地基处理第五章碎砂石桩.docx

第五章　碎(砂)石桩
5.1概述
　　碎石桩和砂桩总称为碎(砂)石桩，又称粗颗粒土桩，是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入已成的孔中，形成大直径的碎(砂)石所构成的密实桩体。
　　(1)碎石桩　目前国内外碎石桩的施工方法多种多样，按其成桩过程和作用可分为四类，如表5-1所示。
表5-1 碎石桩施工方法分类
分类
施工方法
成 桩 工 艺
适用土类
挤

密

法
振冲挤密法
采用振冲器振动水冲成孔，再振动密实填料成桩，并挤密桩间土
砂性土、非饱和粘性土，以炉灰、炉
渣、建筑垃圾为主的杂填土，松散的
素填土

沉管法
采用沉管成孔，振动或锤击密实填料成桩，并挤密桩间土
干振法
采用振孔器成孔，再用振孔器振动密实填料成桩，并挤密桩间土
置
换
法
振冲置换法
采用振冲器振动水冲成孔，再振动密实填料成桩
饱和粘性土
钻孔锤击法
采用沉管且钻孔取土方法成孔，锤击填料成桩
排
土
法
振动气冲法
采用压缩气体成孔，振动密实填料成桩
饱和粘性土
沉管法
采用沉管成孔，振动或锤击填料成桩
强夯置换法
采用重锤夯击成孔和重锤夯击填料成桩
其
它
方
法
水泥碎石桩法
在碎石内加水泥和膨润土制成桩体
饱和粘性土
裙围碎石桩法
在群桩周围设置刚性的（混凝土）裙围来约束桩体的侧向鼓胀
袋装碎石桩法
将碎石装入土工聚合物袋而制成桩体，土工聚合物可约束桩体的侧向鼓胀

　　中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)中规定：“振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10％的中砂、粗砂地基。”
　　(2)砂桩　目前国内外砂桩常用的成桩方法有振动成桩法和冲击成桩法。振动成桩法是
使用振动打桩机将桩管沉入土层中，并振动挤密砂料冲击成桩法是使用蒸汽或柴油打桩机将桩管打入土层中料，实际上这也就是碎石，并用内管夯击密实砂填桩的沉管法。因此，砂桩的沉桩方法，对于砂性土相当于挤密法，对粘性土则相当于排土成桩法。
砂桩适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土等地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换处理。砂桩也可用于处理可液化地基。早期砂桩用于加固松散砂土和人工填土地基，如今在软粘土中，国内外都有使用成功的丰富经验。但国内也有失败的教训，对砂桩用来处理饱和软土地基持有不同观点的学者和工程技术人员，认为粘性土的渗透性较小，灵敏度又大，成桩过程中土内产生的超孔隙水压力不能迅速消散，故挤密效果较差相反却又破坏了地基土的天然结构，使土的抗剪强度降低。如果不预压，砂桩施工后的地基仍会有较大的沉降，因而对沉降要求严格的建筑物而言，就难以满足沉降的要求。所以应按工程对象区别对待，最好能进行现场试验研究以后再确定。

【例题5-1】振冲碎石桩法适用于处理下列地基土：
(A)砂土 (B)粉质粘土 (C)不排水抗剪强度小于20kPa的饱和粘性土 (D)素填土
(E)淤泥 (F)淤泥质土
【正确答案】A B D
【解】中华人民共和国行业标准《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)中规定：“振冲法适用于处理砂土、粉土、粉质粘土、素填土和杂填土等地基。对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和粘性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。不加填料振冲加密适用于处理粘粒含量不大于10％的中砂、粗砂地基。”

【例题5-2】碎石桩法和砂桩挤密法加固砂性土地基的主要目的是：
(A)提高地基土承载力 (B)减少变形 (C)增强抗液化性 (D)渗漏问题
【正确答案】A B C
【解】碎石桩和砂桩挤密法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承载力、减少变形和增强抗液化性。

