一、概述
砂桩于19世纪30年代起源于欧洲。20世纪50年代后期，日本产生了振动式和冲击式的施工方法，处理深度可达30m。砂桩技术自20世纪50年代引进我国后，在工业与民用建筑、交通、水利等工程建设中得到了应用。
砂桩是指用振动或冲击荷载在软弱地基中成孔后，再将砂挤压入土中，形成大直径的密实柱体。
作用：提高地基的强度，减少地基的压缩性，提高地基的抗震能力，防止饱和松散砂土地基的振动液化。
适用土层：松散砂土、人工填土、粉土和杂填土等地基。
适宜建筑：砂桩适用于中小型工业与民用建筑物、散料堆场、码头、路堤、油罐等。
二、加固原理
1、在松散砂土中的作用
（1）挤密作用
（2）振密作用
（3）砂土地基预震作用
对挤密砂桩的沉管法或干振法，由于在成桩过程中桩管对周围砂层产生很大的横向挤压力，桩管体积的砂被挤向桩管周围的砂层，使桩管周围的砂层孔隙比减小，密实度增大。其有效挤密范围约为3～4倍桩体直径。
振动法成桩时，桩管周围土体同时受到挤密和振密作用，其有效振密范围比挤密作用更明显，可达6倍桩体直径。
2、在软粘土中的作用
（1）置换作用
（2）排水作用
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在砂桩体积相等的软土，所以复合地基的承载力比天然地基大，其沉降也就比天然地基小。
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通过砂桩排走，加快地基固结沉降速率。
三、设计计算
1、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。对一般基础，在基础外应扩大1～3排；对可液化地基，在基础外缘扩大宽度不应小于可液化土层厚度的1/2，并不应小于5m；对高等级公路，一般应处理至边缘外1～3m。
2、桩位布置
对大面积满堂处理，桩位宜用等边三角形布置，对独立或条形基础，桩位宜用正方形或矩形布置。
3、加固深度
加固深度应根据软弱土层的性能、厚度或工程要求按下列原则确定：
（1）当软土层不厚时，应穿透软土层；
（2）当软土层较厚时，对按变形控制的工程，加固深度应满足砂桩复合地基变形不超过地基容许变形值的要求；
（3）对按稳定性控制的工程，加固深度应不小于最危险滑动面以下2m的深度；
（4）在可液化地基中，加固深度应按要求的抗震处理深度确定；
（5）桩长不宜小于4m。
4、桩径
目前国内采用的桩径一般为0.3～0.7m，国外最大达2m。
5、桩体材料
宜使用中粗混合砂，含泥量不大于5％。桩孔填料量应通过现场试验确定，估算时可按设计桩孔体积乘以充盈系数1.2～1.4确定。
6、垫层
砂桩施工完毕后，地面应铺设30～50cm厚的砂垫层或砂石垫层。
7、桩距计算
粉土和砂土地基，桩距不宜大于桩径的4.5倍；粘性土地基不宜大于桩径的3倍。
（1）砂土和粉土地基
可根据挤密后要求达到的孔隙比e1来确定。
等边三角形布置
正方形布置
式中
s——砂桩间距（m）；
d——砂桩直径（m）；
ξ——修正系数，当考虑振动下沉密实作用时，可取1.1～1.2；不考虑振动下沉密实作用时，可取1.0；
e0——地基处理前砂土的孔隙比，可按原状土样试验确定，也可根据动力或静力触探等对比试验确定；
e1——地基挤密后要求达到的孔隙比；
emax、emin——砂土的最大最小孔隙比，可按现行国家标准《土工试验方法标准》GB/T的有关规定确定；
Dr1——地基挤密后要求达到的相对密实度，可取0.70～0.85。
（2）粘性土地基
等边三角形布置
正方形布置
式中
Ae——1根砂桩承担的处理面积（m2）；
Ap——砂桩的截面积（m2）；
m——面积置换率（一般为0.1～0.3）。
