挤密桩法工程实例若干.docx

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挤密桩法工程实例若干

挤密桩法工程实例若干

砂石桩法

工程实例

（一）热风炉软土地基砂桩加固工程

⒈工程概况

太原钢铁公司3号高炉系统热风炉高度为40.6m。

基础长28m、宽21m、厚4.5m。

全部荷载约为130MN。

基底平均压力为220kPa，如果考虑风荷载等因素，最大压力可达290kPa。

根据粗算，天然地基计算沉降约为600mm。

⒉地基条件

整个高炉地区位子沼泽地带内，地势低洼，地下水拉接近地面。

地质剖面如图1所示。

根据94号钻孔资料，天然土的主要物理性质指标如表1所示。

图1地质剖面

表1天然土的主要物理指标

⒊砂桩设计

按挤密后土层孔隙比达到0.65～0.70要求粗算，标准桩径取1m。

为减小高炉基础换土施工时对热风炉地基的影响和生产过程中荷载对相邻基础的影响，热风炉地基下采用不同的桩距，愈近高炉桩距愈小，由1m逐步减小到0.7m（1.0m、0.9m、0.8rn、0.7m）。

热风炉基础下的砂桩总数为32×22=726根。

砂桩顶面铺设30cm～40cm厚的块石层（粒径30cm），缝中填砂。

块石层上再铺设10cm厚的砂层。

根据计算，砂桩处理后地基计算沉降约为20cm。

为减小生产期间相邻基础的沉降差，施工时将基底标高抬高了15cm。

⒋加固效果

⑴地基承载力。

在天然地基和砂桩地基上各做两个载荷试验，荷载板尺寸为1.9m×1.9m。

试验结果如图2。

若取相对沉降S/b=0.02对应的荷载p为地基承载力，则复合地基的承载力约为天然地基的3.5倍。

图2载荷试验p—S曲线

⑵土的物理特性。

在桩间取出土样进行室内土工试验。

结果表明，设置砂桩后桩间土的孔隙比由0.68～0.84减小到0.61～0.70，基本上达到设计要求。

⑶基础沉降。

热风炉基础于1958年9月20日施工完毕，经过两年半的沉降观测，到1961年5月30日沉降基本稳定。

沉降量为最大198mm、最小171mm、平均187mm。

基础倾斜0.8‰，均小于规定值。

⑷经济效果。

整个高炉系统共用砂桩1万余根。

由于使用砂桩代替钢筋混凝土桩，节省水泥3700t、钢材730t，节省工程费用近百万元。

（二）上海宝钢矿石堆料场为砂桩挤密法的实例。

料场位于长江口南岸，占地800m×700m。

堆料高度12.4～13.0m，达320kPa。

地基为饱和软塑～流塑软弱黏性土，实测强度41.5kPa，无法承受。

采用砂桩挤密法，由日本引进KM2—12000A型砂桩机，砂桩最大直径700mm，间距1.85m，桩长20m，共10.5万根。

采取三级堆矿石方案，提高地基强度2.5倍，施工现场观察：

软土地基中的孔隙水源源不断地从邻近已完成的砂桩中流出地面。

因砂桩成为良好的排水通道，不仅提高了地基承载力，而且加快了固结时间。

矿石堆料场已建成使用二十多年，情况良好。

（三）电厂扩建工程软弱地基碎石桩（振冲法）加固工程

⒈工程概况

江苏省南通市天生港电厂于1978年起扩建两台12.5万kW发电机组及配套工程。

新厂房占地面积为80×81.5m2，采用钢筋混凝土框架结构。

整个厂房的一半位于新填土的粉砂地

基上。

由于土质松软，天然地基极限承载力仅为120kPa，而设计要求：

地基极限承载力达到250kPa；容许沉降在80mm～110mm范围内，故决定采用振冲碎石桩加固地基。

⒉地基条件

厂区土层属第四纪长江冲积层，土层分布为：

0m～l.8m填土；1.8m～4.3m粉土：

γ=18.1kN/m3，w=34％，IL=4.9，e=1.0；4.3m～8.3m粉砂：

γ=18.5kN／m3，w=30％，e=0.91，N63.5=8；8.3m～29.8m细砂：

γ=19kN/m3，w=29.6％～31.1％，e=0.84～0.86，N63.5=20～25；以下为较密实的粉质黏土，厚度大于12m。

地下水位为―0.7m。

加固对象主要是第二层和第三层。

⒊碎石桩设计

采用混有少量砂、直径2cm～5cm的碎石做填料。

碎石桩满堂三角形布置，排距1m'，每排桩间距2m。

主厂房和烟囱区的桩长9m，其余地区7.5m。

用ZCQ一30型振冲器施工，桩的平均直径约为80cm。

共设置碎石桩4575根。

⒋加固效果

加固效果如图3所示。

加固前平均e=0.883，加固后e=0.759，减少14％；加固前平均N63.5=13，加固后N63.5=34，提高2.6倍；载荷试验时，天然地基极限承载力为120kPa，沉降78mm。