5.2 加固原理
(1)对松散砂土加固原理
　碎石桩和砂桩挤密法加固砂性土地基的主要目的是提高地基土承载力、减少变形和增强抗液化性。
　　碎石桩和砂桩加固砂土地基抗液化的机理主要有下列三方面作用：
　　1)挤密作用　对挤密砂桩和碎石桩的沉管法或干振法，由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管中的砂挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大，这就是挤密作用。有效挤密范围可达3～4倍桩直径。
　　2)排水减压作用　对砂土液化机理的研究证明，当饱和松散砂土受到剪切循环荷载作用时，将发生体积的收缩和趋于密实，在砂土无排水条件时体积的快速收缩将导致超静孔隙水压力来不及消散而急剧上升。当砂土中有效应力降低为零时便形成了完全液化。碎石桩加固砂土时，桩孔内充填碎石(卵石、砾石)等反滤性好的粗颗粒料，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散和防止超孔隙水压力的增高和砂土产生液化，并可加快地基的排水固结。
　　3)砂基预震效应　美国H.B.Seed等人(1975)的试验表明，相对密度=54%但受过预震影响的砂样，其抗液能力相当于相对密度=80%的未受过预震的砂样。即在一定应力循环次数下,当两试样的相对密度相同时，要造成经过预震的试样发生液化，所需施加的应力要比施加未经预震的试样引起液化所需应力值提高46%。从而得出了砂土液化特性除了与砂土的相对密度有关外，还与其振动应变史有关的结论。在振冲法施工时，振冲器以每分钟1450次振动频率，98m/s2水平加速度和90kN激振力喷水沉入土中，施工过程使填土料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，这对砂土增强抗液能力是极为有利的。
　　国外报道中指出只要小于0.074mm的细颗粒含量不超过10%，都可得到显著的挤密效应。根据经验数据，土中细颗粒含量超过20%时，振动挤密法不再有效。
(2)对粘性土加固机理
对粘性土地基(特别是饱和软土)，碎(砂)石桩的作用不是使地基挤密，而是置换。碎石桩置换法是一种换土置换，即以性能良好的碎石来替换不良地基土；排土法则是一种强制置换，它是通过成桩机械将不良地基土强制排开并置换，而对桩间土的挤密效果并不明显，在地基中形成具有密实度高和直径大的桩体，它与原粘性土构成复合地基而共同工作。
　　由于碎(砂)石桩的刚度比桩周粘性土的刚度为大，而地基中应力按材料变形模量进行重新分配。因此，大部分荷载将由碎(砂)石桩承担，桩体应力和桩间粘性土应力之比值称为桩土应力比，一般为2～4。
　　如果在选用碎(砂)石桩材料时考虑级配，则所制成的碎(砂)石桩是粘土地基中一个良好的排水通道，它能起到排水砂井的效能，且大大缩短了孔隙水的水平渗透途径，加速软土的排水固结，使沉降稳定加快。
　　如果软弱土层厚度不大，则桩体可贯穿整个软弱土层，直达相对硬层，此时桩体在荷载作用下主要起应力集中的作用，从而使软土负担的压力相应减少；如果软弱土层较厚，则桩体可不贯穿整个软弱土层，此时加固的复合土层起垫层的作用，垫层将荷载扩散使应力分布趋于均匀。
总之，碎(砂)石桩作为复合地基的加固作用，除了提高地基承载力、减少地基的沉降量外，还可用来提高土体的抗剪强度，增大土坡的抗滑稳定性。

碎石桩和砂桩加固砂土地基抗液化的机理主要有下列三方面作用：挤密作用、排水减压作用以及砂基预震效应。
对粘性土地基(特别是饱和软土)，碎(砂)石桩的作用不是使地基挤密，而是置换。此外还有排水、加筋和垫层的作用。

【例题5-5】碎(砂)石桩法对砂性土地基有预振效应，相对密度的受过预振影响的砂样，其抗液能力相当于相对密度为多少的的未受过预振的砂样?
(A)54% (B)80% (C) 90% (D)36%
【正确答案】B
【解】美国H.B.Seed等人(1975)的试验表明，相对密度=54%但受过预震影响的砂样，其抗液能力相当于相对密度=80%的未受过预震的砂样。即在一定应力循环次数下,当两试样的相对密度相同时，要造成经过预震的试样发生液化，所需施加的应力要比施加未经预震的试样引起液化所需应力值提高46%。

【例题5-6】砂桩在地基中的作用为哪些? 砂井在地基中的作用为哪些?

