1、1,東南大學土木工程,地基處理,2,第6章 土（灰土）樁,利用成孔過程中的橫向擠壓作用，使樁間土被擠密，然后將素土或灰土分層填入樁孔內，并分層夯填密實至設計標高。填入材料為素土時，稱為土擠密樁法；填入材料為灰土時，稱為灰土擠密樁法。夯填密實的土樁或灰土樁，與擠密的樁間土形成復合地基。 采用土樁擠密法時，若樁體和樁間土的密實度相同，則形成均質地基。,3,1 發展： 灰土（土）擠密樁技術在國外30年代開始采用，我國50年代在甘肅蘭州使用過，在70年代對處理濕陷性黃土和雜填土地基展開了較為系統的研究，并逐漸取得了廣泛的應用；,4,2、優點： a 土（灰土)樁擠密法是橫向擠密，但同樣可以達到所要求處理

2、后的最大干密度的指標； b 與土墊層相比，無需開挖回填，節約了開挖和回填的工作量，比換填法縮短工期約一半。 c 由于不受開挖和回填的限制，一般處理深度可達1215m，最小深度一般要求大于5m; d 填料一般是就地取材，比其它處理濕陷性黃土和人工填土的方法造價為低，尤其利用粉煤灰可以變廢為寶，去得好的效益；,5,3、適用條件 地下水位以上的的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基；處理深度515m; 以消除濕陷性為主要目的時，宜選用土擠密樁法；當主要為提高地基承載力和增強水穩定性時，宜選用灰土擠密樁； 當地基土的含水量大于24、飽和度大于65時，不宜選用灰土（土）擠密樁法； 當e=0.91.2時，擠密

3、效果好；當e0.80時，一般土的濕陷性已消除，無必要擠密地基，應慎重選用；,6,大量的試驗資料和工程實踐證明，灰土（土）擠密樁用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土、雜填土等地基，不論使消除土的濕陷性還是提高承載力都是有效的。當土的含水量大于24及其飽和度大于65時，在成孔及拔管過程中，樁孔及其周圍容易引起頸縮和隆起，擠密效果差，故該方法不適用與處理地下水位以下及毛細飽和帶的土層。 基底下5m深度內的濕陷性黃土、素填土、雜填土，通常采用土（或灰土）墊層或強夯法等處理。大于15m的土層，由于成孔設備的限制，一般采用其它處理方法。 飽和度小于60的濕陷性黃土，其承載力較高，濕陷性較強，處理應以消

4、除濕陷性為主。而素填土和雜填土的濕陷性較小，但壓縮性大，承載力低，應以提高承載力和減小壓縮性為主。,7,灰土（土）擠密樁時一種比較成熟的地基處理方法，自20世紀60年代來，在陜西、甘肅等濕陷性黃土地區的工業與民用建筑中已廣泛使用，積累了一定的經驗，對一般工程，施工前在現場不進行成孔擠密試驗，不致產生不良后果，并有利于加快地基處理的施工進度。但在缺乏建筑經驗的地區和對不均勻沉降有嚴格要求的工程，施工前應按設計要求在現場進行試驗，以檢驗地基處理方案和設計參數的合理性。,8,一、加固原理,擠 密,通過擠密作用提高樁間土的密實度。,擠密土，不同于重塑土，它形成了以樁孔為中心的環狀豎向節理結構，僅是將原

5、地基土呈環狀水平向擠密，一定程度地保存了地基土地原狀結構，它保存了土的原始凝聚力和部分固化凝聚力，擠密土比同密度重塑土的力學性能要好。,9,一、加固原理,衡量樁間擠密土的密實度指標采用擠密系數hc，而不用壓實系數c，以示區別。,1 擠 密,單孔周圍的環形擠密影響有效半徑一般為1.5d，離樁邊越遠，擠密效果越差。,10,土的側向擠密作用 灰土(土）樁成孔時，土體被迫產生側向擠密，擠密影響半徑一般為1.52倍樁直徑； 相鄰樁孔擠密區交界處擠密效果疊加，增加擠密效果；樁間土中心部位密實度增大，且變得均勻，樁距越近，疊加效果越明顯合理的樁孔中心距約23倍的d。,天然含水率對擠密效果影響很大,大于最優含

6、水量時，不宜排水，擠密效果不好,小于最優含水率時，有效擠密區太小,11,土體天然干密度對擠密的影響,干密度大則擠密范圍大,干密度小，則有效擠密區變小,土質均勻則擠密范圍大,土質不均勻則擠密范圍小,12,2、灰土性質作用； 石灰與土按一定比率（2:8或3:7）拌和形成的樁體具有氣硬性和水硬性，由于石灰內帶正電Ca離子與帶負電粘土顆粒相互吸附，形成膠體凝聚，并隨灰土齡期增長，土體固化作用提高，土體強度逐漸增加。在力學性能上，可達到擠密地基效果，提高地基承載力，消除濕陷性，沉降均勻和沉降減小。,一、加固原理,13,3、樁體作用； 在灰土樁擠密地基中，灰土樁的變形模量遠大于樁間土的變形模量（灰土的變形

