Yibin University
本科生毕业论文
题目：浅谈砂石桩法在地基处理中的应用 院别：经济与管理学院
专业：工程管理 姓名：龚波
学号： 111410038 年级：2011级
指导老师：游强 职称：副教授
教务处制
2015 年 4月 10日
摘要
近年来，地基处理技术在我国工程建设中得到了越来越多的应用。本文通过查阅相关资料，简单介绍了国内和国外地基处理技术的发展情况，以及地基处理的一些基本概念。主要介绍了砂石桩法在不同的地基类型的处理土体中的作用原理、设计计算的一般原则、砂石桩复合地基承载力和沉降计算以及施工工艺、质量检测等。
通过分析，得出了砂石桩法在地基处理中存在的问题，并针对这些问题提出了一些相应的解决办法。
关键词：地基处理、砂石桩、软弱土、复合地基
Abstract In recent years, the foundation treatment technology has been used more and more in our country engineering construction. In this paper, through access to relevant information, simply introduces the development situation of domestic and foreign technology of foundation treatment, foundation treatment, some of the basic concepts. Mainly introduces the principle, design calculation of sand gravel pile method in treatment of different types of soil foundation in the general principle, and the settlement of gravel pile composite foundation bearing capacity calculation and the construction technology, quality detection.
Through the analysis, it is found that there exists a gravel pile method in foundation treatment problems, and puts forward some corresponding methods for solving these problems.
Keywords: foundation treatment, soft soil, gravel pile, composite foundation
目录
摘要 ........................................................ 1 Abstract ................................................... II
一、绪论 .................................................... 1
（一）研究的背景 .............................................. 1
（二）研究目的及意义 .......................................... 1
二、地基处理基本概论 ........................................ 2
（一）地基处理概念 ............................................ 2
（二）地基可能出现的问题 ...................................... 2
（三）地基处理的目的 .......................................... 2
（四）地基处理方案的确定步骤 .................................. 3
（五）地基处理效果检验 ........................................ 3
（六）地基处理的监测和监理 .................................... 3
三、砂石桩法 ................................................ 4
（一）定义、分类及适用范围 .................................... 4
（二）作用原理 ................................................ 4
1、在松散沙土和粉土地基中的作用 ............................ 4
2、在黏性土地基中的作用 .................................... 5
（三）设计计算分析 ............................................ 6
1、一般原则 ................................................ 6
2、桩孔间距的确定 .......................................... 6
3、砂石桩桩长 .............................................. 9
4、复合地基承载力计算 ...................................... 9
5、复合地基沉降量计算 ..................................... 10
（四）施工工艺 ............................................... 10
1、振冲法 ................................................. 10
2、施工前的准备工作 ....................................... 11
3、施工顺序 ............................................... 11
4、施工方法 ............................................... 12
5、施工质量控制 ........................................... 13
（五）质量的检测 ............................................. 13
1、时间间隔 ............................................... 13
2、检测工作 ............................................... 13
3、复合地基承载力试验 ..................................... 13
4、桩体质量检测 ........................................... 13
5、桩间土的检测 ........................................... 14
四、工程实例分析 ........................................... 15
（一）砂石桩检测分析 ......................................... 15
（二）砂石桩法存在的问题分析 ................................. 17
结论 ....................................................... 18
参考文献 ................................................... 19
致谢 ....................................................... 20
一、绪论
（一）研究的背景
地基处理技术伴随着人类的起源而兴起，砂石桩法是在地基处理技术发展到一定程度而产生的，砂石桩在19世纪30年代起源于法国。之后很长一段时间，由于没有先进的机械设备和技术处理方法，导致其发展处于停滞期，到1958年，日本开始采用振动重复压拔管施工方法，使砂石桩地基处理技术发展到一个新高度，施工的质量、效果和处理深度都有显著提高。
1959年在上海重型机器厂，我国首次采用了锤击沉管挤密砂桩法处理地基，之后1978年又一次在上海宝山钢铁公司采用振动重复压拔管砂桩施工法处理原料堆场地基。这两项工程的开展为我国在饱和软弱黏性土中采用砂石桩尤其是砂桩取得了丰富的经验。近年来，砂石桩在我国建筑工程领域中得到广泛应用。
（二）研究目的及意义
我国地域辽阔、地形复杂多样、土质差别比较大，地基处理技术受到区域性因素的影响特别大，因此，地基处理技术的完善，是现代土木工程研究的重要课题。随着我国经济建设快速发展，一般情况都是选择地质条件良好的地区进行工程建设，但有时不得不在地质条件复杂地区开展工程建设，因此，必须要对天然的软弱地基进行处理。
据调查研究发现，在目前所建设的多数工程中，各种各样的工程事故发生都是源于地基问题未处理妥当。能否恰当的处理地基问题，直接影响到工程建设的各个阶段，甚至直接决定是否建设该项工程。因此，处理各类地基问题成为现代工程建设的当务之急。
