砂桩施工技术交底

一、概述

砂桩于19世纪30年代起源于欧洲。20世纪50年代后期，日本产生了振动式和冲击式的施工方法，处理深度可达30m。砂桩技术自20世纪50年代引进我国后，在工业与民用建筑、交通、水利等工程建设中得到了应用。

砂桩是指用振动或冲击荷载在软弱地基中成孔后，再将砂挤压入土中，形成大直径的密实柱体。

作用：提高地基的强度，减少地基的压缩性，提高地基的抗震能力，防止饱和松散砂土地基的振动液化。

适用土层：松散砂土、人工填土、粉土和杂填土等地基。

适宜建筑：砂桩适用于中小型工业与民用建筑物、散料堆场、码头、路堤、油罐等。

二、加固原理

1、在松散砂土中的作用

（1）挤密作用

（2）振密作用

（3）砂土地基预震作用

对挤密砂桩的沉管法或干振法，由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管体积的砂被挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大。其有效挤密范围约为3～4倍桩体直径。

振动法成桩时，桩管周围土体同时受到挤密和振密作用，其有效振密范围比挤密作用更明显，可达6倍桩体直径。

2、在软粘土中的作用

（1）置换作用

（2）排水作用

砂桩在软弱粘性土中成桩后，地基就变成由砂桩和桩间土共同组成的复合地基。由于密实的砂桩取代了在砂桩体积相等的软土，所以复合地基的承载力比天然地基大，其沉降也就比天然地基小。

砂桩在软弱粘性土地基中构成排水路径，可以起着排水砂井作用，使土层中的水向砂桩集中并通过砂桩排走，加快地基固结沉降速率。

三、设计计算

1、加固范围

应根据建筑物的重要性和场地条件及基础形式而定。对一般基础，在基础外应扩大1～3排；对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m；对高等级公路，一般应处理至边缘外1～3m。

2、桩位布置

对大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置，对独立或条形基础，桩位宜用正方形或矩形布置。

3、加固深度

加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定：

（1）当软土层不厚时，应穿透软土层；

（2）当软土层较厚时，对按变形控制的工程，加固深度应满足砂桩复合地基变形不超过地基容许变形值的要求；

（3）对按稳定性控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面以下2m的深度；

（4）在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定；

（5）桩长不宜小于4m。

4、桩径

目前国内采用的桩径一般为0.3～0.7m，国外最大达2m。

5、桩体材料

宜使用中粗混合砂，含泥量不大于5％。桩孔填料量应通过现场试验确定，估算时可按设计桩孔体积乘以充盈系数1.2～1.4确定。

6、垫层

砂桩施工完毕后，地面应铺设30～50cm厚的砂垫层或砂石垫层。

7、桩距计算

粉土和砂土地基，桩距不宜大于桩径的4.5倍；粘性土地基不宜大于桩径的3倍。

（1）砂土和粉土地基

可根据挤密后要求达到的孔隙比e1来确定。

等边三角形布置

正方形布置

式中

s——砂桩间距（m）；

d——砂桩直径（m）；

ξ——修正系数，当考虑振动下沉密实作用时，可取1.1～1.2；不考虑振动下沉密实作用时，可取1.0；

e0——地基处理前砂土的孔隙比，可按原状土样试验确定，也可根据动力或静力触探等对比试验确定；

e1——地基挤密后要求达到的孔隙比；

emax、emin——砂土的最大最小孔隙比，可按现行国家标准《土工试验方法标准》GB/T 50123的有关规定确定；

Dr1——地基挤密后要求达到的相对密实度，可取0.70～0.85。

（2）粘性土地基

等边三角形布置

正方形布置

式中

Ae——1根砂桩承担的处理面积（m2）；

Ap——砂桩的截面积（m2）；

m——面积置换率（一般为0.1～0.3）。

计算步骤：

a.根据所提供的天然地基容许承载力、已确定的砂石桩容许承载力、要求达到的复合地基承载力，利用复合地基承载力计算公式，求出满足上述要求的置换率。

b.按砂（碎石）桩设计直径，计算出砂（碎石）桩截面积。

c.求出一根桩所分担的地基处理面积。

d.求桩间距。

8.复合地基承载力

砂桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时，也可通过下列方法估算：

（1）砂土地基，可根据挤密后砂土的密实状态，按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB-50007的有关规定确定。

（2）对粘性土或粉土地基，可按以下公式计算：

式中

fspk——砂桩复合地基承载力特征值（kPa）；

fpk——桩体承载力特征值（kPa），宜通过单桩载荷试验确定；

fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值；

m ——桩土面积置换率；

d ——桩身平均直径（m）；

de——1根桩分担的处理地基面积的等效圆直径；

等边三角形布桩 de＝1.05 s

正方形布桩 de＝1.13 s

矩形布桩

n ——桩土应力比。

四、施工

1、砂桩材料

（1）砂料的选用：级配良好的中粗砂、砾砂；对饱和软粘土，选用级配好、强度高的砂砾混合料。

（2）含水量：饱和土中施工，砂的含水量采用饱和状态；非饱和土中可以直立成桩时，采用7～9％。

2、施工机械

振动式砂石桩机和锤击式砂石桩机。

砂石桩机的设备组成：桩机架、桩管、桩尖、提升装置、挤密装置、上料设备以及检测装置。