振动沉管碎石桩、PHC桩联合处治软土地基的研究

振动沉管碎石桩、PHC桩联合处治软土地基的研究 重庆交通大学 硕士学位论文 振动沉管碎石桩、PHC桩联合处治软土地基的研究 姓名:陈兴培 申请学位级别:硕士 专业:建筑与土木工程 指导教师:凌天清;柏松平 20081110 ,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,(,,;,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,嬲 ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， ,,,,,,,,,？,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,( ,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,, ,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,,,—,,,,，,,,,;,,,,,(，, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,， ,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(，,,,;,，,,,,,,,,;, ,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,, ,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,，,,,,,,,,,,,,，;,,,,,,;,,,, ,,;,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,( ,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,, ,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,，,;;,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,, ,,,,;,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,;,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,;;,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,, ;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,( ,,;,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,, ;,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,， ,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,( ,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,“,,;,,,,,，,,,,,;,,,,,， ,;,,,,,;:，,,,,,,,,,,,,,,,, ？,,,,,,,,,,,,,？,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,，,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,( ,,,,,,,,:,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,;,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,;,,,, ,,,,,,,,,,,,,;,,,, ,,,,,,,,,,,,,, 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发 表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名:,鞭:?触琴年,,,,,疆 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权重 庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人 学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》，并进行信息服务(包括但不限于汇编、 复制、发行、信息网络传播等)，同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名: 指导教师躲 日期:时年,,月,,日 日期:沙略年,,月, ，,, 科, 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社,,,,系列数据 库中全文发布，并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权 益。 学位论文作者签名:丫 日期:砌年,,月, 拉?怠 ,,, 第一章绪论 第一章绪论 高速公路自,,世纪,,年代在美国和德国开始兴建，,,年代在世界各国得到 大力发展，目前全世界己有,,多个国家和地区拥有高速公路，通车里程超过了,, 万公里。高速公路不仅是交通现代化的重要标志，也是国家现代化的重要标志。 我国的第一条高速公路——沪嘉高速公路在,,,,年建成通车,,。近,,年间， 在“国道主干线系统规划:的指导下，中国高速公路总体上实现了持续、快速和 有序的发展;特别是,,,,年以来，国家实施积极的财政政策，高速公路得到快速 发展，年均通车里程超过了,,,,公里。到,,,,年底，中国高速公路通车里程己 超过,(,,万公里，继续保持世界第二。,,,,年,,月,,日，国务院审议通过《国 家高速公路网规划》，计划未来,,年内静态投资,万亿，建成覆盖全国的高速公 路网。《规划》确定的国家高速公路网采用放射线与纵横网格相结合的布局状态， 构成由中心城市向外放射以及横连东西、纵贯南北的公路大通道，包括,条首都 放射线、,条南北纵向线和,,条东西横向线，可以简称“,,,,网:，总规模大约, 万,千公里。高速公路的快速发展必将极大的促进国家经济和社会的快速发展。 ,(,问题的提出及研究意义 高速公路为大型带状构筑物，地基处理长度较大，往往要穿越多种地貌单元， 土层条件多变。现阶段我国的高速公路绝大部分建在经济发展较快的沿海、沿江 地区。这些地区除少数地段外，大部分地质条件不太好，土层多为海相沉积、湖 相沉积和河相沉积。土的类别多为淤泥、 淤泥质粘土、淤泥质亚粘土及淤泥混砂 层，属于饱和的软粘上，土的含水量高、 压缩性大、强度低、透水性差、灵敏度 高。在这类软土地基上修建公路，会遇到稳定及变形等问题;特别是对于高速公 路而言，不仅要求路堤稳定，而且对工后沉降要求高，尤其是要严格控制工后不 均匀沉降。从已建软上地基上高速公路运行情况看，工后沉降较大，特别是造成 “桥头跳车:，轻者影响行车速度，损坏车辆，严重的会导致交通事故，造成人员 伤亡。目前对高速公路一般规定在,,年内工后沉降不超过,,;,，桥台背后填上工 后沉降不超过,,;,。实际上，当不均匀沉降超过,,,,,,时，如不及时修补，将 严重影响行驶。因此，在软土地基上修建高速公路，如何减小工后沉降是一个迫 切需要解决的问题。 目前在修建高速公路时对软基的处理主要有以下几种方法:桥梁跨越、减轻 路堤荷载、地基处理、工后修补和综合处理。在实际应用中，地基处理被采用的 较多。常用的地基处理方法可分为土质改良和复合地基两大类担,。土质改良包括排 水预压法、强夯法、换填土层法和其他方法。复合地基法施工速度快，对于软弱 ,第一章绪论 地基特别是桥头过渡段，可以有效地减小不均匀沉降。 复合地基技术经过近半个世纪的发展，在理论方面和工程实践上都有了长足 的发展。复合地基在建筑工程、市政工程、道路工程，以及堤坝工程都得到了广 泛应用。 复合地基的涵义随其实践的发展有一个发展过程，随着地基处理实践和理论 的发展，复合地基的概念逐渐得到认识和深化。复合地基技术,,世纪,,年代起 源于欧洲,,，概念的提出始于日本。,,世纪,,年代日本在砂桩施工技术和工程应 用方面取得了显著进展，在研究砂桩抵抗地基的滑动计算中，提出了以砂桩与桩 周天然土体共同作用的计算模型，称为“复合地基(,,,,,,,,,,,,,,,):,,。初期 对复合地基的应用和研究集中在散体材料桩，随着粘结材料桩的应用，复合地基 的概念进一步拓宽。依据复合材料的理论，复合地基是指天然地基在地基处理过 程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区由基 体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基隋,。 根据地基中增强体的设置方向，复合地基分为水平增强体复合地基和竖向增 强体复合地基。水平向增强体复合地基主要指加筋土地基，加筋材料主要是土工 织物和土工隔栅等。竖向增强体复合地基通常称为桩体复合地基，根据竖向增强 体的性质，桩体复合地基分为散体桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地 基。 ,(,(,复合地基在高速公路软基处理中的应用 在高速公路软基处理中，复合地基法能有效减小地基沉降，缩短工期，并特 别适用于下面几种路段情况:?路桥头及过渡段;?小型构筑物路段;?高速公 路拓宽工程。目前工程中广泛应用的有碎(砂)石桩复合地基、水泥土复合地基、 ,,,桩复合地基、预应力管桩复合地基等。 碎石桩最早在,,,,年由法国在,,,,,,,建造兵工厂时使用，,,,,年由德国人 发明了振动水冲法用来挤密砂土地基哺,，直接形成挤密的砂土地基。五十年代末， 振冲法开始用来加固粘性土地基，并形成碎石桩。随着时间的推移，各种不同的 施工工艺相继产生，如沉管法、振动水冲法、袋装碎石桩法、强夯置换法等。碎 石桩技术引进我国后，工程界对其加固效果及其复合地基的承载力做了大量的研 究，并大面积推广使用。在京珠高速公路广珠东段灵山试验段盯,、祁临高速公路明 姜镇段喁,等高速公路路段的地基处理中采用了碎石桩复合地基施工，并进行了相关 的试验研究。但碎石桩为散体材料桩，存在有效桩长不易确定的问题，并对地基 土的强度有一定要求。 水泥土桩复合地基根据施工方法不同分为水泥浆搅拌和粉体喷射搅拌两种。 水泥浆搅拌法是美国在第二次世界大战后研制成功，称之为就地搅拌桩(,，,)嘲。 第一章绪论, 粉喷法最早于,,,,年由瑞典的,,,,,,,,,提出，,,,,年首次采用粉喷法制成石灰 粉喷桩试桩，,,,,年应用于稳定路堤和深基坑并取得专利，此后在欧美广泛应用 ,,，。国内从,,,,年初开始进行采用石灰粉喷桩加固软基的试验研究，,,,,年在沪 宁高速公路昆山段进行水泥粉喷桩的试验研究，并通过交通部的验收，予以推广 应用。目前水泥土搅拌桩复合地基的应用研究己经比较成熟，但是桩体质量难以 保证，存在粉喷量不足、搅拌不均匀等问题。 ,,,桩复合地基成套技术是中国建筑科学研究院地基所,,世纪,,年代末开发 的一套新的地基加固技术?。,,,桩、桩间土和褥垫层一起形成复合地基。,,,桩 属高粘结强度桩，可全桩长发挥侧阻，桩端落在好的土层时可以很好的发挥端阻。 成桩时的挤土效应，桩体的排水作用以及褥挚层对桩、土荷载分担比的调整作用， 可以有效的提高地基的承载力，减小地基变形。通过十余年的科研和工程实践， ,,,桩复合地基技术己经成为一种被广泛应用的地基处理方法。但目前,,,桩的成 桩工艺存在一定问题，沉管法旅工在深厚软基中容易产生较大孔隙水压力，且不 易消散，对桩体的质量影响较大;长螺旋钻孔内喷射法工序比较复杂，目前在高 速公路中尚未开始应用。 现在出现许多桩式复合地基和土工织物或土工隔栅联合处理的方式,羽叫,,,进 行地基处理，其大量应用于桥头接合部，解决桥头跳车、道路拓宽等工程问题。 ,(,(,问题的提出 随着高速公路的迅猛发展以及软弱地基处理的迫切需要，管桩复合地基作为 一种有效的处理手段，己经受到广泛关注，并且大量应用。但目前对管桩的研究 多数集中在 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 理论和施工工艺方面，在设计方面大多是根据现有的其他半刚性 桩的理论或经验。因此管桩复合地基承载和沉降机理的复杂性以及理论研究的相 对滞后，必然制约管桩复合地基在实际工程中的应用和发展。 路堤荷载下用管桩对软弱地基处理后，我们关心的是复合地基的承载力和沉 降问题。这两个问题是关联的，在过去的工作中，对软土路堤的设计偏重于稳定 性分析，设计的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 是要满足稳定性要求。目前，高速公路的发展以及城市道路 下埋设管线等对沉降标准的要求，使得路基对变形要求非常突出，地基处理的发 展趋势转变为以控制工后沉降为目标。因此，对管桩复合地基沉降规律的研究， 对管桩作用机理、设计、施工等问题的研究，是非常迫切和必要的。 ,(,预应力混凝土管桩发展概况 预应力混凝土管桩是重要的桩基材料，其质量容易控制、施工快、工程地质 适应性强,钔、监理监测方便，被广泛应用于各类建筑物和构筑物的基础工程。预 应力混凝土管桩基本分为六大类,引:离心钢筋混凝土管桩(,,桩)，先张法离心高 ,第一章绪论 强预应力混凝上桩(,,,桩)，钢管离心混凝土桩(,,桩)，先张法离心高强预应力 钢筋混凝土桩(,,,桩)，变截面桩(,,桩)，降低负摩擦桩(,,,桩)。 ,(,(,预应力混凝土管桩的特点 预应力高强混凝土管桩是近十余年来应用较多的一种预制桩型。它是在预制 厂经过先张预应力，离心成型及高压蒸养等工艺生产而成的一种细长的空心环形 等截面预制混凝土构件。预应力高强度混凝土管桩代号为,,,(简称,,,管桩)。 是采用先张预应力离心成型工艺，并经过,,个大气压、,,,?左右的蒸汽养护， 制成一种空心圆筒型混凝土预制构件，标准节长为,,,，直径从,,,,,,,,,,,,,， 混凝土强度等级,，,,,。工业与民用建筑中，,,,管桩的常用规格及适用范围如表 ,(,所示。 表,(,,,,管桩的常用规格 ,,,，,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，, 外径(咖)壁厚(咖)承载力标准值(,(,)适用楼层 ,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,, 与传统预制桩型相比，预应力混凝土管桩具有如下的特点: ,)桩身强度高，单桩承载力高 使用高强度等级混凝土、离心成型技术及高压蒸养工艺，故桩身强度高，单 桩承载力大，,,,,的,,,桩的单桩允许承载力达到,,,,,,,,,,,,,，比同样直径 的沉管灌注桩、钻孔灌注桩和人工挖孔桩高;其单位承载力的造价比预制混凝土 方桩和钻孔灌注桩低，且仅为钢桩的,,,,,,,，并节省钢材。 ,)抗弯性能好 ,,,桩选用高强度、低松驰的阴螺纹钢筋作为预应力主筋，使桩身具有较高的 预压应力，其抗弯、抗裂性能良好，,,,桩有卓越的贯入性能，能穿透密实的砂层， 能适应复杂的环境与地理条件。 第一章绪论, ,)具有良好的穿越土层的能力，应用范围广 ,,,管桩是由侧阻力和端阻力共同承受上部荷载，可选择强风化岩层，全风化 岩层，坚硬的粘土层或密实的砂层(或卵石层)等多种土质作为持力层，且对持力 层起伏变化大的地质条件适应性强，因此适应地域广，建筑类型多;此外，桩身 耐防腐性能好，规格长度容易调整，使设计选用范围广，容易布桩，对桩端持力 层起伏变化大的地质条件适应性强。 ,)成桩质量可靠; 由于采用工厂预制的生产方式，能利用先进的工艺和设备，质量容易控制， 产品质量容易保证，成桩质量监测方便;运输吊装方便，接桩快捷;机械化施工 程度高，操作简单，易控制;在承载力，抗弯性能、抗拨性能上均易得到保证。 ,)施工方便快捷，施工周期短 ,,,桩在工厂商品化生产，能按施工要求及时供桩，施工前期准备时间短，一 般能缩短工期,,,个月。 ,)管桩基础具有较好的抗震性能。 由于具有以上特点，该桩型在国内外得到了广泛的应用，特别是我国，由于 该桩型在广东、上海、江苏、浙江等地的推广应用取得了巨大的经济效益，目前 正有向全国各地区推广的趋势。 ,)施工现场文明 施工现场无砂石、水泥，无泥浆污染，对施工现场狭窄的工程特别有利。 ,(,(,国外预应力混凝土管桩的发展 ,,,,年，,,,,,,,,,,发明了预制混凝土桩。,,,,年，出现了采用配螺旋 箍筋 的混凝土预制桩，桩的形状开始设计并使用三角形、正方形、六角形、八角形。 ,,,,年，澳大利亚人,?,?,,,,发明了用离心密实混凝土的成型方法，很快就用 来制造环形管桩、圆锥形桩和混凝土电杆。 日本、美国、加拿大、意大利、英国、德国、新西兰、俄罗斯是研究、生产、 使用预应力混凝土管桩较多的国家。,,世纪,,年代末起，发展中国家如中国、马 来西亚、菲律宾等对预应力混凝土管桩的生产应用也普及起来。总的说起来，日 本对预应力混凝土管桩的研究、设计、施工、应用上下过很大功夫，取得了丰富 的经验，是当今预应力混凝土管桩方面技术领先的国家。 ,,,,年，日本开始制造离心混凝土管桩(,,)，,,,,年又开发出预应力混凝土 管桩(,;)，开发初期用先张法和后张法同时生产,,桩，后来以先张法生产工艺为 主，,,,,年制订了《先张法离心预应力混凝土管桩标准》,，,,,,,,。 