进行地基工作机理全面的理论研究可以加深人们对地基重要性认识，从而大力推进地基处理技术的发展。只有掌握了砂石桩地基处理方法的原理，明白其设计计算的方法和步骤，清楚地认识到施工中及施工后应该注意的问题以及重视砂石桩法施工过程中的质量控制和施工后检验的方法等，才能妥善地分析地基的承载力及变形问题，合理地选择地基形式，从而在质量得到保证的前提下加快施工进度，缩短工期，节约投资取得较好的经济效益。因此，重视地基处理理论研究工作，对于发展地基处理技术具有重要的意义。通过对砂石桩法在地基处理中的应用研究，可以加深对地基处理的理解，将其更完善的应用到工程实践中。
二、地基处理基本概论
（一）地基处理概念
地基是指承托建(构)筑物基础的有限面积内的土层。由于地基上部的结构荷载比较大，而与之相应的地基土体强度又特别低，且压缩性大，则需要在其间设置相应的基础，使得上部结构的荷载能有效地传递到地基土体，以满足对地基土体承载力、变形及稳定性的要求。基础部分是位于上部结构和地基土体两者之间，它能起到承上启下的作用。从两个方面说明：一是基础受到上部结构荷载和地基反力两者的共同作用从而产生剪力和弯矩等内力；二是基础底部的反力又会反过来作用到地基土体上，使其产生相应的应力和变形。外国人谈“地基”和“基础”两个词时均用“foundation”，由此可以看出两者之间存在必然的联系。凡是基础直接建造在未经过加固处理的天然土层上时，这种地基被称为天然地基。如果天然地基太软弱，满足不了建筑工程的要求，则需要进行加工处理，形成能满足要求的人工地基。把这种加固地基的方式称作地基处理［1］。
（二）地基可能出现的问题
一般来说，建筑物的地基可能会出现以下四种问题：
(1)强度和稳定性问题。若地基的抗剪强度不能够支承上部结构的自重和外荷载，那么它将产生局部或者整体剪切破坏。这会导致建筑物不能正常使用，严重的会引起建筑物部分开裂甚至破坏。
(2)变形问题。地基受到上部结构的自重和外荷载作用时，若变形过大，就会影响建筑物的正常使用，特别是当地基的变形超过建筑物所能容许的不均匀沉降时，上部结构可能开裂破坏。一般情况，地基的沉降量较大，其不均匀沉降随之增大。
(3)渗漏的问题。地基中地下水的流动会造成渗漏相关问题。
(4)液化问题。地基受到地震某些振动或波动等的影响，会引起地基土产生液化、失稳和震陷等危害。
（三）地基处理的目的
地基处理的目的是采取一定的方法如：夯实、挤密、排水、加筋以等对不满足要求的地基土进行加固，以改良地基土的不良工程特性，主要体现在以下几个方面：
(1)提高地基土的抗剪强度。
(2)降低地基土的压缩性。
（3）改善地基土的透水特性。
（4）改善地基土的动力特性。
根据建筑要求和土质条件决定天然地基是否需要进行处理。主要是针对软弱土和特殊土进行地基处理。
（四）地基处理方案的确定步骤
(1)将所搜集的资料作对比，初步选出几种比较合理的地基处理方案。
(2)将初步选出的几种较为合理的地基处理方案，从多个角度，进行技术经济分析和比较，然后从其中选出最佳的方案。每一种地基处理方案都不会是万能的，都会受到它自身条件的限制。另外还可以可选用两种或多种地基处理的综合处理方案。
(3)把已经选好的地基处理方案，按建筑物的需要和地质条件的复杂程度，选择最为合理的施工方案和确定地基处理效果。
（五）地基处理效果检验
检验地基处理的效果，必须在地基处理施工结束一段时间后才进行。原因是地基经过加固后具有一个时效的作用，复合地基的强度和模量的提高都需要经过一段时间的时间，随着强度和模量在随着时间的延长而不断地增长。所以，要尽可能的提前安排地基处理施工，并通过调整施工速度，这样才能使地基的稳定性和安全度得到保证。
效果检验的方法多种多样，有钻孔取样、轻便触探试验、静力触探试验、标准贯人试验、载荷试验等。根据具体的需要选择具体的方法进行检验，综合评价地基处理效果。
在地基处理设计时，加固后的地基必须满足有关工程对地基土的强度和变形要求。一般情况设计人员只会注意地基承载力的要求，而忽视变形要求。因此要特别注意考虑变形的影响。
（六）地基处理的监测和监理
施工过程中，施工单位要派专人负责质量控制和监测，并做好施工记录。当出现异常情况时，需及时向有关部门报告并妥善解决。保证施工质量的关键是要抓好施工组织和施工管理，并把测试工作看成是地基处理的组成部分。要制定监测控制标准和控制不良现象发展的措施。地基处理属于隐蔽工程处理，因此，在施工一定要重视对施工质量监测及进行质量检验等，对施工全过程进行监理，才能保证施工质量，及时发现问题和采取相应的措施妥善解决问题。
三、砂石桩法
（一）定义、分类及适用范围
砂石桩是碎石桩、砂桩和砂石桩总称，它是指在软弱地基中采用振动、冲击或是水冲的方式成孔，然后将砂或碎石挤压到已经形成的孔中，形成大直径的砂石体从而构成的密实桩体。砂石桩法就是采用振动或冲击的方式在软弱地基中成孔之后填入砂、砾石、卵石、碎石等材料并把它挤压入到土中，形成较大直径的密实砂石桩体的地基处理方法。它主要包括砂桩置换法、挤密砂桩法及沉管碎石桩法等。砂石桩法可用于处理松散砂土、粉土、强性土、素填土及杂填土地基，该方法处理可液化地基是很有效的。在饱和黏性土地基中若工程对变形控制要求不严则也可以采用砂石桩法进行置换处理。砂石桩法处理饱和软黏性土地基时，因桩周土约束力差，地基强度提高幅度小，因此应慎用。在大型的、重要的或场地十分复杂的工程正式施工之前，要按照设计要求，选择有代表性的场地上进行试验。
（二）作用原理
1、在松散沙土和粉土地基中的作用
（1）挤密作用
砂土和粉土都属于单粒结构，在松散状态时，颗粒的排列位置相当不稳定，当动力和静力作用时就会重新排列，然后变成稳定的状态。但这种基本稳定的密实状态，在动力和静力作用时又将会发生位移，改变它原本的排列位置。松散砂土受到振动力作用时，它的体积可以缩小到原来的80%。
在砂土和粉土中沉入桩管时，无论是采用锤击和振动法中的哪一种方法，都会对它周围的土体产生比较大的横向的挤压力，桩管沉入时会把地基中的砂挤向桩管周围的土层，其体积等于桩管体积，导致其孔隙比减小，密实度增加，这就是砂石桩法的挤密作用。
（2）振密作用
沉入桩管时尤其是采用垂直振动的激振力时，桩管周围的土体将受到挤压，与此同时，桩管的振动能量将以波的形式在土体中传播，引起桩周围的土体振动。由于挤压和振动作用，土的结构将逐渐破坏，孔隙水压力会慢慢增大。一旦土结构遭到破坏，土颗粒就会重新排列，向较低势能的位置方向移动，因而土由较松散的状态变为密实状态。随着时间的延长，孔隙水压力的将进一步变大，当达到其大于主应力值时，土体就开始液化成流体的状态，流体状态的土不太可能变得密实，若有排水通道，土体中的水此时就沿着排水通道排出地面。一段时间后孔隙水压力的消散，土粒又会重新排列、固结，形成新的结构。随
着孔隙水被排出，土体的孔隙比逐渐变小，密实度提高。砂土和粉土中的振密作用比挤密作用明显，振密作用是砂石桩的主要加固作用之一。它的影响范围越大，振密作用越显著。
（3）抗液化作用
当饱和砂土和粉土受到地震作用或振动作用时，其结构会被破坏，土的抗剪强度会随着土中的孔隙水压力升高而降低。当土的抗剪强度完全丧失，或者土的抗剪强度降低到土不再能抵抗它原来所能承受的剪应力时，土体就发生液化流动破坏。
砂石桩法所形成的复合地基其抗液化的作用在以下两个方面得以体现：
1)可液化的桩间土层受到挤密和振密作用。土层的密实度相应地增加，结构强度得到提高，从而土层本身的抗液化能力也就得到提高。
2)砂石桩的排水通道作用。砂石桩作为良好的排水通道，能够加速挤压和振动作用产生的超孔隙水压力的消散，因而提高桩间土的抗液化能力。砂土的液化特性不仅与相对密实度和排水体有关，还与砂土的振动应变历史有关。在振动成桩这个过程中，桩间土受到了多次不同程度的预振作用，使得地基土的抗液化能力得以提高。
2、在黏性土地基中的作用
黏性土多为蜂窝状或絮状结构，颗粒间的分子相互吸引力比较强，渗透系数较小。对于不饱和的黏性土，沉管时地基能产生一定的挤密作用。但对饱和的黏性土地基，黏粒之间的结合力会受到沉管成桩过程中的挤压和振动等扰动影响而遭到破坏，孔隙水压力会快速升高，土的强度逐渐降低，压缩性变大。砂石桩施工结束之后，在土体重力作用下，通过良好的排水作用，桩间黏性土发生排水固结，同时黏粒之间重新形成新的稳定状态，使得土的结构强度得到恢复。用砂石桩处理饱和软弱黏性土地基时，砂石桩主要起到置换和排水固结两个作用。
（1）置换作用
在软弱黏性土地基中，砂石桩成桩之后和桩间土共同组成复合地基。砂石桩的强度和抗变形性能都比其周围的土体强，所形成的复合地基的承载力、模量都比原来天然地基的承栽力、模量大，从而地基的整体稳定性得到提高，减小了地基的沉降量。复合地基的承载力增大率与置换率成正比关系，其沉降量的减小率与置换率也成正比关系。成桩过程中，振动力和侧向挤压力会对饱和软黏土产生剧烈的扰动，因为桩间土的侧限作用比较小，所以不容易使桩体砂石密实。
（2）排水固结作用
在饱和黏性土地基中，砂石桩法处理饱和软弱黏性土地基的主要作用就是砂石桩体的排水通道作用。砂石桩的存在缩短了土体的横向排水的距离，因而加快了地基的固结速度。
（三）设计计算分析 1、一般原则
砂石料一般选用砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等，把这些材料按一定的比例配合使用，选择较好的级配，提高桩体的密实度，在软弱黏性土中，其对砂石桩侧限作用较小，为了增大桩体材料的内摩擦角，要尽量便用含有棱角状碎石的混合料。按规定砂石填料中的含泥量不得大于5%，并且不得含有粒径大于50mm的颗粒。
根据地基土类型、施工设备的能力以及处理的目的等因素确定砂石桩的直径。对饱和黏性土地基采用较大的直径。目前，国内采用的砂石桩的直径为300~600mm。