【解】砂桩除了具有排水作用外，还具有挤密、置换、与桩间土共同承担上部荷载的作用；而砂井只是作为一种加速固结沉降的排水措施。

5.3 设计计算
(1)一般设计原则
　　1)加固范围　加固范围应根据建筑物的重要性和场地条件及基础型式而定，通常都大于基底面积。对一般地基，在基础外缘应扩大1～2排；对可液化地基，在基础外缘应扩大2～4排桩。见表5-2。
表5-2 加固范围
基 础 形 式
加 固 范 围
独立基础
条形基础
筏板、十字交叉、箱形基础
不超出基底面积
不超出或适当超出基底面积
建筑物平面外轮廓线范围内满堂加固，轮廓线外加2～3排保护桩

　　2)桩位布置　对大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置；对独立或条形基础，桩位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置；对于圆形或环形基础(如油罐基础)宜用放射形布置。
　　3)加固深度　加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定：
　　a、当相对硬层的埋藏深度不大时，应按相对硬层埋藏深度确定；
　　b、当相对硬层的埋藏深度较大时，对按变形控制的工程，加固深度应满足碎石桩或砂桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形值的要求；
　　c、对按稳定性控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面的深度；
　　d、在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定；
　　e、桩长不宜短于4m。
　　4)桩径　碎(砂)石桩的直径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。采用30kW振冲器成桩时，碎石桩的桩径一般为0.80～1.2m；采用沉管法成桩时，碎(砂)石桩的直径一般为0.30～0.70m，对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。
　　5)材料　桩体材料可以就地取材，一般使用中、粗混合砂、碎石、卵石、砂砾石等，含泥量不大于5%。碎石桩桩体材料的容许最大粒径与振冲器的外径和功率有关，一般不大于8cm，对碎石，常用的粒径为2～5cm。
　　6)垫层　碎(砂)石桩施工完毕后，基础底面应铺设30～50cm厚度的碎(砂〕石垫层，垫层应分层铺设，用平板振动器振实。在不能保证施工机械正常行驶和操作的软弱土层上，应铺设施工用临时性垫层。

(2)用于砂性土的设计计算
　　对于砂性土地基，主要是从挤密的观点出发考虑地基加固中的设计问题，首先根据工程对地基加固的要求(如提高地基承载力、减少变形或抗地震液化等)，确定要求达到的密实度和孔隙比，并考虑桩位布置型式和桩径大小，计算桩的间距。
1)桩距确定　桩的间距应通过现场试验确定。对粉土和砂土地基，不宜大于碎(砂)石桩直径的4.5倍；对粘性土地基不宜大于碎(砂)石桩直径的3倍。初步设计时，碎(砂)石桩的间距也可按下列公式估算。
松散粉土和砂土地基可根据挤密后要求达到的孔隙比来确定。
等边三角形布置
(5-1)
正方形布置
(5-2)
(5-3)
式中 ——砂石桩间距(m)；
——砂石桩直径(m)；
——修正系数，当考虑振动下沉密实作用时，可取1.1~1.2；不考虑振动下沉密实作用时，可取1.0；
——地基处理前砂土的孔隙比，可按原状土样试验确定，也可根据动力或静力触探等对比试验确定；
——地基挤密后要求达到的孔隙比；
、——砂土的最大、最小孔隙比，可按现行国家标准《土工试验方法标准》GB／T 50123的有关规定确定；
——地基挤密后要求砂土达到的相对密实度，可取0.70～0.85。
　　2)液化判别　根据现行国家标准《建筑抗震设计规范》(GB50011)规定：应采用标准贯入试验判别法，在地面下20m深度范围内的液化土应符合下式要求，当有成熟经验时，尚可采用其它判别方法。
　　　　 　 　 (5-4)
式中　——饱和土标准贯入锤击数实测值(未经杆长修正)；
　　　 ——液化判别标准贯入锤击数临界值；
　　　 ——液化判别标准贯入锤击数基准值，应按表5-3采用；
　　　　——饱和土标准贯入点深度(m)；
　　　　——粘粒含量百分率，当小于3或为砂土时，均应采用3；
　　　 ——地下水位深度(m),宜按建筑使用期内年平均最高水位采用，也可按近期内
年平均最高水位采用。
表5-3 标准贯入锤击数基准值
近、远震
烈 度
7
8
9
近震
6
10
16
远震
8
12
—

