须夯实。桩顶夯填高度应大于设计桩顶标高200～300mm，垫层施工时应将多余桩体凿除，桩顶面应水平。（5）施工过程中，应有专人监测成孔及回填夯实的质量，并作好施工记录。如发现地基土质与勘察资料不符时，应查明情况，采取有效处理措施。（6）雨期或冬期施工时，应采取防雨、防冻措施，防止土料和水泥受雨水淋湿或冻结。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩4.检测灰土桩复合地基的质量检测包括施工质量的检测和加固效果的检测，孔内填料的夯实质量，应及时抽样检查，其检测的数量不得少于2％，每个作业台班不得少于一个孔。在全部孔深内，宜每1m取土样测定干密度，检测点的位置应在距桩孔心2／3半径处。孔内填料的夯实质量，也可以通过现场试验测定。对于重要建筑物的地基和大型工程，还应检测在处理深度内，分层取样测定挤密土及孔内填料的湿陷性及压缩性，以及在现场进行静载荷压板试验或其他的原位测试，根据检测取得结果和试验中所揭示的现象，可进一步验证设计内容和施工要求是否合理、全面，同时也是及时调整补充设计内容和施工要求的重要依据，以保证那些重要或大型工程建设的安全可靠及经济合理。其检测的内容包括：桩点的位置、桩径、桩深、桩孔垂直度、桩孔建筑质量、挤密效果、复合地基的承载力以及建筑物竣工后一定时间的沉降观测值，在施工过程中其填夯质量的检测尤为重要。 三、土桩、灰土桩和夯实水泥土桩4.检测 第四章置换2.分类按回填材料分类：砂垫层、碎石垫层、素土垫层、干渣垫层和粉煤灰垫层1.换填法换填法是将基础底面下一定范围内的软弱土层挖去，然后分层填入强度较大的砂、碎石、素土、灰土以及其它性能稳定和无侵蚀性的材料，并夯实（或振实）至要求的密实度。按施工机械可分为：重锤夯实法，机械碾压法和振动压实法。一、换土垫层法 3.换填法的作用：(1)提高持力层的强度，并将建筑物基础压力扩散到垫层以下的软弱地基；(2)垫层置换了软弱土层，可以减少地基的变形量；(3)加速软土层的排水固结；(4)调整不均匀地基的刚度；(5)对湿陷性黄土、膨胀土或季节性冻土等特殊土，其处理目的主要是为了消除或部分消除地基土的湿陷性、胀缩性或冻胀性。4.换填法适用土类：淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等浅层处理。 一、垫层的设计(一)砂垫层的设计1.垫层的设计原则⑴足够的厚度以置换可能受剪破坏的软弱土层；⑵足够的宽度以防止砂垫层向两侧挤出；⑶设计垫层为排水垫层。2.砂垫层的厚度z的确定 3.垫层宽度应根据垫层侧面土的承载力来决定，砂垫层底部宽度b′可由下式或根据当地经验确定。(二)土垫层设计素土、灰土、二灰土垫层总称土垫层。适于处理1～4m厚的软弱土层。灰土垫层即通常讲的2：8或3：7灰土。垫层强度随灰量的增加而提高。二灰垫层是将石灰和粉煤灰两种材料按2：8或3：7体积比加适当水拌和均匀后分层夯实。其强度比灰土垫层高得多，常用于处理湿陷性黄土。砂垫层的厚度一般不宜大于3m，太厚则施工困难；也不宜小于0.5m，太簿则换土垫层的作用不显著。 （一）厚度确定软土地基上土垫层厚度的确定与砂垫层相同。1.对非自重湿陷性黄土地基上的垫层厚度应保证天然黄土层所受的压力小于其湿陷起始压力值。2.对自重湿陷性黄土地基上，垫层厚度应大于非自重湿陷性黄土地基上垫层的厚度，或控制剩余湿陷量不大于20cm才能取得好的效果。（二）宽度确定：灰土垫层的宽度可取（三）平面处理范围素土垫层或灰土垫层可分为局部垫层和整片垫层。 