砂桩的平面布置形式由基础的形式所确定，一般情况下采用等边三角形或正方形布置。上部结构的特征、基础尺寸的大小、基础的形式、荷载条件以及工程地质条件等确定桩的平面加固范围。复合地基的宽度应该超过基础的宽度，每边放宽不少于l~3排桩；当用于消除地基液化沉陷时，每边放宽要大于处理深度的1／2，且应大于5m。当可液化层上被厚度大于3m的非液化层覆盖时，每边放宽要大于液化层厚度的1／2，且应大于3m。
砂石桩施工完后，桩顶1．0m左右长度内的桩体是较松散的，密实度不大，这部分要挖除，或采取一定的方法让其密实，然后铺设垫层，垫层材料选用中、粗砂或砂与碎石的混合料。垫层厚度为200~500mm，垫层要分层压实。
当采用振动沉管法成桩时，会对附近相邻的建筑物产生一定程度的影响。施工中应对邻近建筑物进行沉降观测。通过实测资料研究表明，振动沉管法施工时距相邻建筑物的最小的安全距离约等于地基处理的深度，一般情况下，要保持在8~10m以内。对于重要建筑或是缺乏经验的场地，选择有代表性场地以不同布桩形式、桩间距、桩长及施工工艺进行制桩试验，可以获得较合理的设计参数、施工工艺参数。
2、桩孔间距的确定
砂石桩在松散砂土和粉土中与在黏性土中的作用机理不同，桩间距的算法需分类讨论。
（1）砂土和粉土地基
由于振密和挤密两种作用存在，平面一般布置为正三角形和正方形，如图4—1所示。
下卧层
图4-1
1）正三角形布置时，一根桩所处理的范围为六边形（图4-1中阴影部分），加固处理后的土体体积变为：
e0-e1DV
（4-1） eV==
V01+e0
式中e0——天然孔隙比；
e1——处理后要求的孔隙比。 一根桩的处理范围为：
V0=
式中s——桩间距；
H——欲处理的天然土层厚度。
2
H（4-2） 所以
DV=eVV0=(
e0-e11+e0
2
H（4-3） 实际上，Du等于砂石桩体向桩体周围挤排土时由挤密作用所引起的体积减小量和土体在振动作用下发生的竖向的振密变形所引起的体积减小量相加，即
DV=
式中d——桩直径；
h——竖向的变形（下降则取正值，隆起则取负值）。
p22
d(H-h)+h（4-4） 42
把（4-3）式代入到式（4-4）中，得
2pd22
(H=(H-h)+h（4-5） 1+e04e0-e1
整理后，得
s=0.954-6）
（2）同理，正方形布桩时：
s=0.894-7）
若忽略振密作用，则式（4-6）和式（4-7）可改写为如下的形式： 正三角形布置
s=0.954-8）
正方形布置
s=0.894-9）
处理后土的孔隙比e1可由式（4-8）求得
e1=emax-Dr(emax-emin)（4-10）
式中emax——最大孔隙比，即砂土处于最松散状态的孔隙比，可通过室内试验测得；
emin——最小孔隙比，即砂土处于最密实状态时的孔隙比，可通过室内试验测得； 。 Dr——处理之后要求所达到的相对密度（一般取值为0.70~0.85）（2）黏性土地基
如图4-1所示，正三角形布置时，一根砂石桩的处理面积Ae为：
Ae=
2
整理为：
s=
=4-11）
正方形布置时，Ae=s2，即
s=
4-12）
Ae=
式中Ae——一根砂石桩所承担的处理面积；
Apm
（4-13）
Ap——砂石桩的截面积；
。 m——面积置换率（一般为0.10~0.30）
3、砂石桩桩长
桩的长度主要是根据需要加固处理的软土层的厚度、建筑物对地基的强度以及变形条件等的设计要求和地质条件综合分析确定，砂土地基还需考虑抗液化的要求。在地基中松软土层厚度较小的情况下，桩的长度直接按照松软土层厚度来确定，砂石桩要穿透松软土层到较好土层。当地基中的松软土层厚度比较大时，如果建筑物按稳定性控制设计，砂石桩的长度要大于最危险滑动面的深度，按照复合地基的滑动计算确定其长度。当建筑物是按照沉降变形控制时，桩的长度必须要能满足复合地基的沉降量要小于建筑物的容许沉降量的要求，由复合地基的沉降计算确定。对于可液化地基，当液化层厚度较薄时，桩的长度要穿透液化层，当液化层厚度较厚或上部建筑物要求部分消除地基波化沉陷变形时，桩长的确定要满足地基处理的深度应使处理后的地基的液化指数不大于4，对于独立基础与条形基础，桩长还不应小于基础底回下5m和基础宽度的最大值；在地基处理深度范围内，要保证处理后土层的标准贯人锤击数实测值不小于相应的液化判别的临界值。砂桩的长度一般为8~20m。砂石桩桩长按照工程的要求和工程的地质条件计算确定，一般不小于4m。当松软土层厚度小时，砂石桩的桩长应该穿过松软土层；当松软土层厚度较大时，砂石桩的桩长应大于最危险滑动面之下2m的深度；
4、复合地基承载力计算
砂石桩复合地基的承载力应由现场复合地基载荷试验确定，也可以用单桩和桩间土的载荷试验按（4-14）确定：
fspk=mfpk+(1-m)fsk（4-14）
式中fspk——复合地基的承载力特征值；
fpk——桩体单位截面积承载力的特征值；
fsk——桩间土的承载力特征值；
m——面积置换率，m=d2/de2；
d——桩身平均直径，m；
de——1根桩所分担的处理地基面积的等效圆的直径，m，等边三角形布桩de=1.05s，
正方形布桩de=
s，s1，s2——桩间距、纵向桩间距和横向桩间距。
或
fspk=[1+m(n-1)]fsk（4-15）
式中n——桩土应力比（由实测获得；无实测值时，对黏性土可以取2~4，粉土和砂土一般则取1.5~3。原土强度低取大值，原土强度高则取小值）。
由式（4-15）可通过小型载荷试验测得桩间土的承载力特征值，即可计算复合地基的承载力特征值，式中的fsk为处理后的桩间土的承载力特征值。对于黏性土地基也可以采用处理以前的天然地基土的承载力特征值来代替。
5、复合地基沉降量计算
复合地基沉降量值为加固区压缩量z1和加固区下卧层压缩量z2两者之和。可将加固区视为一复合土体，复合土体的压缩模量可以通过砂石桩的压缩模量Ep和桩间土的压缩模量
Es在面积上进行加权平均的方法求得，即
Esp=mEp+(1-m)Es（4-16）
或
Esp=[1+m(n-1)]Es（4-17）
然后用分层总和法计算沉降。
（四）施工工艺
1、砂石桩可采用振动沉管、锤击沉管或冲击成孔等成桩法进行施工。若要想消除粉细砂及粉土液化，则应选用振动沉管成桩法。目前国内常用的主要是振冲法。
主体设备——振冲器
振冲器是利用一个偏心块的旋转来产生一定频率和振幅的水平向振动力进行振冲置换施工的一种专业机械，为中空轴立式潜水电动机所带动偏心块振动的短柱状形机具。
配套设备——起吊设备
起吊设备一般为轮胎式或是履带式吊机、自行井架式专业平车或是抗扭胶管式专业汽车。起吊能力和提升高度应满足施工要求。每台振冲器配有一台水泵。其他的设备还有运料的工具、泥浆泵以及配电板等。施工所用的专用平台车由桩数及工期所确定，有些时候还将受到场地的大小、交叉施工、水电供应以及泥水处理等条件的限制。
2、施工前的准备工作
(1)三通一平。指水通、电通、材料通及场地的平整，是保证施工能顺利进行的前提条件。水通是一方面要保证施工中所需的水量，另一方面也要把施工中产生的泥水排走。电通是指施工中所需要的三相和单相两种电源，三相电源的电压为380v，主要是供振冲器使用。材料通指的是应准备若干个堆料场，且备足填料。场地平整包括两个内容，一是要清理和尽可能地使场地平整，另外一方面是要清除地基中的障碍物，如废混凝土土块等。
(2)施工场地布置。施工场地的布置随具体工程而定。施工前要把场地中的供水管、电路、运输道路、料场、照明设施等妥善布置。当有多台施工车同时作业时，要提前规划出各台施工车的包干作业区。其他如配电房等也应事先安排好。
(3)桩的定位。在平整场地之后，要测量地面高程。加固区的地面高程要在设计桩顶高程以上1m。若这一高程低于了地下水位，则需配备相应的降水设施或适当地提高地面高程。最后，按桩值设计图在现场用小木桩标出桩的位置，桩位偏差应小于3cm。
(4)制桩试验。对于中大型工程，应事先选择一试验区，并进行实地制校试验，以取得各项施工参数。按照地基处理的设计方案，进行施工组织的设计，以便明确施工的顺序、施工的方法，并计算出在工期内所需配备的机械设备，以及水、电、材料等的用量，排出施工进度计划表井绘出施工平面布置图。
3、施工顺序
施工顺序可以采用“由里向外”或“从一边到另一边”等方式，如图4—2所示。
(b)
（c
）
（d）
（a）由里向外的方式；（b）一边到一边的方式；（c）间隔跳打方式；（d）减少对邻近建筑物振动影响的施工顺序
图4-2
4、施工方法
振冲法施工的填料方式一般有以下三种：
(1)将振冲器提出孔口，向孔内加进约l m高的填料，再把振冲器放下进行振密。 (2)振冲器不提出孔口，向上提升l m左右，让它离开之前振密过的地方，然后再往下倒料，再放下振冲器振密。
(3)连续向孔中加料，让振冲器保持持续振动，连续不断地往孔内添加填料，当在某深度上达到了规定的振密标准后就往上提振冲器，然后继续振密。
工程施工中具体选用哪一种填料方式，主要取决于地基土的性质。在软黏土地基中，不宜使用连续加料的方法，是因为软弱土会坍塌填塞刚刚形成的孔道，经常需要进行孔道清理。但在砂性土地基的孔中适合连续加料的施工方法。振冲法是砂石桩法的主要施工方法之—如图4—3所示。振冲挤密法一般的施工过程如下：
(1)振冲器对准桩位。 (2)启动吊机。
(3)在振冲器位于设计方案中所需加固深度以上0．3~0．5m时，需要减少加水量，然后继续让振冲器往下沉入到设计中所需加固深度以下0．5m处，并保证振冲器在此处留振30s以上。