由于异型预应力钢筋的开发使用进一步促进了,,管桩的发展，,,世纪,,年 代末至,,年代初，日本又开发出预应力离心高强混凝土管桩(,,,,)，,,,,年制订 ,第一章绪论 了《先张法离心高强预应力混凝土管桩标准》,,,，,,,,，并于,,,,年对该标准进 行了修订。据日本通产省调查统计资料表明，,,,,,,,,,年日本各种管桩年产量 在,,,，,,，,,,万吨之间。预应力混凝土管桩开发以来，由于其优良的质量及多变的 适应能力，得到了广泛的应用。,,,,年各种管桩的产量达,,,万吨。 ,,世纪,,年代初受世界经济波动影响，建筑市场需桩量大幅度下降。,,,, 年日本阪神地震后，对震后建筑物的基础进行了调查，发现使用管桩之外的建筑 物基础都受到了不同程度的破坏，尤其是现场灌注桩破坏率较高。这表明:预应 力混凝土管桩在抗震方面有很大的优势。从而，管桩产量又逐年回升。 现在日本建(构)筑物各种基础都大量应用管桩，无论是市内建设或市郊建设， 在用桩上都有一套比较好的施工方法来支持，从建筑要求、环境保护、施工质量、 施工安全、企业效益等方面进行综合考虑制定可行的施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，这为管桩的应用 提供了可靠的保障。 ,(,(,我国预应力混凝土管桩发展概况 我国预应力混凝土管桩最早起源于,,世纪,,年代，当时仅仅是为了满足一 些特殊工程的需要，我国在上海、天津、北京等地使用非预应力钢筋混凝土方桩。 ,,世纪,,年代在台湾省大量应用预应力混凝土管桩。,,世纪,,年代才开始在广 东省推广使用。 ,,世纪,,年代，铁道部北京丰台桥梁厂曾少量生产过直径,,,,,,,钢筋混凝土 离心管桩。该厂又于,,,,年开始研制用?,高强钢丝为主筋制造直径,,,衄,预应 力混凝土管桩，获得成功并生产至今。,,世纪,,年代末，为建设南京长江大桥需 要，大桥工程局三处也开始生产预应力混凝土管桩至今。 ,,,,年日本人在香港设厂生产预应力高强混凝土管桩。 ,,,,年铁道部大桥工程局将在南京生产的管桩运到深圳推广使用。 ,,,,年,月，广东省建筑构建工程公司与广东省基础公司、广东省建筑科学 研究所合作首先研制现代形式的预应力混凝土管桩(以往是法兰接口，现为焊接驳 接)，并于,,,,年开始施打，,,,,年通过广东省建委组织的技术鉴定。由于该桩 型与传统预制桩型相比，具有明显的优越性和良好的经济效益，故在广东省得到 了广泛的应用。 同时，,,,,年上海原交通部三航局混凝土制品厂引进日本生产预应力高强管 桩的设备，于,,,,年正式投产。 ,,,,，,,，,,,,年是我国建立管桩厂最多的时期。继广东省构件公司之后，全国 又一批管桩厂相继诞生。如南方管桩厂、上海三航局混凝土预制厂、番禺桥丰水 泥制品公司、广东省七建管桩基础公司、鸿运管桩厂、宏基管桩厂、鸿业管桩厂、 羊城管桩厂等。与此同时，还发展了一批凹螺纹预应力钢棒厂、高效减水剂厂、 第一章绪论, 磨细石英砂厂和管桩生产专业制造厂，形成了一支强大的行业队伍。随着管桩的 大量使用，其设计施工的水平不断提高。浙江、江苏、上海、广西、福建等地也 纷纷引进该桩型，并获得巨大的经济效益。 ,,,,年，我国制定了国家标准《先张法预应力混凝土管桩》,,,,,,,,,,。建 设部自,,,,年起，已将“高强度预应力混凝土管桩:列入重点推广项目。广东省 是全国管桩厂最多，使用管桩最为普遍的省份。早在,,,,年制定了省标《建筑地 基基础施工及验收规程》,,,(,,—,,,—,,，将预应力混凝土管桩编入标准内。,,,, 年又组织有关科研、设计、管桩厂及施工单位编写了省标《预应力混凝土管桩基 础技术规程》,,,,,,,,,,,,,。,,,,年，我国还对国标,,,,,,,,,,进行了修订， ,,,,,,,—,,,,也已出台实施。 ,,,,年底，国内现有管桩生产厂近,,家，主要分布在广东、华东地区。,,,, 年，全国约生产预应力混凝土管桩,,,,万米，其中广东省占,,,，一年内生产应 用量超过,,,,万米，十年来应用总数超过,,,,万米。我国现已成功研制出? ,,,,,,,,,,预应力高强混凝土管桩;成功将电厂粉煤灰和磨细石英砂应用于预应 力混凝土管桩的生产;已生产出?,,,,,,,,,,大型滚焊机并成功应用于预应力钢 筋的加工工艺:浙江省推广使用薄壁,,管桩已有十多年历史，并制订了相应的地 方规范。相信随着新材料、新工艺、新产品、新机械的不断涌现，以及广大工程 技术人员对该桩型的进一步了解和使用，预应力混凝土管桩将会在全国范围得到 更加广泛的应用，我国的管桩行业将会更加健康地发展。 我国目前管桩企业有,,,家左右主要分布在珠江三角洲、广东、广西、海南、 福建，长江三角洲的浙江、上海、江苏、安徽，及华北天津，东北沈阳、哈尔滨， 江西南昌，河南郑州，湖北武汉等经济比较发达的地区。年生产销售各种规格管 桩,,,,,万米至,,,,,万米，产值,,,亿元左右。相关行业如设备制造企业，材 料制造企业、供应商也有,,,多家，年产值也有,,,亿元左右。随着市场经济的 不断完善，企业经济结构也发生了很大的变化，以全民所有制经济向私营经济转 变。目前私营及股份制经济企业占,,,，外商合作合资企业占,,,，国有企业仅有 ,,,左右。同时由于我国私有化进程的速度加快，建筑业的门槛降低，随着基础建 设投资每年以,,,左右的速度递增，也刺激了我们混凝土制品行业的发展。 中国管桩按品种可以分为:,,管桩——混凝土强度大于,,,，,,,管桩——混 凝土强度大于,,,，,,,管桩——混凝土强度大于,,,，,,,,管桩——混凝土强度 大于,,,，另外还有许多非标准管桩。国家有管桩图集，各个省市有自己的管桩图 集，大企业有企业管桩图集，管桩生产厂家有管桩图集。 可以说，中国是全世界管桩品种最多、规格最全、应用范围最广的国家，虽 然只有,,年的时间，但是其发展速度是非常“不可思意:(其中有一个县城,,万 ,第一章绪论 人口一年之内建成,,家管桩工厂，年产各种管桩,,,,万米)。 总的讲大体上发展还是正常的，这也是发展中国家在初始阶段不可避免的现 象，是符合客观规律的。 ,(,(,预应力混凝土管桩理论研究 预应力混凝土管桩技术的应用虽然己经非常广泛，但其理论方面的研究还比 较少，目前的研究主要是单桩承载机理和承载力方面。 朱红兵,,,从分析预应力管桩的两大效应——土塞效应和挤土效应着手，详细 剖析了预应力管桩的受力性状以及独特的承载机理，对大量的预应力管桩竖向静 载荷试验结果进行了统计归纳，并对管桩实际承载力与设计计算承载力之间的差 异进行了分析研究，提出了对《建筑桩基技术规范》中的经验 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 的修正公式， 并通过计算值与实测值的对比，验证了修正公式的实际意义。 ,,,,,,,,,,等,鲫通过室内模型试验和现场试验，分析了砂土中闭口和开口管 桩的承载力。文中还讨论了闭口管桩试验中静力触探的侧摩阻力与端阻力之比和 砂土密实度的关系，以及开口管桩的填充比和密实度的关系。 金兴平啪,通过荷载传递计算和实测资料分析了桩侧土性质、桩端土性质、桩 身混凝土弹性模量、预应力管桩的桩径、开口预应力管桩管壁厚度、进入持力层 深度对预应力管桩的承载力性状的影响，并利用实测资料研究了开口管桩土塞的 工作性状。通过静力触探的锥尖阻力和侧壁摩阻力与预应力管桩的端阻的相关分 析计算，建立了利用双桥静探的侧摩阻力和锥尖阻力来估算预应力管桩单桩竖向 极限承载力的计算公式。 ,(,碎石桩复合地基发展概况 碎石桩是指用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石挤压 入已成的孔中，形成大直径的碎石所构成的密实桩体。早在,,,,年，法国陆军工 程师在,,,,,,,建筑兵工厂时就使用了碎石桩。这个兵工厂坐落在海滨沉积土上， 采用碎石桩加固后，建筑物的实际沉降只有未加固时的四分之一。这是应用碎石 桩加固地基的最早实例。 ,(,(,碎石桩的发展概况 碎石桩加固软弱地基起于,,,,年，开始用来加固砂土地基，后来才用来加固 粘性土。据,,,,,,和,,,,,,,瞳妇的资料介绍，在法国,,,,,,,地区建造兵工厂时 使用过，兵工厂坐落在海湾沉积的软土上，当时的设计桩径为,(,,，桩长,,，每 根桩承担的荷载为,,,,。加固后的实际沉降量只有未加固前的四分之一。此后直 至,,,,年，由德国,(,,,,,,,,,提出用振动水冲法(简称振冲法)挤密砂土地基。 ,,年代初，振冲法开始用于加固粘性土地基，并成为碎石桩。从此，一般认为以 第一章绪论, 振冲法在粘性土中形成的密实碎石柱为碎石桩。 随着时间的推移，各种不同的施工工艺相应产生，如沉管法、振动气冲法、 袋装碎石桩法、强夯置换法等。它们虽然施工工艺不同于振冲法，但同样可形成 密实的碎石桩，因此碎石桩的内涵扩大了，,,,,,认为“碎石桩代表施工过程的最 后结果:陇捌。,,,,年德国凯勒公司(,,,,,,)按斯图门(,,,,,,,,,)设计制造出具 有现代振冲器雏形的机具，并用于柏林市郊的一栋建筑物地基，处理深度,(,,， 处理后砂基相对密度由原来的,,,提高到,,,，承载力提高,倍?,。斯图门到美国 后，,,,,年成功地加固了安德斯坝基，并得出振冲法可以有效地提高砂基相对密 度的结论。,,,,年后，该法在美国得到了普遍推广，振冲法加密砂基的有效性和 经济性越来越为人们所承认。 ,,年代末和,,年代初，德国和英国相继把振冲法用来加固粘性土地基，如在 德国纽伦堡有个工程，地基中有一层软粘土，施工时先在地基中利用振冲器造,(,, 深的孔，填入碎石再用振冲器将碎石振捣密实。,,,,年，振冲法被引入英国，英 国的工程师把电动振冲器改为水力驱动，并用它加固垃圾、碎砖瓦和粉煤灰。软 粘土地基经过这样处理后承载力显著提高。目前国内外已广泛采用振冲后碎石加 固软粘土，并取得良好效果。 日本是多地震国家，,,,,年引入振冲法，用它来加固油罐的松砂地基，目的 是提高砂基的抗液化能力。日本十胜冲地区于,,,,年发生,(,级强震，震害调查 结果表明，经振冲法加固的砂基液化现象大为减弱，建筑物基本保持完好，而未 经处理的砂基上的建筑物则受到严重破坏，从此振冲法作为砂基抗震防止液化的 有效处理措施被广泛选用。目前国外许多大型地基工程，如美国箱峡水电站、斯 本索火电厂、卡尔隆原子能电站，埃及的阿斯旺大坝体水下吹填砂的加密，尼日 利亚杰巴电站坝基，加拿大依斯曼坝坝体水下砾石加密，喀麦隆共和国拉格都水 电站回填砂砾加密等均采用了振冲法处理。振冲碎石桩处理的软粘土地基，如英 国底斯港料罐、汉敦港料罐(直径,,,,一,,,)、美国庞德雷湖公路以及大批工业与民 用建筑。 国内应用振冲法加固软土地基始于,,,,年南京船舶修造厂船体车间的软土地 基加固。,,,,年，北京勘测设计院振冲公司仅用,,天既成功的处理了宫厅水库大 坝下游,,,,平方米的可液化砂层。,,,,年他们又在援建非洲喀麦隆共和国的拉格 都水库工程中，用振冲法加固了,,,,平方米的软弱淤泥质土。现在，除个别省外， 振冲碎石桩法己应用于全国各地的建筑、水利、交通、石油等行业的许多工程项 目的地基加固工程中。当前我国振冲设备也在不断改进，,,,,大功率振冲器已经 问世。二十多年来中国在大坝、道路、桥涵、大型厂房及工业与民用建筑地基上 广泛采用振冲法加固。如在十字板强度低于,,,,,的软粘土地基，在含水量达,,,, ,,第一章绪论 的淤泥、泥炭地基采用振冲法加固都有成功的实例。为了克服振冲法加固地基时 要排出大量泥浆的弊病，河北省建筑科学研究院采用干振法加固地基，在石家庄 和承德等地区取得了效果。 随着工程实践的大量应用，推动了碎石桩理论研究的发展，复合地基强度和 沉降计算方法取得了很大发展。国外学者,,,,,,,—,,,,,,幢,,，,,,,,,及,,,,啪,等 都提出碎石单桩的承载力计算公式，盛崇文瞳,,,,,,年将,,,,,,理论推广到复合地 基，导得了满堂加固碎石桩的复合地基承载力，并且于,,,,年推荐采用桩或土的 载荷试验资料、置换率及按经验估计桩土应力比来推算复合地基的变形模量，并 以此计算复合地基承载力和沉降量啪,，林孔锱啪,用圆弧滑动法计算复合地基的极 限承载力，郭蔚东、钱鸿缙啪,(,,,,)研究了塑性能量和广义,,,,,,法求解柔性碎 石桩发生鼓胀破坏、整体剪切破坏及相应破坏形式的复合地基承载力;王余庆口妇 等利用现场静载荷资料对圆筒形孔扩腔理论、被动土压力理论、极限平衡理论、 索恩伯经验曲线理论等进行了可行性验证。,,,,,,??(,,,,)假设桩侧向膨胀时体 积不变，且在沉降过程中桩的垂直应力和侧向应力不变，得到碎石桩的沉降量计 算式;,,,,,,,,(,,,,)根据弹性半空间理论导得了复合地基在垂直荷载下的沉降 量计算公式;,,,,,,嘲脚,(,,,,，,,,,)用有限元方法计算复合地基的沉降量和沉降 速率;,,,,,,,,,汹,(,,,,)把复合地基承载性状分为弹性和塑性状态，分别计算沉 降然后取大值。用以上方法计算复合地基沉降参数较多，计算较为繁琐，有的还 用到数值分析方法，因此工程应用较少。工程实践中复合地基沉降量的计算一般 采用复合模量法国,,、应力修正法啪,或沉降折减系数法?来计算。上述这些都是现 阶段复合地基理论成果，但对复合地基实际承载过程中桩和土的应力应变变化规 律还缺乏更深入的研究，因而复合模量的计算，桩土应力比的变化规律及沉降折 减系数的计算等尚待进一步探讨。 ,(,(,碎石桩复合地基的特点 从加固机理上讲，碎石桩可以对不同性质的土层同时发挥出几种加固作用。例 如，振动加密作用、排水作用和挤密作用等，可以有效的提高地基的承载力和减 少沉降，对于可液化的砂性土、粉土及轻亚粘土还可以防止地震液化，对于饱和 软粘土可以加速地基土的固结沉降过程。 碎石桩桩体材料可以就地取材，多种多样。碎石、矿渣、粗砂、砖块等都可 以起到良好的加固效果。施工中不用木材、钢材和水泥，施工技术简便易行，施 工速度快，受环境气候影响小。大量的工程实践表明，它比传统的开挖回填、预 加载、砂井排水等处理方法造价更低，却能满足更高的要求。大量的工程实践表 明用碎石桩代替预制桩方案，一般可节约投资,,,,一,,,，因此，有很好的经济效益 和推广价值。碎石桩是由散体材料组成的，材料本身没有黏结强度，桩体的强度 第一章绪论 主要靠周围土体的约束和桩身材料的摩擦角维持的。在承受上部荷载时，桩体主 要受力集中区在桩顶附近,倍左右的桩径范围内，桩身的变形主要是由于桩顶段 的鼓胀造成的，这也是造成碎石桩复合地基破环的主要原因。当加固土体的抗剪 强度很小时，它所能提供的侧限作用就较小，不能使碎石桩得到所需的径向支持 力，所以桩体就会产生鼓胀破坏，使加固效果不佳。 ,(,(,碎石桩应用举例 碎石桩加固软土地基，可以是单桩形式，但应用很少;可以是线性分布形式， 如房屋墙脚地基下的碎石桩条形基础;也可以是群桩形式，如油罐，粮仓等筒体 建筑物基础下的群桩(满堂红)布置的碎石桩复合地基等等。表,(,和,(,列出了 国内碎石桩加固地基的部分工程实例，可见，碎石桩法已大量应用于砂土、淤泥 质土、粉土、粘土、杂填土、甚至砾石地基，其适用土层的范围己相当广泛。 表,(,碎石桩法加固砂性土的工程效果 ,,,，,,(,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,;,,,,,,,, ,,,,,,, 碎石桩加同参数 工程 地质概况桩径桩长布桩加固效果评述 名称 ,,,间距(,) 兴旺 以粗砂为填料，加固松散砂壳坝 坝坝 中砂或粗砂坝壳,,,,,,,,,(,,,(,壳，相对密度由加固前的,(,, 壳加 ,(,提高到,(,,,(,以上 固 松华 碎石桩重度,,,,,,,,，桩间土 坝主没有很好级配的碎,,,,(,,,(,, 重度,,,(,,,,,,，桩间士相对 坝后石土,,,,,(,,(,, 密度达,(,, 坝坡 宫厅厚,,,第四纪砂乱孔距,, 平均,,振冲后表层,,范围内标准贯击 水库石层，表层含厚,,正三角形 左右数增长,倍 坝基,,中细砂层布孔 南通土层为第四纪长江沉降模量提高,(,倍，桩间土标 桩间 天生冲积层。填土厚准贯击数增加了一倍多，桩土应 ,,,,(,,,三 港电,(,,，轻亚粘土厚力比为,(,,,(,，加固后地基 角形布置 厂,(,,，粉砂厚,(,,绝对沉降与差异沉降显著变小 ,,第一章绪论 表,(,碎石桩法加固粘性土的工程效果 ,,,，,,(,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,;,,,,,(, 碎石桩加嘲参数 工程名桩桩 地质概况布桩加固效果评述 称径长 ,,,间距(,) 浙江炼表层,,厚的风化硬壳，桩距,(,,处理后地基沉降比没加固处理 油厂软下层为流塑状淤泥质,,,(,,(,,三角形时减少,,,，复合地基承载力较 基粘土布桩天然地基提高了,倍 南京上，层填土厚,,，，，层亚通过建筑物运营三年时间的沉 桩距,(,,梅 元门水粘土或粘土厚,,，?层,,,降观测，滤池地基差异沉降很 花型布桩 厂淤泥质亚粘土厚,,,小，平均倾斜率为,(,,,, 振冲纠长江河漫滩地基，上层沿罐周边布 ,,减少差异沉降,,,，取得了明显 正江宁,,,以内以淤泥质粘土孔，孔距 ,的纠偏效果 油气罐为主,(,, ,(,研究对象、内容及方法 云南罗(村口)富(宁)高速公路是衡一昆国道主干线(,,,,)中的一段，位 于富宁县境内。在本项目的第,,合同段富宁立交区，全部位于软弱地基地段。大 面积的软基，且软土具弱膨胀性，厚度平均达,,,(,,,,,,,之间)，并且位于,,, ,,的缓冲地带，处治起来很棘手。业主先后多次召集设计、监理、施工单位，提 出了很多方案，比如桥梁通过、袋装砂井、片碎石垫层等，都一一被否定。最后 经过反复探讨，设计方提出了深层加固、侧向约束的综合处理方案。软土地基不 仅软、深、广，而且位于缓坡地带，要确保软土地基处治后的填方不产生蠕动， 必须要对软基两侧及中部进行约束。在填挖交界处，我们通常采用挖土质台阶的 办法对填方进行约束，防止滑动。但如此大面积的软基是无法开挖土质台阶的， 只能采取其他办法，在《路基》设计手册中，软基处治的方法也提到了“侧向约 第一章绪论,, 束法:。