三、粉煤灰垫层1.化学性质粉煤灰和天然土中的化学成分具有很大的相似性，具有火山灰的特性，在潮湿条件下具有凝硬性，与二氧化硅，三氧化二铝等物质进行水化反应，生成水化产物，使碾压密实的粉煤灰颗粒胶结固化形成块状结构，可提高粉煤灰的强度，降低压缩变形，增强抗渗性和水稳定性。2.物理性质粉煤灰的压实曲线与粘性土相似，具有相对较宽的最优含水量区间，其干密度对含水量的敏感性比粘性土小，最优含水量易于控制。 第二节土的压实作用土一般由固体颗粒、水、空气组成。土中固、液、气三相组成的比例反映干湿、密实程度，对评价土的工程性质有重要意义，是垫层压实参数选择的依据。一、土的压实机理实践证明，要使土的压实效果最好，其含水量一定要适当。对过湿的土进行碾压会出现“橡皮土”，不能增大土的密实度。对很干的土进行碾压，也不能把土充分压实。1.最优含水量：在干密度—含水量曲线上干密度的峰值即为最大干密度，与之对应的含水量即为最优含水量。 2.干密度—含水量曲线的物理意义⑴当粘性土的含水量较小时，水化膜很薄，以结合水为主，颗粒间引力大，在一定的外部压实功作用下，还不能克服这种引力而使土粒相对移动，压实效果差，土的干密度较小；⑵当增加土的含水量时，结合水膜逐渐增厚，颗粒间引力减弱，土粒在相同的压实功能下易于移动而挤密，压实效果提高，土的干密度也随之提高；⑶当土中含水量增大到一定程度后，孔隙中开始出现自由水，结合水膜的扩大作用并不明显，颗粒间引力很弱，但自由水充填在孔隙中，阻止了土粒间的移动，并随着含水量的继续增大，移动阻力逐渐增大，压实效果反而下降，土的干密度随之减少。 压实系数可参考表1.2-1选用。ρd——现场土的实际控制干密度；ρdmax——土的最大干密度。1.压实系数λc室内击实试验：二、土的压实系数 2.含水量施工含水量应尽量接近最优含水量。可按表2.2-2选用。应通过现场试验确定，可参考表2.2-3及2.2-4。采用不同的施工机械，要选择与之相应的参数。3.铺填厚度及压实遍数 §3垫层施工一、垫层施工方法机械碾压法、重锤夯实法和振动压实法三种。（一）机械压实法机械碾压法是采用压路机、推土机、羊足碾、振动碾或其它压实界些来压实软弱地基土或分层填土垫层。施工步骤1.现将拟建范围内一定深度内的软弱土挖出至设计要求，2.再将底部土体碾压加固，3.然后分层填筑，逐层加密。 机械碾压法是采用各种压实机械来压实地基土，此法常用于基坑面积宽大和开挖土方量较大的工程。在工程实践中，对垫层碾压质量的检验，要求获得填土最大干密度。施工参数：如施工机械、铺筑厚度、碾压遍数与填筑含水量等都必须由工地试验确定。 土类和场地对碾压设备选用的影响粘性土等软弱土杂填土砂土、湿陷性黄土、碎石土狭窄场地，边角平碾或羊足碾平碾振动碾或振动压实机蛙式夯实机施工中，随层检验平均干密度、含水量。采用环刀法或贯入测定法。每个基坑或100～500m2设一个检验点。质量检验 (二)重锤夯实法重锤夯实法是用起重机械将夯锤提升到一定高度，然后自由落锤，不断重复夯击以加固地基。施工顺序重锤夯实宜一夯挨一夯顺序进行。在独立柱基基坑内，宜按先外后里的顺序夯击。同一基坑底面标高不同时，应按先深后浅的顺序逐层夯实。 2.施工要点⑴现场试夯⑵夯击前应检查坑中土的含水量⑶施工夯打工艺⑷现场有边坡或邻近建筑物时，应当采用必要的防护措施。3.质量检验不仅要检查施工记录及试夯最后下沉量，而且要检查加固质量。基槽每30m一点，整片地基每100m22点以上 (三)平板振动法振动压实法是利用各种振动压实机，将松散土振压密实。