(4)从地面向孔中逐段挤入碎石，这时需要以l~2m／min的速度往上提升振冲器。规定振冲器往上提升到0.3~0.5m就要在此处留振30 s，同事要观测电动机的电流的变化，密实的电流一般要比空振电流大25~30A。像这样不断填如材料并振动密实，一直到地面为止，这样就可以在地基中形成一根直径比较大且密实度特别高的桩体。这个过程中要记录每次提升速度、密实电流和留振时间。
(5)关机、关水，并移位到另一个加固点，重复以上施工过程。
(6)等施工现场全部振冲加固完后，要对场地进行整平处理，然后再对表层进行处理。
5、施工质量控制
采用振冲法施工时质量检验的关键是对所填土孔中的材料量、振密时所用的电流和每一处持续振动的时间。在地基中某一深度处振冲器所停留持续振动的时间既所谓的“留振时间”。为了使地基中砂土得到充分饱和控制水量的大小是关键。饱和砂土在振动作用下会产生液化。振冲器停止工作后，经液化后的砂土颗粒将会重新排列，此时的孔隙比要小于之前的孔隙比，砂土的密实度增加。
（五）质量的检测 1、时间间隔
砂石桩处理完成后，要隔一段时间才对其进行检测。若地基土为饱和黏性土则应该等孔隙水压力逐渐消散后再对其进行检测，间隔时间至少28d；若地基土为粉土、砂土或复杂环境土时，间隔时间要大7d；对非饱和土一般在校施工后3~5d即可进行。
2、检测工作
前期试验阶段，要详细了解设计意图，根据经验，初步判定地基处理方法的可行性。按设计要求编写检测方案，除验证复合地基承载力是否满足设计要求外，还应进行桩体质量检测和桩间土的检测，工作量的布置要全面且要具有代表性。试验报告除包括各项设计指标外，还要对施工工艺的可行性做出评价，若发现该处理方法不可行时，要提出整改意见，对新修改后的处理方法，变动的性质加以分析后再使用。
后期主要是对复合地基承载力进行检测、桩体检测及桩间土的进行检测。工作量布置为：复合地基所需载荷试验数为全部桩数的0.5％~1％，并且对每一个单体工程至少取3处，地基处理面积在500m2及其以上的工程，若超出300m2则最少要增加1处，若没达到300m2，应按300m2计；桩体检测量不应少，能够全面反映施工质量。对不合格项要扩大检测量，最终提出处理参考的意见。
3、复合地基承载力试验
在进行复合地基承载力试验时，承压板面积必须等于单桩或实际桩数所承担的处理面积，最大加载值不少于设计值的2倍。放置承压板的试坑，要在试验设备安装时进行开挖处理，目的是为了保持试验土层原状结构及天然强度。
4、桩体质量检测
砂石桩桩体质量检测的手段主要有单桩静载试验和动力触探试验，用于检测其承载力
和桩体密实度。进行单桩静载试验时，因桩体为松散体，试桩顶面应处理至设计标高。安装试验设备前，桩顶面应放置一块面积与桩设计截面相同的刚性板。进行桩体密实度的检测时，要用动力触探试验进行，检测位置应选在桩中心，检测时要保持探杆垂直，避免将探头侧向斜打出桩身。为了更为详细地了解砂石桩的体形变化，必要时可进行开槽检测校身，进一步观测桩径大小乃桩的施工质量。
5、桩间土的检测
经砂石桩处理后的地基最终必须要能要满足承载力、变形或消除地基土液化的要求。桩间土的检测方法有标准贯入试验、静力触探试验以及动力触探试验等。桩间土的挤密效果。是检测的主要内容，由于桩位布置的等边三角形或正方形中心挤密效果较差，因此检测点平面位置在布置在该处。
四、工程实例分析
（一）砂石桩检测分析
A工程名称
陕西省天然气输气管道建设指挥部9—4号住宅楼干振砂石桩检测。 B工程地质条件
拟建场地位于西安市北郊的南康村附近。场地地形较平坦。地貌单元属渭河右岸Ⅱ级 阶地。
场地内的地基土分为5层，主要岩性描述如下：
第1层为素填土，硬塑，土质松散，不均匀，厚度为1.50～5.00m。 第2层为黄土，可塑，局部坚硬，层厚为2.20～7.00m。 第3层为黄土，可塑～软塑，饱和，层厚为4.90～6.20m。 第4层为古土壤，可塑～软塑，饱和，层厚为4.50～5.60m。 第5层为细砂，中密，饱和，未穿透。
场地地下水属潜水类型，水位埋深介于14.20～14.60m之间。 C设计要求与施工工艺
(1)设计参数。地基处理采用干振砂石桩，设计目的主要是为了提高地基承载力，消除湿陷性。桩径400mm，桩距为1.10m，有效桩长4.00～4.30m，呈正三角形满堂布置。复合地基承载力设计值为1 80kPa。
(2)桩体施工工艺。砂石料级配(重量比)：20～50mm的卵石为70％，中粗砂为30％，砂石含泥量控制在3％以下。
D试验结果
本次试验共进行单桩复合地基载荷试验3处，重型动力触探试验3处，取样钻孔3个。 (1)单桩复合地基载荷试验。根据试验结果判定，该砂石桩复合地基承载力基本值分 别为216kPa、286kPa、162kPa，其极差大于30％，该楼地基承载力总体不均匀。 单桩复合地基载荷试验的P—s曲线如下图。
p/k Pa
[1**********]
10
20
30
s/mm360S1S240
50
60
70
80S3
(2)重型动力触探试验。将实测击数整理、修正后，进行数理统计，根据统计结果分 析：砂石桩体的动力触探试验锤击数范围值N=2.0～9.0击，砂石桩体为松散～稍密。 砂石桩动力触探曲线如下图。
024N63.5
/击
6810
2
H/m
4
(3)桩间土湿陷性。根据土工试验成果报告，湿陷性未完全消除。
E 结论
(1)复合地基承载力总体不均匀，承载力试验结果不满足要求，砂石桩体密度为松散～稍密，密实度比较差，桩间土湿陷性未完全消除。
(2)根据试验结果分析，主要原因是桩间距过大、干振效果差造成的。
（二）砂石桩法存在的问题分析
早期沙石桩法主要在挤密砂土地基中用，随着对砂石桩理论研究和实践研究的深入，尤其是随着科技技术水平不断发展，研发并应用高效能专用机具，使得砂石桩的应用范围不断扩大。但要考虑砂石桩处理地基的常见质量问题。
(1)应注意的问题：①塌孔。产生原因为振动电流太大，地层太弱。②缩颈，桩样偏 小。产生原因为振动过快，振动电流小。②个别点试验末达设计值。产生原因为砂桩不密实，局部地层较弱，超孔隙水压力未完全消散。
(2)防治措施：①施工前分析地质报告；②控制拔管贯入速度，目的是为了增强对土层预振动作用，提高其密实度；③采用激振力，增加振动频率；④扩大桩径；55根据情况采用袋装砂井配合使用；
结论
经过国内外学者的长期努力工作，砂石桩法的理论研究已经取得了很大的进展，但仍有许多工作需要我们去完善和改进。砂石桩法改良地基这种方法，适用于不排水的粉土粘土和人工填土等地基，除了提高地基的承载力，减小地基的沉降外，还可以用来提高土体的抗剪强度，增大土体的抗剪稳定性。选用砂石桩法作为地基处理方法时应当综合考虑工程地质、水质条件，结构情况、变形允许值、造价、施工等影响因素。砂石桩桩体具有较高的强度，较好的透水性，较高的抗液化性能等优点是一种可推广、应用的地基处理方法。对于软弱土地基砂石桩法是一种经济适用的加固方法。
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致谢
在此论文撰写过程中，我运用了在实习过程中的学到知识，结合理论，在y游强导师的细心指导下，才完成了这篇论文，因此在这里真诚的感谢游老师，谢谢他在百忙之中，不辞辛苦，为了我的论文付出了那么多的心血。时间飞逝，四年这么快就即将过去啦，在这里我收获了很多，使我受益匪浅，这四年，将会是我最难忘的四年。我相信在我的人生当中这将是一个转折点，在这里谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，同时也感谢这么多年一直辛勤培养我的老师！一起走过来的朋友！谢谢你们！
Yibin University
本科生毕业论文
题目：浅谈砂石桩法在地基处理中的应用 院别：经济与管理学院
专业：工程管理 姓名：龚波
学号： 111410038 年级：2011级
指导老师：游强 职称：副教授
教务处制
2015 年 4月 10日
摘要
近年来，地基处理技术在我国工程建设中得到了越来越多的应用。本文通过查阅相关资料，简单介绍了国内和国外地基处理技术的发展情况，以及地基处理的一些基本概念。主要介绍了砂石桩法在不同的地基类型的处理土体中的作用原理、设计计算的一般原则、砂石桩复合地基承载力和沉降计算以及施工工艺、质量检测等。
通过分析，得出了砂石桩法在地基处理中存在的问题，并针对这些问题提出了一些相应的解决办法。
关键词：地基处理、砂石桩、软弱土、复合地基
Abstract In recent years, the foundation treatment technology has been used more and more in our country engineering construction. In this paper, through access to relevant information, simply introduces the development situation of domestic and foreign technology of foundation treatment, foundation treatment, some of the basic concepts. Mainly introduces the principle, design calculation of sand gravel pile method in treatment of different types of soil foundation in the general principle, and the settlement of gravel pile composite foundation bearing capacity calculation and the construction technology, quality detection.
