砂石樁
4.3.1 基本概念
砂石樁法是指采用振動(dòng)、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將砂或碎石擠壓人 已成的孔中，形成大直徑的砂石所構(gòu)成的密實(shí)樁體，包括碎石樁、砂樁和砂石樁，總稱為砂 石樁。砂石樁與土共同組成基礎(chǔ)下的復(fù)合土層，作為持力層，從而提高地基承載力和減小變 形。
4.3.2 適用范圍
砂石樁用于松散砂土、粉土、黏性土、素填土及雜填土地基。砂石樁法早期主要用于擠 密砂土地基，隨著研究和實(shí)踐的深化，特別是高效能專用機(jī)具出現(xiàn)后，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。 為提高其在黏性土中的處理效果，砂石樁填料由砂擴(kuò)展到砂、礫及碎石。砂石樁處理飽和黏 土地基，如不經(jīng)過預(yù)壓，處理后地基仍將可能發(fā)生較大的沉降，對(duì)沉降要求嚴(yán)格的建筑結(jié)構(gòu) 難以滿足允許的沉降要求。因此，飽和軟黏土上變形控制要求不嚴(yán)的工程也可采用砂石樁置 換處理。
4.3.3 加固機(jī)理
砂石樁加固地基的幾種主要作用如下。
1 擠密、振密作用：砂石樁主要靠樁的擠密和施工中的振動(dòng)作用使樁周圍土的密度增大，從而使地基的承載能力提高，壓縮性降低。當(dāng)被加固土為液化地基時(shí)，由于土的空隙比減小、密實(shí)度提高，可有效消除土的液化。
2 置換作用：當(dāng)砂石樁法用于處理軟土地基，由于軟黏土含水量高、透水性差，砂石樁很難發(fā)揮擠密效用，其主要作用是部分置換并與軟黏土構(gòu)成復(fù)合地基，增大地基抗剪強(qiáng)度，提高軟基的承載力和提高地基抗滑動(dòng)破壞能力。
3 加速固結(jié)作用：砂石樁可加速軟土的排水固結(jié)，從而增大地基土的強(qiáng)度，提高軟基的承載力。
【例題21】砂石樁的加固機(jī)理包括( )。
A、擠密作用; B、置換作用; C、加速固結(jié)作用; D、振密作用; 答案：A、B、C、D
4.3.3 設(shè)計(jì)
砂石樁設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有樁徑、樁位布置、樁距、樁長、處理范圍、材料、填料用量、 復(fù)合地基承載力、穩(wěn)定及變形驗(yàn)算等。對(duì)于砂土地基，砂土的、最小孔隙比以及原地層 的天然密度是設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，應(yīng)事先提供資料。
1 樁徑
砂石樁直徑可采用300～800mm，可根據(jù)地基土質(zhì)情況和成樁設(shè)備等因素確定。對(duì)飽和黏性土地基宜選用較大的直徑。
2 樁位布置
砂石樁孔位宜采用等邊三角形或正方形布置。對(duì)于砂土地基，因靠砂石樁的擠密提高樁 周土的密度，所以采用等邊三角形更有利，它使地基擠密較為均勻。對(duì)于軟黏土地基，主要 靠置換，因而選用任何一種均可。
3 砂石樁的間距
應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。對(duì)粉土和砂土地基，不宜大于砂石樁直徑的4.5倍;對(duì)黏性土地基不宜大于砂石樁直徑的3倍。初步設(shè)計(jì)時(shí)，砂石樁的間距也可根據(jù)被處理土擠密后要求達(dá)到的孔隙比e1來確定。如圖4.3-1所示，假設(shè)在松散砂土中，砂石樁能起到完全理想的效果，設(shè)處理前土的空隙比為e0，擠密后的孔隙比e1，又設(shè)一根砂石樁所承擔(dān)的地基處理面積為A，砂石樁直徑為d，樁長為，則一根樁孔的體積為d2/4，單位體積被處理土的空隙改變量為(e0-el)/(1+ e0)。根據(jù)樁的平面布置不同，按下列公式估算砂石樁的間距s：
1) 松散粉土和砂土地基
式中,
為修正系數(shù)，當(dāng)考慮振動(dòng)下沉密實(shí)作用時(shí)，可取1.1~1.2;當(dāng)不考慮振動(dòng)下沉密實(shí)作用時(shí)，可取1.0;e1為地基擠密后要求達(dá)到的孔隙比，按下式計(jì)算：
e1=emax-Drl(emax - emin) 4.3-3
式中：Drl為地基擠密后要求砂土達(dá)到的相對(duì)密實(shí)度，可取0.7~0.85;emax、emin為砂土的、最小孔隙比，可按現(xiàn)行國標(biāo)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123)的有關(guān)規(guī)定確定。