适用于处理无粘性土或粘粒含量少，透水性较好的松散杂填土地基。振动压实机的工作原理是由电动机带动两个偏心块以相同速度反向转动而产生很大的垂直振动力。压实效果：一般杂填土经振实后，地基承载力特征值可达100～120kPa。 振动压实的效果与填土成分、振动时间等因素有关，一般振动时间越长，效果越好，但振动时间超过某一值后，振动引起的下沉基本稳定，再继续振动就不能起到进一步的压实作用。振实范围应从基础边缘放出0.6m左右，先振基槽两边，后振中间，其振实的标准是以振动机原地振实不再继续下沉为合格，并辅以轻便触探试验检验其均匀性及影响深度。 二、砂（砂砾、碎石）垫层施工1.垫层材料砂石：颗粒级配良好、质地坚硬的砂石，不得含有草根、垃圾，含泥量应小于5％。2.施工要点⑴施工机具宜采用振动碾和振动压实机，压实参数由现场试验确定；⑵不同施工机具应采用不同的最优含水量；⑶如存在不良地质现象，应先进行清理，然后再施工垫层；⑷施工过程中严禁扰动垫层下卧的淤泥和淤泥质土等软弱土层；⑸砂石垫层的底面宜铺设在同一标高上；⑹当地下水位高于基坑底面时，应采取排降水措施 3.质量检验采用环刀法或贯入测定法⑴环刀法：用容积不小于200cm3的环刀压入每层2/3的深度处取样，测定其干密度，干密度应不小于该砂石料在中密状态的干密度值。⑵贯入测定法：先将砂垫层表面3cm左右厚的砂刮去，然后用贯入仪、钢叉或钢筋以贯入度的大小来定性地检查砂垫层质量。⑶采用贯入法时，检验点的间距应小于4m；环刀法：基坑50～100m2不小于1个，基槽每10～20m不应少于1个。 作业题1某条形基础，宽1.2m，埋深为1.0m，作用于基础的荷载每米125kN，基础平均重度为20kN/m3。表层土为粉质粘土，厚1.0m，重度为18kN/m3；第二层土为淤泥质粘土，厚10m，重度为17.5kN/m3，fk＝60kPa；第三层为粗砂层。地下水距地表为1.0m。拟采有砂层换填法，试设计砂垫层的厚度和宽度，砂垫层深度修正系数ηd＝1.0，压力扩散角θ取30度。 4.3强夯置换法一、简介强夯置换碎石墩复合地基是指利用强夯的方法将地基土挤密或排开，将块石、碎石、砂砾或其他质地较坚硬的散体材料，采用多次填入和夯击，最终形成密实的柱状砂石墩，这种砂石墩与周围混有砂石的墩间土所形成的复合地基。这种墩柱状散体复合地基同样具备两个基本特点：加固区是由基体(墩间上)和增强体(砂石墩)两部分组成的，是非均质和各向异性的；在荷载作用下，由基体和增强体共同承担荷载的作用。 4.3强夯置换法一、简介强夯置换碎石墩复合地基属墩柱式置换的形式，它是利用强夯过程中夯成的夯坑作为墩孔，向坑中不断按需要充填各种散体材料并夯实，使夯填料形成一个直径约2m，深度达3.6m的散体材料墩，与周围土体共同组成复合地基。由于砂石等散体材料墩的加筋作用，地基中应力向墩体集中，墩体分担了大部分基底传下来的荷载：同时砂石材料墩的存在也使得土体中由强夯引起的超孔隙水压力得以迅速消散，使土体得到固结，土体抗剪强度不断提高，造成对墩体的约束不断增强，从而使复合地基的承载力不断提高。墩柱式置换法则具备散体材料墩的加筋、挤密、置换、排水特征，又具有强夯加固动力固结效应，因而可大幅度提高地某承载力，减小地基变形。与强夯相比，能更广泛地适用于塑性指数较高的高含水量软粘土。 4.3强夯置换法二、加固机理1．振实压密作用在强夯过程中，这种突然释放的巨大能量转化为波的形式传到土体内，对土体造成强制压缩和振密，土体积被压缩，土中气体被排出。