Through the analysis, it is found that there exists a gravel pile method in foundation treatment problems, and puts forward some corresponding methods for solving these problems.
Keywords: foundation treatment, soft soil, gravel pile, composite foundation
目录
摘要 ........................................................ 1 Abstract ................................................... II
一、绪论 .................................................... 1
（一）研究的背景 .............................................. 1
（二）研究目的及意义 .......................................... 1
二、地基处理基本概论 ........................................ 2
（一）地基处理概念 ............................................ 2
（二）地基可能出现的问题 ...................................... 2
（三）地基处理的目的 .......................................... 2
（四）地基处理方案的确定步骤 .................................. 3
（五）地基处理效果检验 ........................................ 3
（六）地基处理的监测和监理 .................................... 3
三、砂石桩法 ................................................ 4
（一）定义、分类及适用范围 .................................... 4
（二）作用原理 ................................................ 4
1、在松散沙土和粉土地基中的作用 ............................ 4
2、在黏性土地基中的作用 .................................... 5
（三）设计计算分析 ............................................ 6
1、一般原则 ................................................ 6
2、桩孔间距的确定 .......................................... 6
3、砂石桩桩长 .............................................. 9
4、复合地基承载力计算 ...................................... 9
5、复合地基沉降量计算 ..................................... 10
（四）施工工艺 ............................................... 10
1、振冲法 ................................................. 10
2、施工前的准备工作 ....................................... 11
3、施工顺序 ............................................... 11
4、施工方法 ............................................... 12
5、施工质量控制 ........................................... 13
（五）质量的检测 ............................................. 13
1、时间间隔 ............................................... 13
2、检测工作 ............................................... 13
3、复合地基承载力试验 ..................................... 13
4、桩体质量检测 ........................................... 13
5、桩间土的检测 ........................................... 14
四、工程实例分析 ........................................... 15
（一）砂石桩检测分析 ......................................... 15
（二）砂石桩法存在的问题分析 ................................. 17
结论 ....................................................... 18
参考文献 ................................................... 19
致谢 ....................................................... 20
一、绪论
（一）研究的背景
地基处理技术伴随着人类的起源而兴起，砂石桩法是在地基处理技术发展到一定程度而产生的，砂石桩在19世纪30年代起源于法国。之后很长一段时间，由于没有先进的机械设备和技术处理方法，导致其发展处于停滞期，到1958年，日本开始采用振动重复压拔管施工方法，使砂石桩地基处理技术发展到一个新高度，施工的质量、效果和处理深度都有显著提高。
1959年在上海重型机器厂，我国首次采用了锤击沉管挤密砂桩法处理地基，之后1978年又一次在上海宝山钢铁公司采用振动重复压拔管砂桩施工法处理原料堆场地基。这两项工程的开展为我国在饱和软弱黏性土中采用砂石桩尤其是砂桩取得了丰富的经验。近年来，砂石桩在我国建筑工程领域中得到广泛应用。
（二）研究目的及意义
我国地域辽阔、地形复杂多样、土质差别比较大，地基处理技术受到区域性因素的影响特别大，因此，地基处理技术的完善，是现代土木工程研究的重要课题。随着我国经济建设快速发展，一般情况都是选择地质条件良好的地区进行工程建设，但有时不得不在地质条件复杂地区开展工程建设，因此，必须要对天然的软弱地基进行处理。
据调查研究发现，在目前所建设的多数工程中，各种各样的工程事故发生都是源于地基问题未处理妥当。能否恰当的处理地基问题，直接影响到工程建设的各个阶段，甚至直接决定是否建设该项工程。因此，处理各类地基问题成为现代工程建设的当务之急。
进行地基工作机理全面的理论研究可以加深人们对地基重要性认识，从而大力推进地基处理技术的发展。只有掌握了砂石桩地基处理方法的原理，明白其设计计算的方法和步骤，清楚地认识到施工中及施工后应该注意的问题以及重视砂石桩法施工过程中的质量控制和施工后检验的方法等，才能妥善地分析地基的承载力及变形问题，合理地选择地基形式，从而在质量得到保证的前提下加快施工进度，缩短工期，节约投资取得较好的经济效益。因此，重视地基处理理论研究工作，对于发展地基处理技术具有重要的意义。通过对砂石桩法在地基处理中的应用研究，可以加深对地基处理的理解，将其更完善的应用到工程实践中。
二、地基处理基本概论
（一）地基处理概念
