1.加固原理及适用范围
碎石桩和砂桩总称碎石（砂）桩，又称粗颗粒土桩，是指用振动、冲击、沉管或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或砂挤压入已成孔中，形成大直径的碎石（砂）所构成的密实桩体。
碎石（砂）桩的加固作用主要有：
（1）挤密作用。当采用沉管法或干振法施工时，由于在成桩过程中桩管对周围土层产生很大的横向挤压力，桩管位的土挤向桩管周围的土层，使桩管周围的土层孔隙比减小，密实度增大，强度增加，与灰土挤密桩一样起到挤密作用。有效挤密范围可达3～4 倍桩直径。
（2）排水作用。碎石（砂）桩在地基中形成渗透性良好的人工竖向排水通道，有效地防止超孔隙水压力的增高和砂土产生液化，并可加快地基的排水固结。
（3）置换作用。在粘性土地基（特别是饱和软粘土），以良好性能的碎石（砂）来替换不良的地基土，以地基中密实度高的桩体，与原粘性土构成复合地基而共同承载上部荷载。
（4）加筋作用。碎石（砂）桩在复合地基的加固作用，除了提高地基承载力，减少地基沉降外，还具有提高土体的抗剪强度，增大土坡的抗滑稳定性的筋体作用。
（5）抗液化作用。对松散砂土进行振冲法施工，使填料和地基土在挤密的同时受到强烈的震动，增强了砂土的抗液化能力。
碎石（砂）桩适用于处理松散砂土、素填土、杂填土、粉土等地基；对于处理饱和软粘土地基，应该非常慎重，其一饱和软粘土对碎石（砂）桩的侧向约束能力很小，其二饱和软粘土受扰动后强度降低，在自重作用下可能会挤入桩体的孔隙中，故宜通过试验确定其适用性。
2.设计要点
（1）地基加固范围。地基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，通常要大于基底面积。一般基础外缘以外应有1 ～2 排碎石（砂）桩；可液化地基，基础外缘外应有2～4 排碎石（砂）桩。
（2）桩位布置。对大面积伐板基础，宜采用梅花形（等边三角形）布置；对独立基础或条形基础，宜采用正方形、矩形或等腰三角形布置；对于圆形或环形基础宜用放射形布置。如图9-5所示。
图9-5 桩位布置示意图
（a）正方形；（b）矩形；（c）梅花形；（d）放射形
（3）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，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。
（4）桩径的确定。桩径应根据地基土质情况和成桩设备等因素确定。当采用振冲器成桩时，一般桩径为70～100cm；采用沉管法成桩时，一般桩径30～70cm，对饱和粘性土地基宜选用较大的直径。
（5）桩体材料。桩体材料可用中粗混合砂、碎石、卵石、砂砾石等，含泥量不大于5%。对于碎石，常用粒径为2～5cm，一般不大于8cm。
（6）碎石（砂）垫层。碎石（砂）桩施工完毕，基础底面应铺设20～50cm 厚度的碎石（砂）垫层。
（7）桩距的计算。松散砂土中打入碎石（砂）桩，假定能起到100%的挤密效果，则根据下式确定桩距：
梅花形（等边三角形）布置时
正方形布置时
以上式中L——碎石（砂）桩距；
d——碎石（砂）桩直径；
e0——地基处理前砂土的孔隙比；
e1——地基处理后要求砂土达到的孔隙比；
emax、emin——砂土的最大、最小孔隙比；
Dr1——地基挤密后要求砂土达到的相对密实度，可取0.70～0.85。
粘性土地基，可根据下式计算。
梅花形（等边三角形）布置
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正方形布置
式中 Ae——每根碎石（砂）桩承担的处理面积；
AP——碎石（砂）桩的截面积；
m——面积置换率。
（8）承载力计算。由于碎石（砂）桩桩体由散体颗粒组成，其桩体的承载力主要取决于桩间土的侧向约束能力，对这类桩最可能的破坏形式为桩体的鼓胀破坏。如图9-6所示。
可采用式（9-12）估算单桩极限承载力：
图9-6 桩体的鼓胀破坏形式
式中 [pp]max——单桩极限承载力，kPa；
Cu——地基土的不排水抗剪强度，kPa。
在粘性土和碎石（砂）桩所构成的复合地基上，当作用荷载为p 时，设作用于桩的应力为pp和作用于粘性土的应力为ps，则复合地基的承载力可用下式求得：
式中 n——桩土应力比，n＝pp/ps，由实测获得；无实测值时，一般取2.0～4.0，天然地基为粘性土时取最大值，为砂性土时取最小值；
m——面积置换率。
（9）沉降计算。复合地基的压缩模量可按式（9-15）计算：
式中 Esp——复合地基的压缩模量，MPa；
Es——桩间土的压缩摸量，MPa。
3.施工方法
目前，碎石（砂）桩施工方法多种多样，本书仅介绍振冲法和沉管法。
（1）振冲法。振冲法以起重机吊起振冲器，启动潜水电动机后，带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵，使高压水通过喷嘴喷射高压水流，在边振边冲的联合作用下，将振冲器沉到土中的设计深度。经过清孔后，就可以从地面向孔中逐段填入碎石，每段填料均在振动作用下被振挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器，如此重复填料和振密，直至地面，从而在地基中形成一根大直径的密实桩体。
振冲挤密一般施工过程为（图9-7）：振冲器对准桩位 —→振冲成孔 —→将振冲器提出孔口，向桩孔内填料 —→将振冲器再放入孔内将石料压入桩底振密 —→连续不断向孔内填料，边填边振，达到“密实电流”（桩体的松密程度不同反映出的电流不同）后，将振冲器缓慢上提，继续振冲，达到“密实电流”后，再上振。如此反复，直至整根桩完成。
图9-7 振冲法施工过程示意图
（a）定位；（b）振冲成孔；（c）振冲至桩底填料；（d）振动成桩；（e）将振冲器上提，振动成桩；（f）完成
（2）沉管法。沉管法最初主要用于制作砂桩，近年开始用于制作碎石桩，这是一种干法施工。按成桩工艺可分为振动成桩法（含一次拔管法、逐步拔管法、重复压拔管法三种）、冲击成桩法（含单管法和双管法两种）和静压成桩法三类。现以单管锤击成桩法为例，介绍成桩工艺步骤：①桩管垂直就位；②起动蒸汽桩锤或柴油锤，将桩管打入土层中并至设计标高；③拔起桩管至一定高度，打开投料口，将砂石料投入桩管里；④关闭投料口，放下桩管压在砂石料面上；⑤起动桩锤，锤击桩管将砂石料压实；⑥拔起桩管加砂石料，每次投料为两手推车，约0.30m3；⑦重复步骤④～⑥，直至拔管接近桩顶；⑧制桩达到桩顶时，即最后1～2 次加料量适当减少，每次加1 手推车或1.5 手推车砂石料，进行锤击压实至桩顶标高，实现封顶。
4.质量检验
碎石（砂）桩施工结束后，为了使桩周被扰动的土体强度得到恢复，除砂土地基外，均应间隔一定时间才能进行质量检验。对粘性土地基，间隔时间为3～4 周；对粉土地基间隔时间为2～3 周。
工程中常用的质量检验方法有单桩载荷试验和动力触探试验。单桩载荷试验，可按每200～400 根桩随机抽取一根进行检验，但总数不得少于3 根。对大型、重要或场地复杂的碎石（砂）桩工程应进行复合地基处理的效果检验，检验点数量可按处理面积大小取2～4组。
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