地基处理

13.1 工程背景

13.1.1地基及地基处理的概念

任何建（构）筑物的荷载最终将传递给地基并由地基承担。地基是指承托建（构）筑物基础的有限面积内的土层。当地基的承载力不足、压缩性过大，或渗透性不能满足要求时，就需要针对不同的土质情况，对地基进行处理以提高地基的承载力和稳定性，减小地基变形，防止渗透破坏，保证建筑物正常使用的要求。

13.1.2 常见软弱土和软弱土地基

软弱土指淤泥、淤泥质土和部分冲填土、杂填土及其他高压缩性土。它具有的特

性为：

(1)含水量较高，孔隙比较大 (2) 抗剪强度很低 (3)压缩性较高 (4)渗透性很小

(5)具有明显的结构性 (6)具有明显的流变性

在土木工程施工建设中经常遇到的软弱土主要包括：软黏土、冲填土、杂填土或其它高压缩性土；有时对于某些特殊土，如湿陷性黄土、膨胀土、红粘土和冻土等也要根据其特点进行地基处理。

1. 软黏土

软黏土软粘土也称软土，是软弱黏性土的简称。它形成于第四纪晚期，属于海相、泻湖相、河谷相、湖沼相、溺谷相、三角洲相等的黏性沉积物或河流冲积物。多分布于沿海、河流中下游或湖泊附近地区。常见的软弱黏性土是淤泥和淤泥质土。软黏土黏粒含量较多，塑性指数Ip一般大于17，属黏性土。软黏土多呈深灰、暗绿色，有臭味，含有机质，含水量较高、一般大于40%，而淤泥也有大于80%的情况。孔隙比一般为1.0-2.0，其中孔隙比为1.0～1.5称为淤泥质黏土，孔隙比大于1.5时称为淤泥。由于其高黏粒含量、高含水量、大孔隙比，因而其力学性质也就呈现与之对应的特点---低强度、高压缩性、低渗透性、高灵敏度。

软黏土的强度极低，不排水强度通常仅为5～30kPa，表现为承载力基本值很低，一般不超过70kPa，有的甚至只有20kPa。软黏土尤其是淤泥灵敏度较高，这也是区别于一般黏土的重要指标。

软黏土的压缩性很大。压缩系数大于0.5MPa-1，最大可达45MPa-1，压缩指数约为0.35-0.75。通常情况下，软黏土层属于正常固结土或微超固结土，但有些土层特别是新近沉积的土层有可能属于欠固结土。

渗透系数很小是软黏土的又一重要特点，一般在10-5-10-8cm/s之间，渗透系数小则固结速率就很慢，有效应力增长缓慢，从而沉降稳定慢，地基强度增长也十分缓慢。这一特点是严重制约地基处理方法和处理效果的重要方面。

2．冲填土

在整治和疏通江河航道时，用泥浆泵将挖泥船挖出的必何大越水分的泥砂，通过输泥管吹填到江河两岸而形成的沉积土．称为冲（吹）填土（Hydraulic Fill）。

冲填土的成分比较复杂，如以粘性土为例，由于土中含有大量的水分而难以排出，土体在沉积初期处于流动状态。因而冲填土属于强度较低、压缩性较高的欠固结土。另外，主要以砂或其它粗粒土所组成的冲填士，其性质基本上类似于粉细砂面不属于软弱土范围。可见，冲填士的工程性质主要取决于其颗粒组成、均匀性和沉积过程中的排水固结条件。

3．杂填土

杂填土（Miscellaneous Fill）是由于人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。杂填土的成因很不规律，组成物杂乱分布极不均匀，结构松散。它的主要特性是强度低、压缩性高和均匀性差，一般还具有浸水湿陷性。对有机质含量较多的生活垃圾和对基础有侵蚀性的工业废料等杂填土，未经处理不宜作为基础的持力层。

