一、概述
砂樁于19世紀(jì)30年代起源于歐洲。20世紀(jì)50年代后期，日本產(chǎn)生了振動(dòng)式和沖擊式的施工方法，處理深度可達(dá)30m。砂樁技術(shù)自20世紀(jì)50年代引進(jìn)我國(guó)后，在工業(yè)與民用建筑、交通、水利等工程建設(shè)中得到了應(yīng)用。
砂樁是指用振動(dòng)或沖擊荷載在軟弱地基中成孔后，再將砂擠壓入土中，形成大直徑的密實(shí)柱體。
作用：提高地基的強(qiáng)度，減少地基的壓縮性，提高地基的抗震能力，防止飽和松散砂土地基的振動(dòng)液化。
適用土層：松散砂土、人工填土、粉土和雜填土等地基。
適宜建筑：砂樁適用于中小型工業(yè)與民用建筑物、散料堆場(chǎng)、碼頭、路堤、油罐等。
二、加固原理
1、在松散砂土中的作用
（1）擠密作用
（2）振密作用
（3）砂土地基預(yù)震作用
對(duì)擠密砂樁的沉管法或干振法，由于在成樁過(guò)程中樁管對(duì)周?chē)皩赢a(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁管體積的砂被擠向樁管周?chē)纳皩樱箻豆苤車(chē)纳皩涌紫侗葴p小，密實(shí)度增大。其有效擠密范圍約為3～4倍樁體直徑。
振動(dòng)法成樁時(shí)，樁管周?chē)馏w同時(shí)受到擠密和振密作用，其有效振密范圍比擠密作用更明顯，可達(dá)6倍樁體直徑。
2、在軟粘土中的作用
（1）置換作用
（2）排水作用
砂樁在軟弱粘性土中成樁后，地基就變成由砂樁和樁間土共同組成的復(fù)合地基。由于密實(shí)的砂樁取代了在砂樁體積相等的軟土，所以復(fù)合地基的承載力比天然地基大，其沉降也就比天然地基小。
砂樁在軟弱粘性土地基中構(gòu)成排水路徑，可以起著排水砂井作用，使土層中的水向砂樁集中并通過(guò)砂樁排走，加快地基固結(jié)沉降速率。
三、設(shè)計(jì)計(jì)算
1、加固范圍
應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性和場(chǎng)地條件及基礎(chǔ)形式而定。對(duì)一般基礎(chǔ)，在基礎(chǔ)外應(yīng)擴(kuò)大1～3排；對(duì)可液化地基，在基礎(chǔ)外緣擴(kuò)大寬度不應(yīng)小于可液化土層厚度的1/2，并不應(yīng)小于5m；對(duì)高等級(jí)公路，一般應(yīng)處理至邊緣外1～3m。
2、樁位布置
對(duì)大面積滿堂處理，樁位宜用等邊三角形布置，對(duì)獨(dú)立或條形基礎(chǔ)，樁位宜用正方形或矩形布置。
3、加固深度
加固深度應(yīng)根據(jù)軟弱土層的性能、厚度或工程要求按下列原則確定：
（1）當(dāng)軟土層不厚時(shí)，應(yīng)穿透軟土層；
（2）當(dāng)軟土層較厚時(shí)，對(duì)按變形控制的工程，加固深度應(yīng)滿足砂樁復(fù)合地基變形不超過(guò)地基容許變形值的要求；
（3）對(duì)按穩(wěn)定性控制的工程，加固深度應(yīng)不小于最危險(xiǎn)滑動(dòng)面以下2m的深度；
（4）在可液化地基中，加固深度應(yīng)按要求的抗震處理深度確定；
（5）樁長(zhǎng)不宜小于4m。
4、樁徑
目前國(guó)內(nèi)采用的樁徑一般為0.3～0.7m，國(guó)外最大達(dá)2m。
5、樁體材料
宜使用中粗混合砂，含泥量不大于5％。樁孔填料量應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，估算時(shí)可按設(shè)計(jì)樁孔體積乘以充盈系數(shù)1.2～1.4確定。
6、墊層
砂樁施工完畢后，地面應(yīng)鋪設(shè)30～50cm厚的砂墊層或砂石墊層。
7、樁距計(jì)算
粉土和砂土地基，樁距不宜大于樁徑的4.5倍；粘性土地基不宜大于樁徑的3倍。
（1）砂土和粉土地基
可根據(jù)擠密后要求達(dá)到的孔隙比e1來(lái)確定。
等邊三角形布置
正方形布置
式中
s——砂樁間距（m）；
d——砂樁直徑（m）；
ξ——修正系數(shù)，當(dāng)考慮振動(dòng)下沉密實(shí)作用時(shí)，可取1.1～1.2；不考慮振動(dòng)下沉密實(shí)作用時(shí)，可取1.0；
e0——地基處理前砂土的孔隙比，可按原狀土樣試驗(yàn)確定，也可根據(jù)動(dòng)力或靜力觸探等對(duì)比試驗(yàn)確定；
e1——地基擠密后要求達(dá)到的孔隙比；
emax、emin——砂土的最大最小孔隙比，可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《土工試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》gb/t 50123的有關(guān)規(guī)定確定；
dr1——地基擠密后要求達(dá)到的相對(duì)密實(shí)度，可取0.70～0.85。
（2）粘性土地基
等邊三角形布置
正方形布置
式中
ae——1根砂樁承擔(dān)的處理面積（m2）；
ap——砂樁的截面積（m2）；
m——面積置換率（一般為0.1～0.3）。
計(jì)算步驟：
a.根據(jù)所提供的天然地基容許承載力、已確定的砂石樁容許承載力、要求達(dá)到的復(fù)合地基承載力，利用復(fù)合地基承載力計(jì)算公式，求出滿足上述要求的置換率。
b.按砂（碎石）樁設(shè)計(jì)直徑，計(jì)算出砂（碎石）樁截面積。