计算步骤：
a.根据所提供的天然地基容许承载力、已确定的砂石桩容许承载力、要求达到的复合地基承载力，利用复合地基承载力计算公式，求出满足上述要求的置换率。
b.按砂（碎石）桩设计直径，计算出砂（碎石）桩截面积。
c.求出一根桩所分担的地基处理面积。
d.求桩间距。
8.复合地基承载力
砂桩复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定，初步设计时，也可通过下列方法估算：
（1）砂土地基，可根据挤密后砂土的密实状态，按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》GB-的有关规定确定。
（2）对粘性土或粉土地基，可按以下公式计算：
式中
fspk——砂桩复合地基承载力特征值（kPa）；
fpk——桩体承载力特征值（kPa），宜通过单桩载荷试验确定；
fsk——处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验时，可取天然地基承载力特征值；
m——桩土面积置换率；
d——桩身平均直径（m）；
de——1根桩分担的处理地基面积的等效圆直径；
等边三角形布桩de＝1.05s
正方形布桩de＝1.13s
矩形布桩
n——桩土应力比。
四、施工
1、砂桩材料
（1）砂料的选用：级配良好的中粗砂、砾砂；对饱和软粘土，选用级配好、强度高的砂砾混合料。
（2）含水量：饱和土中施工，砂的含水量采用饱和状态；非饱和土中可以直立成桩时，采用7～9％。
2、施工机械
振动式砂石桩机和锤击式砂石桩机。
砂石桩机的设备组成：桩机架、桩管、桩尖、提升装置、挤密装置、上料设备以及检测装置。
3、施工工艺及要点
（1）施工要点
1）当用于消除粉细砂及粉土液化时，宜用振动沉管成桩法。
2）施工时桩位水平偏差不应大于0.3倍套管外径；套管垂直度偏差不应大于1％。
3）施工完毕后，应将基底标高下的松散层挖除或夯实，随后铺设并压实砂石垫层。
（2）施工顺序
1）砂性土地基
从外围或两侧向中间施工，对挤密为主的砂桩间隔施工。
2）淤泥质粘土地基
从中间向外围或隔排施工。
3）邻近存在建筑物时
应背离其方向施工。
4）在路堤和岸坡上
应背离岸边或坡顶方向施工。
（3）振动成桩法
1）施工工艺
2）施工要点
a、试桩，数量7～9根；
b、拔管速度不宜过快，宜在2m/min，排砂要充分;
c、可按下面公式控制每段砂桩的灌砂量；
d、桩管内的砂料应保持一定的高度；
e、桩管排砂不畅时，加大风压。将要拔出地面时，应减小风压，防止砂料外扬；
f、在软粘土中施工时，桩管未入土前，应先在桩管内投砂2～3斗，并复打2～3次。起到挤密桩周土和护壁作用，避免因缩颈而出现夹泥断桩现象。
g、注意贯入和电流曲线变化。
h、施工结束后，应将基底标高下的松土层夯压密实。
（4）锤击成桩法
1）单管法的施工工艺
2）单管法的施工要点
a、以拔管速度控制桩身连续性。拔管速度可根据试验确定，在一般土质条件下，拔管速度应控制在1.5～3.0m/min；
b、根据灌砂量控制桩直径。当灌砂量达不到设计要求时，应在原位复打一次，或在其旁补加一根砂桩。
3）双管法的施工工艺
五、质量检验
（1）对饱和粘性土地基，应间隔28d后进行质量检验，对粉土、砂土和杂填土地基，不宜少于7d。
（2）砂桩的施工质量检验可采用单桩载荷试验，对桩体可采用动力触探试验检测，对桩间土可采用标准贯入、静力触探、动力触探或其他原位测试等方法进行检测。检测数量不应少于桩孔总数的2％。
（3）砂桩地基竣工验收时，承载力检验应采用复合地基载荷试验。试验数量不应少于总桩数的0.5％，且每个单体建筑不应少于3点。
砂桩地基的质量检验标准
