振冲碎石桩复合地基就是利用振冲器水冲成孔，填以砂石骨料，借助振冲器的水平及垂直振动，振密填料，形成由碎石桩体与桩间土构成的复合地基。
1.施工工艺简介
图4.1.2列出了振冲法施工顺序示意图，它是以起重机吊起振冲器，启动潜水电机带动偏心块，使振冲器产生高频振动，同时开动水泵通过喷嘴喷射高压水流。在振动和高压水流的联合作用下，振冲器沉到土中的预定深度，然后经过清孔工序，用循环水带出孔中稠泥浆后，从地面向孔中逐段添加填料，每段填料均在振动作用下被挤密实，达到所要求的密实度后提升振冲器。
图4.1.1 振冲法施工配套机械
图4.1.2 振冲法施工顺序
a）就位 b）成孔 c）清孔 d）填料 e）振密加固 f）成桩
2.加固机理
在砂土中和黏性土中振冲法的加固机理是不同的。
在砂土中，施工过程中由于水冲使松散砂土处于饱和状态，且在桩孔中填入的大量粗骨料后，被强大的水平振动力挤入周围土中。振冲器对土施加水平振动和侧向挤压作用，使土的结构逐渐破坏，孔隙水压力逐渐增大，土粒便向低势能位置转移，土体由松变密，当孔隙水压力增大到大于主应力值时，土体液化。液化后的土粒在重力、上部土层覆盖压力以及填料的挤压力作用下重新排列，土的孔隙比减小，从而增加了密实度，干密度和内摩擦角增大，土的物理力学性能改善，使地基承载力大幅度提高，一般可提高2～5倍。振冲挤密后，砂土地基不仅提高了承载力和变形模量，而且使砂土预先经历了人工振动液化，提高了砂土的抗振能力；已形成的碎石桩，作为良好的排水通道，可使地震时产生的孔隙水压力消散。所以，振冲对砂土的作用主要是，振动密实和振动液化，然后随着孔隙水消散固结，砂土挤密。
在黏性土中，振动不能使黏性土液化。对于饱和黏性土，振动挤压不但难使土密实，甚至会扰动土的结构，引起土中孔隙水压力的升高，降低有效应力，使土的强度降低。所以振冲法在黏性土中的作用主要是振冲制成碎石桩，置换软弱土层，碎石桩与周围土体组成“复合地基”。但在软弱土中形成复合地基是有条件的，即在振冲器制成碎石桩的过程中，桩周土必须具有一定的强度，以便抵抗振冲器对土产生的振动挤压力和其后在荷载作用下支撑碎石桩的侧向挤压作用。若地基土的强度太低，不能承受振冲过程的挤压力和支撑碎石桩的侧向挤压，复合地基的作用就不可能形成了。
振冲法分为振冲挤密法和振冲置换法两种类型。
在砂性土中，振冲起挤密作用，一方面依靠振冲器的强力振动使饱和砂层发生液化，砂颗粒重新排列，孔隙减少；另一方面通过振冲器的水平振动力，在加回填料情况下通过填料使砂层挤压加密，故称为振冲挤密法；振冲挤密法适用于处理砂土和粉土地基，不加填料的振冲挤密法仅适用于处理黏粒含量不大于10%的粗砂、中砂地基。
在黏性土中，在软弱黏性土地基中成孔，孔内分批填入碎石等坚硬材料制成桩体，桩体和原来的黏性土构成复合地基，振冲主要起置换作用，故称为振冲置换法。振冲置换法适用于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的黏性土、粉土和人工填土等地基。
上述有关振冲碎石桩加固机理的讨论在《建筑地基处理技术规范》的条文说明中亦有说明。7.2.1 振冲碎石桩对不同性质的土层分别具有置换、挤密和振动密实等作用。对黏性土主要起到置换作用，对砂土和粉土除置换作用外还有振实挤密作用。以上各种土中都要在振冲孔内加填碎石回填料，制成密实的振冲桩，而桩间土则受到不同程度的挤密和振密。桩和桩间土构成复合地基，使地基承载力提高，变形减少，并可消除土层的液化。在中、粗砂层中振冲，由于周围砂料能自行塌入孔内，也可以采用不加填料进行原地振冲加密的方法。这种方法适用于较纯净的中、粗砂层，施工简便，加密效果好。