【例題22】某松散砂土地基進(jìn)行碎石樁處理，采用等邊三角形布置，樁中心距為1.5m，樁徑為400mm，則一根樁的處理面積為( )。
A、1.95m2; B、0.98m2; C、1.82m2; D、2.08m2; 答案：A
2)黏性土地基
對(duì)粉土與砂土地基，以上公式推導(dǎo)時(shí)假定了處理場地的地面標(biāo)高在處理前后相同。實(shí)際 上，很多工程都采用振動(dòng)沉管法施工，施工時(shí)對(duì)地基有振密和擠密雙重作用，而且地面下 沉，施工后地面平均下沉量可達(dá)100~300 mm。因此，引入了修正系數(shù)來考慮成孔時(shí)對(duì)粉土和砂土的振動(dòng)下沉密實(shí)作用。
4 樁長
決定樁長，即地基處理深度時(shí)應(yīng)考慮以下因素。
1)當(dāng)擬處理的松軟土層厚度不大時(shí)，砂石樁樁長宜穿過松軟土層。
2)當(dāng)松軟土層厚度較大時(shí)，對(duì)按穩(wěn)定性控制的工程，砂石樁樁長應(yīng)不小于最危險(xiǎn)滑動(dòng)面以下2m的深度;對(duì)按變形控制的工程，砂石樁樁長應(yīng)滿足處理后地基變形量不超過建筑 物的地基變形允許值并滿足軟弱下臥層承載力的要求。
3)對(duì)可液化的地基，砂石樁樁長應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011)的有關(guān)規(guī)定采用。
4)樁長不宜小于4m。
5 處理范圍
砂石樁處理范圍應(yīng)大于基底范圍，處理寬度宜在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大1~3排樁。對(duì)可液化地 基，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于可液化土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于5 m。
6 樁孔填料用量
砂石樁樁孔內(nèi)的填料量應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定，估算時(shí)可按設(shè)計(jì)樁孔體積乘以充盈系數(shù) 確定，可取1.2~1.4。如施工中地面有下沉或隆起現(xiàn)象，則填料數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況予以增減。
7 材料
樁體材料可用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑等硬質(zhì)材料，含泥量 不得大于5%，粒徑不宜大于50mm。
8 其他構(gòu)造設(shè)計(jì)
砂石樁頂部宜鋪設(shè)一層厚度為300~500mm的砂石墊層。
9 承載力
砂石樁復(fù)合地基的承載力特征值，應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)，也 可通過下列方法估算：
1)對(duì)于采用砂石樁處理的復(fù)合地基，可按振沖處理地基的變形計(jì)算方法估算;
2)對(duì)于采用砂樁處理的砂土地基，可根據(jù)擠密后砂土的密實(shí)狀態(tài)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007)的有關(guān)規(guī)定確定。
10 變形
砂石樁處理地基的變形計(jì)算，應(yīng)按振沖處理地基的變形驗(yàn)算方法計(jì)算;對(duì)于砂樁處理的 砂土地基，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007)的有關(guān)規(guī)定計(jì)算。此外，當(dāng)砂石樁用于處理堆載地基時(shí)，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算。
4.3.4 施工
砂石樁施工可采用振動(dòng)沉管、錘擊沉管或沖擊成孔等成樁法，當(dāng)用于消除粉細(xì)砂及粉土 液化時(shí)，宜用振動(dòng)沉管成樁法。以振動(dòng)打樁機(jī)的效率，樁管在振動(dòng)力作用下迅速地沉人 土中，另外，振動(dòng)對(duì)搗實(shí)填料也有作用。
施工前應(yīng)進(jìn)行成樁工藝和成樁擠密試驗(yàn)。當(dāng)成樁質(zhì)量不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)在調(diào)整設(shè) 計(jì)與施工有關(guān)參數(shù)后，重新進(jìn)行試驗(yàn)或改變?cè)O(shè)計(jì)。