　　这种液化判别法只考虑了桩间土的抗液化能力，而并未考虑碎石桩和砂桩的作用，因而是偏安全的。

(3)用于粘性土的设计计算
　　1)复合地基承载力　碎(砂)石桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时也可用单桩和处理后桩间土承载力特征值按下式估算：
(5-5)
(5-6)
式中——碎(砂)石桩复合地基承载力特征值(kPa)；
——桩体承载力特征值(kPa)，宜通过单桩载荷试验确定；
——处理后桩间土承载力特征值(kPa)，宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值；
——桩土面积置换率；
——桩身平均直径(m)；
——一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径；
对等边三角形布置
对正方形布置
对矩形布置
以上、、分别为桩的间距、纵向间距和横向间距。
对小型工程的粘性土地基如无现场载荷试验资料，初步设计时复合地基的承载力特征值也可按下式估算：

(5-7)
式中 ——桩土应力比，在无实测资料时，可取2～4，原土强度低取大值，原土强度高取小值。
　　2)沉降计算
　　碎(砂)石桩的沉降计算主要包括复合地基加固区的沉降和加固区下卧层的沉降。加固区下卧层的沉降可按国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007)计算，此处不再赘述。
　　地基土加固区的沉降计算亦按国家标准《建筑地基基础设计规范》(GB50007)的有关规定执行，而复合土层的压缩模量可按下式计算:
　　　　　　　　 (5-8)
式中　——复合土层的压缩模量;
　　　 ——桩间土的压缩模量。
式中桩土应力比在无实测资料时，对粘性土可取2～4，对粉土可取1.5～3， 原土强度低者取大值，原土强度高者取小值。
　　目前尚未形成碎(砂)石桩复合地基的沉降计算经验系数。韩杰(1992)通过对5幢建筑物的沉降观测资料分析得到，=0.43～1.20，平均值为0.93，在没有统计数据时可假定=1.0。
　　3)稳定分析　若碎(砂)石桩用于改善天然地基整体稳定性时。可利用复合地基的抗剪特性，再使用圆弧滑动法来进行计算。
　　假定在复合地基中某深度处剪切面与水平面的交角为，如果考虑碎(砂)石桩和桩间土两者都发挥抗剪强度，则可得出复合地基的抗剪强度。
　　　　　 　 (5-9)
式中　——桩间土的粘聚力(kPa)；
　　　——自地表面起算的计算深度(m)；
　　　——碎(砂)石料的重度(kN/m3)；
　　　——碎(砂)石料的内摩擦角(。)；
　　　——应力集中系数，;
　　　——面积置换率。
　　如不考虑荷载产生的固结对粘聚力提高的影响时，则可用天然地基粘聚力。如考虑作用于粘性土上的荷载产生固结，则可计算粘聚力提高。
　　　　　　　　 　 (5-10)
式中　——固结度；
　　　——桩间土固结不排水抗剪强度;
　　　——应力降低系数；
若，则强度增长率
　　　　　　 　　　　　　(5-11)
　　Priebe(1978)所提出的方法，采用了和的复合值，并由下式求得
　　 　 　　(5-12)
　　　 　　　　　　　 　　　 (5-13)
式中　——与桩土应力比和置换率有关的参数，；一般=0.4～0.6。
　　如已知和后，可用常规稳定分析方法计算抗滑安全系数；或者根据要求的安全系数，反求需要的和。

【例题5-7】碎(砂)石桩的承载力主要决定于：
(A)桩身强度 (B)桩端土的承载力 (C)桩间土的约束力 (D)砂石的粒径
【正确答案】C
【解】由于碎(砂)石桩桩体均由散体土颗粒组成，其桩体的承载力主要取决于桩间土的侧向约束能力，对这类桩最可能的破坏形式为桩体的膨胀破坏。

【例题5-8】碎石桩桩位布置，对于圆形或环形基础宜用哪种方式布置?
（A）正方形 （B）矩形 （C）等腰三角形 （D）放射形
【正确答案】D
【解】对大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置;对独立或条形基础，桩位宜用正方形、矩形或等腰三角形布置；对于圆形或环形基础宜用放射形布置。

【例题5-9】某场地，载荷试验得到的天然地基承载力特征值为120kPa。设计要求经碎石桩法处理后的复合地基承载力特征值需提高到160kPa。拟采用的碎石桩桩径为0.9m，正方形布置，桩中心距为1.5m。
1、该复合地基的面积置换率最接近下列哪个值?
(A)0.22 (B)0.24 (C)0.26 (D)0.28 (E)0.30
【正确答案】D
2、此时碎石桩桩体单桩载荷试验承载力特征值至少达到下列哪一个数值才能满足要求?
(A)220kPa (B)243kPa (C)262kPa (D)280kPa
【正确答案】B
【解】碎石桩复合地基承载力计算
1）计算置换率
2）变换承载力公式：