4．其它高压缩性土

饱和松散粉细砂（包括部分粉土）也应该属于软弱地基的范围。当机械设备振动或地震荷载重复作用于该类地基土时，将使地基土产生液化；基坑开挖时也会产生管涌。 对软弱地基的勘察，应查明软弱土层的均匀性、组成、分布范围和土质情况。对冲填土应了解排水固结条件，对杂填土应查明堆载历史，明确在自重作用下的稳定性和湿陷性等基本因素。

13.1.3地基处理的目的和意义

地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基内一定范围的软弱土地基进行加固，以满足其工程性能： （1)提高地基的抗剪切强度、承载力，稳定性； （2)降低地基的压缩性，减少地基变形； （3)改善地基的透水特性防止渗透破坏； （4）防止地基液化

在土木工程的建设施工中，地基处理的重要性已经不言而喻了。地基问题处理不好，后果是很严重。据统计，在土木工程建设施工中发生的事故，有很大一部分是因为地基处理不好的问题。地基处理已成为土木工程领域中的一个热点，地基处理好，不仅安全可靠而且具有良好的经济效益。它主要表现在一下几个方面： （1） 提高工程质量

（2） 加快工程建设的速度

（3） 节省工程造价，节省工程建设的投资

13.1.4地基处理技术的发展概况

地基处理是古老而又年轻的领域。人民群众在长期的生产实践中积累了丰富的经验。据

史料记载，早在3000多年前我国就采用竹子、木头、麦秸来加固地基；而早在2000多年前就开始采用向软弱土中夯入碎石等材料来进行地基处理。

表13.1部分地基处理方法在我国应用最早年份

地基处理方法 普通砂井法 真空预压法 袋装砂井法 塑料排水法 砂桩法 土桩法 灰土法 振冲法 强夯法 高压喷射注浆法 浆液深层搅拌法 粉体深层搅拌法 年份 20世纪50年代 1980年 20世纪70年代 1981年 20世纪50年代 20世纪50年代中 20世纪60年代中 1977年 1978年 1972年 1977年 1983年 地基处理方法 土工合成材料 强夯髓换法 EI，S翘轻质填料法 刚性桩复合地基法 锚杆静压桩法 掏土纠倾法 顶升纠倾法 树根桩法 沉管碎石桩法 石灰桩法 年份 20世纪50年代末 1988年 1995年 1981年 1982年 20世纪60年代初 1986年 1981年 1987年 1953年 低强度桩复合地基法 1990年 近三十年来，国外在地基处理技术方面的发展十分迅速，老方法得到改进，新方法不断涌现。在二十世纪六十年代中期，从如何提高土的抗拉强度这一思路中，发展了土的“加筋法”；从如何有利于土的排水和加速固结这一基本观点出发，采用了土工聚合物、砂井预压和塑料排水板等材料和工艺对地基土进行排水固结处理；从对深层地基土如何进行密实处理这一角度考虑，采用加大击实功的措施，发展了“强夯法”和“振动水冲法”等。另外，现代工业的发展对地基工程提供了强有力的生产手段，能制造出重达几十吨的专用地基加固施工机械（采用强夯法时的起重机械）；因潜水电机的出现，使振动水冲法的振冲器淹工机械也随之产生；真空泵的问世，使真空预压法可以实现；又由于产生了大于200个：犬气压的空气压缩机，从而产生了“高压喷射注浆法”。

随着地基处理工程的不断实践和发展，人们在改造土的工程性质的同时，不断丰富了对土的工程特性的研究和认识，从而又进一步推动了地基处理技术和方法的更新，由此，“地基处理”已成为土力学基础工程领域中一个较有生命力的分枝。在1981年6月召开的第十届国际士力学及基础工程会议上有46篇论文专门论述了“地基处理”技术，并成为大会申十二个重要议题之一；在1983年召开的第八届欧洲土_力学及基础工程会议上所讨论的主题就是“地基处理”。1984年中国土木工程学会土力学基础工程学会成立了“地基处理学术委员会”，并于l986～1995年间先后召开了四届学术讨论会，并组织编著了《地基处理手册》（1988，中囡建筑工业出版社）；我国建设部也组织编写了《建筑地基处理技术规范》（JGJ79--91）。由此可见，“地基处理”在国内外都处于十分重要的地位。