而加固后复合地基三组试验分别加载300kPa、500kPa、600kPa时均无破环迹象，加固效果十分明显。

图3南通天生港电厂粉砂地基加固前后试验值

（四）碎石桩处理液化地基工程实例

⒈工程概况

北京乡村高尔夫球俱乐部位于北京市顺义县城北，潮白河西岸。

结构设计要求地基处理

后达到：

⑴消除场地第二层（饱和细砂层）地震时产生液化的可能性；⑵地基处理后土层的标准贯人锤击数实测值大于15，且地基承载力特征值达到200kPa。

经分析研究，为满足设计要求，拟定采用振动沉管碎右桩施工，处理面积2528.03m2，共打挤密碎石桩1370根。

经检测达到了设计要求。

⒉工程地质条

⑴地质构成

钻探结果表明：

构成拟建建筑物地基土的均为第四系全新统冲积层（Qal），其岩性主要为砂类土，根据野外特征分述如下：

①层素填土：

主要为粉土，褐黄色，松散、稍湿，含少量碎石砖碴及植物根。

层厚0.8～

1.0m。

②层粉土：

黄褐色，稍湿、松散，内含少量植物根，层厚1.10～1.20m。

③层细砂：

灰–黄褐色，主要成分为石英、长石、云母，砂质纯净，湿–饱和，松散，本层厚度不太均匀，埋深在2.1～7.1m。

在细砂层中，分布有厚约10～20cm的粉土透镜体。

该夹层深灰色，可塑，有臭味，主要分布在深度为5m左右，其他深度内有少量分布。

④层中砂：

黄褐色，主要成分为石英、长石、云母，见个别砾砂和卵石，饱和、中密，

层厚在1.0～2.0m。

⑤层卵石。

杂色，主要成分为石英岩、砂岩、矽化灰岩等组成，饱和、中密。

直径一般

在2.0～4.0cm，含矽量为20％～30％。

⑵水文地质

钻探结果表明：

该场区地下水为潜水类型，初见水位在3.7～4.5m间，标高为29.39～

28.29m，静止水位深度为2.90～3.25m，标高为30.46～29.54m，地下水主要补给来源为大气降水，并与潮白河水位涨落存在密切的联系。

水分析结果为pH值=7.60，游离CO2=8.80mg，侵蚀性CO2=0.06mg/L，

，，对混凝土不具侵蚀性。

⒊设计计算

对工程现场进行工程地质勘察及现场标贯试验结果，并按国家标准《建筑抗震设计规范》

（GB50011—2001）规定进行计算，场地内第3层（饱和细砂层）属于可液化层，①、②、③、④层天然地基承载力特征值为：

，，，。

根据场地的工程地质条件及设计要求，确定采用振动沉管挤密碎石桩处理。

桩长：

按照要求处理的第三层埋深拟定桩长为8m。

桩径：

选用外径Φ325mm桩管，成桩直径要求达到400mm。

布桩形式：

采用矩形布桩，如图4所示。

桩距：

根据类似经验及试桩确定间距为1.2～1.4m。

图4布桩示意图

⒋施工方法

施工准备：

选用45kw振动沉拔桩机，距施工现场50m内配备容量大于90kVA、电压

为380～400V的电源和水压为20N/cm2的供水装置。

放线布桩：

按设计桩距布桩，桩位中心偏差不大于10mm。

桩机就位：

定位时，导向架垂直地面，采用人工合拢桩尖活瓣，桩尖与桩位偏差小于桩

径的50％。

沉管成孔：

启动振动沉拔桩机，使桩管贯入土中达到设计要求的深度后，加填石料。

填料：

石料规格为20～40mm碎石，并掺人20％的石屑，石料含泥量小于5％。

由振动产生超静孔隙水压力，影响下料，为平衡超静孔隙水压力，施工时自桩管向下注入适量的

压力水。

提升桩管成桩：

开始时以较快速度提升桩管，当提升至0.3～0.5m时悬振20～30s，然

