(一)一般原则
由于复合地基容许承载力计算方法、最终沉降量计算方法等还不够成熟,因而振冲置换加固设计还处在半理论半经验状态。因此,对重要工程和复杂的土质情况,必须在现场进行制桩试验,然后根据试验资料修改设计,制定施工要求。
(二)处理范围
振冲置换处理范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定,通常都大于基底面积。对一般地基,在基础外缘宜扩大 1~2 排桩;对可液化地基,在基础外缘应扩大 2~4 排桩。
(三)桩位布置和间距
桩位布置有两种:等边三角形布置和正方形、矩形或等腰三角形布置,见图 2-4-1。前者主要用于大面积满堂处理,后者主要用于独立基础或条形基础处理。
图2-4-1 桩位布置
( a )正方形布置;( b )等边三角形布置
桩的间距应根据荷载大小和原土的抗剪强度确定,可用 1.5~ 2.5m。荷载大或原土强度低时,宜取较小的间距;反之,宜取较大的间距。对桩端未达相对硬层的短桩,应取小间距。
(四)桩长
一般做法是在桩体全部制成后,将桩体顶部1m左右一段挖去,铺200~500mm厚的碎石垫层,然后在上面做基础。挖除桩顶部分长度的理由是该处上覆压力小,很难做出符合密实要求的桩体。在设计基础底部高程时应考虑这一情况。
桩长的确定,当相对硬层的埋藏深度不大时,应按相对硬层埋藏深度确定;当相对硬层的埋藏深度较大时,应按建筑物地基的变形允许值确定。桩长不宜短于4m。在可液化的地基中,桩长应按要求的抗震处理深度确定。
(五)桩体材料
桩体材料可以就地取材,竖硬、不受侵蚀影响的碎石、卵石、角砾、圆砾、碎砖等都可利用,其粒径不宜大于 80mm。对碎石,常用的粒径为 20~50mm。
桩的直径可按每根桩所用的填料量计算,常为 0.8~1.2m。
(六)承载力标准值
复合地基的承载力标准值应按现场复合地基载荷试验确定,也可用单桩和桩间土的载荷试验按下式确定:
式中 f sp , k ——复合地基的承载力标准值;
f p , k ——桩体单位截面积承载力标准值;
f s , k ——桩间土的承载力标准值;
m ——面积置换率。
式中 d ——桩的直径;
d e ——等效影响圆的直径。
等边三角形布置 d e =1.05 s
正方形布置 d e =1.13 s
矩形布置
式中 s 、 s 1 、 s 2 ——分别为桩的间距、纵向间距和横向间距。
对小型工程的粘性土地基如无现场载荷试验资料,复合地基的承载力标准值可按下式计算:
或
式中 n ——桩土应力比,无实测资料时可取2~4,原土强度低取大值,原土强度高取小值;
S v ——桩间土的十字板抗剪强度,也可用处理前地基土的十字板抗剪强度代替。
式(3-4-3)中的桩间土承载力标准值也可用处理前地基土的承载力标准值代替。
(七)变形计算
地基在处理后的变形计算应按国家标准《建筑地基基础设计规范》 GB50007—2002的有关规定执行。复合土层的压缩模量可按下式计算:
式中 E sp ——复合土层的压缩模量;
E s ——桩间土的压缩模量。
式(2-4-5)中的桩土应力比 n 在无实测资料时,对粘性土可取 2~ 4 ,对粉土可取1.5~3 ,原土强度低取大值,原土强度高取小值。
(一)一般原则
砂层经用填料造桩密实后,桩的承载能力自然比桩间砂土大,但因桩间砂性土经振冲密实后承载能力也有很大提高,常常桩间砂土本身已能满足设计要求的容许承载力,这样似无必要将桩和桩间土分别取值再按复合地基理论计算地基的容许承载力和最终沉降量。只有在覆盖面积广、荷重大的建筑物下的砂基(如坝基等),由于其影响深度较大需要进行这方面的验算外,对一般建筑物因为荷载在地基中引起的附加应力不大并且这一附加应力随深度衰减很快,承载力和沉降一般不是设计的控制条件。对砂性土,主要的设计项目是验算它的抗液化能力。所以对有抗震要求的松砂地基,要根据砂的颗粒组成、起始密实程度、地下水位、建筑物的设防地震烈度,计算振冲处理深度、布孔形式、间距和挤密标准,其中处理深度往往是决定处理工作量、进度和费用的关键因素,需要根据有关抗震规范进行综合论证。
(二)处理范围
砂性土振冲密实的处理范围应大于建筑物基础范围,在建筑物基础外缘每边放宽不得少于 5m。
(三)振冲深度
当可液化土层不厚时,振冲深度应穿透整个可液化土层;当可液化土层较厚时,振冲深度应按要求的抗震处理深度确定。
(四)振冲点布置及间距
振冲点布置通常采用等边三角形或正方形两种。对大面积挤密处理,用等边三角形布置比正方形布置可以得到更好的挤密效果。
振冲孔位的间距与土的颗粒组成、要求达到的密实程度、地下水位、振冲器动率、水量等有关,应通过现场试验确定,可取1.8~2.5m。
设计大面积砂层挤密处理时,振冲间距也可用下式计算:
式中 d ——振冲孔间距(m);
a ——系数,正方形布置为 1 ,等边三角形布置为 1.075 ;
V p ——单位桩长的平均填料量,一般为0.3~0.5m 3 ;
V ——原地基为达到规定密实度单位体积所需的填料量。
(五)填料
填料一方面填充在振冲器上提后在砂层中可能留下的孔洞,另一方面作为传力介质,在振冲器的水平振动下通过连续加填料,将砂层进一步挤压加密。
对中粗砂,振冲器上提后由于孔壁极易坍落自行填满下方的孔洞,从而可以不加填料,就地振密。但对粉细砂,必须加填料后才能获得较好的振密效果。
填料可用粗砂、中砂、砾砂、碎石、卵石、角砾、圆砾、砾砂等,粒径为5~50mm。填料粒径越粗,挤密效果越好。使用30kW振冲器时,填料的最大粒径宜在50mm以内,因为如填料的多数颗粒粒径大于50mm,容易在孔中发生卡料现象,影响施工进度。在使用75kW大功率振冲器时,最大粒径可放宽到100mm。
如果用碎石作填料,宜选用质地竖硬的石料,不能用风化或半风化的石料,因为后者经振挤后容易破碎,影响桩体的强度和透水性能。
砂性土单位体积所需的填料量可按下式计算:
式中 V ——砂性土单位体积所需的填料量;
e 0 ——振冲前砂层的原始孔隙比;
e p ——桩体的孔隙比;
e 1 ——振冲后要求达到的孔隙比。
(六)承载力标准值
复合地基的承载力标准值应按现场复合地基载荷试验确定,也可用单桩和桩间土的载荷试验,按式(2-4-1)确定。
(七)变形计算
振冲密实处理地基的变形计算,可按式(2-4-5)进行计算。其中桩土应力比 n 在无实测资料时,对砂土可取1.5~3.0。原土强度低取大值,原土强度高取小值。