由于罗富高速公路,,合同段富宁立交区软基的特殊性及对处治效果要求 高，本文就地质地形情况、处治方案、施工工艺、监测效果及经验总结等几方面 进行了研究。 ,(,(,研究方法 由于设计方案已根据土质情况进行设计并付诸实施，本文对工程实例实际工 程观测数据进行了采集分析，并加以对比。这种经验类比和工程类比的方法在实 际工程中应用很多，本文以此展开研究并作为相同地质情况的处治参考。 ,(,(,研究内容 本文结合实际工程，对复合地基的加固机理和沉降规律进行深入的研究，为 复合地基设计和沉降预测提供理论依据，所做的工作概述如下: ,、复合地基理论发展，碎石桩和,,,桩发展概述、理论研究以及在复合地基 处理中的应用; ,、常用的软土地基处理方法，碎石桩、,,,桩处治软土地基的作用机理，联 合处治软土地基的方法设计; ,、常用的软土地基处理方法及施工工艺，振动沉管碎石桩的施工工艺和方法， ,,,桩的施工工艺、常见问题及原因，联合处治软土地基的施工工艺; ,、复合地基沉降计算理论，碎石桩复合地基沉降计算理论，实测沉降数据及 数据分析，位移数据分析及结论; ,、各种桩型的定性选择原则，费用定量比较及联合处治软土地基的技术经济 综合评价。 ,,第二章联合处治软十地基的设计方法 第二章联合处治软土地基的设计方法 在我国沿海地区及内陆平原或山间盆地都广泛地分布着不同类型的软土，其 主要特点是地基承载力较低，荷载作用下变形较大，这给公路修建带来了许多工 程问题。软土地基具有孔隙比大、天然含水量高、压缩性强、承载能力低等特点， 因此软土地基处理是公路工程施工中遇到的难点之一，也是勘察设计及施工单位 重点解决的一个环节。 软土是指在滨海、湖泊、谷地、河滩上沉积的，天然含水量高、孔隙比大、 压缩性强、抗剪强度和承载力低的软塑到流塑状态的细粒土，如淤泥和淤泥质土， 以及其它高压缩性饱和粘性土、粉土等。淤泥和淤泥质土是指在静水或缓慢的流 水环境中沉积、经生物化学作用形成的粘性土。当天然孔隙比,大于,(,时，称为 淤泥;天然孔隙比,小于,(,而大于,(,时，称为淤泥质土。当土的燃灼量(主要是 指水中植物遗体)大于,,而小于,,,，而天然孔隙比大于,(,时称为有机质土;燃 灼量大于,,,时，天然孔隙比一般大于,的称为泥炭。软土是自然历史的产物，是 随着地理、气候、沉降环境的变化而形成的。 由于不同地区的软土形成机理则不同，在软土路基上修建公路，会遇到稳定 及变形等工程问题，必须对软弱地基进行特殊处理。在实际工作中若处理不当， 极易造成路基的沉降过大，进而使路堤失稳、路面开裂及桥台与路基的沉降不同 而产生桥头错台等现象，导致公路破坏或不能正常使用。 地基处理方法的分类可有多种多样。按处理深度可分为浅层处理和深层处理; 如按时间可分为临时处理和永久处理;按处理土性对象可分为砂性土处理和粘性 土处理，饱和土处理和非饱和土处理等?叫幻。地基处理基本方法及适用范围如图 ,(,所示。 在处理软土路基过程中，要注意遵循以下原则:投资少、效益高、少占农田、 安全实用:密切结合当地工程地质条件、材料供应、施工力量和工期要求，因地 制宜，达到技术上先进、经济合理;积极采用新材料、新工艺、新结构、提高劳 动生产率，降低成本，缩短工期。结合近几年国内对软土地基的处理经验，在目 前有限的施工期内，要通过软土地基处理技术完全消除工后沉降是不可能实现的， 也就是说在施工后修补沉降是不可避免的。因此，软土地基处理应结合当地工程 地质条件、经济技术条件和施工工期要求，制定切实可行、经济合理的处理措施， 使处理后的工后沉降满足地基处理设计的控制指标。 第二章联合处治软土地基的设计方法,, 机械碾压法(适用于处理浅层非饱和软弱地基等) 重锤夯实法(适用于地下水位以下稍湿的粘性土、砂土等) 平板振动法(适用于处理非饱和无粘性土和透水性好的杂填土) 强夯挤淤法(适用于厚度较小的淤泥和淤泥质七) 爆破法(适用于饱和净砂，非饱和砂、粉土等) 换土垫层 强夯法(适用于碎石土、砂,十、素填土、杂填土等) 挤密法(适用于杂填土、松砂和软弱粘性土等) 堆载预压法 真空预压法(适用于处埋厚度较大的饱和软土和冲填土) 降水预压法 地基处理 电渗排水法 法, 排水固结 土,合成材料(适用于砂,二、粘性土和软土) 加筋七、十锚、土钉、锚定板(适用于人,填十) 加筋法 树根桩(适用于稳定士坡支挡或建筑物的托换工程) 碎石桩、砂石桩、砂桩(适用于粘性土、松砂、人工填土等) , 法, 注浆法(适用于岩基、砂土、粉十、淤泥质粘土、粉质粘土等) 高压喷射注浆法(适用淤泥、淤泥质士、粘性土、黄土、砂土等) 胶结法 水泥土搅拌法(适用于淤泥、粉土和含水量高的土等) , 热加同法(适用于非饱和粘性十、粉士和失陷性黄土) 热学法丁 冻结法(适用于各类士，特别是软土) 图,(,地基处理基本方法及适用范围 ,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,，,;,,,,,,;,,, ,(,联合处治软土地基的机理研究 由于土体是由不同尺寸和不同成份的土粒组成的多相分散体系，从构成土体 的整体强度来讲，起决定作用的是土粒之间的粘聚力和土粒之间的内摩阻力。在 通常情况下，土中矿物都具有不同程度的亲水性，水的浸入使土体与水发生强烈 的相互作用，致使土粒周围的结合水膜加厚，特别是扩散层松弛，结构水的增多 而引起土体的膨胀;水的存在又起到润滑作用，降低了土粒之间的内摩阻力;大 量水浸入土体使土体离散，形成湿塌或水化现象，降低了土体的稳定性。 影响土体稳定性的因素较多，一般来说，主要有分散度、土的成分、土中天 然胶质的性质以及土体的密实性。土体的密实度越大，则孔隙率越小，水不易浸 入土体，因而水稳定性较好。 从土体的特性可知，含水量和密实度对于土体的强度、稳定性影响较大，这 也是加固处理的关键,引。比如饱和软土，由于其含水量高、粘粒含量多、粗颗粒 含量少、渗透性差，若直接采用强夯效果很差，甚至夯后地基承载力降低，导致 这种现象的关键因素在于强夯过程中和强夯以后，饱和软土中超孔隙水压力不能 消散，地下水不能排出，强夯所施加的能量根本不能改变土体结构，全部被超孔 隙水压所吸收，甚至于引起原有土体结构破坏，形成“橡皮土:。 ,,第二章联合处治软土地基的设计方法 但若在饱和软土中打入挤密碎石桩，使其在饱和软土中形成竖向排水通道， 随着几次强夯震动后的时间推移，土体中的自由水和毛细水将随着超孔隙水压力 降低，从土的颗粒间隙或人工排水通道中由高压区向低压区排泄，软土产生排水 固结。同时作为竖向排水通道的碎石桩体，在地基挤密和强夯夯击双重作用下， 桩体产生径向变形，迫使周围土体产生被动抗力，从而发生“挤土效应:，使土 的相对密度增加，而且此时强夯引起的大部分剪应力集中于桩体，使桩间土承受 的剪应力得以衰减，增强了地基土的抗液化能力。因此软土地基经碎石桩和强夯 联合作用后，地基土性能将大大改善，密实度、抗液化能力以及承载力将大幅度 提高，并且强夯后的硬壳层构成一个承台置于较密的碎石桩上，也增加了地基的 整体强度和均匀性?，。这就是一种联合处治软土路基的方法。 在管桩复合地基中,,?,，为保证充分发挥桩和桩间土的承载作用，通常要设 置一定厚度的褥垫层，通过改变褥垫层的厚度和模量，来调节桩土之间的应力比。 复合地基在竖向荷载作用下，加载初期垫层为桩提供一个向上刺入量，桩上部存 在负摩阻力，同时该负摩阻力对土产生向上的反作用力，这将提高桩间土的承载 力。随着荷载的增加，垫层材料不断调整补充到桩间土上，保证在任意荷载下桩 和桩间土始终参与工作。负摩阻力的存在是桩体复合地基的一个受力特性。在某 一深度范围(即中性点)内，土的位移大于桩的位移，土对桩产生的摩擦力为负摩 擦力，在中性点以上，桩的轴向应力随深度增加而增加;中性点以下，桩的位移 大于土的位移，土对桩产生正摩擦力，桩的轴向应力随深度增加而减小。 罗富高速公路,,合同段富宁立交区位于大面积软土地基范围内，且软土具有 弱膨胀性。经过地质勘探及现场挖探表明，软土层厚为,,,,,，其下为持力层， 土质为黑色淤泥，弱膨胀性粘土，地表种植大量农作物。软土系长年冲积、堆积、 植物腐化形成。我们对软土取样试验，结论见下表,(,: 表,(,软土取样试验数据 ,,,，,,(,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,，, ,,,,, 天然含水量孔隙比快剪压缩系数饱和度 数值,(„)(,),内摩擦角,,(,泌 最小值,最人值,,,,,,(,,,,(,,(,,,,(,,(,,,(,,,,,,, ,,,,),，(,) 平均值,,,(,,(,,(,,, ?,。(粘士),,,,,为非软土值? ,,?,(,?,(, ?,,。(亚粘土)潮湿状态 表中数据表明，试验平均值均在非软土值之外，土质明显为软土;且土样自 第二章联台处治软十地基的设计方法 由膨胀率平均值为,,,，属弱膨胀性土质。土样的孔隙比,,,,，接近,(,，属于 淤泥质土。承载力很低(见图,(,)。 磋 圈,,施工现场土样 ,,“,,,,,,,,,,，,?,,,,,,,?,,?,,,,,,,, 主线,,,，,,,,,,,，,,,,,,段最高填土为,(,米，地面纵向坡度为 ,,,,, (台匝道)，路线纵坡为,,,,,(属于典型的缓坡软基地带。软土表层为,,,,, 的泥炭状弱膨胀性粘土，处治时必须同时考虑两个因素:路基稳定和路基沉降。 ,,碎石桩处治路基沉降 碎石桩是以碎石(卵石)为主要材料制成的复合地基加固桩。碎石桩和砂桩等 在国外统称为散体桩或租颗粒土桩。所谓散体桩是指无粘结强度的桩，由碎石柱 或砂桩等散体桩和桩间土组成的复合地基亦可称为敞体桩复合地基。目前在周内 外广泛应用的碎石桩、砂桩、渣土桩等复合地基都是欺体桩复合地基。 碎石桩是散体桩的一种，按其制桩工艺可分为振冲(湿法)碎石桩和干法碎石 桩两大类。采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法碎石 桩。采用各种无水冲工艺(如千振、振挤、锤击等)制成的碎石桩统称为干法碎石 桩。振动水冲法是,,,,年由德国凯勒公司设计制造出的具有现代振冲嚣雏形的机 具，用来挤密砂土地基获得成功。,,世纪,,年代初，振冲法在德国开始用来加固 粘性土地基，由于填料是碎石，故称为碎石桩。之后，在各国推广应用。 ,,,;,,,,，,(,…?认为碎石桩的加固原理因加固土体的性质和状况的不同而不 同，一般可分为挤密和置换二种作用。在饱和特性土上，碎石桩加固的主要机理 ,,第二章联合处治软十地基的设计方法 是置换;砂性土上，则同时兼有挤密和置换二种作用。一般认为，饱和土体的挤 密作用随土中细颗粒含量的增加而减小，置换作用随细颗粒含量的增加而增加， 当小于,,的颗粒含量超过,,,,,,,,,时，挤密效果就很差。 ,(,(,对砂土、粉土及非饱和粘性土的加固机理 碎石桩对砂土、粉土及非饱和粘性土的加固作用主要体现在:挤密作用、排水 减压作用、预振作用及减震作用方面。 ?挤密作用 由于碎石桩在成孔和成桩过程中，将原桩孔中的土体全部挤到桩周围，桩间土 受到扰动，土粒重新排列，孔隙比减少，使桩间土变密，这就是挤密作用。有效 挤密范围可达,—,倍桩直径。 ?排水减压作用 松散砂土(包括某些粉土)在受振动时，土颗粒会处于运动状态，在惯性力的作 用下，土体有增密的趋势。如果孔隙水不能排出，就会造成孔隙水的不断上升， 以至产生液化。而反滤性和渗透性良好的碎石桩的存在，使得孔隙水可以迅速排 出，从而有效地防止了孔隙水压的增高和土体的液化。,(,(,,,,认为，当碎石桩 桩径与桩距之比大于,(,,时，即可有效防止土层的液化。此外，碎石桩的存在， 也大大缩短了桩间土的固结排水路径，有利于土体的固结和抗剪强度的提高。 ?预振作用 对于具有液化势的土体，由于碎石桩施工中的强烈振动，使土体产生了较大 的动应变，土体得到挤密，密度得到了增加。土体产生的这种预振，可大大改善 地基土的抗液化性能。,(,(,,,,(,,,,),羽在土木工程师协会年会土体液化研究发 展水平报告中指出，即使先期应变没有使砂土的密度产生重大改变，也能促使引 起液化的应力要提高约,(,倍。在更剧烈的先期应变下，会导致引起液化的应力 增加得更多,引。,,,,嘲,等人的实验进一步表明，经预振后，相对密度为,,,的砂样 的抗液化能力相当于密实度为,,,的未经预振的砂样。 ?减震作用 对于可液化砂基，经加固后，地震剪应力是由桩间土和碎石桩共同承担的。 碎石桩的剪切模量比同截面桩间土的剪切模量要大得多，因而地震力作用时，剪 应力在桩上发生集中，从而相应使桩间土的剪应力减小，使地震烈度相应得到降 低。 ,(,(,对饱和粘性土的加固机理 碎石桩对饱和粘土的加固作用主要体现在:置换作用和排水作用。 ?置换作用 饱和粘性土粘粒含量大，粒间结合力强，在外力作用下，挤向四周的土体挤 第二章联合处治软土地基的设计方法,, 压周围土体，使土体产生侧移和地表的隆起，因此，饱和粘性土地基上的碎石桩 加固不是通过挤密桩间土，而是通过以刚度较大的桩体置换桩体部位的软土分担 上部荷载而实现的。由于碎石桩的刚度比桩间土的刚度大，在荷载作用下，为了 保持桩土变形的协调，地基中的应力将向桩身发生集中，从而相应减小了桩间土 承受的应力，使复合土体的承载力较原地基有所提高，沉降量得到下降。 ?排水作用 饱和粘性土的粘粒含量高，渗透性差，抗剪强度低，对碎石桩的约束能力也有 限。由于设置了反滤性和滤透性都较好的碎石桩，使得土体固结排水路径大大缩 短，固结速度大大提高，土体的强度和对桩体的约束能力也得到提高，从而使复 合地基的承载力得到提高。 ,(,(,碎石桩处治路基沉降 在罗一富高速公路,,合同段富宁立交软土区处理中，为解决路基沉降问题(将 沉降控制在规范容许的范围内)，必须进行深层处治，对泥炭土进行排水加固，提 高承载能力。在云南常用的处理方法有:粉喷桩、碎石桩、袋装砂井、塑料排水 板等，由于地下水丰富、土体天然含水量高，用塑料排水板排水固结处理明显不 合适;且泥炭类土属次固结比例很大的土类，不宜采用砂井排水加固地基;水泥 与泥炭类土结合差，难以提高土体强度，粉喷桩也不适宜;碎石桩的置换挤密、 排水固结等作用对泥炭类土是比较合适的处治方法，虽然短时间内不能迅速加速 固结沉降，但其长期效果能减少路基总沉降量。 振挤碎石桩，也称振动沉管碎石桩，它是采用振动沉管打桩机为主要机具， 模仿挤密砂桩工艺制造的碎石桩。用振挤碎石桩处理软粘性土地基，主要是挤出 部分软土，代以强度刚度都远比软土高的碎石桩体，起加强加筋作用，与剩下的 软土一起构成复合地基，从而改善原软土地基的工程性能。在罗一富高速公路,,合 同段富宁立交软土区处理中，振挤碎石桩主要起到置换加筋、排水固结以控制路 基沉降的作用。 ?置换加筋 碎石桩的强度和压缩模量比桩间土高，碎石桩和桩间土共同工作构成复合地 基。复合地基中的碎石桩在外荷载作用下，其压缩性比桩间土明显小，从而使基 础传给复合地基的附加应力随着桩土的等量变形会逐渐集中到桩上来，使桩周软 土负担的应力相应减小。结果与原地基相比，复合地基的承载力提高，压缩性减 小，这就是碎石桩体的应力集中作用(碎石桩在复合地基中既置换了一部分桩间 土，又在复合地基中起到桩柱作用)，就这一点来说，复合地基犹如钢筋混凝土， 而复合地基中的桩犹如混凝土中的钢筋。 碎石桩的强度和压缩模量与桩间土对桩的约束力有关。约束力越大，桩的压 ,,第二章联合处治软土地基的设计方法 缩模量越大，强度越高;反之则低。复合地基中由于存在着碎石桩，碎石桩本身 抗剪强度大于桩问土，桩间土与碎石桩构成的复合地基，其抗剪强度必然大于天 然地基。而且，在成孔过程中，使桩位处土向四周挤压，使其周围土的密度增大， 灌入碎石时周围土的密度再次加大，从而使桩间土得到加固。 ?排水固结 在软弱粘性土地基中，碎石桩像砂井一样起排水作用，从而加快地基的固结 沉降速率。在选用碎石桩时考虑级配，则所制成的碎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路径， 加速软土的排水固结，使沉降稳定加快。 ?垫层作用 对于软弱土层较厚的情况，桩体有可能不贯穿整个软弱土层，这样一来，软 弱土层只有部分厚度的土层转换为复合土层，其余部分仍处于天然状态。对这种 桩体不打到相对硬层，亦即复合土层与相对硬层不接触的情况，复合土层主要起 垫层的作用。 碎石桩是依赖桩周土体的侧向压力保持形状并承受荷重的，承重时桩体产生 侧向变形，同时通过侧向变形将应力传递给周围土体。这样一来，碎石桩和周围 土体一起组成一个刚度较大的人工挚层，该垫层能将基础荷载引起的应力向四周 扩散，使应力分布区域均匀，从而提高复合地基的整体承载力。另外，整个碎石 桩复合地基对于未经加固的下卧层也起到了垫层的作用，垫层的扩散使作用到下 卧层上的应力减小并趋于均匀，从而使下卧层的应力在允许范围内，提高地基的 整体抵抗力，并减小地基沉降，这就是挚层的应力扩散和均布的作用晦,,,,,。 此外，碎石桩在地基中还起到竖向排水通道和提高土基抗滑能力的作用，大 大缩短了孔隙水的渗透途径，促进了孔隙水压力的消散，提高了饱和粘土排水固 结的能力，使沉降稳定加快。 ,(,,,,管桩处治路基稳定 桩基础是最古老的基础形式之一，也是目前应用最广泛的基础形式之一，桩 基础按施工方法的不同，大致可以分为预制桩和灌注桩两大类;若按桩设置效应 的不同，则可分为挤土桩、小量挤土桩和非挤土桩。 从施工方法来看，预应力混凝土管桩属于预制桩型;而从设置效应来看，则 有两种情况:对于下端封闭的预应力混凝土管桩，在沉桩过程中都将桩位处的土 大量排挤开，因而使桩周土的结构受到严重扰动破坏，故属挤土桩;对于下端开 口的预应力混凝土管桩，沉桩时对桩周土体稍有排挤作用，但土的强度和变形性 质变化不大，因而属于小量挤土桩。 第二章联合处治软土地基的设计方法,, 关于沉桩挤土效应的研究，一直是岩土工程中的热点课题。其研究方法可以 大致分为两类，即试验研究和理论分析。国内外不少专家和学者从不同的方面对 此课题进行了研究，并取得了相当丰富的实践经验和理论成果。大致概括起来， 主要有如下方面的内容: ?沉桩时桩周土和桩端土产生的应力、应变、位移及其超静孔隙水压力研究; ?沉桩时桩侧和桩端阻力的计算研究，即如何合理估算压桩力; ?