随着强夯置换的进行，置换体(夯墩)也对周围土体产生挤密的作用。2．排水固结作用主要表现在两方面：其一，就地基土本身来说，在巨大夯击能作用下，夯境内外的平面上和垂直深度上，产生土体裂隙，并且随夯击能的增加使裂隙有所发展，这种错综的裂隙改变土壤的渗透性，使地基中的水通过这些通道排出地表。其二，强夯置换形成的砂石墩，由于组成材料为碎石、砂砾等渗水性非常好的散体材料，本身就是极好的排水通道，在上部荷载作用下促进地基土的排水固结。 4.3强夯置换法二、加固机理3．置换增强作用在地基土中，尤其在饱和的软粘土地基中，用边夯边填的方式形成了密实的碎石墩，它的强度要比原地基土高得多，由这样一些在垂直方向上有一定深度、在平面上有一定置换率，众多的碎石墩组成复合地基。碎石墩在其中起着承担荷载、协调变形的作用。 4.3强夯置换法二、加固机理4．预加变形作用在强夯作用下，地基土的各种颗粒组分在结构上重新排列，还包括颗粒组分构成或形态的改变，饱和的粘土发生触变，饱和的砂土发生液化，但是随着超孔隙水压力的消散，有效应力的增加，土颗粒重新排列并趋于稳定，地基土的强度得到提高。但是这种过程随土性质的不同而异，有的甚至过了很长时问仍得不到这种效应，这也是实践中存在的。 4.3强夯置换法二、加固机理目前强夯置换有三种形式：(1)当地基表层为适当厚度的砂覆盖层，下卧高压缩性淤泥质粘土时，采用低夯能，将表层砂夯挤填人软土层中，形成一根根强夯置换砂校(墩)。这种砂柱体也是排水的良好通道．软土层受“动力固结”作用，更加密实。(2)当地基土为高压缩性软土时。在其表面堆铺一层一定厚度的碎石料，利用夯锤冲击成孔，不断回填碎石料，夯实成碎石墩，如图9－2，碎石墩与墩间土形成碎石墩复合地基。(3)在厚3－5m的淤泥质软土地基上抛砸石块(或挖掘一定深度后抛填石块)，利用抛石自重和夯锤巨大的冲击力使块石逐渐沉降至下部硬土层上，淤泥大部分被挤走，少量留于石缝中，形成强夯置换块石层。 4.3强夯置换法二、加固机理 4.3强夯置换法三、设计计算置换碎石墩复合地基的设计包括强夯的设计和复合地基的设计两部分。强夯设计合理与否直接影响夯击能的有效利用和夯击效果。强夯法虽然已在工程中得到广泛的应用，但至今还没有一套成熟的理论和设计计算方法。所谓强夯设计实际上是对强夯参数的确定，通过在现场试验区的试夯或试验性施工总结得到，试夯点数及规模应根据建筑场地的复杂程度、建设规模及建筑类型确定。 4.3强夯置换法三、设计计算1、有效加固深度参考强夯法2、夯点布置不论是强夯法或强夯置换法，其夯点布置与实施的效果和施工方便性有直接关系。大体上可根据以下几方面来确定：1）根据建筑物结构类型进行布置对于基础面积较大的建筑物，可按等边三角形或正方形都点墙的位置市点；对独立柱基础，可按柱网设置夯点。对于条形基础，可根据承重墙位置布点。2）根据地基土的性质和要求加固深度来确定夯点间距对于细颗粒土，为便于超孔隙水压力消散，夯点间距不宜过小。要求加固深度较大时，第一遍的夯点间距要适当大一些。 4.3强夯置换法三、设计计算若夯点间距过小，可能在浅层形成密实层，影响夯击能向下传递。同时夯点太近，上部土体易向测边挤出，造成坑壁坍塌，影响夯击效果。3）强夯置换法夯击点间距一般比强夯法大强夯置换法形成的砂石墩复合地基，其夯点布置应根据复合地基置换率来确定。4）夯点的布置要有利于吊机行走的方便全部夯点完成后，夯坑一次填平，吊机顺利下场。 