地基是指承托建(构)筑物基础的有限面积内的土层。由于地基上部的结构荷载比较大，而与之相应的地基土体强度又特别低，且压缩性大，则需要在其间设置相应的基础，使得上部结构的荷载能有效地传递到地基土体，以满足对地基土体承载力、变形及稳定性的要求。基础部分是位于上部结构和地基土体两者之间，它能起到承上启下的作用。从两个方面说明：一是基础受到上部结构荷载和地基反力两者的共同作用从而产生剪力和弯矩等内力；二是基础底部的反力又会反过来作用到地基土体上，使其产生相应的应力和变形。外国人谈“地基”和“基础”两个词时均用“foundation”，由此可以看出两者之间存在必然的联系。凡是基础直接建造在未经过加固处理的天然土层上时，这种地基被称为天然地基。如果天然地基太软弱，满足不了建筑工程的要求，则需要进行加工处理，形成能满足要求的人工地基。把这种加固地基的方式称作地基处理［1］。
（二）地基可能出现的问题
一般来说，建筑物的地基可能会出现以下四种问题：
(1)强度和稳定性问题。若地基的抗剪强度不能够支承上部结构的自重和外荷载，那么它将产生局部或者整体剪切破坏。这会导致建筑物不能正常使用，严重的会引起建筑物部分开裂甚至破坏。
(2)变形问题。地基受到上部结构的自重和外荷载作用时，若变形过大，就会影响建筑物的正常使用，特别是当地基的变形超过建筑物所能容许的不均匀沉降时，上部结构可能开裂破坏。一般情况，地基的沉降量较大，其不均匀沉降随之增大。
(3)渗漏的问题。地基中地下水的流动会造成渗漏相关问题。
(4)液化问题。地基受到地震某些振动或波动等的影响，会引起地基土产生液化、失稳和震陷等危害。
（三）地基处理的目的
地基处理的目的是采取一定的方法如：夯实、挤密、排水、加筋以等对不满足要求的地基土进行加固，以改良地基土的不良工程特性，主要体现在以下几个方面：
(1)提高地基土的抗剪强度。
(2)降低地基土的压缩性。
（3）改善地基土的透水特性。
（4）改善地基土的动力特性。
根据建筑要求和土质条件决定天然地基是否需要进行处理。主要是针对软弱土和特殊土进行地基处理。
（四）地基处理方案的确定步骤
(1)将所搜集的资料作对比，初步选出几种比较合理的地基处理方案。
(2)将初步选出的几种较为合理的地基处理方案，从多个角度，进行技术经济分析和比较，然后从其中选出最佳的方案。每一种地基处理方案都不会是万能的，都会受到它自身条件的限制。另外还可以可选用两种或多种地基处理的综合处理方案。
(3)把已经选好的地基处理方案，按建筑物的需要和地质条件的复杂程度，选择最为合理的施工方案和确定地基处理效果。
（五）地基处理效果检验
检验地基处理的效果，必须在地基处理施工结束一段时间后才进行。原因是地基经过加固后具有一个时效的作用，复合地基的强度和模量的提高都需要经过一段时间的时间，随着强度和模量在随着时间的延长而不断地增长。所以，要尽可能的提前安排地基处理施工，并通过调整施工速度，这样才能使地基的稳定性和安全度得到保证。
效果检验的方法多种多样，有钻孔取样、轻便触探试验、静力触探试验、标准贯人试验、载荷试验等。根据具体的需要选择具体的方法进行检验，综合评价地基处理效果。
在地基处理设计时，加固后的地基必须满足有关工程对地基土的强度和变形要求。一般情况设计人员只会注意地基承载力的要求，而忽视变形要求。因此要特别注意考虑变形的影响。
（六）地基处理的监测和监理
施工过程中，施工单位要派专人负责质量控制和监测，并做好施工记录。当出现异常情况时，需及时向有关部门报告并妥善解决。保证施工质量的关键是要抓好施工组织和施工管理，并把测试工作看成是地基处理的组成部分。要制定监测控制标准和控制不良现象发展的措施。地基处理属于隐蔽工程处理，因此，在施工一定要重视对施工质量监测及进行质量检验等，对施工全过程进行监理，才能保证施工质量，及时发现问题和采取相应的措施妥善解决问题。
三、砂石桩法
（一）定义、分类及适用范围
砂石桩是碎石桩、砂桩和砂石桩总称，它是指在软弱地基中采用振动、冲击或是水冲的方式成孔，然后将砂或碎石挤压到已经形成的孔中，形成大直径的砂石体从而构成的密实桩体。砂石桩法就是采用振动或冲击的方式在软弱地基中成孔之后填入砂、砾石、卵石、碎石等材料并把它挤压入到土中，形成较大直径的密实砂石桩体的地基处理方法。它主要包括砂桩置换法、挤密砂桩法及沉管碎石桩法等。砂石桩法可用于处理松散砂土、粉土、强性土、素填土及杂填土地基，该方法处理可液化地基是很有效的。在饱和黏性土地基中若工程对变形控制要求不严则也可以采用砂石桩法进行置换处理。砂石桩法处理饱和软黏性土地基时，因桩周土约束力差，地基强度提高幅度小，因此应慎用。在大型的、重要的或场地十分复杂的工程正式施工之前，要按照设计要求，选择有代表性的场地上进行试验。
（二）作用原理
1、在松散沙土和粉土地基中的作用
（1）挤密作用
砂土和粉土都属于单粒结构，在松散状态时，颗粒的排列位置相当不稳定，当动力和静力作用时就会重新排列，然后变成稳定的状态。但这种基本稳定的密实状态，在动力和静力作用时又将会发生位移，改变它原本的排列位置。松散砂土受到振动力作用时，它的体积可以缩小到原来的80%。
在砂土和粉土中沉入桩管时，无论是采用锤击和振动法中的哪一种方法，都会对它周围的土体产生比较大的横向的挤压力，桩管沉入时会把地基中的砂挤向桩管周围的土层，其体积等于桩管体积，导致其孔隙比减小，密实度增加，这就是砂石桩法的挤密作用。
（2）振密作用
沉入桩管时尤其是采用垂直振动的激振力时，桩管周围的土体将受到挤压，与此同时，桩管的振动能量将以波的形式在土体中传播，引起桩周围的土体振动。由于挤压和振动作用，土的结构将逐渐破坏，孔隙水压力会慢慢增大。一旦土结构遭到破坏，土颗粒就会重新排列，向较低势能的位置方向移动，因而土由较松散的状态变为密实状态。随着时间的延长，孔隙水压力的将进一步变大，当达到其大于主应力值时，土体就开始液化成流体的状态，流体状态的土不太可能变得密实，若有排水通道，土体中的水此时就沿着排水通道排出地面。一段时间后孔隙水压力的消散，土粒又会重新排列、固结，形成新的结构。随
着孔隙水被排出，土体的孔隙比逐渐变小，密实度提高。砂土和粉土中的振密作用比挤密作用明显，振密作用是砂石桩的主要加固作用之一。它的影响范围越大，振密作用越显著。
（3）抗液化作用
当饱和砂土和粉土受到地震作用或振动作用时，其结构会被破坏，土的抗剪强度会随着土中的孔隙水压力升高而降低。当土的抗剪强度完全丧失，或者土的抗剪强度降低到土不再能抵抗它原来所能承受的剪应力时，土体就发生液化流动破坏。
砂石桩法所形成的复合地基其抗液化的作用在以下两个方面得以体现：
1)可液化的桩间土层受到挤密和振密作用。土层的密实度相应地增加，结构强度得到提高，从而土层本身的抗液化能力也就得到提高。
2)砂石桩的排水通道作用。砂石桩作为良好的排水通道，能够加速挤压和振动作用产生的超孔隙水压力的消散，因而提高桩间土的抗液化能力。砂土的液化特性不仅与相对密实度和排水体有关，还与砂土的振动应变历史有关。在振动成桩这个过程中，桩间土受到了多次不同程度的预振作用，使得地基土的抗液化能力得以提高。
2、在黏性土地基中的作用
黏性土多为蜂窝状或絮状结构，颗粒间的分子相互吸引力比较强，渗透系数较小。对于不饱和的黏性土，沉管时地基能产生一定的挤密作用。但对饱和的黏性土地基，黏粒之间的结合力会受到沉管成桩过程中的挤压和振动等扰动影响而遭到破坏，孔隙水压力会快速升高，土的强度逐渐降低，压缩性变大。砂石桩施工结束之后，在土体重力作用下，通过良好的排水作用，桩间黏性土发生排水固结，同时黏粒之间重新形成新的稳定状态，使得土的结构强度得到恢复。用砂石桩处理饱和软弱黏性土地基时，砂石桩主要起到置换和排水固结两个作用。
（1）置换作用
在软弱黏性土地基中，砂石桩成桩之后和桩间土共同组成复合地基。砂石桩的强度和抗变形性能都比其周围的土体强，所形成的复合地基的承载力、模量都比原来天然地基的承栽力、模量大，从而地基的整体稳定性得到提高，减小了地基的沉降量。复合地基的承载力增大率与置换率成正比关系，其沉降量的减小率与置换率也成正比关系。成桩过程中，振动力和侧向挤压力会对饱和软黏土产生剧烈的扰动，因为桩间土的侧限作用比较小，所以不容易使桩体砂石密实。
（2）排水固结作用
在饱和黏性土地基中，砂石桩法处理饱和软弱黏性土地基的主要作用就是砂石桩体的排水通道作用。砂石桩的存在缩短了土体的横向排水的距离，因而加快了地基的固结速度。
（三）设计计算分析 1、一般原则
砂石料一般选用砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等，把这些材料按一定的比例配合使用，选择较好的级配，提高桩体的密实度，在软弱黏性土中，其对砂石桩侧限作用较小，为了增大桩体材料的内摩擦角，要尽量便用含有棱角状碎石的混合料。按规定砂石填料中的含泥量不得大于5%，并且不得含有粒径大于50mm的颗粒。