砂石樁的施工順序：對(duì)砂土地基宜從外圍或兩側(cè)向中間進(jìn)行，對(duì)黏性土地基宜從中間向 外圍或隔排施工;在既有建(構(gòu))筑物鄰近施工時(shí)，應(yīng)背離建(構(gòu))筑物方向進(jìn)行。
4.3.5 質(zhì)量檢驗(yàn)
1 施工質(zhì)量檢驗(yàn)
1)應(yīng)在施工期間及施工結(jié)束后，檢查砂石樁的施工記錄。對(duì)沉管法，尚應(yīng)檢查套管往復(fù)擠壓振動(dòng)次數(shù)與時(shí)間、套管升降幅度和速度、每次填砂石料量等項(xiàng)施工記錄。
2)施工后應(yīng)間隔一定時(shí)間方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。對(duì)飽和黏性土地基應(yīng)待孔隙水壓力消散 后進(jìn)行，間隔時(shí)間不宜少于28d;對(duì)粉土、砂土和雜填土地基，不宜少于7d。
3)砂石樁的施工質(zhì)量檢驗(yàn)可采用單樁載荷試驗(yàn)，對(duì)樁體可采用動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測，對(duì)樁間土可采用標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)或動(dòng)力觸探試驗(yàn)等方法檢測。樁間土的質(zhì)量檢測位置應(yīng)在等邊三角形或正方形的中心。檢測數(shù)量不應(yīng)少于樁孔總數(shù)的2%。
2 竣工驗(yàn)收質(zhì)量檢驗(yàn)
砂石樁復(fù)合地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，載荷試驗(yàn)總數(shù)不應(yīng)少于總樁數(shù)的0.5%，且每個(gè)單體建筑不應(yīng)少于3點(diǎn)。
【例題22】對(duì)于采用砂石樁法處理后的雜填土地基，施工結(jié)束后應(yīng)間隔( )時(shí)間方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。
A、7d; B、14d; C、21d; D、28d; 答案：A
4.3.1 基本概念
砂石樁法是指采用振動(dòng)、沖擊或水沖等方式在軟弱地基中成孔后，再將砂或碎石擠壓人 已成的孔中，形成大直徑的砂石所構(gòu)成的密實(shí)樁體，包括碎石樁、砂樁和砂石樁，總稱為砂 石樁。砂石樁與土共同組成基礎(chǔ)下的復(fù)合土層，作為持力層，從而提高地基承載力和減小變 形。
4.3.2 適用范圍
砂石樁用于松散砂土、粉土、黏性土、素填土及雜填土地基。砂石樁法早期主要用于擠 密砂土地基，隨著研究和實(shí)踐的深化，特別是高效能專用機(jī)具出現(xiàn)后，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。 為提高其在黏性土中的處理效果，砂石樁填料由砂擴(kuò)展到砂、礫及碎石。砂石樁處理飽和黏 土地基，如不經(jīng)過預(yù)壓，處理后地基仍將可能發(fā)生較大的沉降，對(duì)沉降要求嚴(yán)格的建筑結(jié)構(gòu) 難以滿足允許的沉降要求。因此，飽和軟黏土上變形控制要求不嚴(yán)的工程也可采用砂石樁置 換處理。
4.3.3 加固機(jī)理
砂石樁加固地基的幾種主要作用如下。
1 擠密、振密作用：砂石樁主要靠樁的擠密和施工中的振動(dòng)作用使樁周圍土的密度增大，從而使地基的承載能力提高，壓縮性降低。當(dāng)被加固土為液化地基時(shí)，由于土的空隙比減小、密實(shí)度提高，可有效消除土的液化。
2 置換作用：當(dāng)砂石樁法用于處理軟土地基，由于軟黏土含水量高、透水性差，砂石樁很難發(fā)揮擠密效用，其主要作用是部分置換并與軟黏土構(gòu)成復(fù)合地基，增大地基抗剪強(qiáng)度，提高軟基的承載力和提高地基抗滑動(dòng)破壞能力。
3 加速固結(jié)作用：砂石樁可加速軟土的排水固結(jié)，從而增大地基土的強(qiáng)度，提高軟基的承載力。
【例題21】砂石樁的加固機(jī)理包括( )。
A、擠密作用; B、置換作用; C、加速固結(jié)作用; D、振密作用; 答案：A、B、C、D
4.3.3 設(shè)計(jì)