沉桩完，土的工程力学性质随时间变化研究，即土体触变性研究; ?沉桩完，土中超静孔隙水压力随时间消散规律研究，即土体固结问题研究; ?沉桩后，桩基承载力随时间增长规律的研究，即承载力时效的研究。 ,(,(,静压桩作为挤土桩的机理研究 静压桩作为挤土桩，在沉入饱和粘性土、特别是饱和软土地基的过程中会对周 围环境产生影响，这种影响主要表现在以下,个方面:?压桩时桩周土层被压密 或挤开，使土体产生水平移动或竖直隆起，可能造成邻近已压入的桩产生上浮、 桩位偏移和桩身翘曲折断，并可使邻近建筑物破坏、管线断裂、道路不能正常使 用等;?压桩使土中孔隙水压力升高，造成土体破坏，未破坏的土体也会因超孔 隙水压力的不断传播和消散而蠕变，也会导致土体垂直隆起和水平位移;?压桩 过程中桩周土体被剧烈扰动，土的原始结构遭到破坏，土的工程性质发生改变; ?压桩后桩周土体中孔隙水压力会缓慢消散，土体会再固结，可能使桩侧受到向 下的负摩阻力的作用。一般认为静压桩没有打桩那样剧烈的振动，引起的超孔隙 水压力也没有打桩那么高，所以其挤土效应的程度与打桩有所差别。 ?挤土效应现象及解释 沉桩时，靠近桩尖的土体发生极限破坏，形成塑性流动状态，向桩尖以下和 桩侧向排开，通常在桩尖处形成,:,,,,,倍桩径的球状扰动区，土体挤密、开裂、桩 尖嵌入，并使桩周土体发生竖向隆起(表层)和水平径向位移(深层)。桩体表面存 在桩土间的接触、滑移和摩擦效应。桩土接触面上有较大的剪切作用，使得桩周 土体产生相对桩体的竖向位移和变形。 当桩周土体为饱和软土时，将产生相当高的孔隙水压力，从而大幅度的降低 了土体中的有效应力，从而使土体隆起及水平运动，造成挤土效应;当桩周土为 砂土时，因为砂土有很强的排水能力，没有超孔隙水压力产生，但沉桩过程中桩 体的挤压与振动作用会造成桩周土体应力状态的改变和土体颗粒的重新排列，也 会产生一定程度的挤土效应。 桩的入土体积越大，土的密度提高越高，挤土效应的影响范围就越大，一般 在桩侧约,,,倍的桩径、在桩尖以下约为,(,:,,,倍的桩径范围内。 ?挤土效应的研究方法 ,,第二章联合处治软土地基的设计方法 静力压桩的研究方法主要有现场量测研究、理论分析研究和数值模拟等方法。 其中现场量测研究开展的最早，人们从实测资料中总结了一些规律，提出相应的 经验公式，有些地区性施工技术手册给出了简易的计算放法，如下式: ,日,,，,,,，,(,(,) ,,,白,,,,(,(,) 厂———————?, 式中:?——?,、,尺,，巧„一尺;,,—一 ,，? 毛、岛、毛、职——经验系数;卜桩的截面积(,,); ,——计算点与桩中心的距离(,);,?和?,——计算点的水平位移和隆起量(,)。 模型桩试验也是静压桩研究的一种重要手段，以下介绍一种这样的试验。 试验用模型试验槽平面尺寸为,(,,×,(,,，深,(,,，一面装有机玻璃，可以 做半模试验，观察土体在沉桩过程中的位移。试验用砂为普通中砂，最大和最小 干密度分别为:,(,,,,,;,,和,(,,,,,,,,。模型桩为半圆形，直径,,,，长,,,;,， 用静压方式沉入土中,,;,(,,倍桩径)。模型桩与试验槽的距离与桩径比值达到,,， 试验槽壁对桩土系统的边界约束很微弱，可将本沉桩试验看作轴对称问题，填砂 方式采用称重后均匀抛撒，并在填至不同深度时实测填砂的密度与含水量，较核 所控制的填砂相对密度。最终的相对密度为,,,左右。位移观测点在桩体一个侧面 及桩尖以下区域水平均匀布置，通过观测土体的位移可以求得各处土体的密度。 试验结果是，松砂中静压沉桩的径向位移影响区域在,,;,(,倍桩径)左右，桩尖 以下位移影响区域为,,,,(,倍桩径。桩侧以径向位移为主，桩尖以下土体径向位移 迅速减小，竖向位移显著。受沉桩影响的桩周土分区示意图,(,。 , 表面隆起区域 , 径向变形区域 球形扰动区域 „,( 夕 图,(,桩周土分区示意图 ,,,,,,,(,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,, 实际工程中，受沉桩影响的周围土体范围没有以上松砂试验的那么大。 第二章联合处治软十地基的设计方法,, 在理论研究方面，提出的研究方法有圆孔扩张法、应力路径法、有限单元法 等。,,,,,和,,,,在应力路径方法的基础上，提出了压桩之后桩周附近土体的隆 起和随后的土体的固结沉降的估算方法。虽然按这个方法计算的结果比实测的结 果要大一些，但该估算方法仍是值得应用于实际工程计算的。,,,,,,,,应用球形 孔扩张理论得出了地表水平位移和垂直隆起的计算公式。 ?沉桩过程中的孔隙水压力 国外,,,,,,,,等人研究了沉桩过程中的孔隙水压力，结果显示:超孔隙水压 力等于甚至大于附加应力。然而，产生的超孔隙水压力随着离桩距离的增加而急 剧下降，即孔压消散的非常快。另外，土的灵敏度对孔压大小有显著的影响，灵 敏度高的土中的孔隙水压力值也高。 ?压桩过程中产生的土体位移 国外对桩周土体的隆起进行观测的研究较多，但结果却有较大的差异。以桩 周土体的隆起量与桩在土体内的总体积之比作为度量，比值为,,,:,,,,,。这些数 据上的差异大多数是由于在各自的观测中土的类型的差异产生的。,,,,,,和,,,,, 等对灵敏度不同的土中压桩产生的位移进行了测量，发现压桩时灵敏性土中的位 移比非灵敏性土中的位移小，这也从侧面说明在灵敏性土中压桩贯入更为容易。 分析一下压桩过程，当桩挤开周围土体时，土体中的总应力在增加;同时， 桩周土体由于剪切和重塑，有效应力在增大或减小(依赖于剪切时土体趋于膨胀或 收缩)。正常固结粘土不排水剪切时趋于收缩，故其有效应力减小，根据有效应力 原理可知，超孔隙水压力等于总应力与有效应力之差，因此，正常固结粘土中孔 隙水压在增加。沉桩完成后，孔隙水压力将从较高的孔压区向较低的孔压力区消 散，这将使桩周土体产生固结。所以，静力压桩问题也是一个固结问题。在固结 过程中土体骨架的压缩性是非线性的，要反应土体固结的非线性性状，求出沉桩 过程中的土体位移分布和孔隙水压力分布，应该采用建立在有限变形理论基础上 的大变形固结理论，比如,,,,固结理论。 挤土效应现象，使土体产生隆起和水平向的挤压，引起相邻建筑物和市政设 施的不均匀变形以至损坏;挤土效应引起的环境影响以混凝土预制方桩和闭口钢 桩为最，开口钢桩和开口混凝土管桩次之。 挤土效应不仅影响环境，也影响到桩基础本身，静压桩施工中常出现的两个 问题都与挤土效应有关。一个是桩体上浮问题，不少静压桩，特别是,,,管桩， 因为上浮“悬空:起来，复压时出现了非常大的沉降，很多桩的承载力达不到设 计要求，存在着严重的质量隐患;另一个是静压桩的“桩塞:问题，在渗透性很 低的软土(淤泥、淤泥质粘土)地基中压桩，会产生很高的孔隙水压力，若不能很 快消散，会造成沉桩困难，甚至损坏桩身，也就是通常所说的“桩塞:现象。同 ,,第二章联合处治软(十地基的设计方法 时由于有效应力降低，土体会发生隆起和侧向位移，使桩体产生上抬和水平挤动。 ,(,(,,,,桩解决路基水平位移问题 碎石桩能够显著提高基础强度，但对路基位移的作用不明显。碎石桩对增加 地基抗滑阻力有一定作用，但刚度很小，对控制路基填方的纵横向位移没有明显 的抵抗作用。对路基填方脚约束的方法主要有:设置构造物、设反压护道等。在 软土地段设反压护道容易起牵引反作用。针对富宁立交区软基，最佳办法就是打 桩。在《路基》设计手册中，提到了三种方法:打木桩、打钢筋混凝土桩、设片 石齿墙。木桩必须耗用大量木材，对环境保护不利，且无法找到十多米长的木桩; 设片石齿墙仅适于较浅层的软基，最后我们采用,,,桩植入地基，阻抗路基底部 两侧的侧向及路基纵向的位移。 ,(,联合处治方案选择 罗一富高速公路,,合同段富宁立交区位于大面积软土地基范围内，且软土具 有弱膨胀性。经过地质勘探及现场挖探表明，软土层厚为,一,,,,,，其下为持力层， 土质为黑色淤泥，弱膨胀性粘土，地表种植大量农作物。软土系长年冲积、堆积、 植物腐化形成，属泥炭状弱膨胀性粘土。就此，试验室对立交区土样进行了土工 试验，结果如表,(,,,(,。 表,(,,,,，,,,(”,,，,,,段土样试验数据说明 ,,,，,,(,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,，,,,,,,，,,,,,,,,,,，,,,(,,,,，,,, ,:程名称路基十石方:,:程取样地点,,,，,,,(,,,，,,,(,,,,，,,,) ,,,试验项目,, 入土,,,(,,,(,,,(, 深度,,,(,,(,,,(, (姗)(,。，,,),,,(,,,(,,,(, ,,,,,, 含盒号 水盒，湿土质蹙(,),,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,, 量盒，干士质鼙(,),,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,, 测盒质量(,),,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,, 含水鼙(,),,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,定 平均含水量(,),,(,,,(,,,(, 天然含水鼙,,,,(,, 备注土名代号:,,,液限,，,,,(,塑限,,,,,(,,,,,(,,塑指，，,,,(, 天然稠度,,(呒一形),„,,(, , 该土样为立交区主线,,,，,,,(,,,,，,,,填方段的土样，该段路基原为农田， 路基稳定性差，最高填土高度,(,米。土样取点为,,,，,,,左,,处，原地面线下 ,(,,，地下有渗水，土样呈灰褐色。天然含水量为,,(,,;液限为,,(,,、塑限为 第二章联合处治软土地基的设计方法 ,,(,,，塑性指数为,,(,。试验说明,,,，,,,(,,,,，,,,段土样为高液限粘土，应 进行填前处理。 表,(,,,,，,,,,，,,,(,,,段土样试验数据说明 ,,,，,,(,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,，,,,,,，,,,,,,,,,,，,,,:,:，,,,(,,, 工程名称路基土石方工程取样地点,,,，,,,(,,,，,,,,，,,,(,,,) ,,, 茹沪? 入土,,,(,,(,,,(, 深度,,,(,,(,,,(, (衄)(,，，,,),,,(,,(,,,(, 盒号,,,,,, 含 ,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,, 水盒，湿土质量(,) 量盒，干士质量(,),,(,,,,,,,,,(,,,,,,,,(,,,,(,, 测盒质量(,),,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,含水簧(,),,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,, 定 平均含水量(,),,(,,,,(,,,(, 天然含水餐,,,,(,, 备注土名代号:,,液限,，,,,,,,(,塑限,,,,,(,,,,,,,,(,,塑指，，,,,(, 天然稠度眩,(呒一形),„,,(, , 该土样为立交区主线,,,，,,,,,一，,,,(,,,填方段的土样，该段路基原为 农田， 路基稳定性差，最高填土高度,(,米。土样取点为,,,，,,,左,,处，原地面线下 ,(,,，地下有渗水，土样呈灰褐色。天然含水量为,,(,,;液限为,,(,,、塑限为 ,,(,,，塑性指数为,,(,。试验说明,,,，,,,:,,,，,,,(,,,段土样为高液限粘土，应 进行填前处理。 由于泥炭类土天然重度小，孔隙比较大，有机质含量高，介于,,,:,,,,,之间; 压缩系数高;主要结构型式为架空结构，有有机质及水膜连接;腐殖质结构疏松， 存在大量微孔隙;压汞实验显示，泥炭土以特大孔隙为主，其对渗透率的贡献质 特高;红外光谱分析显示，泥炭土腐殖质的宽吸收带有经基、梭基、芳烃等基团阿,。 泥炭地基的处理方法很多，应根据工程地质条件、工期、造价及环境要求等选 用。常见的处理方法有:浅层处理法、减载法、换填法、压重填土法、超载预压 法、砂井排水法、挤密砂桩法、深层搅拌法、桩基法等。各种方法有其功能要求， 应进行合理分析嘲,，具体见表,(,。 浅层处理法:仅限于浅层处理，一般不大于,,。在软土地基上进行浅基处理， 围捻堆码、吹填施工;并通过对观测孔进行观测的资料来指导施工，己经取得很 好的效果嘲,。 ,,第二章联合处治软土地基的设计方法 排水固结法:通过布置垂直排水井和水平排水沟，改善地基的排水条件，采用 加压、抽气、抽水或电渗等措施，以加速地基土的固结和强度增长，提高地基土 的稳定性，使沉降提前完成。 表,(,泥炭地基处理方法 ,,,，,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 方法分类方法分类 砂沟法 浅层处理法砂垫层法砂井法 铺设土工布法 ,,,法减载法挤密砂桩法 轻质填料法 开挖换填法深层搅拌法换填法深层加同法 挤泥法石灰桩法 压重填土法 桩板法 超载预压法结构措施桩帽法 桩网法 水泥土搅拌法:用于加固饱和粘性土地基的一种新方法。它是利用水泥或石 灰等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械，在地基深处就地将软土和固化剂强 制搅拌，由固化剂和软土问所产生的一系列物理和化学反应，使软土硬结成具有 整体性、水稳定性和一定强度的水泥加固土，从而提高地基强度和增大变形模量。 ,(,(,碎石桩设计 ?收集材料。 设计之前需要收集的材料有:工程地质勘察资料，基础设计资料，对碎石桩 复合地基承载力的要求及复合地基变形要求，已建工程的地基处理经验等。 ?确定桩长及桩径。 碎石桩的设计直径取决于导管直径:使用巾,,,,,导管时，碎石桩的设计直径 为巾,,,,,,使用巾,,,,,导管时，碎石桩的设计直径一般为巾,,,:,:巾,,,,,，不 得大于巾,,,,,。 桩长必须穿过软弱土层至压缩性较低的硬层，从地面标高算起宜在,,,以内， 并应满足桩端持力层和下卧层强度以及沉降变形的要求。基底标高以下，桩长不 应小于,,,基底标高以上，桩长应大于,(,,。桩端的终孔标准宜在现场试打，通 过试打测定最后,,,,,桩长的锤击数作为工程桩终孔的控制标准。 第二章联合处治软土地基的设计方法,, ?根据经验公式算出面积置换率,。 (,(,) ,,,,彰, 式中:,——桩的直径(,); 屯——等效影响圆的直径(,)。 等边三角形布桩以,,(,,, 正方形布桩以,,(,,, 矩形布桩以,,(,,,,,,,, ,，,，，,:分别为桩的间距、纵向间距和横向间距。 ?根据单桩设计直径,求出单桩加固面积,，进而求出桩间距。 (,(,) ,,万,,,,, 等边三角形布桩,,,(,,, 正方形布桩,,?, ,,， 矩形布桩,,,?, ?计算每米桩长投入量？(,,,,) (,(,) ？,万,,,, , 式中:,——设计桩径(,); 七——挤密系数，一般取值为,(,,,(,。 ?确定碎石桩的复合地基构造。 筏板基础宜优先采用等边三角形布桩，也可以采用正方形布桩;条形基础最 少应设置两排桩，并宜采用正方形布桩。 桩径一般为巾,,,一,巾,,,,,,，对于淤泥及淤泥质土选用较大的桩径。 桩距不宜小于桩径的两倍，且不得小于,,，也不得大于桩径的四倍;桩中心 至基础的边缘的距离宜等于桩径，不得小于,(,倍桩径;当条形基础因构造需要 而布置两排桩时，可不设保护桩，其他基础边缘外径均不宜设置保护桩,,,排; 对基础设有沉降缝，应在缝的两侧局部范围内加密桩距或对原桩进行复打。 基础施工前应将基底以下松散体清楚，清除厚度不小于,,,,,，然后回填碎石 垫层，并夯实或碾压密实，筏板基础的回填层应超出基础边缘,,,,,一,,,,,。 ,(,(,,,,桩设计 ?桩径的选择 工厂生产的预应力混凝土管桩桩径一般为,,,，,、一,,,,,，设计人员在选用预应 力混凝土管桩时，必须正确理解所选用的标准图集的适用范围和选用表中力学性 能的含义，并且结合工程地质情况、上部结构特点、荷载大小及沉桩设备(静压、 锤击)等条件，经综合分析计算后选用，不能自目地、随意地套用，如选用不正确 会造成浪费或沉桩时使桩身破坏。因此，在选用预应力混凝土管桩时，要注意沉 ,,第二章联合处治软十地基的设计方法 桩时产生的压力不应超过管桩桩身结构竖向承载力极限值。 ?桩长的确定 桩持力层宜为较厚较均匀的密实碎石(砂、粉)土层、坚硬粘土层、全风化或 强风化岩层;桩端进入持力层的深度，对于粘性土、粉土、残积土不宜小于,(,,， 砂土不宜小于,,，碎石类土不宜小于,(,,，强风化或全风化岩不宜小于,,。 ?桩距的确定 桩的中心距不得小于表,(,所规定的值。 表,(,预应力混凝土管桩的最小中心距 ,,,，,,(,,,,,,,，,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,，,,;,,,,, 桩基情况桩的最小中心距 独立承台内桩数超过,,根，人面积群桩,(,, 独立承台内桩数超过,根，但不超过,,根; 条形承台内排数不少于,排,(,, 其他情况,(,, ?管桩的抗拔设计 在工程中往往需要对桩基进行抗拔验算。为了充分发挥单桩抗拔力，在承台 与桩连接最薄弱的部位，要特别设计填塞入预应力管桩中的混凝土圆柱芯，在上 拔力作用时，这段混凝土圆柱芯最易连同承台一起从预应力管桩中拔出来，因此 在需要抗拔的管桩中，填塞入预应力管桩的混凝土圆柱柱芯的长度应通过计算混 凝土塞与桩内壁摩擦阻力来确定，此时混凝土与管桩内壁的粘结强度一般可取 ,,,,,,，此外，圆柱芯内的锚筋要验算其抗拉承载力是否满足单桩上拔力，需要 抗拔的管桩最好能留出足够长度的管壁钢筋与混凝土圆柱柱芯内的钢筋一起锚入 承台。 最后，在罗富高速公路第,,合同段富宁立交软土区选取了直径为,,,,,,,， 壁厚,,,,,,,的,,型桩，其抗裂弯矩为,,,,?,，极限弯矩,(。