根据地基土类型、施工设备的能力以及处理的目的等因素确定砂石桩的直径。对饱和黏性土地基采用较大的直径。目前，国内采用的砂石桩的直径为300~600mm。
砂桩的平面布置形式由基础的形式所确定，一般情况下采用等边三角形或正方形布置。上部结构的特征、基础尺寸的大小、基础的形式、荷载条件以及工程地质条件等确定桩的平面加固范围。复合地基的宽度应该超过基础的宽度，每边放宽不少于l~3排桩；当用于消除地基液化沉陷时，每边放宽要大于处理深度的1／2，且应大于5m。当可液化层上被厚度大于3m的非液化层覆盖时，每边放宽要大于液化层厚度的1／2，且应大于3m。
砂石桩施工完后，桩顶1．0m左右长度内的桩体是较松散的，密实度不大，这部分要挖除，或采取一定的方法让其密实，然后铺设垫层，垫层材料选用中、粗砂或砂与碎石的混合料。垫层厚度为200~500mm，垫层要分层压实。
当采用振动沉管法成桩时，会对附近相邻的建筑物产生一定程度的影响。施工中应对邻近建筑物进行沉降观测。通过实测资料研究表明，振动沉管法施工时距相邻建筑物的最小的安全距离约等于地基处理的深度，一般情况下，要保持在8~10m以内。对于重要建筑或是缺乏经验的场地，选择有代表性场地以不同布桩形式、桩间距、桩长及施工工艺进行制桩试验，可以获得较合理的设计参数、施工工艺参数。
2、桩孔间距的确定
砂石桩在松散砂土和粉土中与在黏性土中的作用机理不同，桩间距的算法需分类讨论。
（1）砂土和粉土地基
由于振密和挤密两种作用存在，平面一般布置为正三角形和正方形，如图4—1所示。
下卧层
图4-1
1）正三角形布置时，一根桩所处理的范围为六边形（图4-1中阴影部分），加固处理后的土体体积变为：
e0-e1DV
（4-1） eV==
V01+e0
式中e0——天然孔隙比；
e1——处理后要求的孔隙比。 一根桩的处理范围为：
V0=
式中s——桩间距；
H——欲处理的天然土层厚度。
2
H（4-2） 所以
DV=eVV0=(
e0-e11+e0
2
H（4-3） 实际上，Du等于砂石桩体向桩体周围挤排土时由挤密作用所引起的体积减小量和土体在振动作用下发生的竖向的振密变形所引起的体积减小量相加，即
DV=
式中d——桩直径；
h——竖向的变形（下降则取正值，隆起则取负值）。
p22
d(H-h)+h（4-4） 42
把（4-3）式代入到式（4-4）中，得
2pd22
(H=(H-h)+h（4-5） 1+e04e0-e1
整理后，得
s=0.954-6）
（2）同理，正方形布桩时：
s=0.894-7）
若忽略振密作用，则式（4-6）和式（4-7）可改写为如下的形式： 正三角形布置
s=0.954-8）
正方形布置
s=0.894-9）
处理后土的孔隙比e1可由式（4-8）求得
e1=emax-Dr(emax-emin)（4-10）
式中emax——最大孔隙比，即砂土处于最松散状态的孔隙比，可通过室内试验测得；
emin——最小孔隙比，即砂土处于最密实状态时的孔隙比，可通过室内试验测得； 。 Dr——处理之后要求所达到的相对密度（一般取值为0.70~0.85）（2）黏性土地基
如图4-1所示，正三角形布置时，一根砂石桩的处理面积Ae为：
Ae=
2
整理为：
s=
=4-11）
正方形布置时，Ae=s2，即
s=
4-12）
Ae=
式中Ae——一根砂石桩所承担的处理面积；
Apm
（4-13）
Ap——砂石桩的截面积；
。 m——面积置换率（一般为0.10~0.30）
3、砂石桩桩长
桩的长度主要是根据需要加固处理的软土层的厚度、建筑物对地基的强度以及变形条件等的设计要求和地质条件综合分析确定，砂土地基还需考虑抗液化的要求。在地基中松软土层厚度较小的情况下，桩的长度直接按照松软土层厚度来确定，砂石桩要穿透松软土层到较好土层。当地基中的松软土层厚度比较大时，如果建筑物按稳定性控制设计，砂石桩的长度要大于最危险滑动面的深度，按照复合地基的滑动计算确定其长度。当建筑物是按照沉降变形控制时，桩的长度必须要能满足复合地基的沉降量要小于建筑物的容许沉降量的要求，由复合地基的沉降计算确定。对于可液化地基，当液化层厚度较薄时，桩的长度要穿透液化层，当液化层厚度较厚或上部建筑物要求部分消除地基波化沉陷变形时，桩长的确定要满足地基处理的深度应使处理后的地基的液化指数不大于4，对于独立基础与条形基础，桩长还不应小于基础底回下5m和基础宽度的最大值；在地基处理深度范围内，要保证处理后土层的标准贯人锤击数实测值不小于相应的液化判别的临界值。砂桩的长度一般为8~20m。砂石桩桩长按照工程的要求和工程的地质条件计算确定，一般不小于4m。当松软土层厚度小时，砂石桩的桩长应该穿过松软土层；当松软土层厚度较大时，砂石桩的桩长应大于最危险滑动面之下2m的深度；
4、复合地基承载力计算
砂石桩复合地基的承载力应由现场复合地基载荷试验确定，也可以用单桩和桩间土的载荷试验按（4-14）确定：
fspk=mfpk+(1-m)fsk（4-14）
式中fspk——复合地基的承载力特征值；
fpk——桩体单位截面积承载力的特征值；
fsk——桩间土的承载力特征值；
m——面积置换率，m=d2/de2；
d——桩身平均直径，m；
de——1根桩所分担的处理地基面积的等效圆的直径，m，等边三角形布桩de=1.05s，
正方形布桩de=
s，s1，s2——桩间距、纵向桩间距和横向桩间距。
或
fspk=[1+m(n-1)]fsk（4-15）
式中n——桩土应力比（由实测获得；无实测值时，对黏性土可以取2~4，粉土和砂土一般则取1.5~3。原土强度低取大值，原土强度高则取小值）。
由式（4-15）可通过小型载荷试验测得桩间土的承载力特征值，即可计算复合地基的承载力特征值，式中的fsk为处理后的桩间土的承载力特征值。对于黏性土地基也可以采用处理以前的天然地基土的承载力特征值来代替。
5、复合地基沉降量计算
复合地基沉降量值为加固区压缩量z1和加固区下卧层压缩量z2两者之和。可将加固区视为一复合土体，复合土体的压缩模量可以通过砂石桩的压缩模量Ep和桩间土的压缩模量
Es在面积上进行加权平均的方法求得，即
Esp=mEp+(1-m)Es（4-16）
或
Esp=[1+m(n-1)]Es（4-17）
然后用分层总和法计算沉降。
（四）施工工艺
1、砂石桩可采用振动沉管、锤击沉管或冲击成孔等成桩法进行施工。若要想消除粉细砂及粉土液化，则应选用振动沉管成桩法。目前国内常用的主要是振冲法。
主体设备——振冲器
振冲器是利用一个偏心块的旋转来产生一定频率和振幅的水平向振动力进行振冲置换施工的一种专业机械，为中空轴立式潜水电动机所带动偏心块振动的短柱状形机具。
配套设备——起吊设备
起吊设备一般为轮胎式或是履带式吊机、自行井架式专业平车或是抗扭胶管式专业汽车。起吊能力和提升高度应满足施工要求。每台振冲器配有一台水泵。其他的设备还有运料的工具、泥浆泵以及配电板等。施工所用的专用平台车由桩数及工期所确定，有些时候还将受到场地的大小、交叉施工、水电供应以及泥水处理等条件的限制。
2、施工前的准备工作
(1)三通一平。指水通、电通、材料通及场地的平整，是保证施工能顺利进行的前提条件。水通是一方面要保证施工中所需的水量，另一方面也要把施工中产生的泥水排走。电通是指施工中所需要的三相和单相两种电源，三相电源的电压为380v，主要是供振冲器使用。材料通指的是应准备若干个堆料场，且备足填料。场地平整包括两个内容，一是要清理和尽可能地使场地平整，另外一方面是要清除地基中的障碍物，如废混凝土土块等。
(2)施工场地布置。施工场地的布置随具体工程而定。施工前要把场地中的供水管、电路、运输道路、料场、照明设施等妥善布置。当有多台施工车同时作业时，要提前规划出各台施工车的包干作业区。其他如配电房等也应事先安排好。
(3)桩的定位。在平整场地之后，要测量地面高程。加固区的地面高程要在设计桩顶高程以上1m。若这一高程低于了地下水位，则需配备相应的降水设施或适当地提高地面高程。最后，按桩值设计图在现场用小木桩标出桩的位置，桩位偏差应小于3cm。
(4)制桩试验。对于中大型工程，应事先选择一试验区，并进行实地制校试验，以取得各项施工参数。按照地基处理的设计方案，进行施工组织的设计，以便明确施工的顺序、施工的方法，并计算出在工期内所需配备的机械设备，以及水、电、材料等的用量，排出施工进度计划表井绘出施工平面布置图。
3、施工顺序
施工顺序可以采用“由里向外”或“从一边到另一边”等方式，如图4—2所示。
(b)
（c
）
（d）
（a）由里向外的方式；（b）一边到一边的方式；（c）间隔跳打方式；（d）减少对邻近建筑物振动影响的施工顺序
图4-2
4、施工方法
