第四章 砂樁

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1、第四章砂樁（sandpile）第一節(jié)概述砂樁也稱為擠密砂樁或砂樁擠密法。是指用振動(dòng)或沖擊荷載在軟弱地基中成孔后將砂再擠入土中，形成大直徑的密實(shí)砂柱體的加固地基的方法。砂樁屬于散體樁復(fù)合地基的一種。砂樁法適用于擠密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、雜填土等地基。對(duì)飽和粘土地基上對(duì)變形控制要求不嚴(yán)的工程也可采用砂樁置換處理。根據(jù)國(guó)內(nèi)外砂樁的使用經(jīng)驗(yàn)，可適用在下列工程：⑴中小型工業(yè)與民用建筑；⑵港灣構(gòu)筑物，如碼頭、護(hù)岸等；⑶土工構(gòu)筑物，如土石壩、路堤等；⑷材料堆置場(chǎng)，如礦石場(chǎng)、原料場(chǎng)；⑸其它，如軌道、滑道、船塢等。砂樁在19世紀(jì)30年代源于歐洲，最早于1835年由法國(guó)工程師設(shè)計(jì)

2、，用于在海灣沉積軟土上建造兵工廠的地基工程中。當(dāng)時(shí)，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為2m，直徑只有0.2m，每根樁承擔(dān)荷載10kN。制樁方法是在土中打入鐵釬，拔出鐵釬，然后在形成的孔中填入砂。此后，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)由于缺乏先進(jìn)的施工工藝和施工設(shè)備。沒有較實(shí)用的設(shè)計(jì)計(jì)算方法而發(fā)展緩慢。直到20世紀(jì)50年代，砂樁在國(guó)內(nèi)外才得以迅速發(fā)展，施工工藝才逐步走向完善和成熟。在20世紀(jì)50年代后期，日本成功研制了振動(dòng)式和沖擊式的砂樁施工工藝，大大提高了工作效率和施工質(zhì)量，處理進(jìn)度很快由原來的6m增加到30余m。砂樁在我國(guó)的應(yīng)用也始于50年代。起初，砂樁法用于處理松散砂土和人工填土地基的，視施工方法不同，又可分

3、為擠密砂樁和振密砂樁兩種，其加固原理是依靠成樁過程中對(duì)周圍砂層的擠密和振密作用，提高松散砂土地基的承載力，防止砂土振(震)動(dòng)液化?，F(xiàn)在，在軟弱粘性土地基上的應(yīng)用也已取得了一定的經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)檐浫跽承酝恋臐B透性較小，靈敏度大，成樁過程中產(chǎn)生的超孔隙水壓力不能迅速消散，擠密效果較差，而且因擾動(dòng)而破壞了土的天然結(jié)構(gòu)，降低了土的抗剪強(qiáng)度。根據(jù)國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，在軟弱粘性土中形成砂樁復(fù)合地基后，再對(duì)其進(jìn)行加載預(yù)壓，以提高地基強(qiáng)度和整體穩(wěn)定性，并減少工后沉降。國(guó)內(nèi)的實(shí)踐也有砂樁處理后的軟弱粘性土地基在載荷作用下仍發(fā)生大的沉降的事例，如不進(jìn)行預(yù)壓，砂樁施工后的地基在荷載作用下仍有較大的沉降變形

4、，對(duì)沉降要求較嚴(yán)的建筑物難以滿足要求。因此，采用砂樁處理飽和軟弱鉆性土地基應(yīng)根據(jù)工程對(duì)象區(qū)別對(duì)待，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來確定地基處理方法。我國(guó)在1959年首次在上海重型機(jī)器廠采用錘擊沉管擠密砂樁法處理地基，1978年又在寶山鋼鐵廠采用振動(dòng)重復(fù)壓拔管砂樁施工法處理原料堆場(chǎng)地基。這兩項(xiàng)工程為我國(guó)在飽和軟弱粘性土中采用砂樁地基處理方法取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)。近十多年來，砂樁法在我國(guó)工業(yè)與民用建筑、交通和水利工程建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。工程實(shí)踐表明，砂樁用于處理松散砂土和塑性指數(shù)不高的非飽和粘性土地基，其擠密(或振密)效果較好，不僅可以提高地基的承載力、減少地基的固結(jié)沉降，而且可以防止砂土由

5、于振動(dòng)或地震所產(chǎn)生的液化。砂樁處理飽和軟弱粘性土地基時(shí)，主要是置換作用，可以提高地基承載力和減少沉降，同時(shí)，還起排水通道作用，能夠加速地基的固結(jié)。第二節(jié)砂樁的加固機(jī)理一在松散砂土中的加固機(jī)理砂樁加固砂性土地基的目的主要有：提高樁和樁間土的密實(shí)度，從而提高地基的承載力，減小變形、增強(qiáng)抗液化能力。砂樁加固松散地基抗液化和改善地基力學(xué)性能的機(jī)理主要有以下三個(gè)方面：㈠擠密作用松散砂土地基屬單粒結(jié)構(gòu)，是典型的散粒狀體，單粒結(jié)構(gòu)可分為松散和密實(shí)兩種極端狀態(tài)。密實(shí)的單粒結(jié)構(gòu)，其顆粒之間的排列已接近穩(wěn)定狀態(tài)，在動(dòng)(靜)荷載的作用下不會(huì)像松散結(jié)構(gòu)一樣產(chǎn)生較大變形；疏松單粒結(jié)構(gòu)的松散砂土地

6、基，其顆粒之間存在較大的孔隙，顆粒位置不穩(wěn)定，在動(dòng)(靜)荷載的作用下很容易產(chǎn)生位移，因而產(chǎn)生較大的沉降，特別是在振動(dòng)力作用下更為明顯（體積可減小20％）。另外，砂土地基的承載力和抗液化能力也隨其密實(shí)度的變化有很大差別，密實(shí)砂土地基承載力和抗液化能力達(dá)最佳狀態(tài)，隨著密實(shí)度的減小，其承載力和抗液化能力也隨之減小或減弱。所以，松散砂土地基只有經(jīng)過處理才能作為建筑物地基。而中密狀態(tài)砂類土的性質(zhì)介于松散和密實(shí)狀態(tài)之間。1978年，日本宮城地震，油罐區(qū)地面加速度約為0.185g，采用水力沖填的粉砂地基廣泛地出現(xiàn)液化，大量油罐傾斜；然面其中有3個(gè)6000t的油罐，地基采用了擠密砂樁處

7、理，擠密砂樁的間距為1.8m的三角形布置，樁徑為0.7m，加固深度為15.5m，加固范圍寬出罐周2.8m，加固前后地基土的標(biāo)貫值分別為5和15。成功地接受了強(qiáng)烈地震的考驗(yàn)，砂樁的抗液化能力是顯而易見的。我國(guó)對(duì)地震區(qū)的廣泛調(diào)查和室內(nèi)試驗(yàn)可以證明這一點(diǎn)。無(wú)論采用哪一種施工工藝都能對(duì)松散砂土地基產(chǎn)生較大的擠密作用，擠密砂樁的加固效果是：⑴使砂土地基擠密到臨界孔隙比以下，以防止砂土在地震或其它原因受振時(shí)發(fā)生液化；⑵由于形成強(qiáng)度高的擠密砂樁，提高了地基的抗剪強(qiáng)度和水平抵抗力；⑶加固后大大減少了地基的固結(jié)沉降；⑷由于施工的擠密作用，使砂土地基變得十分