13.2地基处理的原则和方法

地基处理的核心是处理方法的正确选择与实施。而对某一具体工程来讲，在选择处理方法时需要综合考虑各种影响因素，如建筑物的体型、刚度、结构受力体系、建筑材料和使用要求，荷载大小、分布和种类，基础类型、布置和埋深，基底压力、天然地基承载力、稳定安全系数、变形容许值；地基土的类别、加固深度、上部结构要求、周围环境条件、材料来源、施工工期、施工队伍技术素质与施工技术条件、设备状况和经济指标等。对地基条件复杂、需要应用多种处理方法的重大项目还要详细调查施工区内地形及地质成因、地基成层状

况、软弱土层厚度、不均匀性和分布范围、持力层位置及状况、地下水情况及地基土的物理和力学性质；施工中需考虑对场地及邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、工期及用料等。只有综合分析上述因素，坚持技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的原则拟定处理方案，才能获得最佳的处理效果。

13.2.1地基处理的原则

根据建（构）筑物的要求和天然地基条件确定地基是否需要处理。如果天然地基能满足建（构）筑物对地基的要求时，应该尽量采用天然地基。如果天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时，应将上部结构、基础和地基统一考虑。应结合上部结构、基础、地基的共同作用来考虑地基处理方案。在考虑加固地基的同时还需要考虑建筑物上部结构体型是否合理、整体刚度是否足够等。在确定地基处理方案时，一般有两种方案：一、考虑只对地基进行处理；二、选用加强上部结构刚度和地基处理相结合。在选择地基处理方案前，应根据天然地基的工程地质和水文地质条件、地基处理方法的原理、过去应用的经验和机具设备、材料条件，进行地基处理方案的可行性研究，提出多种技术上可行的方案。然后，对提出的多种方案进行技术、经济、进度等方面的比较分析，确定采用一种或几种地基处理方法。这是地基处理方案的优化过程，就可以初步确定的地基处理方案。最后需要强调进行地基处理的多种方案的对比。对一具体工程，技术上可行的地基处理方案往往有几个，应通过技术、经济、进度等方面的综合分析以及对环境的影响，对地基处理方案进行优化，以得到较好的地基处理方案。

13.2.2地基处理的方法

地基处理的方法很多，大致可分为以下几类。 1.振密挤密法

振密挤密法的原理是采用一定的手段，通过振动、挤压使地基土体孔隙比减小，强度提高，达到地基处理的目的。振密挤密法包括表层压实法、重锤夯实实法、强夯法、振冲挤密法、土桩与灰土桩法、砂桩、夯实水泥土桩、爆破法、孔内夯扩法。 2、排水固结法

其基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加，并使沉降提前完成。排水固结法主要由排水和加压两个系统组成。按照加载方式的不同，排水固结法又分为堆载预压法、真空预压法、真空一堆载联合预压法．、降低地下水位法和电渗排水法。

3、置换法

其原理是以砂、碎石等材料置换软土，与未加固部分形成复合地基，达到提高地基承载力的目的。置换法又分为振冲置换法、石灰桩法、强夯置换法、、水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)、柱锤冲扩法、EPS超轻质料填土法

4、加筋法

通过在土层中埋设强度较大的土工聚合物、拉筋、受力杆件等提高地基承载力、减小沉降或维持建筑物稳定。加筋法又分为土工聚合物、、加筋土、土层锚杆、土钉、树根桩法。

5、胶结法

在软弱地基中部分土体内掺入水泥、水泥砂浆以及石灰等物，形成加固体，与未加固部分形成复合地基，以提高地基承载力和减小沉降。胶结法又可分为注浆法、高压喷射注浆法、水泥土搅拌法。