振冲法施工的填料方式一般有以下三种：
(1)将振冲器提出孔口，向孔内加进约l m高的填料，再把振冲器放下进行振密。 (2)振冲器不提出孔口，向上提升l m左右，让它离开之前振密过的地方，然后再往下倒料，再放下振冲器振密。
(3)连续向孔中加料，让振冲器保持持续振动，连续不断地往孔内添加填料，当在某深度上达到了规定的振密标准后就往上提振冲器，然后继续振密。
工程施工中具体选用哪一种填料方式，主要取决于地基土的性质。在软黏土地基中，不宜使用连续加料的方法，是因为软弱土会坍塌填塞刚刚形成的孔道，经常需要进行孔道清理。但在砂性土地基的孔中适合连续加料的施工方法。振冲法是砂石桩法的主要施工方法之—如图4—3所示。振冲挤密法一般的施工过程如下：
(1)振冲器对准桩位。 (2)启动吊机。
(3)在振冲器位于设计方案中所需加固深度以上0．3~0．5m时，需要减少加水量，然后继续让振冲器往下沉入到设计中所需加固深度以下0．5m处，并保证振冲器在此处留振30s以上。
(4)从地面向孔中逐段挤入碎石，这时需要以l~2m／min的速度往上提升振冲器。规定振冲器往上提升到0.3~0.5m就要在此处留振30 s，同事要观测电动机的电流的变化，密实的电流一般要比空振电流大25~30A。像这样不断填如材料并振动密实，一直到地面为止，这样就可以在地基中形成一根直径比较大且密实度特别高的桩体。这个过程中要记录每次提升速度、密实电流和留振时间。
(5)关机、关水，并移位到另一个加固点，重复以上施工过程。
(6)等施工现场全部振冲加固完后，要对场地进行整平处理，然后再对表层进行处理。
5、施工质量控制
采用振冲法施工时质量检验的关键是对所填土孔中的材料量、振密时所用的电流和每一处持续振动的时间。在地基中某一深度处振冲器所停留持续振动的时间既所谓的“留振时间”。为了使地基中砂土得到充分饱和控制水量的大小是关键。饱和砂土在振动作用下会产生液化。振冲器停止工作后，经液化后的砂土颗粒将会重新排列，此时的孔隙比要小于之前的孔隙比，砂土的密实度增加。
（五）质量的检测 1、时间间隔
砂石桩处理完成后，要隔一段时间才对其进行检测。若地基土为饱和黏性土则应该等孔隙水压力逐渐消散后再对其进行检测，间隔时间至少28d；若地基土为粉土、砂土或复杂环境土时，间隔时间要大7d；对非饱和土一般在校施工后3~5d即可进行。
2、检测工作
前期试验阶段，要详细了解设计意图，根据经验，初步判定地基处理方法的可行性。按设计要求编写检测方案，除验证复合地基承载力是否满足设计要求外，还应进行桩体质量检测和桩间土的检测，工作量的布置要全面且要具有代表性。试验报告除包括各项设计指标外，还要对施工工艺的可行性做出评价，若发现该处理方法不可行时，要提出整改意见，对新修改后的处理方法，变动的性质加以分析后再使用。
后期主要是对复合地基承载力进行检测、桩体检测及桩间土的进行检测。工作量布置为：复合地基所需载荷试验数为全部桩数的0.5％~1％，并且对每一个单体工程至少取3处，地基处理面积在500m2及其以上的工程，若超出300m2则最少要增加1处，若没达到300m2，应按300m2计；桩体检测量不应少，能够全面反映施工质量。对不合格项要扩大检测量，最终提出处理参考的意见。
3、复合地基承载力试验
在进行复合地基承载力试验时，承压板面积必须等于单桩或实际桩数所承担的处理面积，最大加载值不少于设计值的2倍。放置承压板的试坑，要在试验设备安装时进行开挖处理，目的是为了保持试验土层原状结构及天然强度。
4、桩体质量检测
砂石桩桩体质量检测的手段主要有单桩静载试验和动力触探试验，用于检测其承载力
和桩体密实度。进行单桩静载试验时，因桩体为松散体，试桩顶面应处理至设计标高。安装试验设备前，桩顶面应放置一块面积与桩设计截面相同的刚性板。进行桩体密实度的检测时，要用动力触探试验进行，检测位置应选在桩中心，检测时要保持探杆垂直，避免将探头侧向斜打出桩身。为了更为详细地了解砂石桩的体形变化，必要时可进行开槽检测校身，进一步观测桩径大小乃桩的施工质量。
5、桩间土的检测
经砂石桩处理后的地基最终必须要能要满足承载力、变形或消除地基土液化的要求。桩间土的检测方法有标准贯入试验、静力触探试验以及动力触探试验等。桩间土的挤密效果。是检测的主要内容，由于桩位布置的等边三角形或正方形中心挤密效果较差，因此检测点平面位置在布置在该处。
四、工程实例分析
（一）砂石桩检测分析
A工程名称
陕西省天然气输气管道建设指挥部9—4号住宅楼干振砂石桩检测。 B工程地质条件
拟建场地位于西安市北郊的南康村附近。场地地形较平坦。地貌单元属渭河右岸Ⅱ级 阶地。
场地内的地基土分为5层，主要岩性描述如下：
第1层为素填土，硬塑，土质松散，不均匀，厚度为1.50～5.00m。 第2层为黄土，可塑，局部坚硬，层厚为2.20～7.00m。 第3层为黄土，可塑～软塑，饱和，层厚为4.90～6.20m。 第4层为古土壤，可塑～软塑，饱和，层厚为4.50～5.60m。 第5层为细砂，中密，饱和，未穿透。
场地地下水属潜水类型，水位埋深介于14.20～14.60m之间。 C设计要求与施工工艺
(1)设计参数。地基处理采用干振砂石桩，设计目的主要是为了提高地基承载力，消除湿陷性。桩径400mm，桩距为1.10m，有效桩长4.00～4.30m，呈正三角形满堂布置。复合地基承载力设计值为1 80kPa。
(2)桩体施工工艺。砂石料级配(重量比)：20～50mm的卵石为70％，中粗砂为30％，砂石含泥量控制在3％以下。
D试验结果
本次试验共进行单桩复合地基载荷试验3处，重型动力触探试验3处，取样钻孔3个。 (1)单桩复合地基载荷试验。根据试验结果判定，该砂石桩复合地基承载力基本值分 别为216kPa、286kPa、162kPa，其极差大于30％，该楼地基承载力总体不均匀。 单桩复合地基载荷试验的P—s曲线如下图。
p/k Pa
[1**********]
10
20
30
s/mm360S1S240
50
60
70
80S3
(2)重型动力触探试验。将实测击数整理、修正后，进行数理统计，根据统计结果分 析：砂石桩体的动力触探试验锤击数范围值N=2.0～9.0击，砂石桩体为松散～稍密。 砂石桩动力触探曲线如下图。
024N63.5
/击
6810
2
H/m
4
(3)桩间土湿陷性。根据土工试验成果报告，湿陷性未完全消除。
E 结论
(1)复合地基承载力总体不均匀，承载力试验结果不满足要求，砂石桩体密度为松散～稍密，密实度比较差，桩间土湿陷性未完全消除。
(2)根据试验结果分析，主要原因是桩间距过大、干振效果差造成的。
（二）砂石桩法存在的问题分析
早期沙石桩法主要在挤密砂土地基中用，随着对砂石桩理论研究和实践研究的深入，尤其是随着科技技术水平不断发展，研发并应用高效能专用机具，使得砂石桩的应用范围不断扩大。但要考虑砂石桩处理地基的常见质量问题。
(1)应注意的问题：①塌孔。产生原因为振动电流太大，地层太弱。②缩颈，桩样偏 小。产生原因为振动过快，振动电流小。②个别点试验末达设计值。产生原因为砂桩不密实，局部地层较弱，超孔隙水压力未完全消散。
(2)防治措施：①施工前分析地质报告；②控制拔管贯入速度，目的是为了增强对土层预振动作用，提高其密实度；③采用激振力，增加振动频率；④扩大桩径；55根据情况采用袋装砂井配合使用；
结论
经过国内外学者的长期努力工作，砂石桩法的理论研究已经取得了很大的进展，但仍有许多工作需要我们去完善和改进。砂石桩法改良地基这种方法，适用于不排水的粉土粘土和人工填土等地基，除了提高地基的承载力，减小地基的沉降外，还可以用来提高土体的抗剪强度，增大土体的抗剪稳定性。选用砂石桩法作为地基处理方法时应当综合考虑工程地质、水质条件，结构情况、变形允许值、造价、施工等影响因素。砂石桩桩体具有较高的强度，较好的透水性，较高的抗液化性能等优点是一种可推广、应用的地基处理方法。对于软弱土地基砂石桩法是一种经济适用的加固方法。
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致谢
在此论文撰写过程中，我运用了在实习过程中的学到知识，结合理论，在y游强导师的细心指导下，才完成了这篇论文，因此在这里真诚的感谢游老师，谢谢他在百忙之中，不辞辛苦，为了我的论文付出了那么多的心血。时间飞逝，四年这么快就即将过去啦，在这里我收获了很多，使我受益匪浅，这四年，将会是我最难忘的四年。我相信在我的人生当中这将是一个转折点，在这里谢谢我的父母，没有他们辛勤的付出也就没有我的今天，同时也感谢这么多年一直辛勤培养我的老师！一起走过来的朋友！谢谢你们！