,,,,,,?,。 ,(,(,联合处治方案设计 整个立交区基本位于深层软土地段，考虑到车辆荷载及投资成本，,,,桩仅 用于主线路基两侧及路堤中部。具体分为两段: (,)主线,,,，,,,,,,,，,,,(,,,段，设双排,,米(右侧路堤脚)及 ,,米 (左侧路堤脚)的,,,—,,,,,(,,,,咖)管桩结合,(,:,,,(,米碎石桩处治;同 时沿路线方向，每隔约,,,在横断面方向设置双排,,,桩侧向约束碎石桩复合地 基，桩群均按梅花形布置。 (,)主线,,,，,,,(,,，,,一,,,，,,,段:主线路基左侧设双排,, 米的,,,,,,,,, 第二章联台处治软土地基的设计方法,, (,,,,,)管桩结合,,,,米碎石桩处治;同时沿路线方向每隔约,,米设域双捧 ,,,桩约束碎石桩复合地基，桩群均,;,梅花形布置。其它段落及匝道的深层处治均 只采用碎石桩处治，不设,,,桩。 处治方案示意图如图,,: 图,,罗一富高遵公路,,合同奎宁立交区处治方案示意圈 ,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,;,,,,黔,,,?,,, ,,,,,,, ,,第三章联合处治软土地基的施工工艺 第三章联合处治软土地基的施工工艺 ,(,软土地基常用施工方法 在公路施工中，由于跨线沿途的地质状况不同，现在的软土地基采用的方法 也很多，本文在此首先给出地基特别是软土地基常用的施工方法及其适用范围。 ?排水固结法 排水固结法是处理软粘土地基的有效方法之一，这种方法是对天然地基或者 先在地基中设置砂井等竖向排水体， 然后利用构筑物自身重量分级逐渐 加载，或在构筑物构造以前，在场地 先进行加载预压，使土体中的空隙水 排出，逐渐固结，地基发生沉降，同 时强度逐步提高的方法。排水固结法 主要用来解决如下两个问题:,)沉降 ,,固结压力, 问题，使地基的沉降在加载预压期问 ,一 大部分或基本完成，使构筑物在适用 酵嘎 镣 期间不产生不利的沉降和沉降差。,) 墨 稳定问题，加速地基的抗剪强度的增 长，从而提高地基的承载力和稳定 性。 常用是排水固结法主要包括:堆 围结压力, 载预压法、真空预压法、降水预压法、 图,(,排水固结法增大地基土密度的原理 电渗排水法等。 ,,,,,,,(,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 排水固结法的适用范围:适用于处理厚度较大的饱和软土和冲填土地基，但 对于较厚的泥炭层要慎重对待。 ?强夯法和强夯置换法 强夯法和强夯置换法是另一种常用的地基处理方法，它们主要用来提高土的 强度，减少压缩性，改善土体抵抗振动液化能力和消除土的湿陷性。 强夯法和强夯置换法是将重锤(一般为,,:,,,,,,,,)提升到高处(一般为,, ,, ,)自由落下，给地基以强烈的冲击力和振动，使土体结构破坏，孔隙压缩，土体 局部液化，通过裂缝排出孔隙水和气体，地基土在新的状况下固结，从而提高承 载能力，并降低其压缩性。强夯法施工简便，效果显著。 强夯法和强夯置换法的适用范围。 第三章联合处治软土地基的施工工艺,, 强夯法:适用于碎石土、砂土、杂填土、素填土、湿陷性黄土和低饱和度的 粉土与粘性土。对于高饱和度的粉土和粘性土，需经试验论证后，方可使用，且 应设置竖向排水通道。该法最大处理深度达,,,。强夯的震动可能会对周围环境造 成不良影响。因此，使用时要求考虑周围环境因素。 强夯置换法:适用于高饱和度的粉土，软一流塑的粘性土等地基上对变形控制 不严的工程，在设计前必须通过现场实验确定其适用性和处理效果。 强夯法和强夯置换法主要用来提高土的强度，减少压缩性，改善土体抵抗振 动液化能力和消除土的湿陷性。一般适合于,,,,底浅层处理。 ?振冲法 利用振动和水冲加固地基的方法叫做振冲法。振冲法由德国,(,,,,,,,,,在 ,,,,年提出，我国的应用开始于,,,,年。由于大量的工业民用建筑、水利和交通 工程地基防震加固的需要，该法得到迅速推广。振冲法早期用来振密松砂地基， 后来也应用于黏性土地基，振冲法演变成两类，振冲密实法和振冲置换法。 振冲密实法的加固原理依靠振动器的强 电统 水管 力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排 导杆 列，空隙减少，另一方面依靠振动的水平振动 力，在添加填料情况下还通过添乱使砂层挤压 减震嚣 加密。 鬈旷 振冲置换法的加固原理是利用振冲器在 高压水流下边振边冲，在软弱粘性土地基中成 潜水电机 孔，再在孔内分批填入碎石等坚硬材料，制成 一根根桩体，碎石桩体和原地基构成碎石桩复 合地基，以提高地基承载力，减小地基沉降。 联轴器 不加填料的振冲密实法适用于粘性含量低于 ,,,的松砂地基;振冲置换法适用于不排水抗 偏心块 剪强度大于,,,,,的粘性土，粉性土和人工填 鬟动嚣壳体 土等地基，有时还用来处理粉煤灰地基。 翼板 空心轴 由于振冲法施工用水量大，并在施工过程 滚动轴承 中排放泥浆，污染现场(为了克服这一缺点， 射水管 干法振动加固地基得到应用。利用干法振动成 孔器在软弱地基中设置碎石桩，干法振动加固 地基技术主要适用于松散的非饱和黏土、杂填图,(,振冲结构示意图 ,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,, ,, ,,第三章联合处治软土地基的施工工艺 土和素填土，以及二级以上的非自重湿陷性黄土。另外，各地还因地制宜应用沉 管干夯挤密碎石桩，干振道渣石屑桩，钢渣桩加固地基。 ?深层搅拌法 深层搅拌法施工是地基处理中的一种化学处理方法，它具有设备简单、操作 方便、工艺合理、,,,,,机器技术可靠、无振动、无噪音、无泥浆、无废水污染环 境、成本低、效果好等特点，是很适合我国国情的一种地基加固方法。根据固化 材料状态的不同，它又可分为粉喷(干燥状态的水泥)和浆喷(水泥浆)两种。 粉喷搅拌法是利用压缩空气通过固化材料供给机的特殊装置，携带着粉体固化 材料，经过高压软管和搅拌轴输送到搅拌叶片的喷嘴喷出，借助搅拌叶片旋转， 在叶片的背面产生空隙，安装在叶片背面的喷嘴将压缩空气连同粉体固化材料一 起喷出，喷出的混合气体在空隙中压力急剧降低，促使固化材料就地粘附在旋转 产生空隙的土中，旋转到半周，另一搅拌叶片把土与粉体固化材料搅拌混合在一 起，与此同时，这只叶片背后的喷嘴将混合气体喷出，这样周而复始地搅拌、喷 射、提升，与固化材料分离后的空气传递到搅拌轴的周围，上升到地面释放。 浆喷搅拌法是利用水泥浆作固化剂，通过特制的深层搅拌机械，在加固深度 内就地将软土和水泥浆充分拌和，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和足够强 度的水泥土的一种地基处理方法。水泥土的强度机理主要有两个方面的作用，首 先是水泥的骨架作用，水泥与饱和软粘土搅拌后，首先发生水泥的水解和水化反 应，生成水泥水化物，形 成凝胶体一氢氧化钙，将 土颗粒或小土团凝结在 一起，形成一种稳定的结 构整体。其次是离子交换 作用，水泥在水化过程 中，生成的钙离子与土颗 粒表面的钠离子(或钾离 子)进行离子交换，生成 稳定的钙离子，从而提高 土体的强度。较坚矬，:层 图,(,水泥搅拌桩复合地基形成条件示意图 ,,,,,,,(,,,,卜;,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,;,,粕,,,, 深层搅拌法最适宜加固各种成因的饱和软粘土，常用于淤泥、淤泥质土、粘 第三章联合处治软十地基的施工工艺,, 土、亚粘土等地质的加固，成桩深度可达,,,，采用多头小直径桩成墙深度可达 ,,,。在堤防除险加固工程中，深层搅拌桩适用于处理软基堤防上滑坡段的。同 时，还可以组成截渗墙，取得较好的防渗效果。 ?高压喷射注浆法 高压喷射法就是利用工程钻机钻孔至设计处理的深度后，用高压泥浆泵，通 过安装在钻杆(喷杆)杆端置于孔底的特殊喷嘴，向周围土体高压喷射固化浆液(一 般使用水泥浆液)，同时钻杆(喷杆)以一定的速度边旋转边提升，高压射流使一 定范围内的土体结构破坏，并强制与固化浆液混合，凝固后便在土体中形成具有 一定性能和形状的固结体。固结体的形状和喷射流的移动方向有关。一般分为旋 转喷射(简称旋喷)，定向喷射(简称定喷)和摆动喷射(简称摆喷)。旋喷桩主要用 于加固地基，提高地基的抗剪强度，改善地基土的变形性能，使其在上部结构荷 载作用下，不至破坏或产生过大的变形。定喷固结体呈壁状，摆喷形成厚度较大 的扇状固结体。定喷和摆喷通常用于地基防渗，改善地基土的水力条件及边坡稳 定等工程。 这种方法的适用范围为淤泥、淤泥质土、粘性土、黄土、砂土、人工填土和 碎石土等地基。对于陷性黄土以及土中含有较多的大粒径块石、坚硬性粘性土、 大量植物根茎或过多有机质时，应根据现场试验结果确定其适用程度。对地下水 流速较大或涌水工程以及对水泥有严重侵蚀的地基，应慎用。尤其适用于软弱地 基的加固。 ?静动力排水固结法 静动力排水固结法是近年来发展起来的一种软土地基处理新技术，具有处理 质量好、投资低、工期短的特点，对于淤泥和淤泥质土的处理，优势尤其显著。 它是在传统的强夯法和堆载预压及排水固结法基础上发展起来的，它利用强夯法 的夯击机具与排水固结法中排水体系进行软粘土地基处理。 ,,((((( ,,,,…(?一(一„一(一 (一,((一(一„,…?一。一? „…„?…„一 ,?一?一:?一„一 „一„一 ，，, 图,(,排水法原理示意图 ,,,,,,,(,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,; 这种方法通过设置水平排水体系(挖设盲沟，在盲沟交汇处设集水井;地表 ,,第三章联合处治软土地基的施工工艺 铺设一定厚度的砂垫层)，并设置竖向排水体系(插设塑料排水板)，改善地基土 的排水条件;土层在适量的静(覆盖)力、变化的动力荷载及其持续的后效力(动 力残余力，即动力作以后，在软弱土层上的土体静态覆盖力下仍能保持的残余力， 该残余力对促进软弱土体的排水固结作用必不可少，且十分重要)的超载作用下， 形成孔隙水高压力梯度，在人工排水体系及动载下产生的裂纹排水系统下，多次 发生孔隙压力的升降，孔隙水不断排出，孔隙体积减小，有效应力增加，土的抗 剪强度不断提高，孔隙比也逐步减少，工后沉降大大降低，地基土成为超固结土， 从而达到了软基加固的目的。 其特点如下: ,)夯击前，保证地基软土顶面有一定厚度的预压层(作为静力荷载及施压垫 层)，处理的土层利用适量的静力荷载、冲击荷载及其持续的后效力作为加载系统。 ,)设置与加载系统相适应的排水系统，保证软土层在复合力作用下产生的孔 隙水压力能迅速消散，土体固结。这是软土强度得以提高的另一基本条件。 ,)保证冲击荷载的作用不对软粘土微结构破坏。软土结构遭受破坏后大幅度 降低软土层渗透性，超孔隙水在停夯后难以排出，极有可能夯成“橡皮土:导致 工程失败。 该法强调通过信息化施工，进行施工质量的过程控制、处理平面或空间内的 点控制(便于减小差异沉降)。 ?灌浆法和化学处理 灌浆法是沿用至今的一中传统方法，它用于处理黄土，砂土以及洞穴，裂缝 等均能获得很好的效果，这些年在改进浆液材料如用超细水泥和其它新掺合剂， 以及灌浆等对环境的污染等方面做了不少工作。 但是在渗透性差的粘土地基中灌浆液难以有效的灌入，加固效果常不理想(新 的压密灌浆法的应用，使灌浆加固粘土获得新的生命力(压密灌浆与一般灌浆法 的不同之处是采用的浆液稠度大，灌浆压力高，浆液通过挤压形成浆泡，或填充 裂隙是土体强化(在实际重要注意其应用条件。 ?加筋土法 在土中铺设土工织物、钢带、尼龙绳等作为拉筋，使这种人工复合的土体承 受抗拉、抗压、抗剪和抗弯拉的作用，以提高地基承载力，增强地基的稳定性和 减少沉降量。前在加筋土中使用最广的拉筋材料是土工织物(包括土工布、土工 格栅等)。土工布的加固作用，不仅表现在对路基的加强，更主要的是土工布的均 布负载作用，使作用在土工布上的荷载均匀分布到地基上，减少地基所受到的集 中负荷，从而使道路结构保持稳定。加筋土加固软土地基常包括如下方法: 加筋土:适用范围为人工填土、砂土的路堤、挡墙、桥台等。 第三章联合处治软土地基的施工,,艺,, 土工积物:适用于砂土、粘性土和软土的加固，或用于反滤、排水和隔离的 材料。 树根桩:适用于各类土。主要用于既有建筑物的加固及稳定土坡、支挡结构 物。 锚固法:它能可靠锚固土层和岩层。对软弱粘土宜通过重复高压灌浆或采用 多段扩体或端头扩体以提高锚固段锚固力。对液限大于,,,的粘性土，相对密度小 于,(,的松散砂土以及有机质含量较高的土层，均不得作为永久性锚固地层。 ,(,碎石桩施工 碎石桩振动沉管法的施工工艺和一般振冲法加固地基相似，施工工艺如下: ,(,(,施工前准备及试桩 ?施工前准备 ,)根据实际编制实施性施工组织设计(施工技术方案、质量计划)，编制中力 求考虑周到，措施得力，便于操作。 ,)拆除障碍物，平整场地，然后进行挤密桩施工。 ,)根据设计文件要求，布设桩位，桩间距及安排桩的分布形式，在原地面上 用明显的标志将桩身位置标示出来，如生石灰、绑有红布条一次性筷子或其它方 法，然后进行桩间距、桩位布置型式、成桩机机身标志尺寸等的详细检查，使其 符合现场施工要求和规范规定。若有灌注桩和构造物基础，施工前必须完成挤密 桩。在灌注桩两侧布设桩位时，应预留钻孔灌注桩施工位置，预留净距约为,,,;,。 ,)机械设备及材料的选择。根据地段的地基、桩径及桩长情况，选择合适的 机械设备。通常振动挤密桩的施工机械包括以下几部分:振动机(振动和锤击)、 料斗、振动套管、现场上料设备等组成的振动成桩机。 ?现场工艺试验桩 ,)实际施工之前，进行了桩试验，以便根据现场实际确定各项技术参数，如 成桩时间、压放砂量、工艺确定等，确保大面积施工质量。 ,)针对性选择试桩位置，既要考虑软土厚度，又要顾及地质特点，关键是必 须选择有代表性的位置，每处不少于,根。 ,)试桩时施工方、监理方均应派员在场，做好详尽的现场记录。成桩,,,后 进行单桩承载力、单桩复合地基承载力试验及桩身密实度检测。试桩完成后必须 提交试桩报告，重点阐述桩身密实度、曲线，沉降,——时间,曲线)，总结评价施工工艺、施工质量、加固效果。 桩长、荷载试验情况(含荷载,沉降, ,,第三章联合处治软土地基的施工工艺 ,(,(,施工工序及方法 振动沉管法施工工艺如下(碎石桩施工工序流程图见图,(,): 施工组织编制成桩机成孔 ,, ,,验证是否到达持力 平整场地层，否则继续施打 ,,, 运料斗进行运料布置桩的位置 ,,静 载 ,,开始施工将套管拔到合适位 试 置，利用重力成孔开始验桩 机械设备，,，,(验 材料进场,,,。验 ?证厶 再将套管打入设计口 位置，挤密成桩格 , 现场试桩,, 反复以上两步 ,,, 检验合格后反复以上六步，直到 开始施工地面位置 施工前准备及试桩施工工序及方法 图,(,碎石桩施工工序流程图 ,,,,,,,(,;,,,仃,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,, 桩身填料由拌合机具和人工配合按比例拌合生产，在做好一切准备工作后，严格 按照试桩报告进行以下施工工艺操作: ?将成桩机缓慢移位至桩心位置，并将地面上套管的位置进行再一次确定， 然后开动振机，将带有特制桩尖的钢制桩管(套管)打入土层中设计深度，如遇 有坚硬难打的土层，可辅以喷气或射水予以助沉; ?将套管打入到设计深度后，再进行向下施打，若继续沉入，则说明还没有 达到持力层，直至不再沉入时为止。此时应详细记录沉入的深度和打入的时间， 第三章联合处治软土地基的施工工艺,, 并辅以记录气压; ?用送料斗通过上部送料口对管桩体进行送料，送料过程中沉管机进行连续 振动，中间不能停歇，投料要快捷、均匀、粒料级配合理; ?将套管拔到一定高度时，套管内砂料在自重和压缩空气作用及振动沉管机 强大的振动作用排料于软基土中，并形成密实的桩体; ?再将套管打入规定的深度，使排出的填料在振动的作用形成密实的柱体， 并且在反插的过程中填料再一次挤密周围的土体; ?反复循环，反复作业，在作业过程根据料管内下料的声音和进料的速度， 要准确判断是否有卡管等现象，如遇填料没有下沉，及时采取提管或敲打振动管 壁等措施，达到进料要正常，并且投入的填料要达到设计数量; ?以上工作反复作业，直至达到地表。 ,(,(,施工注意事项 ?沉桩时若桩管竖直度不够，或受邻桩振冲影响，容易引起已成桩倾斜。因 此成桩时要经常校正桩管竖直度，相邻桩应间隔跳跃施工，避免相互间震动影响; ?桩底空松或料少甚至无料时，会引起短桩;沉管时遭遇局部硬土层或孤石， 处理不当也会造成桩长不够。如果遇到土层或孤石，最好即时停机，在桩位旁试 打，确定硬土层范围，然后考虑变更桩位;拔管前必须灌满砂料，留振,,,,; ?施工标高的控制:成桩施工的标高要高于地面设计标高,(,:,,,(,,，以便将 桩顶部分没有充分挤密或有松动的表层部分在清表时铲除，达到密实桩体; ?施工顺序:由路基边线位置向路中线同时施工，施工采用间隔跳打，这样 有利于土体的挤密，并充分将地下软泥层和石料形成固结体; ?施工时严格按设计的桩长、桩距、桩径、灌料量，并严格控制沉管时间、 各段的灌料量、提升速度、提升高度、成桩时间和桩位偏差，以确保桩身连续; ?若实际灌料量未达到设计要求，应在原位复打一次，并灌料，或在其旁边 补加一根，这样形成的桩体复合地基承载力不会受到影响或降低; ?要保证起重设备(管体起重卷扬机)的平稳，导向架与地面的垂直，且偏 差不应大于,(,,，成孔中心与设计桩心偏差不大于,,,,，桩径偏差控制在一,,,, 以内，桩长偏差不大于,,,,,。 ?成桩质量保证:为使施工过程排料充分，桩管拉拔时不宜太快，以保证桩 身的连续性，通常拔管速度宜控制在,,,,,,左右;在套管未入土之前，先在套管 内投料约,(,:,,,(,,,，打至持力层后要复打,:,,,遍，这样根据施工现场取样观察 可保证桩底成孔质量，防止缩颈、断桩及软土层塌沉。每段成桩不宜过大，否则 易造成排料不畅，如遇排料不畅可适当加大拔管的高度和风压。