6、冷热处理法

冷热处理法分为冻结法和烧结法。

冻结法通过人工冷却，使地基温度低到孔隙水的冰点以下，使之冷却，从而具有理想的截水性能和较高的承载力。

烧结法通过渗入压缩的热空气和燃烧物，并依靠热传导，而将细颗粒土加热到100度以上，从而增加土的强度，减小变形。

在以上的分类中1、2、3、4属于物理方法，5,6属于化学方法，在下面小结中将对以上的几种方法进行详细讲解

13.3物理方法

13.3.1振密 挤密法

振密、挤密是指通过夯击、振动或挤压使地基土体密实，土体抗剪强度提高，压缩性减小，以达到提高地基承载力和减小沉降为目的的一类地基处理方法。振密挤密法包括表层压实法、重锤夯实实法、强夯法、振冲挤密法、土桩与灰土桩法、砂桩、夯实水泥土桩、爆破法、孔内夯扩法。

振密、挤密法一般适用于非饱和土地基或土体渗透性比较好的地基。对于饱和软粘土和那些渗透性很差的地基，在外力作用下，地基土中的水难以及时排除，在体积不变的情况下，超孔隙水压力会提高，从而使得土体结构发生破坏，产生“橡皮土”。这样，会适得其反。

优点：施工设备简单，所使用的加固材料较少，因此加固费用较低。因此，在可使用该方法的地基，优先采用该方法。但是，也需要考虑施工对于周围环境所产生的影响。

1. 强夯法和强夯置换法

强夯是法国Menard技术公司于1969年首创的一种地基加固方法，它通过一般10～40t的重锤和10～40m的落距，对地基土施加很大的冲击能，在地基土中所出现的冲击波和动应力，可提高地基土的强度、降低土的压缩性、改善砂土的抗液化条件、消除湿陷性黄土的湿陷性等。同时，夯击能还可提高土层的均匀程度，减少将来可能出现的差异沉降。

强夯置换法是采用在夯坑内回填块石、碎石等粗颗粒材料，用夯锤夯击形成连续的强夯置换墩。具有加固效果显著、施工工期短和施工费用低等优点。

当前，应用强夯法和强夯置换法处理的工程范围极为广泛，有工业与民用建筑、仓库、油罐、储仓、公路和铁路路基、飞机场跑道及码头等。总之，强夯法在某种程度上比机械的、化学的和其它力学的加固方法更为广泛和有效。

工程实践表明，强夯法具有施工简单、加固效果好、使用经济等优点，因而被世界各国工程界所重视。对各类土强夯处理都取得了十分良好的技术经济效果。但对饱和软土的加固效果，必须给予排水的出路。为此，强夯法加袋装砂井(或塑料排水带)是一个在软粘土地基上进行综合处理的加固途径。

土强度的增长过程机理：如图13.2所示，地基上强度增长规律与土体中孔隙水压力的状态有关。在液化阶段，土的强度降到零；孔隙水压力消散阶段，为土的强度增长阶段；第⑦阶段为土的触变恢复阶段。经验表明，如果以孔隙水压力消散后测得的数据作为新的强度基值(一般在夯击后一个月)，则6个月后，强度平均增加20％～30％，变形模量增加30％～80％。

强夯时间效应理论：饱和黏性土是具有触变性的。当强夯后土的结构被破坏时，强度几乎降到零，随着时间的推移，强度又逐渐恢复。这种触变强度的恢复称为时间效应。图13.3为土体在强夯以后第17d、3ld和118d的十字板强度值。

强夯法的加固机理利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进行动力挤压。

关于强夯加固机理：1）首先需要区分应该对：饱和土和非饱和土加以区分，而在饱和土中，粘性土和非粘性土还应该加以区分。对于特殊土，如湿陷性黄土，还应该考虑特殊土的特征。2）要确定夯击能量中真正用于加固地基的那部分，再分析此部分能量对于地基土的加固作用。