【例题5-10】某松散砂土地基，处理前现场测得砂土孔隙比为0.81，土工试验测得砂土的最大、最小孔隙比分别为0.90和0.60。现拟采用砂石桩法，要求挤密后砂土地基达到的相对密度为0.80。砂石桩的桩径为0.70m，等边三角形布置。
1、处理后地基的孔隙比最接近下列哪个值?
(A)0.60 (B)0.62 (C)0.64 (D)0.66 (E)0.68
【正确答案】D
2、砂石桩的桩距采用下列哪一个数值为宜(不考虑振动下沉挤密作用)
(A)2.0m (B)2.3m (C)2.5m (D)2.6m
【正确答案】B
【解】砂桩复合地基承载力计算
1）计算挤密后的砂土孔隙比
2）根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）公式（8.2.2-1）

【例题5-11】振冲碎石桩桩径0.8m，等边三角形布桩，桩距2.0m，现场载荷试验结果复合地基承载力特征值为200kPa，桩间土承载力特征值150kPa。
1、该复合地基的面积置换率最接近下列哪个值?
(A)0.105 (B)0.125 (C)0.145 (D)0.155 (E)0.165
【正确答案】C
2、根据承载力计算公式可计算得桩土应力比最接近于下列那一个数值?
(A)2.8 (B)3.0 (C)3.3 (D)3.5
【正确答案】C
【解】振冲碎石桩复合地基设计
1） 计算面积置换率
2） 根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）式（7.2.8-3）

【例题5-12】一小型工程采用振冲置换法碎石桩处理，碎石桩桩径为0.6m，等边三角形布桩，桩距1.5m，现场无载荷试验资料，桩间土天然地基承载力特征值为120kPa。
1、一根碎石桩分担的处理地基面积的等效圆直径最接近下列哪个值?
(A)1.50 (B)1.58 (C)1.70 (D)1.80
【正确答案】B
2、该复合地基的面积置换率最接近下列哪个值?
(A)0.111 (B)0.125 (C)0.145 (D)0.155 (E)0.160
【正确答案】C
3、根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）求得复合地基承载力特征值最接近下一个数值？（桩土应力比取n=3）
(A)145 kPa (B)155 kPa (C)165 kPa (D)175kPa
【正确答案】B
【解】等边三角形布桩
置换率
复合地基承载力特征值：

【例题5-13】目前常用的振冲器功率大小有几种型式。
(A)30kW (B)55kW (C)75kW (D)100kW
【正确答案】A B C
【解】我国目前常用的振冲器功率主要有30kW、55kW和75kW三种。

【例题5-14】振冲桩的间距应根据上部结构荷载大小和场地土层情况，并结合所采用的振冲器功率大小综合考虑。30kW振冲器布桩间距可采用多大的间距? 55kW振冲器布桩间距可采用多大的间距? 75kW振冲器布桩间距可采用多大的间距?
(A)1.0～1.3m (B)1.3～2.0m (C)1.4～2.5m (D)1.5～3.0m
【正确答案】(B) (C) (D)
【解】振冲桩的间距应根据上部结构荷载大小和场地土层情况，并结合所采用的振冲器功率大小综合考虑。30kW振冲器布桩间距可采用1.3 ~ 2.0m；55kW振冲器布桩间距可采用1.4 ~ 2.5m；75kW振冲器布桩间距可采用1.5~3.0m。荷载大或对粘性土宜采用较小的间距，荷载小或对砂土宜采用较大的间距。

【例题5-15】碎(砂)石桩的桩长不宜小于多少?
(A)3m (B)4m (C)5m (D)5.5m
【正确答案】B
【解】碎(砂)石桩桩长的确定：当相对硬层埋深不大时，应按相对硬层埋深确定当相对硬层埋深较大时，按建筑物地基变形允许值或按稳定性确定；在可液化地基中，桩长应按要求的抗震处理深度确定。桩长不宜小于4m。

