文档介绍：砂桩、土桩、灰土桩施工工艺
第4章砂桩、土桩、灰土桩
砂桩
概述
采用砂桩处理软弱地基,19世纪30年代起源于欧洲。由于长期缺少实用的设计计算方法、先进的施工工艺和施工设备,砂桩的应用和发展受到很大影响。第二次世界大战以后,苏联对砂桩的研究取得了较大进展。最初,砂桩是用于处理松散砂土地基的。如今,在软弱粘性土中也有使用实践。砂桩技术自20世纪50年代引进我国以后,在工业、交通、水利等建设工程中都得到了应用。近十年来,在应用砂桩处理可液化的松散砂土地基方面也取得一些成就,解决了一些实际工程问题。砂桩法处理软土地基与排水砂井法有类似之处,但排水砂井法的主要作用在于加速固结,砂桩法的主要作用在于置换。因此砂桩较之于砂井有直径大、排列密、灌砂密度大的特点。所以其用砂量大得多。
作用原理
砂桩法原用于处理松散砂土地基,因施工方法不同可分为挤密砂桩和振密砂桩两种,主要是为了防止地基中砂土液化。应用于软土地基处理,其作用原理是砂桩的置换作用、压密桩间土作用及加速排水固结作用。
1、砂桩在松散砂土中的作用
由于下沉桩管的方法和成桩方法不同,砂桩在施工过程中对周围砂层会产生挤密作用,或同时也产生振密作用。
(1)挤密作用采用冲击法或振动法往砂层中下沉桩管并采用一次拔管法成桩时,桩管对周围砂层会产生很大的横向挤压力,砂层中体积与桩管体积相等的砂就挤向桩管周围的砂层,从而使其密度增大,孔隙比减小。这个作用称为“挤密作用”。挤密砂桩的有效挤密影响范围可达3~4倍桩管直径。成桩后地面一般有不同程度的隆起。
(2)振密作用采用振动法往砂层中下沉桩管并采用逐步拔管法成桩时,下沉桩管过程会对周围砂层起挤密作用,而逐步拔管成桩过程则对周围砂层起振密作用。有效振密范围可达6倍桩管直径左右。成桩后地面一般有不同程度的下降。
2、砂桩在软弱粘性土中的作用
在透水性差的饱和粘性土中下沉桩管时,由于产生的超孔隙水压力不能很快消散,所以横向挤压力虽然很大也不能使桩管周围的土体发生瞬时挤密,反而会使其天然结构破坏,强度降低。砂桩施工后需经过1~2个月时间,其周围土体的强度才可能恢复到或稍大于原有值。因此,使用砂桩处理软弱粘性土时主要考虑下述两个作用。
(1)置换作用砂桩在软弱粘性土中成桩后,地基就变成由砂桩和桩间土共同组成的复合地基。由于密实的砂桩取代了与砂桩体积相等的软土,所以复合地基的承载力就比天然地基的承载力大,其沉降也就比天然地基小。地基荷载试验证明,砂桩地基承受外部压力时会发生压力向砂桩集中的现象,这就表明砂桩承受外部压力的能力要比其周围土层大。压力向砂桩集中,桩间土承受的压力就减小,沉降也就相应减小。复合地基承载力增大率和沉降减小率都与置换率
(即1根砂桩面积与1根砂桩承提的地基处理面积之比)有关,置换率增大,承载力增大率也增大,而沉降减小率却更小。
(2)排水作用砂桩在软弱粘性土地基中构成排水路径,可以起着排水砂井作用,使土层中的水向砂桩集中并且通过砂桩排走,加快地基固结沉降速率。
3、砂桩用途
在松散砂土中,可用于增大相对密度,防止振动液化。在软弱粘性土中,可用于提高地基承载力,加速固结沉降,改善地基的整体稳定性。
设计计算
砂桩法的设计应确定置换率、加固范围、几何排列、加固后之复合强度及沉降、施工方式等。
1、桩材料和桩尺寸
(1)材料使用中粗混合砂,含泥量不大于5%。在对砂桩成型没有足够约束力的软弱粘性土中,可以使用砂和角砾混合料。
(2)直径根据置换率要求、成桩方法、施工机械能力等因素综合考虑确定砂桩直径。在软弱粘性土中尽可能采用较大的直径。目前,国内实际采用的直径为30cm左右,最大者50~70cm;国外实际采用的直径为60~80cm,最大达200cm。砂桩在平面上的布置可以采用正三角形或正方形。
(3)长度根据软土层厚度或根据工程要求通过计算确定砂桩长度。
①当软土层厚度不大时,砂桩长度可按软土层厚度确定;
②当软土层厚度较大时,对按稳定性控制的工程来说,砂桩长度应不小于最危险滑动面的深度;对按沉降控制的工程来说,砂桩长度应满足砂桩地基沉降量不超过建筑物或构筑物容许沉降量的要求,可通过沉降计算确定;
③当使用砂桩处理易振动液化的饱和松散砂土时,砂桩长度应达到可能发生液化的砂层底部。
(3)垫层砂桩施工完毕后,地面应铺设30~50cm厚度砂垫层或砂和碎石混合料垫层。垫层要分层铺设,用平板振动器振实。在地面很软不能保证施工机械正常行驶和操作时,可以在砂桩施工前铺设垫层。
2、成桩方法选择
设计时可根据土的类别选择适宜的成桩方法。目前国内外常用的成桩方法分成二类:
(1)振动成