目前，强夯法加固地基有三种不同的加固机理：动力密实、动力固结和动力置换，它取决于地基土的类别和强夯施工工艺。 (1)动力密实

采用强夯加固多孔隙、粗颗粒、非饱和土是基于动力密实的机理，即用冲击型动力荷载，使土体中的孔隙减小，土体变得密实，从而提高地基土强度。非饱和土的夯实过程，就是土中的气相(空气)被挤出的过程，其夯实变形主要是由于土颗粒的相对位移引起。实际工程表明，在冲击动能作用下，地面会立即产生沉降，一般夯击一遍后，其夯坑深度可达0.6～1.0m，夯坑底部形成一层超压密硬壳层，承载力可比夯前提高2～3倍。非饱和土在中等夯击能量1000～2000kN·m的作用下，主要是产生冲切变形，在加固深度范围内气相体积大大减少，最大可减少60%。 (2)动力固结

用强夯法处理细颗粒饱和土时，则是借助于动力固结的理论，即巨大的冲击能量在土中产生很大的应力波，破坏了土体原有的结构，使土体局部发生液化并产生许多裂隙，增加了排水通道，使孔隙水顺利逸出，待超孔隙水压力消散后，土体固结。由于软土的触变性，强度得到提高。动力固结理论可概述为：

1)饱和土的压缩性 Menard教授认为，由于土中有机物的分解，第四纪土中大多数都

含有以微气泡形式出现的气体，其含气量大约在1%～4%范围内，进行强夯时，气体体积压缩， 孔隙水压力增大，随后气体有所膨胀，孔隙水排出的同时，孔隙水压力就减少。这样每夯击一遍，液相气体和气相气体都有所减少。根据实验，每夯击一遍，气体体积可减少40%。

2)局部产生液化 在重复夯击作用下，施加在土体的夯击能量，使气体逐渐受到压缩。因此，土体的沉降量与夯击能成正比。当气体按体积百分比接近零时，土体便变成不可压缩的。相应于孔隙水压力上升到覆盖压力相等的能量级，土体即产生液化。孔隙水压力与液化压力之比称为液化度，而液化压力即为覆盖压力。当液化度为100%时，亦即为土体产生液化的临界状态，而该能量级称为“饱和能”。此时， 吸附水变成自由水，土的强度下降到最小值。一旦达到“饱和能”而继续施加能量时，除了使土起重塑的破坏作用外，能量纯属是浪费。由于强夯时所出现的液化，不同于地震时的液化，它只是土体的局部液化。 3)渗透性变化 在很大夯击能作用下，地基土体中出现冲击波和动应力。当所出现的超孔隙水压力大于颗粒间的侧向压力时，致使土颗粒间出现裂隙，形成排水通道。此时，土的渗透系数骤增，孔隙水得以顺利排出。在有规则网格布置夯点的现场，通过积聚的夯击能量，在夯坑四周会形成有规则的垂直裂缝，夯坑附近出现涌水现象。

当孔隙水压力消散到小于颗粒间的侧向压力时，裂隙即自行闭合，土中水的运动重新又恢复常态。国外资料报道，夯击时出现的冲击波，将土颗粒间吸附水转化成为自由水，因而促进了毛细管通道横断面的增大。

4)触变恢复 在重复夯击作用下，土体的强度逐渐减低，当土体出现液化或接近液化时，使土的强度达到最低值。此时土体产生裂隙，而土中吸附水部分变成自由水，随着孔隙水压力的消散，土的抗剪强度和变形模量都有了大幅度的增长。这时自由水重新被土颗粒所吸附而变成了吸附水，这也是具有触变性土的特性。

鉴于以上强夯法加固的机理，Menard对强夯中出现的现象，又提出了一个新的弹簧活塞模型，对动力固结的机理作了解释。 (3)动力置换

动力置换可分为整式置换和桩式置换。整式置换是采用强夯将碎石整体挤入淤泥中，其作用机理类似于换土垫层。桩式置换是通过强夯将碎石填筑土体中，部分碎石桩(或墩)间隔地夯入软土中，形成桩式(或墩式)的碎石墩(或桩)。其作用机理类似于振冲法等形成的碎石桩，它主要是靠碎石内摩擦角和墩间土的侧限来维持桩体的平衡，并与墩间土起复合地基的作用。