【例题5-16】碎(砂)石桩的桩顶和基础之间铺设的碎(砂)石垫层的作用主要为：
(A)褥垫作用 (B)排水作用 (C)过渡作用 (D)垫层作用
【正确答案】B
【解】碎(砂)石桩桩顶和基础之间铺设的碎(砂)石垫层其主要作用为排水作用，因为碎(砂)石桩加固地基的机理中包含了排水作用，碎(砂)石垫层与碎(砂)石桩形成完善的排水体系，发挥桩的排水作用。

【例题5-17】振冲桩的平均直径怎样确定。
(A)振冲器直径 (B)填料量 (C)地基土承载力 (D)振冲力
【正确答案】B
【解】根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第7.2.7条，振冲桩的平均直径可按每根桩所用填料量计算。

【例题5-18】对于不加填料的振冲加密，用30kW振冲器其加密深度不宜超过多少? 75kW振冲器其加密深度不宜超过多少?
(A)5m (B)7m (C)10m (D)12m (E)15m
【正确答案】(B) (E)
【解】根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第7.2.10条，不加填料振冲加密宜在初步设计阶段进行现场工艺试验，确定不加填料振密的可能性、孔距、振密电流值、振冲水压力、振后砂层的物理力学指标等。用30kW振冲器振密深度不宜超过7m，75kW振冲器不宜超过15m。

【例题5-19】振冲置换法处理后的地基承载力如何考虑? 振冲挤密法处理后的地基承载力如何考虑? 不加填料振冲挤密法处理后的地基承载力如何考虑?
(A)复合地基 (B)密实地基 (C)桩间土 (D)桩基
【正确答案】(A) (A B) (B)
【解】振冲置换法一般用于处理粘性土地基，处理后通过桩与桩间土形成复合地基，提高地基承载力，减少地基变形；振冲挤密法一般用于处理砂土、粉土等地基，处理后以挤密作用为主，可按复合地基或挤密地基考虑；不加填料振冲挤密法处理后的地基一般按密实地基考虑，根据《建筑地基基础设计规范》（GB50007）的有关规定确定。

【例题5-20】采用砂石桩处理地基应补充设计、施工所需的有关技术资料。对粘性土地基，应有地基土的哪些指标? 对砂土和粉土地基应有哪些指标?
(A)不排水抗剪强度 (B)天然孔隙比 (C)相对密度 (D)标准贯入击数
【正确答案】(A) (B C D)
【解】根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第8.1.2条，采用砂石桩处理地基应补充设计、施工所需的有关技术资料。对粘性土地基，应有地基土的不排水抗剪强度指标；对砂土和粉土地基应有地基土的天然孔隙比、相对密实度或标准贯入击数、砂石料特性、施工机具及性能等资料。

【例题5-21】砂石桩的间距应通过现场试验确定。对粉土和砂土地基，不宜大于砂石桩直径的多少倍? 对粘性土地基不宜大于砂石桩直径的多少倍?
(A)2 (B)2.5 (C)3 (D)3.5 (E)4 (F)4.5
【正确答案】(F) (C)
【解】根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第8.2.2条，砂石桩的间距应通过现场试验确定。对粉土和砂土地基，不宜大于砂石桩直径的4.5倍；对粘性土地基不宜大于砂石桩直径的3倍。

【例题5-22】对粘性土地基，砂石桩的桩径为600mm，置换率为0.28。
1、对等边三角形布桩，其间距最接近下列哪个值?
(A)1.0m (B)1.1m (C)1.2m (D)1.3m (E)1.4m
【正确答案】B
2、对正方形布桩，其间距最接近下列哪个值?
(A)1.0m (B)1.1m (C)1.2m (D)1.3m (E)1.4m
【正确答案】A
【解】粘性土地基：
一根砂石桩承担的处理面积为：
等边三角形布置，砂石桩间距为：m
正方形布置，砂石桩间距为：m。

【例题5-23】下列哪种说法是正确的?
(A) 砂石桩的处理范围应大于基底面积
(B) 砂石桩的处理范围应等于基底面积；
(C) 砂石桩的处理宽度宜在基础外缘扩大1～3排桩；
(D) 对可液化地基，砂石桩的处理宽度在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m；
(E) 对可液化地基，砂石桩的处理宽度在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于3m。
【正确答案】A C D
【解】根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2002）第8.2.4条，砂石桩处理范围应大于基底范围，处理宽度宜在基础外缘扩大1～3排桩。对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m。