4.3强夯置换法三、设计计算3、加固范围由于基础的应力扩散作用，加固范围应大于建筑物基础范围，具体扩大的范围应根据建筑结构类型和重要性等因素综合分析确定。根据国内经验，对于一般建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理深度的1／2—1／3，并不小于3m，对于重要建筑物，每边超出基础外缘的宽度宜为设计处理的深度。若为非稳定边坡应加固到最危险的滑弧范围处。 4.3强夯置换法三、设计计算4、复合地基设计（1）、单墩体的承载力计算强夯置换碎(块)石墩由于其成墩工艺与其他类型散体材料墩的成墩工艺截然不同，碎(块)石墩体受到被置换土体形成的冠形挤密区的包围，碎(块)石墩受荷时，其侧向和底部的抗力都远较原土为大，因此其承载力也较其他类型散体材料墩为大。另外，由于强夯置换碎(块)石墩的墩体比较粗短，深径比—般为3—4左右，由于墩体经过夯实后密度较大，墩体的破坏模式也不局限于鼓胀式破坏的单一形式，而可能发生两种破坏模式，即墩体的鼓胀式破坏或刺入式破坏，也可能是两种破坏模式同时发生。 4.3强夯置换法三、设计计算4、复合地基设计墩体发生鼓胀式破坏。墩体发生鼓胀式破坏时，墩顶单位面积的极限承载力计算方法主要有；Brauns(19?8年)计算式、圆筒形孔扩张理论计算式、Wong，H．Y．(1975年)计算式、Hughes和Withers(1974年)计算式以及被动土压力法等。对于墩体发生鼓胀式破坏，我们主要引用Brauns计算式预估强夯置换碎(块)石墩单墩墩顶单位面积的极限承载力。 4.3强夯置换法三、设计计算4、复合地基设计墩体发生鼓胀式破坏。 4.3强夯置换法三、设计计算4、复合地基设计墩体发生鼓胀式破坏。 4.3强夯置换法三、设计计算4、复合地基设计墩体发生鼓胀式破坏。用试算法得δ＝61°21’，代入上式可得有虑强夯置换造成的墩周挤密区的紧箍作用，应对上式引入一个增长系数C，即 4.3强夯置换法三、设计计算4、复合地基设计墩发生刺入式破坏。墩发生刺入式破坏时，墩顶单位面积的承载力下式进行估算： 4.3强夯置换法三、设计计算4、复合地基设计墩发生刺入式破坏。 4.3强夯置换法三、设计计算4、复合地基设计墩发生刺入式破坏。对于粉土、粉质粘土或花岗岩残积土填土，根据作者试验结果：DP取1.5d；Sc取Dp／2；β取18．4°，代入上式可得对于饱和的淤泥、淤泥质土，由于易于挤出难于挤密的缘故，冠形挤密区的体积会较小，置换体的直径会较大，根据作者经验：DP取1．8d；Sc取0，β取0，代入可得： 4.3强夯置换法三、设计计算5、强夯置换碎(决)石墩复合地基的承载力计算强夯置换碎(块)石墩复合地基的承载力应通过直接的载荷试验方法确定，载荷试验的承压板面积至少为一根墩承担的处理面积，虽然费用较高，但结果可靠。在设计时，如需要预估强弃置换碎(块)石墩复合地基的承载力特征值，可按下式进行估算： 4.3强夯置换法三、设计计算6、强夯置换碎(决)石墩复合地基的沉降计算强夯置换碎(块)石墩复合地基的总沉降量包括两部分，即复合地基加固区以下土层的沉降量和复合地基加固区的沉降量。可采用分层总和法进行计算。其中复合地基加固区的沉降量计算时采用复合模量进行计算。 4.3强夯置换法三、设计计算7、整体置换地基的计算1．整体置换地基承载力计算置换体本身的承载力应通过现场载荷试验确定。无现场载荷试验资料时，当整体置换厚度不小于展础宽度的一半时，置换体的承载力特征值可根据垫层的质量情况取200一400kPa。