砂石樁設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有樁徑、樁位布置、樁距、樁長、處理范圍、材料、填料用量、 復(fù)合地基承載力、穩(wěn)定及變形驗(yàn)算等。對(duì)于砂土地基，砂土的、最小孔隙比以及原地層 的天然密度是設(shè)計(jì)的基本依據(jù)，應(yīng)事先提供資料。
1 樁徑
砂石樁直徑可采用300～800mm，可根據(jù)地基土質(zhì)情況和成樁設(shè)備等因素確定。對(duì)飽和黏性土地基宜選用較大的直徑。
2 樁位布置
砂石樁孔位宜采用等邊三角形或正方形布置。對(duì)于砂土地基，因靠砂石樁的擠密提高樁 周土的密度，所以采用等邊三角形更有利，它使地基擠密較為均勻。對(duì)于軟黏土地基，主要 靠置換，因而選用任何一種均可。
3 砂石樁的間距
應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。對(duì)粉土和砂土地基，不宜大于砂石樁直徑的4.5倍;對(duì)黏性土地基不宜大于砂石樁直徑的3倍。初步設(shè)計(jì)時(shí)，砂石樁的間距也可根據(jù)被處理土擠密后要求達(dá)到的孔隙比e1來確定。如圖4.3-1所示，假設(shè)在松散砂土中，砂石樁能起到完全理想的效果，設(shè)處理前土的空隙比為e0，擠密后的孔隙比e1，又設(shè)一根砂石樁所承擔(dān)的地基處理面積為A，砂石樁直徑為d，樁長為，則一根樁孔的體積為d2/4，單位體積被處理土的空隙改變量為(e0-el)/(1+ e0)。根據(jù)樁的平面布置不同，按下列公式估算砂石樁的間距s：
1) 松散粉土和砂土地基
式中,
為修正系數(shù)，當(dāng)考慮振動(dòng)下沉密實(shí)作用時(shí)，可取1.1~1.2;當(dāng)不考慮振動(dòng)下沉密實(shí)作用時(shí)，可取1.0;e1為地基擠密后要求達(dá)到的孔隙比，按下式計(jì)算：
e1=emax-Drl(emax - emin) 4.3-3
式中：Drl為地基擠密后要求砂土達(dá)到的相對(duì)密實(shí)度，可取0.7~0.85;emax、emin為砂土的、最小孔隙比，可按現(xiàn)行國標(biāo)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50123)的有關(guān)規(guī)定確定。
【例題22】某松散砂土地基進(jìn)行碎石樁處理，采用等邊三角形布置，樁中心距為1.5m，樁徑為400mm，則一根樁的處理面積為( )。
A、1.95m2; B、0.98m2; C、1.82m2; D、2.08m2; 答案：A
2)黏性土地基
對(duì)粉土與砂土地基，以上公式推導(dǎo)時(shí)假定了處理場地的地面標(biāo)高在處理前后相同。實(shí)際 上，很多工程都采用振動(dòng)沉管法施工，施工時(shí)對(duì)地基有振密和擠密雙重作用，而且地面下 沉，施工后地面平均下沉量可達(dá)100~300 mm。因此，引入了修正系數(shù)來考慮成孔時(shí)對(duì)粉土和砂土的振動(dòng)下沉密實(shí)作用。
4 樁長
決定樁長，即地基處理深度時(shí)應(yīng)考慮以下因素。
1)當(dāng)擬處理的松軟土層厚度不大時(shí)，砂石樁樁長宜穿過松軟土層。
2)當(dāng)松軟土層厚度較大時(shí)，對(duì)按穩(wěn)定性控制的工程，砂石樁樁長應(yīng)不小于最危險(xiǎn)滑動(dòng)面以下2m的深度;對(duì)按變形控制的工程，砂石樁樁長應(yīng)滿足處理后地基變形量不超過建筑 物的地基變形允許值并滿足軟弱下臥層承載力的要求。
3)對(duì)可液化的地基，砂石樁樁長應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011)的有關(guān)規(guī)定采用。
4)樁長不宜小于4m。
5 處理范圍
砂石樁處理范圍應(yīng)大于基底范圍，處理寬度宜在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大1~3排樁。對(duì)可液化地 基，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于可液化土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于5 m。
6 樁孔填料用量
砂石樁樁孔內(nèi)的填料量應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定，估算時(shí)可按設(shè)計(jì)樁孔體積乘以充盈系數(shù) 確定，可取1.2~1.4。如施工中地面有下沉或隆起現(xiàn)象，則填料數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場具體情況予以增減。
