2022年振冲碎石桩在饱和软土地基处理中应用研究报告 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用振冲碎石桩在饱和软土地基处理中的应用讨论关键词： 软土地基 振冲碎石桩 不排水抗剪强度1 前 言碎石桩复合地基是处理软土地基的一种快速而有效的方法；但是,建筑地基处理技术规范JGJ7991）第六章第一节第 6.1.1 条 “ 振冲置换法适用于不排水抗剪强度不小于 20KPa 的粘性土、粉土、饱和黄土和人工填土等地基； ” ,其他教科书等也认为振冲碎石桩不适应于不排水抗剪强度低于20KPa的软粘土中；本文具体介绍了汕头市某厂房内地坪胜利采纳振冲碎石桩的设计及施工方法,并结合广州地区近年来振冲碎石桩工程设计与施工实例进行技

2、术评判,说明在不排水抗剪强度低于20KPa 的软土地基完全可采纳振冲碎石桩进行处理,关键是施工中应仔细执行有关设计施工操作规范,并进行必要的经济分析,以确定最优处理方案；2 某厂房内地坪振冲碎石桩设计实例 2.1 工程简况汕头市某厂房内地坪用来承放高精密度机械设备,承载力要求仅为50KPa,但该机械设备对不匀称沉降特别敏锐,初步设计采纳架空地坪,即地坪与桩承台连为一体；可是架空地坪造价太高且对机械设备的后期改良不利；应业主邀 请,笔者建议采纳振冲碎石桩复合地基进行处理,并就振冲碎石桩复合地基有关运算和施工参数进行了设计；共完成了振冲碎石桩3470 根, 39558M,填料量 37185m3,碎

3、石垫层约5000m3；12.2 场地土层情形-12.56-10.26, =15.9kN/m3, 十字板抗剪强度多为场地土层自上而下为素填土、耕作土；污泥：底面埋深为013KPa,fk=40 KPa；粗砂：平均厚4.9m, 20.2 KN/m3,fk=220 KPa；污泥：平均厚16.5m, =16.4 KN/m3, f k=50 KPa；粉质粘土：平均厚3.0m, 18.5 KN/m3,fk=110 KPa；场地地下水位高f sk,m=d 2/d e 2=0.1加固范畴取桩承台内8 8m 范畴,设计布桩14 根,桩径 1.0m,三角形布桩,桩距土视作污泥看待,加固深度11.4m 至粗砂层顶面,

4、桩顶铺设30cm 碎石垫层；由4,fsk40KPa ,n 取 4,运算得： fspk=56.8KPa；2.3.2运算假设b承台内8 8m 地坪范畴等效为矩形面积上均布荷载作用下 a加固深度内全部为污泥,地基土为各向同性；的刚性基础； c桩长达硬层； d无相邻荷载影响；2.3.3地基受压层运算深度第 1 页,共 5 页按建筑地基基础设计规范=8 2.5 0.4In8=13.4m ；2.3.4地基土自重应力运算cz1 = 15.910 11.4=67.26Kpa cz2 =20.2 10 13.4 11.4+ cz1 =87.7 KPa 2.3.5附加应力运算z0=50KPa l/b=1,z/b=

5、3.35,查规范附表101 得 ac0.037z1= 4a c0=4 0.037 50=7.4KPa2.3.6下卧层承载力及变形验算z1+cz2=87.7+7.4=95.1KPa 名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 粗砂平均厚为4.9m,f k=220KPa95.1KPa,且 个人资料整理仅限学习使用O 点下深z1=7.4 0.1 cz2=8.77KPa；对于软土,基础底面中心度 Z 处的附加应力 z 等于同一深度Z 处的自重应力 cz的 0.1 倍时,此深度即为地基受压深度Zn,说明粗砂具足够强度, Zn=13.4m 也符合变形运算深度要

6、求；2.3.7基础中点下自然地基沉降量S 粗砂变形可忽视不计,假定运算深度范畴内全部为污泥；规范公式简化为： S= sPoZ 1 a1/E s1s沉降运算体会系数,由 Es查表得； P o基底面处的附加应力,取 50Kpa； Z 1为 13.4m； a 1查范附录十 : 附表 10-2 “ 矩形面积上均布荷载作用下角点的平均附加应力系数 a ” , 按应力叠加原理 l/b=4/4 1.0 ,z1/b=13.4/4=3.35,查表得 a=0.12695,a1=4 a=0.508； E s11.74Mpa； E s Ai / Ai/ E si , A 1= z1 a 0 + a 1/2 , A 2