2. 强夯法的设计计算

强夯法的设计与计算主要包括有效加固深度的预定、夯击能的预定、夯点布置与加固范围的预定、夯击击数与遍数的预定、时间间隔的预定、强夯前垫层的预定等。 （1） 有效加固深度

强夯法加固地基的有效加固深度是指经强夯加固后，该土层强度和变形等指标能满足设计要求的土层范围，有效加固深度常采用以下几种方法来确定。 1） 公式计算

根据实践经验，我国的科研人员修正了法国梅纳最初提出的公式，按下式计算加固土层深度：HaMh

H≈口～佤而(3．1)式中H——加固土层深度(m)；M——夯锤重量(kN)：^——落距(m)；口——Menard公式修正系数，一般通过实测加固深度与按式(3．1)计算值比较确定或凭经验选定。3．3．1．2规范要求值《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)规定，强夯法的有效加固深度应根据现场试夯或当地经验确定，在缺少试验资料或经验时可按表3．1预估。表3．1强夯法的有效加固深度(n1)┏━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━┓┃乖击夯击能┃碎石土、砂土等┃。粉土、黏性土、┃单ai夯击能┃碎石土、砂土等┃粉土、黏性土、┃┃(kN·m)┃粗颗粒土┃湿陷黄土等细粒土┃(kN·[11)┃粗颗粒土┃湿陷性黄土等细粒土┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫┃1000┃5．0～6．o┃4．0～5．0┃S000┃9．O～9．S┃8．0～8．5┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫┃2000┃6．O一一7．0┃5．0～6．0┃6000┃9．5～10．0┃8．5～9．0┃┃┃┃┃-┃┃┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫┃3000┃7．0～8．o┃6．0～7．0┃8000┃10．0～10．5┃9．0～9．5┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━╋━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━┫┃4000┃8．0～．9．o┃7．0～8．0┃┃┃┃┗━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━┛注：强夯法的有效加[61深度应从起夯If{『3；，}=起3．3．1．3强夯置换墩的深度

加固深度主要由软弱层的厚度或要求加固的深度而定。对淤泥、泥炭等黏性软弱土层，置换墩应穿透软土层，墩底落在较好土层上；对深厚饱和粉土、粉砂，墩身可不穿透该层，且深度不宜超过7m。3．3．2夯击能夯击能可分为单击夯击能、单位夯击能和最佳夯击能。3．3．2．1单击夯击能单击夯击能是表征每击能量大小的参数，其值等于锤重和落距的乘积[式(3．2)]；也可根据工程要求的加固深度、地基状况和土质成分按式(3．3)来确定。强夯置换法的单击夯击能应根据现场试验确定。E一地h(3．2)E一(导)一g(3．3)式中E——单击夯击能(kN·m)；M——夯锤重(t)；g——重力加速度，g一9．8m／s；h——落距(m)；H——加固深度(m)；d一修正系数，变动范围为0．35～O．70，一般黏性土、粉土，取0．5；砂土取0．7；黄土取0．350～0．500。3．3．2．2单位夯击能单位夯击能指单位面积上所施加的总夯击能，其大小与地基土的类别有关，一般来说，在相同条件下细颗粒土的单位夯击能要比粗颗粒土适当大些。在一般情况下，对粗颗粒土可取1000～3000kN-m／m2，对细颗粒土可取1500～4000kN·Ill,,／Ill2。但值得注意的是，对饱和黏性土所需的能量不能一次施加，否则：t体会产生侧向挤出，强度反而有所降低。且难于恢复。根据需要可分几遍施加，两遍问可间歇一段时间。

3. 挤密砂石桩法

碎石桩和砂桩总称为砂石桩，又称粗颗粒土桩。是指用振动、冲击或水冲等方式在地基土中成孔后，再将碎石或砂充填入孔内，经振动压实后形成密实的桩体。

碎石桩最早出现在1835年，直到1937年由德国人发明了振动水冲法(Viborfloatation) (简称振冲法)用来挤密砂土地基，直接形成了挤密的砂土地基。20世纪50年代，振冲法开始用来加固粘性土地基，并形成碎石桩。从此，用振冲法在粘土中形成的密实碎石桩，就称为碎石桩。