套管内石料要保 持一定的高度，并控制每根桩的填料量，以保证成桩后桩身的密实和直径达到设 ,,第三章联合处治软十地基的施工,下艺 计要求。 ,(,(,效果检测及结论 桩体施工完毕后，通过静载试验对单桩承载力和复合地基承载力进行了检测， 其单桩承载力，复合地基承载力，均能满足设计复合地基承载力的要求。 结果证明，振动沉管碎石桩在公路软土地基施工是,项比较切实可行、效果 良好、处理方法先进、能提高地基承载力的施工工艺，对于具体的地质条件应从 地基条件、处理要求、工程费用、工程进度等各个方面综合考虑，以确定合适的 地基处理方法。 ,(,,,,桩施工 预应力高强混凝土管桩(简称,,,桩)，是在近代高性能混凝土(,,,)和预应力 技术的基础上发展起来的混凝土预制构件，是建设部科技成果重点推广项目。 ,,,桩是专业工厂里采用先张法预应力和离心成型工艺，经过蒸压养护而制成 的一种空心圆筒体的等截面构件，运往施工现场后，通过锤击或静压的方法沉入 地下作为建(构)筑物的基础。 ,(,(,施工准备 ,,,,桩专项施工组织设计 ,,,桩专项施工组织设计主要考虑施工方法、桩机与桩锤的选择等。 桩机可按,,,桩的设计长度与施工成本，并结合实际现场情况选择。 选择桩锤时，必须充分考虑桩的形状、尺寸、重量、入土长度、结构形式以 及土质、气象等条件，并掌握各种锤的特性。桩锤的夯击能量必须克服桩的贯入 阻力，包括克服桩尖阻力、桩侧摩阻力和桩的回弹产生的能量损失等。 施工方法:根据打桩施工区域内的地质情况和基础几何形状，要合理选择打 桩顺序，对周围建筑物采取预防措施。 ?验桩 ,,,桩的质量验收项目主要有外观质量、尺寸偏差、混凝土抗压强度和抗弯性 能等四项，只有验收合格的成品桩才可以沉桩。 ?吊装与运输 ,,,桩混凝土强度超过,,,时才能吊装，吊装有两种方法:桩长大于,,,的 ,,,桩宜采用支点法，两支点设在离桩两端,(,,,处;当桩长不大于,,,时，可 采用直接进行水平起吊，采用专用吊钩钩住管桩两端内壁直接进行水平起吊。 ,,,桩强度达到,,,,时方可运输，,,,桩在运输过程中支承应满足堆放的要求， 并且要绑扎牢固。,,,桩堆放场地要坚实平整，最下层要在两支点下放垫木，且垫 木支撑点应在同一平面上。,,,桩的吊装、运输及堆放过程中应注意轻起轻放，应 第三章联合处治软土地基的施工工艺,, 避免振动、碰撞、滚落。 ,(,(,,,,桩施工工艺 ,,,桩施工工艺如下(流程图见图,(,所示): ,,,桩专项施成桩机成孔 工组织设计 , 测放桩位 桩机就位 记录整 ,,开始施工开始验桩理分析 ,，并通,,厶古卜 ，,吊桩入腔，,过动、疆仳, ,静荷载，，: 试验验 ,证合格 静压沉桩 接桩施工 反复以上六步，吊装与运输 直剑地面位置 施工前准备施工工序及方法 图,(,,,,桩施工流程图 ,,,,,,,(,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ?施工顺序 ,,,桩施工顺序一般宜采用先长桩后短桩，先大径后小径的原则，自中间分两 边对称前进，或自中间向四周进行。 ?测放桩位 测放的桩位，经测量监理复测无误后方可进行沉桩，并且每天施工前要检查 即将施打的桩位与邻桩之间的尺寸是否正确;此外，为便于送桩时控制高度，应 增设一定数量的水准点。 ?桩机就位及吊桩 检查桩机，确保设备正常运转后移动设备就位、对中、调直。 首先用吊车取桩，起吊前在桩上划出以米为单位的长度标记并将开口桩尖焊 接到底桩上(短桩无桩尖)，起吊支点宜在桩端(无桩尖),(,,处;将桩吊起后， ,,第三章联合处治软土地基的施工工艺 缓缓得将桩一端送入压桩机中，对位准确后，再双向调整桩的垂直度，通过桩机 导架的旋转、滑动及停留进行调整;插入时的垂直度偏差不得超过,(,,，确保位 置及垂直度符合要求后，将,,,,桩压入土中。 ?静压沉桩 在整个沉桩过程中，要使静压装置、桩身保持在同一轴线上，必要时应按桩 身方向调整。要注意尽量不使管桩受到偏心静压，以免管桩弯扭破坏。沉桩时， 每根桩宜连续一次完成，不要中断，以免难以继续。 ?接桩施工 接桩采用端板式焊接接头。当下节桩的桩头距地面,(,:,,,(,,左右时，开始 接桩。先将焊接面清刷干净，再在下节桩头上安装导向箍筋引导就位，当,,,桩 对好后，对称点焊,,,,，,点加以固定，然后拆除导向箍。由,名电焊工手工对称施 焊，焊接层数应大于等于二层，内层焊渣必须清理干净后再焊下一层，要保证焊 缝饱满连续。焊条采用,,,,焊条，焊条直径为由,(,,,、巾,(,,,。焊接具体操 作与要求按规范中的有关条款之规定执行。焊好的桩接头应自然冷却,:,,,分钟后 方可沉桩。 ?注意事项 在沉桩过程中碰到下列情况应暂停打桩，查明原因后再按处理方案施工: ,)桩身突然倾斜、跑位; ,)桩头混凝土剥落、破碎; ,)桩身回弹曲线不规则; ,)地面明显隆起、临桩上浮或桩位水平移动过大。 ?成果记录整理 沉桩过程中应详细记录各种作业时间，按规范要求整理成表并进行质量评价， 必要时进行静载与动载试验。 ?,,,管桩与基础底板连接技术 为有效防止基础上浮并保证基础和桩基的整体协同工作，,,,桩必须伸入基础 不少于,,,,，同时在基础钢筋绑扎前，将,,,,桩顶部的,,;,高度内中间空部份灌 入混凝土，混凝土不低于;,,的混凝土，并微掺,,,膨胀剂(掺量,,,)，同时沿孔 周边设置锚筋。锚筋伸入基础底板内，与底板混凝土刚接。 ,(,(,施工总结 ,,,,桩强度高，抗弯性能好，施工速度快，工期短; ?,,,桩由于采用预应力螺旋筋，抗裂性好，因此成桩质量可靠，不易损坏， 实际施工中，无一根桩破裂报废，这是其它预制桩所不具有的特点; ?施工现场文明，特别适合工期短、城市环境条件下的桩基施工: 第三章联合处治软土地基的施工工艺,, ?选择合理的打桩施工顺序，能减小桩的侧向位移，应根据基础形状和长度 先里后外，先深后浅，由中心逐渐往外侧对称施工。 ,(,(,,,,桩施工中的质量通病 ,,,桩在施工过程中，会碰到各种质量通病，主要有:沉桩困难，达不到设计 标高;桩偏移或倾斜过大;桩达到设计标高或深度，但桩的承载能力不足:压桩 阻力与地质资料或试验桩所反映阻力相比有异常现象;桩体破损，影响桩的继续 下沉等。 造成这些弊病的原因存在于地质勘察、压桩设备、,,,桩本身、施工安排等方 面，主要有以下几点: ?地质勘察资料不详细，地层中存在中间硬夹层、硬透镜体或暗浜等地下障 碍物。 ?压桩设备选型不合理，设备吨位小，能量不足;压桩机平台没有调平或压 桩机立柱和平台不垂直;压桩中途停歇时间过长，如:压桩过程中设备突然出现 故障，或中途突然停电等。 ?桩间距过密或压桩顺序不当，人为形成“封闭??桩;桩就位插入时精度不 足，甚至倾斜过大;送桩杆、压头、桩不在同一轴线上，或桩顶不平整所造成施 工偏压。 ?桩身、桩头强度不足或桩头不平整，以及运输、堆放、吊桩、送桩、压桩 等过程中操作不当造成的桩顶、桩身或桩尖破损。 ?,,;桩的接头较多且接桩质量不好，如:接头松动，上下节桩不在同一轴线 上;或桩端停在硬夹层中进行接桩。 ?试桩时休止期没达到规范规定的时间而提前测试，或测试时附近正在打桩， 桩周土体仍在扰动中。 针对以上问题，可以采取相应的防御措施: ?施工前详细调查掌握工程环境、场址建筑历史、地层土性、暗浜分布以及 填土层特性和分布状况，预先清除地下障碍物、处理暗浜等;当持力层起伏较大 时，应对其分区采用不同桩长，并按照持力层起伏变化减小或增大桩的入土深度， 压桩时以标高控制为主，并将压入力作为参考。 ?配备合适压桩设备和压重，保证设备有足够压入能力，确保桩能压穿土层 中的硬夹层、透镜体等;进场前对设备进行大修保养，施工时进行例行检修，确 保压桩施工时设备正常运行，避开停电时间施工，严禁中途停歇。 ?根据地基土性和布桩情况，确定合理的压桩顺序，尽量采取“走长线:压 桩，给超孔隙水压力消散提供尽量长的时间，避免其累积叠加，减小挤土影响， 严禁形成“封闭??桩。 ,,第三章联合处治软土地基的施工工艺 ?压桩施工时一定要用顶升油缸将桩机平台调平;压桩施工前应将立柱和平 台调至垂直满足要求;施工时应确保送桩杆、压头、桩体在同一轴线上，并在沉 桩过程中随时校验和调正，送桩孔应及时回填，避免施工偏压;提高桩的就位和 压入精度，避免强力矫正:桩就位插入时若倾斜过大应将桩拔出，则清除障碍物 后再重新插入，确保压入桩的垂直度。 ?严把制桩环节质量关，确保养护期;提高混凝土强度等级，并在桩头处设 置钢帽、桩尖处设置钢桩靴，以增强桩体强度;加强进场桩的质量验收，防止桩 项、接头面歪斜及桩尖偏心、桩体弯曲等不良现象发生;桩身混凝土强度达到设 计要求后方可起吊脱模和施工;运桩、吊桩时，做到支点位置正确，起吊均匀平 稳，起吊中应防止桩体晃动或其它物体碰撞。 ?合理选择桩的搭配，避免在砂质粉土、砂土等硬土层中焊接桩，采用,,, 台焊机同时对称焊接，尽量缩短焊接时间;提高施工焊接桩质量，保证上下节同 轴，用楔型垫铁填实接头间隙，严格按规范要求进行隐蔽工程验收。 ?压桩结束,,天左右，待超孔隙水压力充分消散后方可开挖;且围护结构应 有足够的强度与刚度，避免侧向土体位移;机械开挖至桩顶,,;,时采用人工开挖， 避免挖斗碰撞桩头。 ?试桩的休止期一定满足规范规定，试桩时桩周,(,倍桩长范围内严禁打桩 等作业。 总之，按照规定的方法采用合适的施工方法，严格施工，一定会达到预定的效 果。 第四章施工期沉降与工后沉降观测分析,, 第四章施工期沉降与工后沉降观测分析 我们有选择性的对路基沉降及稳定作监测，取主线,,,，,,,:,,,,,,，,, ,(,,,段 与匝,,,，,,,,,,，,,,段的典型断面进行观测、分析、对比。 ,(,填土速率控制 施工过程中对路堤沉降与位移进行了严密监测，并根据监测数据指导填土速 度。虽然《路基》设计手册中提到，地基施行侧向约束后，路堤填筑速率可以不 加控制。但在实际施工中，考虑软土层软而厚，我们要求按《公路软土地基设计 及施工技术规范》(,,,,,,,,,)对填土速率进行控制，即每,,小时路堤的沉降不 超过,,,,,，侧向位移不大于,(,;,。 ,(,复合地基沉降计算理论 构筑物修建在地基上，必然引起地基内应力变化，使地基变形从而引起构筑 物产生下沉。构筑物的沉降变形以及同一构筑物的差异沉降的计算，是判断该构 筑物的安全和地基稳定的重要资料。因此，这也是土力学学科中的一个非常重要 的课题。 ,(,(,土体最终沉降量计算现状 构筑物的沉降变形以及同一构筑物的沉降差异的计算，是判断该构筑物的安 全和地基稳定的重要资料。很多学者在这方面做了很多工作，并总结出了许多计 算最终沉降变形的方法，现只是就几种常见的方法简介如下: ?弹性理论法计算沉降变形 弹性理论法计算沉降是基于半无限弹性体的布西奈斯克课题的解，因此该法 假定地基是均质的、各向同性的、线弹性的半无限体。需要指出的是布西奈斯克 课题是研究荷载作用下地表的情形，因此可以近似用来研究荷载作用面埋藏较浅 的情况。但是当荷载作用位置深度较大时(如箱基础、桩基础等深基础)，则应采 用明德林课题的位移解的弹性理论法进行沉降计算。由于地基土经常是成层的， 并非是均质各向同性的，因此弹性理论法计算沉降变形在实际工程中应用是近似 的。 ?分层总和法计算最终沉降 分层总和法计算地基沉降是目前沉降计算中使用最多的方法，几乎所有土建 行业的相关行业规范都将其列入法定算法。它假定地基材料是弹性的、应力分布 符合布西奈斯克解。但同时又假设地基材料是弹塑性的，其变形特性符合侧限一 维压缩情况。用分层总和法计算最终沉降变形又做了如下两个假定: ,)一般取基底中心点下地基附加应力来计算各分层土的竖向压缩量，认为基 础的平均沉降量,为各分层竖向压缩量趣之和，即,,?,,,，式中,为沉降计算 ,,第四章施工期沉降与工后沉降观测分析 深度范围内的分层数; ,)计算厶，时，假定地基土只在竖向发生压缩变形，而没有侧向变形，故可以 利用室内侧限压缩试验的成果进行计算。设压缩模量在小的应力增量下保持不变， 进而有(应用,,,曲线): „。 趣:堕凰:玺,(,(,) „,，？,„,? ,——第,分层土的厚度; 乓——第,分层对应于,，——仍，段的压缩模量:,，、,:，分别土层自重应力 平均值、附加应力与自重应力之和的平均值。 ?？——在,,,曲线中对应于应力,，和,,，的孔隙比的差; 关于分层总和法的几点讨论: ,(分层总和法假设地基土在侧向不能变形，而只有竖向发生压缩。这种假设 在当压缩土层厚度同基底荷载分布面积相比很小时才比较接近。如果当不可压缩 岩层上压缩土层厚度,不大于基底宽度之半时，由于基底摩阻力及岩层层面阻力 对可压缩土层的限制作用，土层压缩只出现很少的侧向变形。高填方的公路地基 一般符合这种情况。 ,(假定地基土侧向不能变形引起的计算结果偏小，取基底中心点下的地基中 的附加应力来计算基础的平均沉降导致结果偏大。因此，两者相互抵消后，在某 种程度上得到了一定的相互补偿。 ,(在分层总和法计算应力的过程中，附加应力的计算采用了取平均值的方法。 这对于附加应力为线性分布的情况是精确的。但是附加应力的分布是非线性的， 且分层厚度又很大的情况下，仍应用传统的分层总和法中上、下层面的附加应力 的平均值作为该分层平均的附加应力，就会造成很大的误差。 在此种情况下，有人基于同样假设条件下提出应用应力面积法来计算沉降变 形。它由于采用了精确的“应力面积:的概念(实质就是对附加应力在计算深度内 进行积分)，就可以划分比较少的层数，一般可以按地基土的天然层面划分就可以 了，从而使得计算量得到简化，计算精度得到改善。 ,(在进行构筑物地基沉降变形计算时，土的应力历史的影响也很明显。很多 工程中计算值与实测值相差很大的原因也可能是忽视了土的应力历史的原因。现 场的土在其地质历史上一般受过某一最大压力只，由于地层的变动，河流的冲刷、 基坑开挖和人工堆填等原因，这一压力就往往不一定等于目前现场的有效应力只， 为此可将粘土分为,类: 当,,,,时称为超固结土; 当,,,,时称为正常固结土; 第四章施,【期沉降与工后沉降观测分析,, 当只,,时称为欠 固结土。, 这三类土的沉降公式都可引用公式(,—,,)只是公式中?,的计算方法不同而 己。不同固结状态土的压缩曲线的性状是不同的。对于正常固结土有: 她:;,,,,—,,,，—,,,,,,, ,,(,(,) 其中卸，和巴分别为第,层的附加应力增量和压缩指数。 对于超固结土沉降量的计算可以用原始压缩曲线和再压缩曲线分别确定土的 压缩指数和回弹指数(再压缩指数)并且区分了以下两种情况: ,)对于卸,(见一风)的各层土: 他:,“?:刚,『，丝, ,)对于卸,(以一风)的各层土。 ，巳,，堕盥,(,(,) ,弓:,,,，—,,,，—,,,,,,,,,, ,以, ,,,(,(,) 将?岛代入公式(,(,)中，就得到了利用,:,,,,,,曲线计算沉降的表达式。 ?应力路径法 应力路径法计算沉降是用地基内部的应力变化轨迹来表示建筑现场在施工 前、施工期间以及完工后地基内部的应力变化情况。土体中某一单元的应变、孔 隙压力和强度都与应力路径有关，所以能够应用应力路径法从土体内部应力变化 推测土的变形和强度。应力路径法清楚的阐明了土力学中地基沉降与稳定两大课 题的计算公式的内涵，并且把两者有机的联系起来。同时，应力路径法有助于认 识目前常用的土工实验及分析计算方法。应用有效应力路径法来计算沉降，其步 骤如下: ,)在现场荷载下估计地基中某些有代表性(如在土层中点)土体单元的有效应 力路径。 ,)在实验室做这些土体单元的室内试验，复制现场有效应力路径，并同时量 测试验各阶段的垂直应变。 ,)将各阶段的垂直应变乘以土层厚度，即得到了初始及最终沉降值。 应力路径法实质上就是应用模拟现场实际应力路径的室内试验的方法对预估 沉降量做出了分析，能够考虑加载方式和加载速率的影响。但是，应力路径法同 其他方法一样，无法避免用弹性理论来计算土体中的应力增量。同时，应力路径 法特别要求高标准的取样，过多的依赖于室内试验，试验工作量相当大，且对试 验技术要求也很高，这就使它的实际应用受到了很大的限制。 ?采用数值方法计算沉降 ,,第四章施工期沉降与工后沉降观测分析 近年来，随着计算机的日益广泛应用，促进了计算技术和计算方法的发展。 从而使许多复杂的土工问题得到了一定程度的解决。这些复杂问题已经很少能够 应用数学方法求得精确解或者通过模拟试验得到定量解，原因是边界条件非常复 杂和非均质、非线性导致了偏微分方程的变系数，单一的数学方法难以求解。在 土工计算中引入数值计算方法，从而使具有非线性应力应变关系、非均质和各向 异性的土体在复杂边界条件下求解成为可能。许多学者提出了非线性弹性、弹塑 性、粘弹塑性等多种描述土的本构模型以适应有限单元法的应用。目前应用于沉 降量分析的数值方法主要有差分法、有限单元法和边界元法，其发展趋势是有限 元法与差分法或者与边界元法相结合解决问题。利用数值计算方法分析土体的沉 降，虽然能够充分发挥有限单元法适宜非线性、非均质和复杂边界条件计算的优 点，但同样参数准确的获取是影响计算结果的关键。同时由于土的性质极为复杂， 要想找到一种能够用于各种土性的理想的应力——应变模型至少目前难以办到。 ?考虑蠕变变形的沉降计算方法 在荷载作用下，总沉降的计算分为三部分:初始沉降、主固结沉降和次固结 沉降。初始沉降又称为瞬时沉降，是由土体在附加应力作用下产生的瞬时弹性变 形引起的:固结沉降是土体在附加应力作用下产生固结变形引起的，这部分变形采 用固结理论进行计算:次固结沉降是土体蠕变引起的的沉降变形。近年来，有许 多学者在考虑土的流变性质从而求解粘土层的沉降做了大量工作。陈宗基把粘土 在剪应力作用下的变形视为麦克斯威体，建立了粘土固结三维理论，求解一维和 三维情况的若干特殊边界问题。王盛源选用指数函数作为蠕变度函数，并将土骨 架视为力学三元件模型，依据弹性体和粘弹性体之间的关系导出了一维沉降公式。 但是，由于问题的复杂性，这种算法目前还无法普遍使用。 ?沉降量的概率统计分析法 即使采用最先进的计算方法，准确预估地基的沉降量也可能会失败。其原因 是:土工参数的可变性，外加荷载的大小、分布情况以及描述应力分布和变形数 学模型假设的不准确性。