振冲碎石桩用于处理软土地基，由于软黏土含水量高、透水性差，碎（砂）石桩很难发挥挤密效用，其主要作用是通过置换与黏性土形成复合地基，同时形成排水通道加速软土的排水固结。碎（砂）石桩单桩承载力主要取决于桩周土的侧限压力。由于软黏土抗剪强度低，且在成桩过程中桩周土体产生的超孔隙水压力不能迅速消散，天然结构受到扰动将导致其抗剪强度进一步降低，造成桩周土对碎石桩产生的侧限压力较小，碎（砂）石桩的单桩承载力较低，如置换率不高，其提高承载力的幅度较小，很难获得可靠的处理效果。此外，如不经过预压，处理后地基仍将发生较大的沉降，难以满足建（构）筑物的沉降允许值。工程中常用预压措施（如油罐充水）解决部分工后沉降。所以，用碎（砂）石桩处理饱和软黏土地基，应按建筑结构的具体条件区别对待，宜通过现场试验后再确定是否采用。据此本条指出，在饱和黏土地基上对变形控制要求不严的工程才可采用砂石桩置换处理。
3.适用范围
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.2.1 振冲碎石桩复合地基处理应符合下列规定：
1 适用于挤密处理松散砂土、粉土、粉质黏土、素填土、杂填土等地基，以及用于处理可液化地基。
2 对于处理不排水抗剪强度不小于20kPa的饱和黏性土和饱和黄土地基，应在施工前通过现场试验确定其适用性。
3 不加填料振冲挤密法适用于处理黏粒含量不大于10%的中砂、粗砂地基。
《建筑地基处理技术规范》条文说明指出：
7.2.1
采用振冲法处理不排水强度不小于20kPa的饱和黏性土和饱和黄土地基，在正式施工前应通过现场试验确定其适用性是必要的。
对于塑性指数较高的硬黏性土、密实砂土不宜采用碎（砂）石桩复合地基。
振冲碎石桩广泛应用于处理可液化地基，其承载力和变形计算采用复合地基计算方法。
【4.1.1】 （2002年二级考题）
根据《建筑地基处理技术规范》的规定，试问下列何项地基土不适于采用振冲置换法处理地基？
（A）粉土 （B）饱和黄土 （C）人工填土
（D）不排水抗剪强度小于20kPa的黏性土
【答案】 （D）
【解答】 根据《建筑地基处理技术规范》7.2.1条的规定，可知（D）不适于采用。
【4.1.2】 （2000年一级考题）
某工程为黏性土软弱地基，土的含水量w=25%，饱和度Sr=0.80。不排水抗剪强度τf=30kPa，要求处理深度为6.5m。在一般情况下最优地基处理方案应为下列哪种方法？
（A）换填法 （B）强夯法 （C）振冲置换法 （D）土或灰士挤密桩法
【答案】 （C）
【解答】 根据《建筑地基处理技术规范》7.2.1条的规定，可知选（C）。
【4.1.3】 不加填料的振冲挤密适用于处理的地基是下列何项？
（A）黏粒含量不大于10%的中砂 （B）黏粒含量不大于10%的粗砂
（C）黏粒含量不大于5%的中砂 （D）素填土和杂填土
【答案】 （A）、（B）
【解答】 根据《建筑地基处理技术规范》7.2.1条的规定，知（A）、（B）。
【4.1.4】 振冲置换法适用于处理不排水抗剪强度（kPa）不大于下列何项数值的黏性土、粉土、饱和黄土和人工填土地基？
（A）10 （B）20 （C）30 （D）40
【答案】 （B）
【解答】 根据《建筑地基处理技术规范》7.2.1条的规定，知选（B）。
【4.1.5】 不加填料的振冲挤密法仅适用于处理下列何项地基？
（A）黏粒含量小于10%的粗砂 （B）中砂
（C）黏土 （D）人工填土
【答案】 （A）
【解答】 根据《建筑地基处理技术规范》7.2.1条的规定，知选（A）。
【4.1.6】 下列何项地基土不适于采用振冲置换法处理地基？
（A）粉土 （B）饱和黄土
（C）人工填土 （D）不排水抗剪强度小于20kPa的黏性土
【答案】 （D）
【解答】 根据《建筑地基处理技术规范》7.2.1条的规定，知选（D）。
4.构造要求
（1）地基处理范围。
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.2.2 振冲碎石桩复合地基设计应符合下列规定：
1 地基处理范围应根据建筑物的重要性和场地条件确定，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应小于基底下可液化土层厚度的1/2，且不应小于5m。
《建筑地基处理技术规范》条文说明指出：
7.2.2 本条是振冲碎石桩复合地基设计的规定。