7、= z 2 z1a1 + a 2/2 ,由于加固范畴内全部为污泥,故 EsEs11.74Mpa；查表内插得 s1.45, 运算： s=283.6mm 2.3.8 复合地基总沉降量 , m为置换率,n 为桩土应力比； S 为自然地基沉降总量； S sp 为复合地基总沉降量；运算得： 0.70 ； S sp S =0.70 283.6=198.5mm 2.3.9 复合地基沉降稳固时间振冲碎石桩复合地基变形的组成包括桩体自身沉降和桩间土的变形两部分；桩体自身沉降是以桩柱体在荷载作用下的压胀变形为主,对于桩间土的变形就是以压缩变形为主；本工程设计复合地基置换率为 0.14 ,即压胀变形忽视不计,因此,

8、变形可近似由桩顶变形和桩间土表面变形构成；施工期间车辆碾压、桩顶碎石垫层施工的碾压作用和后继填土施工时的碾压作用、以及依靠垫层的流淌补偿性,桩顶变形和桩间土表面变形能在施工期间快速匀称地进行；经测试结果说明,软土在施工 30 天后排水固结完成,强度得到复原,故振冲碎石桩复合地基一般在地基处理完后的 30 天即可完成 80沉降,剩下 20的沉降在加载后桩间土强度改善过程中完成 据填土荷载及机械荷载要求,复合地基承载力标准值不小于 50Kpa ； b 依据机械设备的工艺要求 , 工后沉降掌握在 25 30mm,且不显现差异沉降；2.4.2 振冲碎石桩技术要求 a 按内地坪单元布桩,单元规格为 85

9、00 8500、8500 9000 和 9000 9000 三种,每个单元布桩 14 根；桩径 1000,桩距 2.50m,行距 2.20m,桩长以达相对硬层粗砂层为准,平均长 11.4m； b 碎石桩施工采纳 ZCQ-30 型振冲器,施工后桩顶铺设碎石垫层,厚度为 30cm； c 碎石材料采纳未风化 3080cm碎石,含泥量不大于 5； d 内地坪处理范畴外加一排护桩,距外轴线 2.0m 布桩,护桩桩径 1000,桩距 3.0m； e 密实电流暂定为 4550A,留振时间 1015S,具体施工参数经试桩后确定； f 其他工程参照有关规范、规程；2.4.3 设计检测方法 a 复合地基承载力标准

10、值采纳单桩复合地基载荷试验确定,试验按建筑地基处理技术规范 埋设沉降观测杆和位移观测桩,振冲碎石桩施工完后进行观测；观测时间为一年,并依据观测资料的分析,猜测后期沉降和最终沉降；2.4.4施工留意事项第 2 页,共 5 页名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - a b个人资料整理仅限学习使用施工前应平整场地,铲除杂草等,为便利施工,应先铺设50cm厚中砂垫层,施工平面不得低于地下水位；振冲碎石桩施工水压不小于500KPa,水量不小于30m 3/h ； c 施工次序按“ 由外到里、两边往中间” 的原就同时推动施工； d 单位填料量不少于理论填料量

11、,扩散系数按 1.2 计,即 0.785 1.2 0.94 m 3,保证复合地基置换率； e 有关碎石桩施工答应偏差仍应符合大路软土地基路堤设计与施工技术规范JTJ01796）中相关规定；2.5 试 桩桩长为 11.0m,施工密实电流 4550A,留振时间 10S,单桩耗碎石 13.5 m 3,单位填料量约 1.23m 3/m,说明施工参数与设计桩径相匹配；最终由设计、监理、质监、施工单位及业主共同确定按原设计参数即：密实电流 4550A,留振时间 1015S进行大面积施工；2.6 处理成效2.6.1 施工监测在施工过程中,笔者使用了广东有色地勘局九三二队曹志明等研制的DC-3 振冲监测系统