7、模量E0=29-36MPa，相當于夯實素土的210倍）降低了基礎底面一下一定深度內的土中的應力，消除了持力層內產生較大壓縮變形和濕陷性的不利因素，形成的樁體作用降低了原來地基土持力層的應力； 樁體對樁間土的側向約束作用，改善樁間土體的變形形式，使壓力與變形成線性關系；,一、加固原理,14,土樁擠密地基有樁間擠密土和分層夯填的素土樁組成，土樁樁體和樁間土均為被動擠密的重塑土，屬同類土料。兩者的物理力學指標無明顯差異。因而，土樁擠密地基可視為厚度較大的素土墊層。,15,一、加固原理,4 提高地基土的隔水性,通過對地基土的擠密，提高地基土的隔水性。防水、隔水性能比同密度、同厚度、同寬度的墊層好。,對

8、某些地基，為防止水的滲透、防止下臥未處理土層浸水，需采取防水措施或對地基進行處理。,當地基土的滲透系數量級達到10-7cm/s時，即可確保建筑物在50年正常使用期間，下臥層的未處理土層不會自上向下浸水。,16,二、擠密法的適用范圍,灰土擠密樁法和土擠密樁法適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土等地基，可處理地基的深度為515m。當以消除地基土的濕陷性為主要目的時，宜選用土擠密樁法。當以提高地基土的承載力或增強其水穩性為主要目的時，宜選用灰土擠密樁法。當地基土的含水量大于24%、飽和度大于65%時，不宜選用灰土擠密樁法或土擠密樁法。,建筑地基處理技術規范（JGJ79-2002）規定：

9、,17,二、擠密法的適用范圍,地下水位以上；,處理土層厚度，目前一般為515m；在工藝、施工 設備改進的基礎上，處理深度仍有增大的可能。,飽和度Sr65，含水量w24；,欠密實的濕陷性黃土、素填土、粉土、雜填土 和粉質黏土等；,含水量越小越好？,18,擠密法的處理深度一般與施工條件、施工方法、擠密方式、設備條件等因素有關。,在處理深度要求進一步增大的時候，設計是否應該多考慮幾種地基基礎方案。,施工條件現狀，處理深度超過15m，機械比較龐大，施工速度緩慢、工效較差、施工費用相對較高；,二、擠密法的適用范圍,處理深度小于5m的，可采用擠密法，但從合理性講一般采用強夯、換填墊層法等更為簡便。,處理深

10、度大于15m的，從擠密機理講仍可采用擠密法，但存在兩個問題：,19,三、樁孔填料選擇,灰土樁使用石灰和土按一定比例（28或37）拌合，具有氣硬性和水硬性，并隨著齡期增長，土體固化作用加強。 灰土硬化后屬于脆性材料，28d無側限抗壓強度qu不低于500kPa?；彝翗毒哂幸欢z凝強度，其變形模量亦顯著高于樁間土10倍左右。,20,地基承載力要求較高（如fak200kPa ）時，可采用部分灰土、水泥土等。,地基承載力要求一般（如fak200kPa）或要求有較好的隔水性能時，樁孔材料優先選擇素土，素土填料可分為粉質黏土、粉土等。,三、樁孔填料選擇,樁孔填料的選擇應根據工程需要、設計意圖確定。,灰土與素

11、土的隔水性哪個更好？,素土,選擇的原則：,21,地基承載力要求較高（如fak200kPa ）時，可采用部分灰土、水泥土等。,地基承載力要求一般（如fak200kPa）或要求有較好的隔水性能時，樁孔材料優先選擇素土，素土填料可分為粉質黏土、粉土等。,三、樁孔填料選擇,選擇的原則：,采用灰土填料時，不一定強調用高灰率的灰土。,當受場地限制、地基處理寬度不能滿足規范或設計要求時，可以考慮在場地邊緣地帶采用灰土、水泥土填料。,22,擠密地基，在小坑浸水條件下，地基處理寬度達到基礎底面寬度的1.5倍時，能使地基的側向變形明顯減少。,擠密地基，當地基土的含水量小于塑限含水量情況下，地基處理寬度達到基礎底面

12、寬度的1.5倍時，能基本解決地基的側向變形問題。,四、擠密地基的處理寬度,通過試驗發現：,擠密地基，在大面積浸水條件下，地基處理寬度為基礎底面寬度的1.5倍時，往往處理效果較差；若處理寬度達到2倍時，處理效果明顯；若達到2.5倍時，能基本解決擠密地基的側向變形問題。,23,四、擠密地基的處理寬度,建筑地基處理技術規范（JGJ79-2002）和濕陷性黃土地區建筑規范 （GB50025-2004）中規定： 當為局部處理時，在非自重濕陷性黃土場地，每邊宜超出基礎寬度的0.25倍，并不應小于0.5m；在自重濕陷性黃土場地，每邊宜超出基礎寬度的0.75倍，并不應小于1m。 當整片處理時，每邊超出外墻基礎