1 本款规定振冲碎石桩处理地基要超出基础一定宽度，这是基于基础的压力向基础外扩散，需要侧向约束条件保证。另外，考虑到基础下靠外边的（2～3）排桩挤密效果较差，应加宽（1～3）排桩。
（2）桩位布置。
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.2.2 振冲碎石桩复合地基设计应符合下列规定：
2 桩位布置，对大面积满堂基础和独立基础，可采用三角形、正方形、矩形布桩；对条形基础，可沿基础轴线采用单排布桩或对称轴线多排布桩。
《建筑地基处理技术规范》条文说明指出：
7.2.2 本条是振冲碎石桩复合地基设计的规定。
2 振冲碎石桩的平面布置多采用等边三角形或正方形。对于砂土地基，因靠挤密桩周土提高密度，所以采用等边三角形更有利，它使地基挤密较为均匀。考虑基础形式和上部结构的荷载分布等因素，工程中还可根据建筑物承载力和变形要求采用矩形、等腰三角形等布桩形式。
（3）桩径。
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.2.2 振冲碎石桩复合地基设计应符合下列规定：
3 桩径可根据地基土质情况、成桩方式和成桩设备等因素确定，桩的平均直径可按每根桩所用填料量计算。振冲碎石桩桩径宜为800～1200mm。
《建筑地基处理技术规范》条文说明指出：
7.2.2 本条是振冲碎石桩复合地基设计的规定。
3 采用振冲法施工的碎石桩直径通常为0.8～1.2m，与振冲器的功率和地基土条件有关，一般振冲器功率大、地基土松散时，成桩直径大。
（4）桩间距。
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.2.2 振冲碎石桩复合地基设计应符合下列规定：
4 桩间距应通过现场试验确定，并应符合下列规定：
1）振冲碎石桩的桩间距应根据上部结构荷载大小和场地土层情况，并结合所采用的振冲器功率大小综合考虑；30kW振冲器布桩间距可采用1.3～2.0m；55kW振冲器布桩间距可采用1.4～2.5m；75kW振冲器布桩间距可采用1.5～3.0m；不加填料振冲挤密孔距可为2～3m。
《建筑地基处理技术规范》条文说明指出：
7.2.2 本条是振冲碎石桩复合地基设计的规定。
4 振冲碎石桩的间距应根据复合地基承载力和变形要求以及对原地基土要达到的挤密要求确定。
（5）桩长。
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.2.2 振冲碎石桩复合地基设计应符合下列规定：
5 桩长可根据工程要求和工程地质条件，通过计算确定并应符合下列规定：
1）当相对硬土层埋深较浅时，可按相对硬层埋深确定；
2）当相对硬土层埋深较大时，应按建筑物地基变形允许值确定；
3）对按稳定性控制的工程，桩长应不小于最危险滑动面以下2.0m的深度；
4）对可液化的地基，桩长应按要求处理液化的深度确定；
5）桩长不宜小于4m。
《建筑地基处理技术规范》条文说明指出：(www.xing528.com)
7.2.2 本条是振冲碎石桩复合地基设计的规定。
5 关于振冲碎石桩的长度，通常根据地基的稳定和变形验算确定，为保证稳定，桩长应达到滑动弧面之下，当软土层厚度不大时，桩长宜超过整个松软土层。
对可液化的砂层，为保证处理效果，一般桩长应穿透液化层。
由于振冲碎石桩在地面下1～2m深度的土层处理效果较差，碎（砂）石桩的设计长度应大于主要受荷深度且不宜小于4m。
当建筑物荷载不均匀或地基主要压缩层不均匀，建筑物的沉降存在一个沉降差，当差异沉降过大，则会使建筑物受到损坏。为了减少其差异沉降，可分区采用不同桩长进行加固，用以调整差异沉降。
（6）桩体材料。
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.2.2 振冲碎石桩复合地基设计应符合下列规定：