置换体下卧层应进行承载力验算，即置换体下卧土层的顶面所受到的全部压力不应超过下卧土层的经深度修正后承载力特征值。下卧土层顶面的荷载采用压力扩散法进行估算。 4.3强夯置换法三、设计计算7、整体置换地基的计算2．整体置换地基沉降量计算强夯置换的整体量换地基的总沉降量S主要由两部分组成S＝S1十S2。一部分是置换体底部下卧十层的沉降量S1，另一部分是置换体本身的比缩变形产生的沉降量S2。置换体的压缩模量取30—50MPa，根据置换体本身的材料性质，施工质量和置换体的压密程度取值。 4.3强夯置换法四、质量检测为保证强夯置换工程质量，在强夯置换施工完成后应进行必要的抽样检测。常见的检测项目主要为强夯置换碎(块)石墩体形和深度、强夯置换碎(块)石墩承载力、强夯整体置换地基的加固深度以及强夯置换复合地基的承载力和变形模量等。 第五章石灰桩1.概念石灰桩是指用人工或机械在地基中成孔后，灌入生石灰块，经振密或夯压后形成的桩柱体。2.适宜土层适用于处理杂填土、素填土、一般粘性土、淤泥质土以及透水性小的粉土。3.适宜工程道路、码头、铁路、软弱地基的加固工程及托还工程和基坑支护工程。 §1石灰桩加固机理一、生石灰的水化反应及其特性1.反应过程吸收大量水分生石灰的吸水量包括两部分，一部分是CaO水化所需的水量，另一部分是生石灰的水化产物Ca(OH)2的孔隙吸水量。2.生石灰的水化反应为放热反应所放热量可使地基土温度提高，产生汽化脱水现象，降低地基土的含水量，从而减少土的孔隙比，增加土的密实度。3.生石灰水化反应中伴随有体积的显著增大水化过程中，由于固相体积和孔隙体积的增大，生石灰水化后可膨胀到原体积的1.5～3.5倍。 二、石灰桩的加固机理可从桩间土、桩身和复合地基三个方面分析(一)桩间土1.成孔挤密作用采用振动沉管法成孔，会对桩间土产生挤密效果。但对灵敏度高的饱和软粘土，成桩过程会破坏土的原状结构，降低土的强度。2.吸水、升温和膨胀作用水化反应吸收较多的水，并产生升温汽化现象，是地基中含水量下降，孔隙比减小，桩间土抗剪强度提高。水化作用，对桩间土产生较大的挤压力，使桩间土密实度提高，从而提高地基的强度。 3.胶凝及离子交换作用这种作用在生石灰桩周围形成一圈2～10cm厚的硬壳层。(二)桩身生石灰桩本身具有一定的强度和刚度，可以提高地基的承载力和改善地基的变形特性。另外要防止出现“软心”现象。(三)复合地基石灰桩复合地基承载力由三部分组成：⑴桩身强度；⑵桩间土；⑶桩周形成的硬壳层。通过提高桩身强度、增加桩间土的加固效果都可以提高复合地基承载力。 第二节石灰桩的设计计算石灰桩的设计以经验为主，无经验要进行试桩一、桩径由施工条件确定，一般为150～400mm。二、桩的布置一般采用正方形或等边三角形。膨胀前的置换率：正方形布桩：等边三角形：膨胀后的置换率：ε—石灰桩膨胀率，查表5.2-1 三、桩距宜通过试桩确定，应同时满足地基承载力和变形要求。土类桩距/桩径淤泥和淤泥质土2～3.5较差的填土和一般粘性土3～4较好的填土和一般粘性土≯5四、桩长⑴对于变形要求高的建筑物地基，宜达到计算压缩层底部；⑵对用于地基稳定目的的石灰桩，应穿过可能的滑动面；⑶应满足软弱下卧层承载力要求，并使复合地基沉降控制在容许值之内。 五、复合地基承载力计算a.现场荷载试验法b.公式计算方法(一)桩身强度现场单桩静荷载试验或静力触探试验确定，可近似区0.1Ps。初步设计时fp,k＝300～450kPa。 （二）桩周土的强度孔隙比法⑴加固后土的孔隙比e’⑵加固后的含水量ω’或⑶由加固后桩间土平均含水量ω’，孔隙比e’或IP等土体物理性质指标查规范求得 2.