7 材料
樁體材料可用碎石、卵石、角礫、圓礫、礫砂、粗砂、中砂或石屑等硬質(zhì)材料，含泥量 不得大于5%，粒徑不宜大于50mm。
8 其他構(gòu)造設(shè)計(jì)
砂石樁頂部宜鋪設(shè)一層厚度為300~500mm的砂石墊層。
9 承載力
砂石樁復(fù)合地基的承載力特征值，應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)，也 可通過下列方法估算：
1)對(duì)于采用砂石樁處理的復(fù)合地基，可按振沖處理地基的變形計(jì)算方法估算;
2)對(duì)于采用砂樁處理的砂土地基，可根據(jù)擠密后砂土的密實(shí)狀態(tài)，按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007)的有關(guān)規(guī)定確定。
10 變形
砂石樁處理地基的變形計(jì)算，應(yīng)按振沖處理地基的變形驗(yàn)算方法計(jì)算;對(duì)于砂樁處理的 砂土地基，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50007)的有關(guān)規(guī)定計(jì)算。此外，當(dāng)砂石樁用于處理堆載地基時(shí)，應(yīng)按現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算。
4.3.4 施工
砂石樁施工可采用振動(dòng)沉管、錘擊沉管或沖擊成孔等成樁法，當(dāng)用于消除粉細(xì)砂及粉土 液化時(shí)，宜用振動(dòng)沉管成樁法。以振動(dòng)打樁機(jī)的效率，樁管在振動(dòng)力作用下迅速地沉人 土中，另外，振動(dòng)對(duì)搗實(shí)填料也有作用。
施工前應(yīng)進(jìn)行成樁工藝和成樁擠密試驗(yàn)。當(dāng)成樁質(zhì)量不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)在調(diào)整設(shè) 計(jì)與施工有關(guān)參數(shù)后，重新進(jìn)行試驗(yàn)或改變?cè)O(shè)計(jì)。
砂石樁的施工順序：對(duì)砂土地基宜從外圍或兩側(cè)向中間進(jìn)行，對(duì)黏性土地基宜從中間向 外圍或隔排施工;在既有建(構(gòu))筑物鄰近施工時(shí)，應(yīng)背離建(構(gòu))筑物方向進(jìn)行。
4.3.5 質(zhì)量檢驗(yàn)
1 施工質(zhì)量檢驗(yàn)
1)應(yīng)在施工期間及施工結(jié)束后，檢查砂石樁的施工記錄。對(duì)沉管法，尚應(yīng)檢查套管往復(fù)擠壓振動(dòng)次數(shù)與時(shí)間、套管升降幅度和速度、每次填砂石料量等項(xiàng)施工記錄。
2)施工后應(yīng)間隔一定時(shí)間方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。對(duì)飽和黏性土地基應(yīng)待孔隙水壓力消散 后進(jìn)行，間隔時(shí)間不宜少于28d;對(duì)粉土、砂土和雜填土地基，不宜少于7d。
3)砂石樁的施工質(zhì)量檢驗(yàn)可采用單樁載荷試驗(yàn)，對(duì)樁體可采用動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測，對(duì)樁間土可采用標(biāo)準(zhǔn)貫人試驗(yàn)、靜力觸探試驗(yàn)或動(dòng)力觸探試驗(yàn)等方法檢測。樁間土的質(zhì)量檢測位置應(yīng)在等邊三角形或正方形的中心。檢測數(shù)量不應(yīng)少于樁孔總數(shù)的2%。
2 竣工驗(yàn)收質(zhì)量檢驗(yàn)
砂石樁復(fù)合地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)，載荷試驗(yàn)總數(shù)不應(yīng)少于總樁數(shù)的0.5%，且每個(gè)單體建筑不應(yīng)少于3點(diǎn)。
【例題22】對(duì)于采用砂石樁法處理后的雜填土地基，施工結(jié)束后應(yīng)間隔( )時(shí)間方可進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)。
A、7d; B、14d; C、21d; D、28d; 答案：A