6 振冲桩桩体材料可采用含泥量不大于5%的碎石、卵石、矿渣或其他性能稳定的硬质材料，不宜使用风化易碎的石料。对30kW振冲器，填料粒径宜为20～80mm；对55kW振冲器，填料粒径宜为30～100mm；对75kW振冲器，填料粒径宜为40～150mm。
（7）垫层。
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.2.2 振冲碎石桩复合地基设计应符合下列规定：
7 桩顶和基础之间宜铺设厚度为300～500mm的垫层，垫层材料宜用中砂、粗砂、级配砂石和碎石等，最大粒径不宜大于30mm，其夯填度（夯实后的厚度与虚铺厚度的比值）不应大于0.9。
《建筑地基处理技术规范》条文说明指出：
7.2.2 本条是振冲碎石桩复合地基设计的规定。
7 振冲碎石桩桩身材料是散体材料，由于施工的影响，施工后的表层土需挖除或密实处理，所以碎（砂）石桩复合地基设置垫层是有益的。同时垫层起水平排水的作用，有利于施工后加快土层固结；对独立基础等小基础碎石垫层还可以起到明显的应力扩散作用，降低碎（砂）石桩和桩周围土的附加应力，减少桩体的侧向变形，从而提高复合地基承载力，减少地基变形量。
垫层铺设后需压实，可分层进行，夯填度（夯实后的垫层厚度与虚铺厚度的比值）不得大于0.9。
5.计算要求
（1）承载力计算。
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.2.2 振冲碎石桩复合地基设计应符合下列规定：
8 复合地基的承载力初步设计可按本规范（7.1.5-1）式估算，处理后桩间土承载力特征值可按地区经验确定，如无经验时，对于一般黏性土地基，可取天然地基承载力特征值，松散的砂土、粉土可取原天然地基承载力特征值的（1.2～1.5）倍；复合地基桩土应力比n，宜采用实测值确定，如无实测资料时，对于黏性土可取2.0～4.0，对于砂土、粉土可取1.5～3.0。
《建筑地基处理技术规范》条文说明指出：
7.2.2 本条是振冲碎石桩复合地基设计的规定。
8 对砂土和粉土采用碎（砂）石桩复合地基，由于成桩过程对桩间土的振密或挤密，使桩间土承载力比天然地基承载力有较大幅度的提高，为此可用桩间土承载力调整系数来表达。桩间土承载力调整系数与原土天然地基承载力相关，天然地基承载力低时桩间土承载力调整系数大。在初步设计估算松散粉土、砂土复合地基承载力时，桩间土承载力调整系数可取1.2～1.5，原土强度低时取大值，原土强度高时取小值。
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.1.5 复合地基承载力特征值应通过复合地基静载荷试验或采用增强体静载荷试验结果和其周边土的承载力特征值结合经验确定，初步设计时，可按下列公式估算：
1 对散体材料增强体复合地基应按下式计算：
fspk=[1+m（n-1）]fsk （7.1.5-1）
式中 fspk——复合地基承载力特征值（kPa）；
fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa），可按地区经验确定；
n——复合地基桩土应力比，可按地区经验确定。
m——面积置换率，m=d2/d2e；d为桩身平均直径（m），de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径（m）；等边三角形布桩de=1.05s，正方形布桩de=1.13s，矩形布桩
分别为桩间距、纵向桩间距和横向桩间距。
【4.1.7】～【4.1.8】 某黏性土场地采用振冲碎石桩处理，按三角形布桩，桩径为1.2m，桩土应力比n=3，地基土承载力为100kPa，要求复合地基承载力fspk达到160kPa。
【4.1.7】 振冲碎石桩面积置换率m（%）与下列何项数值最为接近？
（A）20 （B）25 （C）30 （D）35
【答案】 （C）
【解答】 根据《建筑地基处理技术规范》7.1.5条的规定：
fspk=[1+m（n-1）]fsk
故选（C）。
【4.1.8】 当m=0.3时，桩间距s（m）与下列何项数值最为接近？