脱水量法⑴计算桩间土的脱水量①由生石灰的吸水当量和膨胀率计算该公式用于一般粘性土，结果较为粗糙。②由不同压力下的生石灰吸水率计算 ⑵加固后土的孔隙比e’⑶由加固后桩间土平均含水量ω’，孔隙比e’或IP等土体物理性质指标查规范求得 3.经验公式求 石灰桩的施工一、材料石灰桩的材料以生石灰为主。MgO含量小于或等于5％的生石灰称为钙质生石灰，大于5％的称为镁质生石灰。钙质生石灰水化反应能力大，反应速度快。石灰桩要求选用新鲜的生石灰，过烧和欠烧的都不能使用，生石灰中可均匀掺入粉煤灰或火山灰等硅质材料。二、成桩工艺(一)管内成桩工艺管内成桩工艺是指用人工或机械成孔后，再填料夯实、封顶，自上而下成孔、自下而上夯填成桩。 管内成桩工艺包括：人工挖孔成桩、冲击法成桩、螺旋钻进法成桩、沉管法成桩、爆扩法成桩等5种施工工艺1.人工挖孔成桩一般多采用人工洛阳铲成孔，适用于一般粘性土、淤泥质土和淤泥。2.冲击法成桩应用冲击转机将一定质量的钻头，以0.5～2m的高度周期地冲击土层，每次冲击之后，钻头在钢丝绳带动下回转一定的角度，从而形成一个规整的圆形断面钻孔。 3.螺旋钻进法成桩螺旋钻进法是一种干式回转钻进方法，特点是用螺旋钻杆不断地将土屑输送到地表，不使用冲洗液，符合石灰桩的施工要求，钻进效率高。⑴长螺旋钻进法可以深孔钻进，但孔壁不能自立的土中无法适用。⑵套管式螺旋钻进法适用于不稳定易塌孔的地层，最深可达35m 4.沉管法成桩沉管法包括振动沉管法和锤击沉管法优点：沉管法成孔的孔壁光滑规整，挤密效果和施工技术都较容易控制和掌握缺点：最大成孔深度受桩架高度限制，一般不超过8m 5.爆扩法成孔⑴药眼法适用于含水量不超过22％的土层 ⑵药管法适用于含水量较大的土层 (二)管外成桩工艺 三、施工要点⒈进行成桩试验和材料配合比试验，确定合理的成桩参数，并制定施工组织设计；⒉防止地表水和邻近水源渗透浸入石灰桩身；⒊打桩顺序按“先外排后内排，先周边后中间”的原则，单排采用“先两端后中间”顺序。 ⒋要严格控制填料量和材料质量，掺和材料严格按配合比与生石灰搅拌均匀。⒌成桩后应立即用粘土或混凝土等材料压实封顶，防止地表水流入桩身和防止石灰桩因水化过分激烈而引起桩孔喷料。⒍基础施工应在石灰桩达到一定强度后进行。⒎注意施工安全，防止石灰桩喷料伤人。 §4质量检验一、桩身质量检验⑴检查桩径、桩的外观、桩身材料分布、桩身密实度等⑵静力触探、轻便触探、标贯试验测定桩身质量⑶荷载试验二、桩间土检验静力触探、标贯试验、轻便触探、旁压试验等原位测试手段，同时钻孔取样进行室内土工试验，测定加固后的各项指标变化。三、复合地基质量检验采用现场单桩或多桩复合地基荷载试验 CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）CFG桩CFG桩是水泥粉煤灰碎石桩（CementFlyashGravelPile）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具有一定粘结强度的桩。第一节概述2.适用土类CFG桩用于加固填土、饱和及非饱和粘性土、松散的砂土、粉土等。对塑性指数高的饱和软粘土使用要慎重。 3.碎石桩与CFG桩⑴概念不同⑵CFG桩为复合地基刚性桩，桩身具有一定的粘结性，可在全长范围内受力，能充分发挥桩周摩阻力和端承力。而碎石桩为散体材料桩，桩身无粘结强度，依靠周围土体的约束力来承受上部荷载。