砂桩的作用原理

砂 桩

概 述

采用砂桩处理软弱地基的方法，19 世纪 30 年代起源于欧洲。由于长期做少实用的设计计算方法、先进的施工工艺和施工设备，砂桩的应用和发展受到很大影响。第二次世界大战以后，前苏联对砂桩的研究取得了较大进展。最初，砂桩是用于处理松散砂土地基的。如今，在软弱粘性土中也有使用实践。砂桩技术自 20世纪50 年代引进我国以后，在工业、交通、水利等建设工程中都得到了应用。近十年来，在应用砂桩处理可液化的松散砂土地基方面也取得一些成就，解决了一些实际工程问题。砂桩法处理软土地基与排水砂井法有类似之处，但排水砂井法的主要作用在于加速固结，砂桩法的主要作用在于置换。因此砂桩较之于砂井有直径大、排列密、灌砂密度大的特点，所以其用砂量大得多。

作用原理

砂桩法原用于处理松散砂土地基，因施工方法不同可分为挤密砂桩和振密砂桩两种，主要是为了防止地基中砂土液化。应用于软土地基处理.其作用原理是砂桩的置换作用，压密桩间土作用及加速排水固结作用。

1.砂桩在松散砂土中的作用

由于下沉桩管的方法和成桩方法不同，砂桩在施工过程中对周围砂层会产生挤密作用，或同时也产生振密作用。

（1）挤密作用

采用冲击法或振动法往砂层中下沉桩管并采用一次拔管法成桩时，桩管对周围砂层会产生很大的横向挤压力，砂层中与桩管体积相等的砂就挤向桩管周围的砂层，从而使其密度增大，孔隙比减小。这个作用称为"挤密作用"。挤密砂桩的有效挤密影响范围可达3~4 倍桩管直径。成桩后地面一般有不同程度的隆起。

（2）振密作用

采用振动法往砂层中下沉桩管并采用逐步拔管法成桩时，下沉桩管过程会对周围砂层起挤密作用，而逐步拔管成桩过程则对周围砂层起振密作用。有效振密范围可达6 倍桩管直径左右。成桩后地面一般有不同程度的下降。

2.砂桩在软弱粘性土中的作用

在透水性差的饱和粘性土中下沉桩管时，由于产生的超孔隙水压力不能很快消散，所以横向挤压力虽然很大也不能使桩管周围的土体发生瞬时挤密，反而会使其天然结构破坏，强度降低。砂桩施工后需经过1~2个月时间，其周围土体的强度才可能恢复到或稍大于原有值。因此，使用砂桩处理软弱粘性土时主要考虑下述两个作用。

（1）置换作用

砂桩在软弱粘性土中成桩后，地基就变成由砂桩和桩间土共同组成的复合地基。由于密实的砂桩取代了与砂桩体积相等的软土，所以复合地基的承载力就比天然地基的承载力大，其沉降也就比天然地基小。地基荷载试验证明，砂桩地基承受外部压力时会发生压力向砂桩集中的现象，这就表明砂桩承受外部压力的能力要比其周围土层大。压力向砂桩集中，桩间土承受的压力就减小，沉降也就相应减小。复合地基承载力增大率和沉降减小率都与置换率（即1 根砂桩面积与1根砂桩承提的地基处理面积之比）有关，置换率增大，承载力增大率也增大，而沉降减小率却更小。

（2）排水作用

砂桩在软弱粘性土地基中构成排水路径，可以起着排水砂井作用，使土层中的水向砂桩集中并且通过砂桩排走，加快地基固结沉降速率。

3.砂桩用途

在松散砂土中.可用于增大相对密度，防止振动液化。在软弱粘性土中，可用于提高地基承载力，加速固结沉降，改善地基的整体稳定性。