（A）1.7 （B）1.9 （C）2.1 （D）2.3
【答案】 （C）
【解答】 根据《建筑地基处理技术规范》7.1.5条的规定：
故选（C）。
【4.1.9】～【4.1.10】 某黏性土地基采用振冲碎石桩法处理，桩径为0.8m，采用正方形满堂布桩，地基土承载力特征值为120kPa，桩土应力比为4，基础底面压力为220kPa。
【4.1.9】 振冲碎石桩的面积置换率m（%）与下列何项数值最为接近？
（A）25% （B）28% （C）32% （D）35%
【答案】 （B）
【解答】 根据《建筑地基处理技术规范》7.1.5条的规定：
fspk=[1+m（n-1）]fsk
m=（fspk/fsk-1）/（n-1）=（220/120-1）/（4-1）=0.278=27.8%
故选（B）。
【4.1.10】 若置换率为27.8%，桩间距s（m）与下列何项数值最为接近？
（A）1.30 （B）1.34 （C）1.40 （D）1.44
【答案】 （B）
【解答】 根据《建筑地基处理技术规范》7.1.5条的规定：
故选（B）。
【4.1.11】 振冲置换碎石桩的设计
条件：某桩基础（图4.1.3）面积为4.5m×3.0m，地基地层属于滨海相沉积的粉质黏土。
天然地基的极限承载力为75kPa，拟采用振冲碎石桩处理地基，处理后要求达到的地基承载力特征值为fspk=120kPa。
采用平均直径为800mm的碎石桩，正方形布置，桩长8m，间距1.5m。
要求：（1）验算复合地基承载力能否满足要求。
（2）确定平面布置。
注：本题简称《建筑地基处理技术规范》为《规范》。
【解答】 （1）《规范》7.2.1条规定：振冲置换法适用于处理粉质黏土的地基。本题属粉质黏土，符合《规范》的规定，宜采用振冲置换法。
图 4.1.3
（2）《规范》7.2.2条规定：桩的间距可用1.3～3.0m，本题采用的间距为1.5m，符合规定。
（3）《规定》7.2.2条规定：桩长不宜短于4m，本题采用的桩长为8m，符合规定。
（4）桩的直径通常为0.8～1.2m，本题采用平均直径为800mm，在常用范围内。
（5）复合地基承载力特征值的计算。
根据《规范》7.1.5条的规定：
fspk=[1+m（n-1）]fsk
fsk取天然地基承载力特征值，即fsk=75kPa。
（6）桩土应力比n的确定。
《规范》7.2.2条规定：桩土应力比在无实测资料时可取2～4，原土强度低取大值、原土强度高取小值，本题原土强度为75kPa，而加固后的强度要达到120kPa，显然，原土强度低，故取n=4。
（7）面积置换率m。
本题桩的布置采用正方形布置，桩的间距s=1.5m。根据《规范》7.1.5条的规定，桩的等效影响圆的直径de=1.13s=1.13×1.5=1.695（m）。
桩的直径d=0.8m
（8）地基承载力的确定。
由《规范》式（7.1.5-1）：
fspk=[1+m（n-1）]fsk=[1+0.223（4-1）]×75=125.175（kPa）＞120（kPa）
故满足要求。
（9）平面布置。
《规范》7.2.2条规定：对一般地基，在基础外缘宜扩大1～3排桩。
根据《规范》7.2.2条的规定，在基础面积范围内布置6根桩，在基础外缘布置一排桩14根，共布置20根桩。
（2）变形计算。
《建筑地基处理技术规范》规定：
7.2.2 振冲碎石桩复合地基设计应符合下列规定：
9 复合地基变形计算应符合本规范第7.1.7条和第7.1.8条的规定。
《建筑地基处理技术规范》条文说明指出：
7.2.2 本条是振冲碎石桩复合地基设计的规定。
9 由于碎（砂）石桩向深层传递荷载的能力有限，当桩长较大时，复合地基的变形计算，不宜全桩长范围加固土层压缩模量采用统一的放大系数。桩长超过12d以上的加固土层压缩模量的提高，对于砂土粉土宜按挤密后桩间土的模量取值；对于黏性土不宜考虑挤密效果，但有经验时可按排水固结后经检验的桩间土的模量取值。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