12、一种带数字分析模型的施工监控与分析系统）对成孔与制桩进行全程监控,重点监测振冲三要素：密实电流、留振时间和填料量；其中填料量计算方法采纳每个振密段长0.5m）对应的成孔电流、密实电流和施工时间该段成孔时间与振密制桩时间）联立方程求解所得,对比人工记录的填料量和总体耗填料量,误差较小；将收集的数据按施工位置平均分四组,再从这四组数据中随机抽样另组成一组数据,对此五组数据进行综合分析,成果包括施工电流变化特点曲线、施工状态分析和处理成效评述等；五组数据说明,振冲三要素基本一样 达到设计要求）,平均桩径 115,场地整体施工状况较为均一,处理成效良好；三要素统计结果见表 1：表 1 DC-3 振冲三

13、要素统计数据分析结果平均密实电 平均留振时 每 M填要素 流 间 料量组号 IA）Ss）m 3）1 50 12 1.0 2 47 14 1.2 3 50 10 0.92 4 43 12 1.0 5 55 10 1.1 2.6.2 施工要点：饱和软土地基上施工振冲碎石桩,主要难点是成孔质量问题和成桩时电流及留振时间难以达到设计要求,这都要在施工中实行有效的工艺措施来解决,主要方法有：1）成孔：成孔速度宜慢,振冲器在成孔过程中应保持悬垂状态,保证孔壁的完整和孔的垂直度；成孔时水压不宜小于500kpa ,水量不小于 30m 3/h ,保证孔内污泥及其团块返出地面,保证填料的畅顺,提高施工功效,仍能保

14、证桩体的排水固结作用不因桩体含泥量大而影响；为进一步保证成孔质量,终孔后必需进行清孔 1-2 遍；2）成桩：成桩时电流及留振时间难以达到设计要求,主要缘由是碎石难以充分地到达预定位置；为解决这些问题,除成孔质量要保证外,在成桩时仍要依据不同的地质条件,实行不同的成桩工艺；饱和软土中主要解决填料工艺问题,规范要求采纳“ 间断填料法” ,但在实际施工中,我们都采纳“ 综合填料法” ,即在成桩过程中依据实际情形,有时采纳“ 间断填料法” ,有时采纳“ 不间断填料法” ,更多的是综合此两种方法,让振冲器在孔内不停地上、下串动进行填料、振密和留振；此法能防止饱和软土振冲碎石桩施工常见的“ 卡管” 和“

15、断桩” 现象,保证桩体连续性和密实度；3）成桩过程中仍应留意密实电流和瞬时电流的区分,留振时间应是“ 在稳固密实电流下的连续时间；”2.6.3 检测结果复合地基承载力标准值采纳单桩复合地基载荷试验确定,按建筑地基处理技术规范 降沉名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 承载力力量降量个人资料整理仅限学习使用设计QUKpa mm mm 值f spkkPa 1 2A-9 50 100 14.32 9.37 6.81 2 1N-6 50 100 12.57 8.98 5.72 3 13J-50 100 6.64 3.44 2.50 5 4 17C-5

16、0 100 11.98 6.66 4.32 6 结果说明,总沉降量小,fspk 对应的沉降量微小 平均 4.83mm）,回弹率 37.5%,QS 曲线平缓, S lgt 曲线呈平行规章排列,复合地基承载力标准值50KPa,完全符合设计标准和满意工程要求；该厂房地坪处理后,经一年的沉降观测,沉降在施工完后的三个月就已趋于稳固,总沉降量较小 平均为 151mm,小于设计运算量）,各观测点沉降较匀称；降；比设计预期成效仍要好；3 振冲碎石桩与桩间土抗剪强度 3.1 工程应用实例说明经振冲碎石桩处理后,沉降能很快完成,总沉降量较小,且无差异沉近几年来,笔者在珠三角及沿海地区软土地基上主持了很多振冲碎石

17、桩的设计和施工工程,满意了不同建筑类型的承载和变形要求,现列举如下几个工程事例：3.1.1 华南路 1 标振冲碎石桩工程：设计桩径为 60cm,桩长 5m和 6m,桩距 1.3m,正三角形布桩,密实电流 2024A实际施工为 2730A）,留振时间 1015S 降 沉值 力 量 降 量PakPa QUKpa mm mm 试1 330 15.20 8.64 3.08 验 1试2 验 2 330 16.07 8.90 3.08 试3 300 14.42 8.13 2.74 验 3试4 410 17.29 10.21 2.76 验 43.1.2 广园东路碎石桩工程：场地地层主要为污泥、污泥质土和污泥