后再慢速提升，以防缩径或断桩。

⒌质量检验

在工程施工完3周后，采用标准贯入试验对处理效果进行了检验。

共进行了4个标贯

试验，孔深6～8m。

由于地下水量较大，在孔深6m以下均有严重坍孔现象，致使4个标贯

在孔深7m处标贯器不能达到预定深度。

标贯试验数据如表3所示。

表3标贯试验数据

试验结果分析如下：

⑴复合地基承载力计算

依公式（2-10）

式中——复合地基承载力特征值，（kPa）；

——1根桩承担的处理面积，（m2）；

——碎石桩单桩承载力特征值，（kPa）；

——桩的截面积，（m2）；

——桩间土承载力特征值，（kPa）。

基础埋置深度为1.5m，基础底面复合地基承载力特征值取深度为1.15～1.45m处的

N63.5的修正值计算，桩与桩间土的应力比n取3，按桩距1.4m×1.2m计算，结果，，，。

⑵砂土液化判别

根据《建筑抗震设计规范》（GB50011—2001）规定，应用标贯试验确定：

N63.5

（2-11）

则可判定为可液化土层。

式中N63.5——实测饱和土标准贯人试验锤击数；

Ncr——液化判别的标准贯人试验锤击数的临界值；

N0——液化判别标准贯人试验锤击数基准值，本工程为10；

ds——地下水位深度，（m）；

dw——饱和土标准贯人试验点深度，（m）；

——黏粒含量百分比，本工程取3。

则可得出临界液化值与深度的变化关系计算结果如表4。

表4变化关系

当N63.5>Ncr时不液化。

散点图如图5所示，由图知，实测N63.5值基本上处于非液化区。

只有3～4m深度的3个点击数稍低于N63.5。

主要原因是：

①地下水位低；②细砂层中央有10～20cm的粉土透镜体，使标贯击数偏低。

图5液化判别散点图

─液化点，─非液化点

又根据液化指数ILE计算公式：

（2-12）

计算四个标贯孔的液化指数为：

1号；2号；3号；4号。

四个孔的液化指数均小于5，按液化指数0<≤5判定其液化等级为轻微，可知液化危害性很小，一般不引起明显震害。

⒍技术经济效果

本工程经振动沉管挤密碎石桩处理后，细砂层在8度地震下产生液化的可能性已消除，复合地基承载力特征值，达到了设计要求。

经估算，本工程采用挤密碎石桩处理地基，其造价仅为振冲桩的1/2.5，为混凝土预制

桩的l/2.3。

（五）振冲碎石桩加固饱和黏性土工程实例

⒈工程概况

新建浙江岱山电厂位于舟山群岛，厂址座落于30多米厚新近沉积的淤泥质粉质黏土层上，谈土层天然地基承载力特征值只有45kPa，无法满足工程设计要求，考虑到当地产石的条件，石料便宜，排污方便，故对部分辅助厂房（如图6所示的I～V建筑物）地基进行碎石桩加固的方案。

然而对某些建筑物（如Ⅵ-Ⅺ）由于某些特殊原因没有采用碎石桩加固地基的方案，刚好提供厂一个沉降特性对比的机会。

图6岱山电厂厂区建筑物布置示意图

本场地各层土物理力学指标如表5所示，地下水位接近于地面，0.8～5.0m深度范围内地基土不排水抗剪强度平均值只有15kPa，第二和第三层地基土均为欠固结土。

为了提高地基土承载力和减少变形，采用了碎石柱桩长14m，平均桩径0.85m，呈梅花形布桩。

表5土的物理力学指标

⒉载荷试验结果

为厂检验碎石桩加固效果和探索加固机理，在工程现场进行了—组天然地基、一根单桩和两组复合地基的静载荷试验，并在载荷板下埋设了土压力盒和孔隙水压力计。

以下就试验结果作简单介绍：

⑴地基承载力

如图7所示，按沉降与载荷板宽度之比s/b=0.02确定地基承载