在绝大多数概率统计分析中，均把表示压缩性和外荷载 的量看作是随机变量或者变量函数，这些变量都具有确定的从合适数据中导出的 概率分布，然后将这些随机变量代入沉降变形的计算公式中，就可以得到沉降量 的分布。从而就可以应用概率统计的分析方法来分析沉降变形了。 总之，填土体最终沉降量的计算应该首先解决两个问题，一是土体内部的应 力分布问题，二是填土体一般情况下属于超固结土范畴，但是其性质和实际工作 情况与常规定义的超固结土又有所不同。又因为其属于非饱和土，所以目前对其 自身沉降规律的讨论并不多见。 ,(,(,碎石桩复合地基沉降计算理论 第四章施工期沉降与工后沉降观测分析,, 目前，对各类复合地基在荷载作用下应力场和位移场的分别情况了解较少， 实测资料也不多，复合地基沉降计算理论还不成熟，不少学者将其综合、分解、 结合复合地基分类，使其系统化。在各类实用计算方法中，通常把复合地基沉降 量分为两部分:复合地基加固区沉降量和加固区下卧层沉降量，在荷载作用下的 复合地基总沉降量可表示为两部分之和。至今提出的复合地基沉降实用计算方法 中，对下卧层沉降量一般采用分层总和法计算，而对复合地基加固区范围内的沉 降量则针对复合地基的特点采用一种或几种方法计算。 ?常用碎石桩加固区沉降量计算方法 ,)复合模量法 采用复合模量丘,,,，，(,一,),来评价复合土体的压缩性，采用分层总 和法 计算加固区土层压缩量，则加固区土层沉降量为: ,,?(鹋，,)马(,(,,) 式中:触一第,层复合土上附加应力增量: ,一第,层复合土层的厚度: ,一第,层土复合模量。 ,)应力修正法 忽略增强体的存 在采用应力修正法计算压缩量时，按照桩问土的压缩模量， 在，采用分层总和法计算加固区土层的压缩量，表达式为: (,(,,) ,,?,峨,,,,沁,,,,,峨,,,式中:妒;一复合地基中第,层桩间土的附加应力增量: 沁;,,,。 墨一未加固地基在荷载,作用下相应厚度内的压缩量: ,一应力修正系数，,,,,,,，,(, 一,), ,)桩身压缩量法 在荷载作用下，若桩体不会发生桩底端刺入下卧层的沉降变形，则可以通过 桩身的压缩量计算加固区土层的压缩量。 ,(若桩侧阻力为平均分布，桩底端承力密度为,。，则桩身压缩量为: ,,(“,,，忍)，,,？(,(,,) ,(若桩侧阻力不是平均分布，则需先计算桩身应力沿深度,的变化情况，在 进行积分，可得到桩身压缩量，其表达式为: ,:,,鹑， 如,,(,，,), 式中:旷复合地基上平均荷载密 ,,(,)一桩身应力沿深度,变化密度: 度: (,(,,) ,,(,，,)一桩身变形模量，可以是深度,和桩身应力,的函数。 ,,第四章施工期沉降与(,后沉降观测分析 ,)李杰、方永凯法 根据室内模型试验，认为桩顶附近,,深度范围内有应力集中现象，建议复合 地基沉降分为三部分计算，即 ,(深度为(,,,),; ,(深度为,,:,,，,为加固区深度; ,(深度为,,,,,，,为压缩层厚度。 他们建议第,部分土层沉降量采用复合模量法计算，第,部分土层及下卧层 沉降量采用普通的分层总和法计算。假定桩体侧向在,,,一,,范围内沿深度方向均 匀变化，且桩体积不变;桩体竖向压缩量等于桩间土体压缩量，由此可得到第, 部分的土层沉降量为?: 最:学仙? 则复合地基加固区的沉降量为 (,(,,) 他? ？,,, ,，,等,,,, ?下卧层沉降量计算 下卧土层计算大多采用分层总和法计算，在此主要介绍加固区下卧土层上作 针车等, 用荷载或下卧层中附加应力的计算方法。作用在下卧层上的荷载是比较难以精确 确定的，目前在工程实用上，常采用下述几种方法计算。 ,)压力扩散法 将复合地基视为双层地基，由加固区土层和下卧层组成。复合地基上作用荷 载,通过加固区土层，压力扩散角为,，则作用在下卧层上的荷载计算式,,如下 式所示: „,(,,) 见,面丽而,,,式中:卜复合地基上荷载作用宽 雨丽 卜复合地基荷载作用长度: 度: ,一复合地基加固区厚度: 矽一压力扩散角。 ,)等效实体法 将复合地基加固区视为一等效实体，作用在下卧层上的荷载面与作用在复合 地基上相同。在等效实体四周作用有侧摩阻力，设其密度为,则下卧层上荷载密 度,。可用下式计算: 第四章施:【期沉降与工后沉降观测分析,, 见,堡?,业 各符号意义同前。 ,)当层法 林孔锱旧,,,,,年建议采用当层法计算复合地基在荷载作用下地基中的附加应 ,(,(,,) 力。可将加固层换算成与下卧层模量相同的土层时，其当量层厚度,，，为: ??, 已知均质地基中，集中力尸作用线上距离地基表面作用点距离为,处的竖向 应力为: ,, 吒,二,, 当采用当层法计算，则在下卧层深度,处的竖向应力为: ,,, (,(,,) 呼干丽, ,)改进,,,,,,法 黄绍铭阳钉建议采用下述方法计算下卧层土层中应力。复合地基总荷载为,，桩 体承担,,，桩间土承担,,,,,,,。桩间土承担的荷载,。在地基中所产生的竖向应力， , 其计算方法和天然地基中应力计算方法相同。桩体承担的荷载在地基中所述产生 的竖向应力采用,,,,,,法计算。然后叠加两部分应力得到地基中总的竖向应力， 采用分层总和法计算下卧层沉降量。则地基中竖向应力表达式为: 吒,军【巳，睇，,，彰，,，,) ，吒，芦(,?,,) 式中:盯一一桩 端荷载;“,， 盯一一桩侧均布摩阻; 仃，一,桩侧随深度线性增长的分布摩阻力; 吒。。,桩间土在地基中产生的竖向应力。 ,(,(,复合地基沉降计算 根据常用的复合地基沉降计算理论，本文以,,,，,,,断面为例，对罗富高速 软土地基沉降进行了理论计算，计算过程及结果如下: ?桩间距的计算 对于黏性土地基，可以将每根桩承担的处理面积化为一个等面积的等效圆， 即按照正三角形和正方形布桩时，等效圆的面积以分别与正六边形和正方形的面 ,,第四章施工期沉降与工后沉降观测分析 积相等，即三角形布置时， ,,或，,,,(,,压(,(,,) ,:巫, 式中，,——,根碎石桩承担的处理面积。 彳( ,,上(,(,,) 式中，彳。——碎石桩的截面积; ,——面积置换率。 ?复合地基沉降计算 在工程中，应用较多且计算结果与实际符合较好的变形计算方法是复合模量 法。计算时，复合土层分层与天然地基相同，复合土层的模量等于该层天然地基 模量的„倍，加固区和下卧层土体内的应力分布采用各向同性均质的直线变形体 理论。在本文中，复合地基沉降计算也采用了这一方法。 复合地基最终变形量可按下式计算: ;,(,,， ,,,陲老(,,乏一钆式中:， ，,,——加固区范围内土层分层数; 瓦)，,,艺,,，。爱(弓 ,——沉降计算深度范围内土层总的分层数; 风——对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力，,,,; ,一钆石),, 巨，——基础底面下第,层土的压缩模 刁，刁一，——基础底面至第,层土、第,一,层土底面的距离，,; 量，脚,; 口，，口,——基础底面计算点至第,层土、第,一,层土底面范围内平均附加应力 系数，可查表计算; ,叫口固区土的模量提高系沙——沉降计算修正系数，根据地区沉降观测资料及经验确定，也可采用表,(,的 数，,,等,等; 数值。 ,,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,,,;,,;,,;,，,,,,, ,,,,,,,(,,(,,(,,,(,,,(, ,,(,,(,,(,,(,,(, 第四章施工期沉降与工后沉降观测分析,, 表,(,中，,为变形计算深度范围内压缩模量的当量值。应按下式计算: 一,,; (,(,,) ,,生,,， 厶,,, ,, 式中，,——第,层土附加应力沿土层厚度积分值; ,——基础底面下第,层土的压缩模量(,,,)，桩长范围内的复合土层按 复合土层的压缩模量取值。 ?复合地基的压缩模量,甲 复合地基的压缩模量,可以通过碎石桩的压缩模量,,和桩间土的压缩模量 丘在面积上进行加权平均的方法获得。 ,,,巳,，,【,一,,)(,(,,) 在作用于桩和桩间土上的应力不变时， 土层的压缩争,，,,笠,即„,，,,代入式中得: (,(,,),,—,,, ,,,,，,(川),,或岛,,,，朋(川)模量,,半,……, 在上述两式中，桩土应力比,，在没有实测资料时，对黏性土取,(,:,,,,,(,;粉土 ,„(,(,,) 和砂土取,(,,,,,(,。原土强度低者则取大值，反之则取小值。 (至),,,，,,,段地基沉降计,湍, 算 ,,,，,,,段碎石桩直径,,(,;,，桩长均值为,,,，按正三角形布桩，桩距,, ,;,， 碎石桩平面布置示意图见图,(,。 按照图,计算得到等效正六边形面积、碎石桩截面积和面积置换率，如下: ,(,,, 等效正六边形面积,:粤，,:害×(,(,),:,(,,,,，，,, 碎石桩截面积 ,土层的压,,三,,,,,斗× 面积置换率朋:垒:尘旦堕:,(,,,, (,(,,,),,,(,,,(,,,, ,,,，,,,段土质是厚度为,,,的弱膨胀性黑色淤泥质粘土，其孔隙比为,(,， ,,,,, 缩模量,,压缩系数为,(,。由图,(,可以看出，桩基上部路基路面的厚度为,(,,,，取平均 容重为,,,,,,,，根据以上参数，可以计算得到: ??,石石百 上部荷载按照圆形均布荷载计算，且厂,,(,,，,,,,，,,,,,,,,(, ,,,(, 矿 ,,第四章施工期沉降与工后沉降观测分析 查得附加应力系数为口,,(,,,;平均附加应力系数为口,,(,,, , ,(,,,),, ,面,,(,而(,,,广,:妣风,瓦,,,, ,(,,,胁 加固巨土的檬量提高系数， , —,(,,—, ,,等, 等,,， 碎石桩 ,(，, 一,), ,—, ,， ,(,, ,,× 卜竺一 (,(, 图,(,碎石桩平面布置示意图 ,,), ,,,,,,,(,,,,,,,,,,,;,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,, ，, ,(,, (,,(,,(,,(,,,—?,,,,一————,?, ???——————一??叫 ,工一, , 图,(,,,,，,,,横断面示意图 ,,,,,,,(,,,,,;,,,,,,;,,,,,，,,,,,;,,,, 将以上所得的参数代入沉降总量计算公式，即式(,(,,)，计算可得,,,，,,, 断面地基沉降量为:足,,(,,,, ,(,沉降观测及数据分析 虽然理论计算可以为掌握地基沉降情况提供参考，但为了确切掌握碎石桩、 ,,,桩对路基的处治效果，我们于,,,,月,月,,日至,月,,同连续对主线 ,,,，,,,、，,,,、，,,,及匝,,,，,,,四个断面已填筑完毕的路堤的沉降与位移作了 详细观测，并对观测数据进行了分析。 ,(,(,沉降观测原始数据 第四章施,期沉降与工后沉降观测分析,, 通过现场详细观测，可以得到地基沉降的原始数据，为了更直观的了解地基 沉降情况，本文将原始观测数据以曲线的形式表现出来，如图,(,,,(,所示。 , , (八( , ,,,,一、二? 卿一, 遴 蜉一, 。,荔惫塞多,么 ,十,,,,(,(,, —, ,, ,, —,,,,,,(,(,一 ，,,,一,, 测点,测点,测点,测点,测点,测点,测点, ,(,(,, 图,(,,,,，,,,断面沉降曲线 ,,,,,,,(,,,,,，,,,,,;,,,,，,,,,,,,,，,,,,,;,,,, , 、 念? ,, ,?,?,名 脚一, , 遴 (,? 蜉一,, ,,, ,,,十,,,,(,(,, —,, —(,,,,,(,(, , ，,,,,,, 测点,测觑测点,测点,测点, ,(,(,, 图,(,,,,，,,,断面沉降曲线 ,,,,,,,(,,,,,，,,,,,;,,,,，,,,,,,,,，,,,,,;,,,, , ,，,,,声??, 一, ,,,形,,? 咖一, 逝 ,?, 蜉一,, ? ,, 十,,,, —,, —卜,,,,(,(,, ——广,,,,,(,(,, , ,(,(, ,,, 测点,测点,铡点,测点,测点, 图,(,,,,，,,,断面沉降曲线 ,,,,,,,(,,,,,，,,,,,;,,,,，,,,,,,,,，,,,,,;,,,, ,,第四章施,期沉降与工后沉降观测分析 , (一一，一 , 卜么 —, 嘲 —,,—,?逝一, 蜉 (彳 一,, ,,„,—扣,,,—,, 。—卜,,, —?,,,,,。,(,, ,,? ,(,(, ,,, 飞, 测点,测点,测点,测点,测点, ,(,(,, 图,(,,,,，,,,断面沉降曲线 ,,,,,,,(,,,,,,,,,,,;,,,,,(,,,,,,,，,,,,,;,,,, ,,,(, ,,,(,, (单位:米) (单位:米) ,,,，,,,横断面 ,,,，,,,横断面 艘, ,, ,,,(,, ,,,(,, (单位:米) (单位:米) ,, ,,,，,,,横断面 匝,,,，,,,横断面 ,,图,(,观测点号示意图 ,,,,,,,(,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, , ,(,(,沉降数据分析 ,( 为了掌握碎石桩对软土 地基沉降的处置效果，本节取观测数据具有代表性的 每,,日的沉降量进行分析。 路堤的沉降观测原始数据如下表,(,所示: ,, 深 其中,,,，,,,软基及碎石桩处治度为,(,,,,(,米; 深 ,,,，,,,软基及碎石桩处治度为,(,,,,(,米; 深 ,,,，,,,软基及碎石桩处治度为,(,,,(,米; 为,(,,,(,米。 匝,的软基及碎石桩处治深 度 沉 由表,(,中数据可以计算出各点 降累计月平均值: 第四章施工期沉降与工后沉降观测分析,, ,,,，,,,的月平均沉降,,,(,, ,; ,,,，,,,的月平均沉降,,,,(,,,; ,,,，,,,的月平均沉降,,,,(,,,; 匝,,,，,,,的月平均沉降,,,,,,。 表,(,路堤沉降观测原始数据表 ,,,，,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,, 桩号观测日期,,,(,)号点沉降量(舢) ,,,,,,,,,—,、一,、,、一,、，,、一,、, ,,,，,,,,,,,,,,,—,、一,、一,、一,、一,、一,、一, ,,,,,,,,,,,、一,、一,、一,、一,、一,、一, ,,,,,,,,,,,、,,,、一,,、一,、一, ,,,，,,,,,,,,,——,—,、,,,、一,、一,、一, ,,,,,,,,,—,、,,,、一,、,,、一, ,,,,,,,,,,、,、一,、一,、一, ,,,，,,,,,,,,,,,—,、,、一,、一,、一, ,,,,,,,,,—,、,,、一,,、,,、,, ,,,,,,—,,—,、一,、一,、,、，, 匝,,,，,,,,,,,,,——,一,,、一,,、一,、一,、一, ,,,,,,,,,—,,、,,,、一,、一,、一, 观测结果表明:主线的软基比匝,更深，但其月平均沉降量均比匝,小。 不计施工差异，可以得出:主线的,,,桩对路基范围内软土和碎石桩的约束 对路基的总体沉降产生了积极作用，使主线的路基沉降量,匝,的路基沉降量。 将,,,，,,,段理论计算结果与实际观测结果对比，可以看出:碎石桩复合地 基沉降理论计算值为,(,,,，实际观测平均值为,(,,,，理论计算值与实际观测结 果非常接近，这充分说明了沉降计算所用方法是正确的，计算结果是可信的;同 时也说明用碎石桩对软土路基沉降处治的方法是合理的，可以在软土路基处治中 加以应用, ,(,(,位移数据分析 ,,,桩在联合处治方案中的作用是约束路基水平位移，为了掌握其处治效果， 对软土路基水平位移进行了位移观测，位移观测点是四个具有代表性的点，分别 ,,第四章施工期沉降与工后沉降观测分析 位于主线,,,，,,,、，,,,、，,,,及匝,,,，,,,等四个断面，观测点设在路 堤底部 (填方脚)两侧。位移数据如表,(,。 表,(,主线观测点位移数据表 ,,,，,,(,,,,,，,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 桩号测点观测日期,(,)方向位移(咖),(,)方向位移(咖) 观测点,,,,, ,,,,,,—,, 观测点,,,,, 观测点,,,,, ,,,，,,,,,,,,,,, 观测点,,,,, 观测点,,,,, ,,,,,,,,, 观测点,,,,, 观测点,,,, ,,,,——,—„,, 观测点,,,,, 观测点,,,,, ,,,，,,,,,,,,,,, 观测点,,,,, 观测点,,,, ,,,,——,——,, 观测点,,,,, 观测点,,,, ,,,,,,,,, 观测点,,, 观测点,,,,, ,,,，,,,,,,,,,,, 观测点,,,,, 观测点,,,,, ,,,,,,,,, 观测点,,,, 观测点,,,, ,,,,,,,,, 观测点,,,, 观测点,,,, ,,,，,,,,,,,,,,, 观测点,,,, 观测点,,,, ,,,,,,,,, 观测点,,,, 根据上述位移表，可以绘出更直接的位移图，如图,(,所示: 第四章施丁期沉降与工后沉降观测分析,, 观测点,, ?移方向与×轴夹角,,(,,( 总位移置,,,,),,,, ,, ,,,, ,,, 杉, , ,横断方, 观测点,, ,住穆力向与×轴夹角,,?,,( ,总位穆量(,,),,,， ,),，。税测点,, ,，?陋穆方向,×轴夹角,日,,( ,』?总位移鼍(,,),,,, ? ,? ,, ,, ?路中线方向 (注:主线与匝,的路中线基本为垂直) 图,(,位移数据示意图 ,,,,,,,(,,;,,,,,,;,,,,,,,,;,,,,, 对位移表和位移图进行分析，可以得出如下结果: ?位移方向 位移是一个矢量，主线,,,，,,,、，,,,、，,,,的位移矢量方向与路基横断面 方向所成角度为,,,,,,,，跨度大，平均值为,,(,,，表明路堤脚的位移方向并不 只是垂直于路中线，而是与路基横断面方向成较大角度移动。由此可以推断，在 路堤两边的,,,桩及路基中部的,,,桩均对路堤的移动产生了阻抗作用，导致位 移矢量方向与路中线、路基横断方向成一个较大角度，而不是仅仅沿某一特定方 向移动。 ?