18、质粉砂,含水量高、孔隙比高、具高压缩性、呈流塑或松散状；要求处理后复合地基承载力标准值不小于 100KPa,在引道范畴不小于 130KPa；设计桩长 9.0m,桩径 80cm,桩间距 1.6m,正三角形布桩,软土不排水抗剪强度 CU值为 2.011.0KPa ,平均为 5.3KPa,自然地基载荷试验结果仅为 45KPa；共施工桩数 14 万多根,约 130 万延 M,施工完后进行单桩复合地基载荷试验检验全部达到设计要求；3.1.3 其他实例有： 顺德新港码头软基工程,顺德高校软基工程,广州东南西环高速大路软基工程等等,总括起来,在珠三角饱和软土地基上振冲碎石桩施工胜利的桩数超过 100 万根之

19、多！名师归纳总结 第 4 页,共 5 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用3.2 振冲碎石桩成桩及加固机理振冲碎石桩为散体材料桩,在软土地基中是依靠碎石置换软土,并形成高强度 减小沉降,从而达到加固软土的目的；相对软土）的桩柱体来提高承载力和碎石桩是依靠桩间土的侧限阻力来成桩的,侧限阻力与桩间土的岩土工程性能有关,直接关联的是桩间土的不排水抗剪强度 Cu 值；由于碎石桩体压缩性明显小于软土,基础传递给复合地基的附加应力随地基的变形逐步集中到桩身上,同时桩身产生侧向变形压迫桩间土,将应力传递给桩间土,使桩、土共同作用将应力向四周

20、扩散,这样就形成一个大型的桩、土协作体；众所周知,土具有两个基本特性,即压硬性和剪胀性,其中压硬性是指土的强度和刚度随压应力的增大而增大；软土在振冲碎石桩施工时受庞大的水平振动力 有关体会公式运算是远远达不到设计要求的,如 3.1.1 中按规范运算复合地基承载力标准值为：fspk=1+mn-1 fsk,m=d 2/d e 2=0.6 2/1.05 1.3 2=0.19 , n 取 4,fsk 取 60KPa运算： f spk=94.2KPa ；而 3.1.2 中也是与设计相差悬殊：m=d 2/d e 2=0.8 2/1.05 1.6 2=0.23 , n 取 4,f sk取 45KPa,运算得

21、： f spk=76KPa,但是静载结果大多仍超过 120 KPa；笔者在以上及其他同类工程讨论总结认为,软弱地基上采纳振冲碎石桩关键应做到：细心设计,合理组织,仔细施工,严格把关,规范监理；在挑选施工队伍时特殊是试验桩施工应挑选具丰富施工体会的队伍；振冲碎石桩是靠振冲器的水平振动力来制桩,桩间土不同的Cu 值对应于不同的密实电流、留振时间和桩径；实践证明,只要能达到肯定的密实电流和留振时间即桩体和桩间土之间能达成一力学平稳,且不产生“ 串桩” 现象就可采用振冲碎石桩工艺,取舍在于与其他工艺作经济对比是否合理；施工参数一般认为：留振时间 35S 为宜, 1M桩径时一般为 10S；密实电流多为

22、3055A,为保证桩体密实度,设计桩径宜大于 80Cm；4 结 语 1）实践证明,只要在不排水抗剪强度小于 20KPa 的脆弱地基上能够成桩就可采纳振冲碎石桩处理；采纳振冲碎石桩时宜运算验证复合地基是否符合承载力和满意沉降要求,并作经济对比核算进行取舍； 2） 设计振冲碎石桩可用规范法进行变形验算和采纳体会公式运算复合地基承载力标准值,然后用沉降折减法计算复合地基总沉降量； . 北京 : 中国建筑工业出版社,1989 第 5 页,共 5 页2.2中华人民共和国行业标准: 建筑地基处理技术规范JGJ79 91. 北京 : 中国方案出版社,1992 3.3陈希哲 . 土力学地基基础. 第三版 . 北京 : 清华高校出版社,1997 4.4蓝冰. 论碎石垫层在振冲碎石桩复合地基中的必要性. 岩土工程师 ,2001,131:3941 5 沈珠江 . 理论土力学 . 第一版 . 北京 : 中国水利水电出版社,2000 名师归纳总结 - - - - - - -