⑶CFG桩的桩土应力比较高一般在10～40。而碎石桩桩土应力比一般为1.5～4.0，增加桩长对提高复合地基承载力意义不大，只有提高置换率，而提高置换率有会给施工造成很多困难。 ⑷适用土类的差别CFG桩用于加固填土、饱和及非饱和粘性土、松散的砂土、粉土等。对塑性指数高的饱和软粘土使用要慎重。而碎石桩宜处理砂土、粉土、粘性土、填土以及软土，但对不排水抗剪强度小于20kPa的软土使用要慎重。 第二节材料配比及力学性能各种材料之间配合比对混合料的强度和易性的影响⑴石屑掺量的影响①对强度的影响：碎石料之间为点接触，接触比表面积小，桩体抗剪强度较低。掺入中等粒度的石屑后，级配变得良好，增大基础比表面积，提高桩体的抗剪强度；②石屑率存在一个最佳值，过大或过小对塌落度和强度都不利，最佳值在25～30％范围内。⑵不同水泥、粉煤灰掺量的影响①对于某一石屑率，不同水泥、粉煤灰掺量得出的混合料的立方抗压强度R28与灰水比C/W成正比；②增加粉煤灰的掺量，要保证30mm的塌落度，混合料需水量要增加。 ⑶混合料的应力应变关系由于混合料具有一定的粘结强度，围压对其应力—应变关系影响很小。 第三节加固机理和工作性能⒈CFG桩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。⒉CFG桩可以全长受力，荷载不大时，可以通过调节桩长来适应不同的土层。⒊CFG桩复合地基的桩土应力比大，而且具有很大的可调性，在软土中可高达100作用。⒋CFG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。 第四节褥垫作用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。褥垫层的作用1.保证桩、土共同承担荷载2.减少基础底面的应力集中3.褥垫厚度可调整桩土荷载分担比4.褥垫层厚度可以调整桩、土水平荷载分担比 第五节CFG桩复合地基设计一、设计内容1.桩径d一般桩径为350～400mm，由施工设备的桩管决定。在郑州地区常采用的是长螺旋钻法施工。2.桩距lp桩距的大小取决于设计要求的地基承载力、布桩形式、土质、施工机具和施工的可行性。3.复合地基承载力 4.单桩承载力⑴由现场单桩荷载试验确定⑵公式计算5.变形计算①复合土层的变形量；②下卧层变形；③褥垫层变形。6.褥垫层厚度一般取10～30cm 二、设计步骤1.初步去定桩径和桩距，并求出置换率2.由设定的复合地基承载力确定桩长①求桩土应力比②确定单桩承受的荷载桩顶应力单桩承受的荷载 ③估算桩长3.桩身强度的设计设计抗压强度应大于R284.配料设计施工时，严格按实验室所出配合比配料。5.褥垫层厚度由桩土应力比和桩土分担荷载参照试验资料和该地区工程经验确定 第六节CFG桩复合地基施工施工方法主要：长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩和振动沉管灌注成桩。1.混合料要求严格按配合比配料，振动沉管法的塌落度控制在3～5cm，搅拌时间2min，杂质含量小于5％。长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩塌落度控制在16～20cm；2.施工顺序在软土中，采取隔桩跳打方式；在饱和松散粉土中，采用连打法；满堂布桩时，采用“中间向四周”或“一边向一边”的方法。3.保护桩长保护桩长一般取50～70cm 4.施工工艺⑴沉管⑵投料⑶拔管⑷褥垫铺设⑸施工监测