13、外援的寬度宜大于處理厚度的一半。如果要求具有較好的隔水防滲作用，還宜適當增大處理寬度。,24,五、擠密地基的表層松動帶,任何擠密方式施工的擠密地基，都存在表層松動帶。,擠密過程中，橫向力及垂直向下的力都是土體擠密作用的能量來源。,在表層0.31.5m范圍內，在側向分力作用下會引起樁孔周圍土體的隆起或振動松散，這部分土比較疏松、物理力學性質較差。,25,六、設計計算,樁孔直徑選擇,根據所選用的成孔設備或成孔方法以及場地土質情況確定。一般在300mm450mm之間。,26,樁徑 1、設計時如果樁徑d過小，則樁數增加，并增加了打樁和回填的工作量；如果樁徑過大，則樁間土擠密不夠，消除濕陷性的效果不夠理

14、想，且對成孔機械的要求也提高。 2、目前我國樁徑最小為250mm，最大為600mm，一般為300450mm，常用400mm；,27,六、設計計算,樁孔間距設計,樁孔間距設計從消除濕陷性和提高地基承載力兩個方面考慮。,（1）為消除黃土的濕陷性，擠密后的樁間土平均擠密系數不應小于0.9，對重要的工程不宜小于0.93。樁孔間距一般為樁孔直徑的2.02.5倍，也可按下式計算：,28,六、設計計算,樁孔間距設計,29,1、該類樁的設計計算原則和要求： （1）以消除地基土濕陷性為目的的設計計算；(宜采用土擠密樁法） （2）以提高地基承載力和水穩定性為目的的設計；（宜采用灰土擠密樁法和夯實水泥土樁法） （3

15、）樁間距應以保證樁間土擠密后達到要求的密實度和消除濕陷 性為原則。甲、乙類建筑 0.93, 0.88;其它建筑 0.90, 0.84; (4) 樁身壓實系數應到達：土樁 0.95,灰土樁 0.97;,30,樁距的設計一般應通過試驗或計算確定；計算主要是通過樁間土被擠密后達到應的密實度來確定的（平均擠密系數 和土的干密度） 為了均勻擠密樁間土，一般采用正三角形步孔，有時為了適應基礎尺寸和形狀，可采用其它形式布孔；,31,關于擠密系數和壓實系數：,根據樁孔內全部深度內的平均干密度與室內擊實試驗求得填料（素土或灰土）在最優含水量時的最大干密度的的比值,成孔擠密深度內樁間土的平均干密度與樁間土的最大干

16、密度的比值,32,對于等邊三角形布置時，樁間距可取樁孔直徑的2.02.5倍，也可按下式估算：,S樁孔之間的中心距離；,d鉆孔直徑,樁間土最大干密度,地基處理前的平均干密度,樁間土成孔后的平均擠密系數，對重要工程不宜小于0.93，對一般工程不宜小于0.90,33,深度取單位長度，則擠密前藍色三棱柱內天然土體的體積為：,34,藍色三棱柱內天然土體擠密后的體積為：,根據擠密前、后土粒質量相等的原則，可得：,35,樁孔數量可按下式估算：,樁孔按三角形布置時：,樁孔按正方形布置時：,鑒于地基處理時干密度值變化較大，一般不采用上式計算孔距，而用承載力的形式確定：,36,樁孔間距設計,（2）從提高地基承載力

17、考慮，可由復合地基承載力 公式得到樁間距表達式。,37,樁頂標高以上應設置300500mm厚的2：8的灰土墊層，其壓實系數不應小于0.95.,承載力,灰土（土）擠密樁復合地基承載力特征值，應通過現場單樁或多樁復合地基載荷試驗確定。初步設計當無試驗資料時，可案當地經驗確定，單對于灰土擠密樁復合地基的承載力特征值，不宜大于處理前的2.0倍，并不宜大于250MPa；對土擠密樁復合地基的承載力特征值，不宜大于處理前的1.4倍，并不宜大于180MPa,38,七、施工,（一）施工工藝,灰土（土）擠密樁的施工應按設計要求和現場條件選用沉管（振動或錘擊）、沖擊等方法成孔，使土向孔周圍擠密,1、成孔和回填夯實施

18、工應復合下列要求： 成孔施工時，地基土宜接近最優含水量，當含水量低于12時，宜對擬處理范圍的土層進行增濕，增濕土的含水量可按下式估算：,Q計算加水量,v擬加固土的總體積,處理前土的平均干密度,Wop土的最優含水量,39,應在地基處理前46d，加需要增濕的水通過一定數量和深度的滲水孔，均勻的浸入擬處理的土層中。,2、成孔和孔內回填夯實應符合下列要求： （1）成孔和夯實的施工順序，當整片處理時，宜從里（或中間）向外間隔12孔進行，對大型工程，可采取分段施工；當局部處理時，宜從外向里間隔12孔進行； （2）向孔內填料時，孔底應夯實，并抽樣檢查孔的直徑、深度和垂直度。 （3）樁孔的垂直度偏差不宜大于1.5。 （4）樁孔中心點的偏差不宜超過樁距設計值的5。 （5）經檢驗合格后，應按設計要求，向孔內分層填入曬好的素土、灰土或其它 填料，并分層夯實