随着时间的推移，不同的施工工艺也相应产生，如沉管法、振动气冲法，袋装碎石桩法，强夯置换法等。这些方式所形成的碎石桩，都统称为“碎石桩”。 （1） 砂石桩的加固机理

通过在地基中设置砂石桩，并在地基中设置桩体过程中对桩间土进行挤密，形成挤密砂石桩复合地基，以达到提高地基承载力，减少沉降目的的一类地基处理方法，统称为挤密砂石桩法（包括挤密碎石桩法和挤密砂桩法）。

在地基中设置挤密砂石桩最常用的方法有振冲法和振动沉管法两种。采用振冲法施工通常采用碎石填料，形成振冲挤密碎石桩复合地基;采用振动沉管法施工既可采用碎石填料形成振动挤密碎石桩复合地基；采用振动沉管法施工既可采用碎石填料形成振动挤密碎石桩复合地基，也可采用砂石填料形成振动挤密砂石桩复合地基。采用振动沉管法施工时若采用

砂作为 填料，则形成挤密砂桩复合地基。

挤密砂石桩法常用于处理砂土、粉土和杂填土地基。在桩体设置过程中，桩间土体被有效振密、挤密。挤密砂石桩复合地基具有承载力提高幅度大、沉降小的优点。 （2） 挤密砂石桩的设计

采用挤密砂石桩法加固地基设计内容包括施工方法的选用，桩长、桩径、复合地基置换率、加固范围和桩位布置的确定，地基沉降计算以及质量检验方法等。

1） 施工方法的选用

在地基中设置砂石桩可采用多种方法，如振冲法、振动沉管法等。可根据工程地质条件、施工设备条件、拟采用的桩径、桩长，并根据经济指标分析决定选用施工方法。

2)桩长

主要根据工程地质条件确定，应让砂石桩穿过主要软弱土层，以满足控制沉降要求。对可液化要求。对可液化地基，应满足抗液化设计要求。挤密砂石桩桩长不宜小于4.0m。

3)复合地基置换率设计

可根据经验进行挤密砂石桩复合地基初步设计，然后通过现场试验提供设计参数，包括砂石桩桩径、单桩承载力和桩间土地基承载力等。根据现场试验提供的设计参数，修改完善设计。

复合地基置换率m表达式：

mpcfpsfppfpsf

式中

pcfpsfppf—工程要求复合地基极限承载力，kPa；

—桩间土地基极限承载力，kPa，可根据经验公式估计，再通过现场试验测定； —砂石桩单桩极限承载力，kPa，可根据经验公式估计，再通过现场试验测定；

—桩间土地基承载力修正系数，根据工程地质条件以及施工工艺确定。 4）加固范围和桩位布置

挤密砂石桩处理范围宜在基础外缘扩大1~3排桩。对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不小于可液化土层厚度的1/2，并应不小于5m。

桩位布置一般可采用三角形布置或正方形布置。 5)垫层

挤密砂石桩加固地基宜在桩顶铺设一砂石垫层，一般可取300~500mm厚。 6)沉降计算

挤密砂石桩复合地基沉降可采用分层总和法计算。挤密砂石桩加固范围内复合土体压缩模量Ec可采用下式计算：

EcmEp(1m)Es

式中

Ep—砂石桩体压缩模量；

Es—挤压后桩间土压缩模量，可由原位试验测定；

m—复合地基置换率。

若计算沉降不能满足要求，一般宜增加桩长，以减少沉降量。 7)质量检验方法

挤密砂石桩复合地基一般要求通过复合地基载荷试验确定地基承载力。 砂石桩质量检验方法与采用的施工方法有关，将在施工部分介绍。

地基处理的物理方法主要有

物理方法

13.3