5.4施工方法
　　目前施工方法正如上述所提及的可有多种多样，主要介绍两种施工方法，即振冲法和沉管法。
5.4.1振冲法
　　振冲法是碎石桩的主要施工方法之一，它是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机后，带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的联合作用下，将振冲器沉到土中的设计深度。经过清孔后，就可从地面向孔中逐段填入碎石，每段填料均在振动作用下被振挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器，如此重复填料和振密，直至地面，从而在地基中形成一根大直径的和很密实的桩体。 　
　　起重机械一般采用履带吊、汽车吊、自行井架式专用吊机。起重能力和提升高度均应满足施工要求，并需符合起重规定的安全值，一般起重能力为10～15t。
　　水压水量按下列原则选择：
　　1) 对强度较低的软土，水压要小些；对强度较高的土，水压宜大。
　　2) 随深度适当增高，但接近加固深度1m处应减低，以免底层土扰动。
　　3) 成孔过程中，水压和水量要尽可能大。
　　4) 加料振密过程中，水压和水量均宜小。
　　(1)施工顺序　对砂土地基，其施工顺序宜从外围或两侧向中间进行。对粘性土地基，其施工顺序一般可采用“由里向外”或“一边向另一边”的顺序进行，以保证到达设计要求的置换率。
　　在地基强度较低的软粘土地基中施工时，要考虑减少对地基土的扰动影响，因而可采用间隔跳打”的方法。
　　当加固区附近有其它建筑物时，必须先从邻近建筑物一边的桩开始施工，然后逐步向外推移。
　　(2)施工方法　填料方式一般有三种：第一种是把振冲器提出孔口，往孔内倒入约1m堆高的填料，然后再放下振冲器进行振密。每次加料都这样做。第二种方法是振冲器不提出孔口，只是往上提升约1m左右，然后往下倒料，再放下振冲器进行振密。第三种是边把振冲器缓慢向上提升，边在孔口连续加料。在粘性土地基中，由于孔道常会被坍塌下来的软粘土所堵塞，所以常需进行清孔除泥，故不宜使用连续加料的方法。在砂性土地基中，可采用连续加料的施工方法。
　　振冲法具体可根据“振冲挤密”和“振冲置换”的不同要求，其施工操作要求亦有所不同：
　　1)“振冲挤密法”施工操作要求：振冲挤密法一般在中粗地基中使用时可不另外加料，而利用振冲器的振动力，使原地基的松散砂振挤密实。在粉细砂、粘质粉土中制桩，最好是边振动边填料，以防振冲器提出地面孔内塌方。施工操作时，其关键是水量的大小和留振时间的长短。
　　“留振时间”是指振冲器在地基中某一深度处停下振动的时间。水量的大小是保证地基中的砂土充分饱和。砂土只要在饱和状态下并受到了振动便会产生液化，足够的留振时间是让地基中的砂土“完全液化”和保证有足够大的“液化区”。砂土经过液化在振冲停止后，颗粒便会慢慢重新排列，这时的孔隙比将较原来的孔隙比为小，密实度相应增加，这样就可达到加固的目的。
　　整个加固区施工完后，桩体顶部向下1m左右这一土层，由于上覆压力小，桩的密实度难以保证，应予挖除另作垫层，也可另用振动或碾压等密实方法处理。
　　2)“振冲置换法”施工操作要求：在粘性土层中制桩，孔中的泥浆水太稠时，碎石料在孔内下降的速度将减慢，且影响施工速度，所以要在成孔后，留有一定时间清孔，使回水把稠泥浆带出地面，降低泥浆的密度。
　　若土层中夹有硬层时，应适当进行扩孔，振冲器应上下往复多次，使孔径扩大，以便于加碎石料。
　　加料时宜“少吃多餐”，每次往孔内倒入的填料数量，约为堆积在孔内1m高，然后用振冲器振密，再继续加料。施工要求填料量大于造孔体积，孔底部分要比桩体其它部分多些，因为刚开始往孔内加料时，一部分料沿途沾在孔壁上，到达孔底的料就只能是一部分，孔底以下的土受高压水破坏扰动而造成填料的增多。密实电流应超过原空振电流35～45A。
　　在强度很低的软土地基中施工，则要用“先护壁、后制桩”的方法。即在开孔时，不要一下子到达加固深度，可先到达第一层软弱层，然后加些料进行初步挤振，让这些填料挤入孔壁，把此段的孔壁加强以防塌孔。然后使振冲器下降至下一段软土中，用同样方法加料护壁。如此重复进行，直到设计深度。孔壁护好后，就可按常规步骤制桩了。
　　同理，在地表1m范围内的地层，也需另行处理。振冲置换法的一般施工顺序与振冲挤密法基本相似，此处不再赘述。
　　(3)施工质量控制　施工时检验质量关键是填料量、密实电流和留振时间，这三者实际上是相互联系和保证的。只有在一定的填料量的情况下，才能把填料挤密振密。一般来说，在粉性较重的地基中制桩，密实电流容易达到规定值，这时要注意掌握好留振时间和填料量。反之，在软粘土地基中制桩，填料量和留振时间容易达到规定值，这时要注意掌握好密实电流。