位移绝对值 主线三个典型断面的观测点,的位移量分别为,,,,、,,,,、,,,,，平均,,(,,,; ,,第四章施工期沉降与工后沉降观测分析 观测点,的位移量分别为,,,,、,,,,、,,,,,，平均,,(,,,,,,,。按施工之前的主观 推论，主线软基厚度更深、填土更高，位移应该会比匝,要大一些，但实际观测 结果正好相反。数据说明了主线,,,桩对路堤的纵、横向位移提供了很好的抵抗 作用，阻止了路堤底部的移动，对路堤的稳定作用明显、意义重大。 ,(,本章小结 本章在实测软土地基沉降的数据，通过分析沉降量以及有无增加,,,桩的数 据比较我们得出了预料结果，通过以上的工作我们得出的结论包如下几个方面: 本章总结了复合地基沉降的计算方法和理论，分析了它们的特点和使用范围， 它们均不同程度的存在的局限性、计算精度问题以及其理论假定与实际工程情况 存在的差异。因此，在没有得出更符合实际工程情况的计算方法之前，复合地基 沉降计算必须与实测沉降相结合才有较强的实际意义。 在软土地基处理中，选用不同的方法对不同的路段进行处理。碎石桩的处理方 法是处理软土路基的常见方法，对软基处理的效果良好。本次软土地基处理过程 中的碎石桩处理就符合了软土地基的加固要求。 ,,,桩对路堤的纵、横向位移提供了很好的抵抗作用，阻止了路堤底部的移动， 对路堤的稳定作用明显、意义重大;采用碎石桩和,,,桩的复合法处理软土地基 不仅有利于减少地基沉降，而且对于软土地基的侧向位移和承载力强度有很好的 作用;由于复合桩的施工方法和计算方法都不够健全，同时由于,,,桩在公路工 程中应用很少，故对复合地基的沉降应作长期观测，从而得到更确切的结果。 第五章联合处治软十地基的经济技术综合评价,, 第五章联合处治软土地基的技术经济综合评价 近年来，交通建设的进一步大发展，以及公路、铁路等大规模基建工程的剧 增，推动了交通建设业的大发展，土建工程中遇到的软土地基工程越来越多，从 而推动了软土地基处理技术的进步。由于新的软土地基处理技术的不断出现，对 于工程建设来说，如何利用各种地基处理方法，使地基处理做到技术先进、经济 合理、安全适用、施工便利、质量确保就成为一个重要问题。而公路工程由于其 本身的特点，应该因地制宜，探索出适合的软土地基处理方法，本次的复合地基 就是一个有意的尝试。 ,(,各种桩型选择的定性原则 各种地基处理方法有各自的机理和适 ，地基条件及结构类型, 用范围。在选择地基处理方法时，必须根 ,, 据地基的条件、上部结构的类型、使用的 ,处理目的,要求、对周围环境的影响、原材料的供应 , 上,, 情况、机械设备的能力和施工条件，以及 ，花工条伴材料供应, 技术经济指标等因素作综合考虑，作出评 价，见图,(,。 ?排水固结法 ，设计，彳 排水固结法施工设备简单，费用低。 但排水固结法要预压荷载，且预压时间长， ,经济分析, 对于工期紧迫、缺乏压载条件的工程不宜 采用。此外，排水固结法仅能加速固结沉 降而不能减少固结沉降量。经过工程实践 图,(,地基处理方法 表明，对于排水固结法，地基的有效 处理深度约为,,,,,,，超过此深度孔隙,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 水压力的消散则相当困难和缓慢。针对本工程地质条件和工期来说，该方法是不 适用的。 ?换土垫层法 换土垫层法适用于淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土、素填土、杂填土、暗塘等 浅层基础。此方法施工简便，造价较低，不需要特殊的施工机械，能就地取材， 但加固深度不大，一般情况下当加固深度大于,,时，旌工就极为困难，也不经济。 本法明显也不适合在本工程中应用。 ?水泥土搅拌法 ,,第五章联合处治软土地基的经济技术综合评价 水泥土搅拌法是胶结法的一种，分为粉喷法和浆液搅拌法两种。一般对于天 然含水量小于,,,的软弱土层，如杂填土和粉粒含量高的粘土和砂土，宜采用浆液 搅拌法;对于天然含水量大于,,,和塑性指数大于,,的软土宜采用粉喷法。水泥土 搅拌法不仅可以较大地提高地基土的承载力，而且在加固深度范围内可以减少原 地基沉降量的,,,,,,,，沉降较快趋于稳定，具有明显的优势。 ?强夯法 强夯法是深层密实法的一种，施工设备简单，不需加固材料，其费用低，周 期短。但强夯法有严格的土质适用范围，主要适用于素填土、杂填土、砂土、低 饱和度的粘性土、粉土和黄土地基，采用这种方法应首先考虑地层构造。 ?加筋法 碎石桩法具有排水固结、置换、挤密等作用，适用地层包括砂土、粉土、黏 性土、淤泥质土、有机质土、填土和黄土，厚层淤泥中慎用。根据施工方法的不 同，碎石桩法又分为振冲碎石桩法和干法碎石桩法，各类碎石桩主要特性的对比 见表,(,。 表,(,各类碎石桩主要特性对比 ,,,，,,(,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, 侧向挤密垂直加密名称制桩工效桩长桩径环境影 响 能力能力 有泥水环振冲碎石桩较快 ,,,,,,(,,,(,境污染 强较强 干干振碎石桩较快?,,(,,,(,强中等 法撞击碎年,桩中等,,,,,,(,,,(,较强强无泥水环 碎振挤碎石桩较快,,,,,,(,,,，,中等中等境污染 石水泥粉煤灰碎,,,,, 桩石桩(,,,桩) 石灰桩法在盛产石灰的地区是首选的方法。但由于其施工机具和施工工艺尚 不能满足要求，在国内尚未推广使用，另外生石灰的运输和保管比较困难。 ?,,;管桩 该桩基适用深度大，施工工期短的情况。在持力层深度超过,,,时相对造价 最低。缺点是锤击沉桩时引起很大噪音，在居民区一般不具备施工条件，而静压 沉桩遇有较厚的砂夹层时穿不过。 ?钻孔灌注桩 该桩适用于各种土质和深度，缺点是造价较高、浇筑水下混凝土不易保证施 工质量，而且施工工期长。 第五章联合处治软土地基的经济技术综合评价,, ?人工挖孔桩 该桩型适用于持力层较浅的地基条件，在深度不超过,,,时相对造价最低。 但是从施工安全角度考虑，其使用受到限制，在有较厚的淤泥时禁止使用。 综上所述，可得以下结论: ?各种桩型都有一定的适用范围，首先应该根据地层选择适用的桩型; ?碎石桩的作用很多，适用范围也很广，在各桩型中值得考虑使用; ?持力层较深(超过,,,)的地基，,,,管桩应为各种桩型首选。 ,(,各种桩型费用的定量比较 技术经济分析常用有关定额进行分析，但在实际施工中，由于各单位机械配 置不同、管理水平差异等原因，实际施工成本会有相当的偏差，本文仅按施工实 践进行经济分析。 ,(,(,直接成本 不同的桩型，其结构构造、所用材料、桩径大小、桩长等均有所不同，这直 接造成不同桩型的经济指标不同，在表,(,中列出了几种不同桩型的主要指标进 行比较(见表,(,,,(,)。 表,(,不同桩型主要指标比较 ,,,，,,(,,,,,,,,,,;,,,,;,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,, 主要指标,,,管桩沉管灌注桩钻孔灌注桩人工挖孔桩 端阻力与侧阻力主要靠侧阻力承端阻力与侧阻力主要靠端阻力承 主要承力方式 共同承受荷载受荷载共同承受荷载受荷载 桩径(外径)咖,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,?,,, 砂、砾石夹层 可穿越土层?,(,,砂夹层穿越性好穿越性好 ?,(,, 软质岩、强风化硬粘土密实砂层 进入持力层中微风化岩中微风化岩 岩,,,,和碎石层 一般造价,(,,元,,,,(,,元,,,,(,,元,,,,(,,元,,, 注:造价指标是在常用设计桩长,,米情况下的比较，设计桩长越长(?,,米),,,管桩 越经济。 表,(,几种不同桩型的经济技术分析 ,,第五章联合处治软土地基的经济技术综合评价 ,,,，,,(,,;,,,,,;,,,,,;,,,;,，,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,, 排水防结法换土法 石灰桩粉喷桩碎石桩 堆载预压法真空预乐法换砂石换石灰土 机械砂桩机、推土步履插板挖掘机、自卸车、振冲砂桩深层水泥碎石桩机、挖掘机、机、真空射机、装载 配置压路机或打夯机机桩搅拌机自卸车。流泵机 成本(元 ,,,),,,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,,,,(,, 最短 工期,,,天,,天,天,天,,天,,天,,天 结论:从以上的技术经济分析可以看出，排水固结法处理地基最为经济，但 其施工工期较长，只适工期不受限制的工程;石灰桩和碎石桩的造价居中，但要 看当地原材料的供应情况;水泥土搅拌法在技术及加固效果上具有明显的优点， 但其费用较高，水泥用量大和机械台盘多。在实际施工中，如何根据地质、地方 资源、本单位机械配置、施工工期等条件合理选择软土地基处理方案是工程技术 人员必须解决的问题咖，。 ,(,(,间接经济效益 评价管桩的经济效益，不仅看造价，还要看工期。对于工期的价值，在以往 计划经济时代，人们对它并不看重，但在当今商品经济发展的时代，“时间就是金 钱，工期就是效益:已成为人们的共识，对于贷款投资的人感触尤深。 碎石桩和,,,管桩施工速度快、工效高、工期短，提前竣工投产，将产生巨 大的社会效益和经济价值，机械化施工程度高，现场整洁，施工环境好，不会发 生钻孔灌注桩工地泥浆满地流的脏污情况，容易做到文明施工，安全生产，减少 安全事故，也是提高间接经济效益的有效措施??。 ,(,本章小结 在综合对各种类型的桩基处理类型进行了工期、经济效益等评价后我们得出 了相对经济，且能够很好满足施工工期要求，承载力大大提高的碎石桩和,,,桩 联合处治软土地基的复合地基方法，为施工单位节省了资金，同时将对环境的影 响减少到很小的范围内，该方法的进一步应用有待后续观察。 第六章结论与建议 第六章结论与建议 ,(,本文主要结论 本文相关工程位于罗富高速公路第十五合同段富宁立交区，通过使用碎石桩和 ,,,桩加固该地段的软土地基，我们进行了施工设计分析、现场定性定量观测、分 析结果对比，最后得到了如下一些对类似工程有较好作用的建议，本文主要工作 及结论如下: ,、通过分析各类软土地基处理方法的加固机理和应用效果，并根据各种桩型 的适用性，结合实际工程当地的地质条件，确定了采用联合法处理软土地基的方 法。用碎石桩加固地基以控制路基沉降，并防止过量的工后沉降;用,,,桩增加 地基的承载力，增强其侧向约束，对控制路基沉降有良好的辅助作用。 ,、根据施工单位的施工条件和工程地质条件，确定了合适的施工方法，碎石 桩采用振动沉管法，,,,桩采用静压入土。施工中的难点在于,,,桩在公路工程中 的应用，由于没有,,,桩在公路工程中的应用经验，我们根据建筑行业的标准制 定了合适的施工方法，为快速高效完成工程项目提供了前提。通过最后的施工评 价表明，采取的施工方法正确，很好的解决了一些应用难题。 ,、施工期沉降及工后沉降是软土地基处理中非常重要的问题，复合地基的沉 降计算是土力学和地基处理中极其重要的理论问题。为解决本工程沉降问题，本 文对复合地基沉降计算理论及沉降观测和数据分析进行了论述，通过理论分析和 观测数据分析可以看出，振冲碎石桩和,,,管桩联合处治软土地基有很好的应用 效果，特别是,,,桩的应用起到了意想不到的效果。 ,、“安全、适用、经济:是工程设计和施工的重要原则，为达到良好的经济效 益本文对各种桩基的定性适用原则和定量费用指标进行了对比研究。通过定性和 定量两方面技术经济评价，证明了碎石桩和,,,桩联合处治软土地基不仅达到了 处治软土地基的目的，而且有较好的经济效益值得广泛推广。 ,(,进一步研究的建议 本文在高速公路的软土地基处治方法以及地基沉降理论与沉降数据分析方面 虽然做了一些工作和研究，但还有很多不足之处，有待于进一步研究。 ,、软土地基处理后沉降是与时间相关的，这种沉降变形在微观方面的试验和 理论值得进行更深层次的研究。软土的变形特性是由其内部微观结构决定的，研 究其微观结构特别是动态变形特性具有重要意义。 ,、复合地基中桩土的联合作用是关键所在，联合处治软土地基的机理及沉降 计算方法有进一步研究的必要，应该进一步研究联合处治方法的适用效果，为进 一步的推广联合处治软土地基这一方法提供基础。 ,、本文对于联合处治软土地基的效果只是进行了工程对比，通过主线和匝道 第六章结论与建议 两处的处治效果的对比分析得出了有效的结论，并没有进行有限元分析或模型试 验等研究。建议对联合处治方法进行有限元分析并辅以模型和现场试验，以得出 更好的结果便于大范围推广。 ,、,,,管桩用于高速公路软弱地基处理还相对较少，有必要对,,,管桩复合 地基做进一步的现场试验和模型试验，以获得有价值的试验资料。并结合试验资 料对,,,管桩受力机理做进一步的分析和认识，分析管桩复合地基的应力场和变 形特性，以便更好地为推广应用服务。 致谢,, 致谢 在工作单位工作几年之后，才感觉到知识的重要，才越发想回到学校重新给自 己充电。重返学校学习，感觉像回到了那个满是好奇，充满激情，活力四射的大 学时代。我曾经在这里度过美好的四年大学生活，现在，感谢单位和母校给了我 这个机会，我重新回到了梦寐以求的母校来完成我新的学业。她将成为我生命中 又,段宝贵的记忆。那些曾经陪伴我、帮助我、指引我、支持我的家人、朋友和 老师却让我终生难忘，心中的感激之情只能借此略加聊表。 我非常感谢在我求学生涯过程中的老师们，感谢他们对我的教导，特别是由衷 的感谢我的第一导师——凌天清教授，在读书期间，凌老师在学术上给我很多的 指导，使我在工程和学术的结合上有了进一步的提高，本文从选题到论文内容都 是在凌老师的指导下完成的，凌老师严谨的治学观将深深影响我的工作态度。 感谢我的第二导师，柏松平高级工程师，在作者学习和撰写论文期间，给了我 很多有益的指导，使我的论文内容更加充实，完善。 感谢单位领导和同事对我的关心和帮助，感谢业主单位的领导对我工作的支 持～ 感谢我的同门师兄弟(姐妹)和我的朋友在学习、生活上对我的照顾。 最后，感谢我的家人，是你们无私的爱，默默的支持使我取得了现在的成绩。 谨以此文献给我的家人和所有爱我，关心我的人。 ,,,,年,月,日夜 参考文献 参考文献 ,,,刘松玉(公路地基处理,,,(南京:东南大学出版社，,,,,( ,,,地基处理手册编写委员会(地基处理手册,,,(北京:中国建筑工业出版社，,,,,( ,,,雷华阳(复合地基应用进展和发展趋势,,,(岩土工程技术，,,,,(,):,,,,,一,,,( ,,,王吉望(复合地基的现状与发展,,,(施工技术，,,,,(,):,, ,( ,,,龚晓南(复合地基理论及工程应用,,,(北京:中国建筑工业出版社，,,,,( ,,,李立新，王连广等(复合地基应用进展,,,(沈阳建筑工程学院学报，,,,,，,,(,):,,,:,,,,,,( ,,,娄奕红，杨虹(振冲碎石桩在软土路基加固中的应用,,,(佛山科学技术学院学报(自然科学 版)，,,,,，,,(,):,,:,, ,,( ,,,刘湘武(振动挤密碎石桩在高速公路软基处理中的应用,,,(山两交通科技，,,,,，,,:,,:, ,,( ,,,叶书麟，叶观宝(地基处理,,,(北京:中国建筑工业出版社，,,,,( ,,,,周德泉，刘宏利，张可能等(粉喷桩处理软弱路基的设计与沉降分析,,,(地质与勘探， ,,,,，,,(,):,,,, ,( ,,,,闰明礼，张东刚(,,,桩复合地基技术及工程实践,,,(北京:中国水利水电出版社，,,,,( ,,,,,,,,,,,(,，,,,,(,(,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,,,, ，,;,,,,,,,,,(,,,,,,,,,;,,;;,， ,,,,(,):,,,,( ,,,,饶为国等(复合地基工后沉降的薄板变形模拟,,,(应用力学学报，,,,,，,,(,):,,,,,一,,,( ,,,,饶为国等(桩——网复合地基工后沉降的薄板模拟理论解,,,(水利学报，,,,,，,:,,:,,,,( ,,,,饶为国等(桩——网复合地基应力比分析与计算,,,(土木工程学报，,,,,，,,(,):,,,,,( ,,,,,(,(,,,,,，,(,(,,,,,,，,(,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,(,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(, ,,,，,,(,):,,,,( ,,,,,(,(,,(,,,,;,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,;,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,;,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,，,,(,):,,,,,( ,,,,朱红兵(预应力管桩竖向承载力的研究,,,(杭州:浙江大学，,,,,( ,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,,,,,,，,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,(,,,,,,,,,,,,,,;,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,(,,,,，,: ,,,,,,,( ,,,,金兴平(预应力管桩承载力性状的研究,,,(杭州:浙江大学，,,,,( ,,,,,,,,,,,,,。,,,,,,,,,(,,,,,,,;,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,;,,,,,,(,,,,,, ,,,,,,,,,,,，,,,,，,(,):, ,,—,,,( ,,,,上海市工程建设标准化办公室(上海市标准:,地基处理技术规范》(,,,,,,,,—,,)，,,,,( ,,,,叶观宝，叶书麟(深层搅拌桩加固软基的试验研究(见:地基处理和桩基国际会议论文(北