砂樁、土樁、灰土樁

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1、第4章砂樁、土樁、灰土樁4.1砂樁4.1.1概述 采用砂樁處理軟弱地基，19世紀(jì)30年代起源于歐洲。由于長期缺少實(shí)用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法、先進(jìn)的施工工藝和施工設(shè)備，砂樁的應(yīng)用和發(fā)展受到很大影響。第二次世界大戰(zhàn)以后，蘇聯(lián)對(duì)砂樁的研究取得了較大進(jìn)展。最初，砂樁是用于處理松散砂土地基的。如今，在軟弱粘性土中也有使用實(shí)踐。砂樁技術(shù)自20世紀(jì)50年代引進(jìn)我國以后，在工業(yè)、交通、水利等建設(shè)工程中都得到了應(yīng)用。近十年來，在應(yīng)用砂樁處理可液化的松散砂土地基方面也取得一些成就，解決了一些實(shí)際工程問題。砂樁法處理軟土地基與排水砂井法有

2、類似之處，但排水砂井法的主要作用在于加速固結(jié)，砂樁法的主要作用在于置換。因此砂樁較之于砂井有直徑大、排列密、灌砂密度大的特點(diǎn)。所以其用砂量大得多。4.1.2作用原理砂樁法原用于處理松散砂土地基，因施工方法不同可分為擠密砂樁和振密砂樁兩種，主要是為了防止地基中砂土液化。應(yīng)用于軟土地基處理，其作用原理是砂樁的置換作用、壓密樁間土作用及加速排水固結(jié)作用。1、砂樁在松散砂土中的作用 由于下沉樁管的方法和成樁方法不同，砂樁在施工過程中對(duì)周圍砂層會(huì)產(chǎn)生擠密作用，或同時(shí)也產(chǎn)生振密作用。(1)擠密作用采用沖擊法或振動(dòng)法往砂層中

3、下沉樁管并采用一次拔管法成樁時(shí)，樁管對(duì)周圍砂層會(huì)產(chǎn)生很大的橫向擠壓力，砂層中體積與樁管體積相等的砂就擠向樁管周圍的砂層，從而使其密度增大，孔隙比減小。這個(gè)作用稱為“擠密作用”。擠密砂樁的有效擠密影響范圍可達(dá)3~4倍樁管直徑。成樁后地面一般有不同程度的隆起。(2)振密作用采用振動(dòng)法往砂層中下沉樁管并采用逐步拔管法成樁時(shí)，下沉樁管過程會(huì)對(duì)周圍砂層起擠密作用，而逐步拔管成樁過程則對(duì)周圍砂層起振密作用。有效振密范圍可達(dá)6倍樁管直徑左右。成樁后地面一般有不同程度的下降。2、砂樁在軟弱粘性土中的作用 在透水性差的飽和粘性

4、土中下沉樁管時(shí)，由于產(chǎn)生的超孔隙水壓力不能很快消散，所以橫向擠壓力雖然很大也不能使樁管周圍的土體發(fā)生瞬時(shí)擠密，反而會(huì)使其天然結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低。砂樁施工后需經(jīng)過1~2個(gè)月時(shí)間，其周圍土體的強(qiáng)度才可能恢復(fù)到或稍大于原有值。因此，使用砂樁處理軟弱粘性土?xí)r主要考慮下述兩個(gè)作用。(1)置換作用14砂樁在軟弱粘性土中成樁后，地基就變成由砂樁和樁間土共同組成的復(fù)合地基。由于密實(shí)的砂樁取代了與砂樁體積相等的軟土，所以復(fù)合地基的承載力就比天然地基的承載力大，其沉降也就比天然地基小。地基荷載試驗(yàn)證明，砂樁地基承受外部壓力時(shí)會(huì)發(fā)

5、生壓力向砂樁集中的現(xiàn)象，這就表明砂樁承受外部壓力的能力要比其周圍土層大。壓力向砂樁集中，樁間土承受的壓力就減小，沉降也就相應(yīng)減小。復(fù)合地基承載力增大率和沉降減小率都與置換率(即1根砂樁面積與1根砂樁承提的地基處理面積之比)有關(guān)，置換率增大，承載力增大率也增大，而沉降減小率卻更小。(2)排水作用砂樁在軟弱粘性土地基中構(gòu)成排水路徑，可以起著排水砂井作用，使土層中的水向砂樁集中并且通過砂樁排走，加快地基固結(jié)沉降速率。3、砂樁用途 在松散砂土中，可用于增大相對(duì)密度，防止振動(dòng)液化。在軟弱粘性土中，可用于提高地基承載力

6、，加速固結(jié)沉降，改善地基的整體穩(wěn)定性。4.1.3設(shè)計(jì)計(jì)算砂樁法的設(shè)計(jì)應(yīng)確定置換率、加固范圍、幾何排列、加固后之復(fù)合強(qiáng)度及沉降、施工方式等。1、樁材料和樁尺寸(1)材料使用中粗混合砂，含泥量不大于5%。在對(duì)砂樁成型沒有足夠約束力的軟弱粘性土中，可以使用砂和角礫混合料。(2)直徑根據(jù)置換率要求、成樁方法、施工機(jī)械能力等因素綜合考慮確定砂樁直徑。在軟弱粘性土中盡可能采用較大的直徑。目前，國內(nèi)實(shí)際采用的直徑為30cm左右，最大者50~70cm；國外實(shí)際采用的直徑為60~80cm，最大達(dá)200cm。砂樁在平面上的布置

7、可以采用正三角形或正方形。(3)長度根據(jù)軟土層厚度或根據(jù)工程要求通過計(jì)算確定砂樁長度。①當(dāng)軟土層厚度不大時(shí)，砂樁長度可按軟土層厚度確定；②當(dāng)軟土層厚度較大時(shí)，對(duì)按穩(wěn)定性控制的工程來說，砂樁長度應(yīng)不小于最危險(xiǎn)滑動(dòng)面的深度；對(duì)按沉降控制的工程來說，砂樁長度應(yīng)滿足砂樁地基沉降量不超過建筑物或構(gòu)筑物容許沉降量的要求，可通過沉降計(jì)算確定；③當(dāng)使用砂樁處理易振動(dòng)液化的飽和松散砂土?xí)r，砂樁長度應(yīng)達(dá)到可能發(fā)生液化的砂層底部。(3)墊層砂樁施工完畢后，地面應(yīng)鋪設(shè)30~50cm厚度砂墊層或砂和碎石混合料墊層。墊層要分層鋪設(shè)，用

8、平板振動(dòng)器振實(shí)。在地面很軟不能保證施工機(jī)械正常行駛和操作時(shí)，可以在砂樁施工前鋪設(shè)墊層。2、成樁方法選擇設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)土的類別選擇適宜的成樁方法。目前國內(nèi)外常用的成樁方法分成二類：(1)振動(dòng)成樁法用振動(dòng)打樁機(jī)將樁管沉入土層中，其成樁工藝分成三類：①一次拔管法：往沉入土層中的樁管內(nèi)灌砂，邊振動(dòng)邊緩慢地從土層中拔出樁管。②14逐步拔管法：往沉入土層中的樁管內(nèi)灌砂后，在振動(dòng)條件下逐步拔起樁管，