5.4.2沉管法
沉管法过去主要用于制作砂桩，近年来已开始用于制作碎石桩，这是一种干法施工。沉管法包括振动成桩法和冲击成桩法两种。
(1)振动成桩法
　　 1)一次拔管法
　　(a)施工机具　主要有振动打桩机、下端装有活瓣钢桩靴的桩管、移动式打桩机架、装碎(砂)料石斗等。
　　(b)施工工艺
　　①桩靴闭合，桩管垂直就位；
　　②将桩管沉入土层中到设计深度；
　　③将料斗插入桩管，向桩管内灌碎(砂)石;
　　④边振动边拔出桩管到地面。
　　(c)质量控制
　　①桩身连续性：用拔出桩管速度控制。拔管速度根据试验确定，在一般情况下拔管1m控制在30秒钟内。
　　②桩直径：用灌碎(砂)石量控制。当实际灌碎(砂)石量未达到设计要求时，可在原位再沉下桩管灌碎(砂)石复打1次或在旁边补加1根桩。
　　2)逐步拔管法
　　(a)施工机具　主要有振动打桩机、下端装有活瓣钢桩靴的桩管、移动式打桩机架、装碎(砂)料石斗等。
　　(b)施工工艺
　　①桩靴闭合，桩管垂直就位；
　　②将桩管沉入土层中到设计深度；
　　③将料斗插入桩管，向桩管内灌碎(砂)石;
　　④边振动边拔起桩管，每拔起一定长度，停拔继振若干秒，如此反复进行，直至桩管拔出地面。
　　(c)质量控制　根据试验，每次拔起桩管0.5m，停拔继振20s，可使桩身相对密度达到0.8以上，桩间土相对密度达到0.7以上。
　　3)重复压拔管法
　　(a)施工机具　主要有振动打桩机、下端设计成特殊构造的桩管、移动式打桩机架、装碎(砂)料斗、辅助设备(空压机和送气管，喷嘴射水装置和送水管)等。
　　(b)施工工艺
　　①桩管垂直就位；
　　②将桩管沉入土层中到设计深度，如果桩管下沉速度很慢，可以利用桩管下端喷嘴射水加快下沉速度；
　　③用料斗向桩管内灌碎(砂)石;
　　④按规定的拔起高度拔起桩管，同时向桩管内送入压缩空气使填料容易排出，桩管拔起后核定填料的排出情况；
　　⑤按规定的压下高度再向下压桩管，将落入桩孔内的填料压实。
　　重复进行③～⑤工序直至桩管拔出地面。
　　(注：桩管每次拔起和压下高度根据桩的直径要求，通过试验确定)。
　　(c)质量控制
　　①测定填料的排出率：桩管拔起到规定高度后，用测锤测定桩管内砂面位置。
　　②用实际压入比控制施工：桩管拔起高度时，桩管内有高度的料从桩管下端排出。因为与不一定相等，如用表示料的排出率，则
　　　 　　　　　　　 　　　　　(5-14)
　　桩管再次压下时，桩体被压实后的高度与的比值称为压入比：
　　　 　　　　　　　　　 　(5-15)
　　设桩体压实后的体积变化率为：
　　 　　　　　　　　　　　 　　(5-16)
式中　——桩管内径断面面积(m2);
　　　——桩的断面面积(m2)。
　　由上式求得：
　　　 　　　　　　　　　　 　　(5-17)
　　按要求的值控制碎(砂)石桩的施工。
　　(2)冲