c.求出一根樁所分擔(dān)的地基處理面積。
d.求樁間距。
8.復(fù)合地基承載力
砂樁復(fù)合地基承載力特征值應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合地基載荷試驗(yàn)確定，初步設(shè)計(jì)時(shí)，也可通過(guò)下列方法估算：
（1）砂土地基，可根據(jù)擠密后砂土的密實(shí)狀態(tài)，按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》gb-50007的有關(guān)規(guī)定確定。
（2）對(duì)粘性土或粉土地基，可按以下公式計(jì)算：
式中
fspk——砂樁復(fù)合地基承載力特征值（kpa）；
fpk——樁體承載力特征值（kpa），宜通過(guò)單樁載荷試驗(yàn)確定；
fsk——處理后樁間土承載力特征值（kpa），宜按當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)取值，如無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，可取天然地基承載力特征值；
m ——樁土面積置換率；
d ——樁身平均直徑（m）；
de——1根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑；
等邊三角形布樁 de＝1.05 s
正方形布樁 de＝1.13 s
矩形布樁
n ——樁土應(yīng)力比。
四、施工
1、砂樁材料
（1）砂料的選用：級(jí)配良好的中粗砂、礫砂；對(duì)飽和軟粘土，選用級(jí)配好、強(qiáng)度高的砂礫混合料。
（2）含水量：飽和土中施工，砂的含水量采用飽和狀態(tài)；非飽和土中可以直立成樁時(shí)，采用7～9％。
2、施工機(jī)械
振動(dòng)式砂石樁機(jī)和錘擊式砂石樁機(jī)。
砂石樁機(jī)的設(shè)備組成：樁機(jī)架、樁管、樁尖、提升裝置、擠密裝置、上料設(shè)備以及檢測(cè)裝置。
3、施工工藝及要點(diǎn)
（1）施工要點(diǎn)
1）當(dāng)用于消除粉細(xì)砂及粉土液化時(shí)，宜用振動(dòng)沉管成樁法。
2）施工時(shí)樁位水平偏差不應(yīng)大于0.3倍套管外徑；套管垂直度偏差不應(yīng)大于1％。
3）施工完畢后，應(yīng)將基底標(biāo)高下的松散層挖除或夯實(shí)，隨后鋪設(shè)并壓實(shí)砂石墊層。
（2）施工順序
1）砂性土地基
從外圍或兩側(cè)向中間施工，對(duì)擠密為主的砂樁間隔施工。
2）淤泥質(zhì)粘土地基
從中間向外圍或隔排施工。
3）鄰近存在建筑物時(shí)
應(yīng)背離其方向施工。
4）在路堤和岸坡上
應(yīng)背離岸邊或坡頂方向施工。
（3）振動(dòng)成樁法
1）施工工藝
2）施工要點(diǎn)
a、試樁，數(shù)量7～9根；
b、拔管速度不宜過(guò)快，宜在2m/min，排砂要充分;
c、可按下面公式控制每段砂樁的灌砂量；
d、樁管內(nèi)的砂料應(yīng)保持一定的高度；
e、樁管排砂不暢時(shí)，加大風(fēng)壓。將要拔出地面時(shí)，應(yīng)減小風(fēng)壓，防止砂料外揚(yáng)；
f、在軟粘土中施工時(shí)，樁管未入土前，應(yīng)先在樁管內(nèi)投砂2～3斗，并復(fù)打2～3次。起到擠密樁周土和護(hù)壁作用，避免因縮頸而出現(xiàn)夾泥斷樁現(xiàn)象。
g、注意貫入和電流曲線變化。
h、施工結(jié)束后，應(yīng)將基底標(biāo)高下的松土層夯壓密實(shí)。
（4）錘擊成樁法
1）單管法的施工工藝
2）單管法的施工要點(diǎn)
a、以拔管速度控制樁身連續(xù)性。拔管速度可根據(jù)試驗(yàn)確定，在一般土質(zhì)條件下，拔管速度應(yīng)控制在1.5～3.0m/min；
b、根據(jù)灌砂量控制樁直徑。當(dāng)灌砂量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)在原位復(fù)打一次，或在其旁補(bǔ)加一根砂樁。
3）雙管法的施工工藝
五、質(zhì)量檢驗(yàn)
（1）對(duì)飽和粘性土地基，應(yīng)間隔28d后進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，對(duì)粉土、砂土和雜填土地基，不宜少于7d。
（2）砂樁的施工質(zhì)量檢驗(yàn)可采用單樁載荷試驗(yàn)，對(duì)樁體可采用動(dòng)力觸探試驗(yàn)檢測(cè)，對(duì)樁間土可采用標(biāo)準(zhǔn)貫入、靜力觸探、動(dòng)力觸探或其他原位測(cè)試等方法進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)數(shù)量不應(yīng)少于樁孔總數(shù)的2％。
（3）砂樁地基竣工驗(yàn)收時(shí)，承載力檢驗(yàn)應(yīng)采用復(fù)合地基載荷試驗(yàn)。試驗(yàn)數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的0.5％，且每個(gè)單體建筑不應(yīng)少于3點(diǎn)。
砂樁地基的質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)