11.2 设计

11.2.1 考虑到基底压力会向基础范围外的地基中扩散，而且外围的1排～3排桩挤密效果较差，因此本条规定挤密砂石桩处理范围要超出基础外缘1排～3排桩距。原地基越松散则应加宽越多。重要的建筑以及荷载较大的情况应加宽多些。
    挤密砂石桩法用于处理液化地基，应确保建筑物的安全使用。基础外需处理宽度目前尚无统一的标准，但总体认为，在基础外布桩对建筑物是有利的。按美国经验，基础外需处理宽度取处理深度，但根据日本和我国有关单位的模型试验认为应取处理深度的2/3。另外，由于基础压力的影响，使地基土的有效压力增加，抗液化能力增强，故这一宽度可适当降低。同时根据日本挤密砂石桩处理的地基经过地震考验的结果，发现需处理的宽度也比处理深度的2/3小，据此规定每边放宽不宜小于处理深度的1/2。
11.2.2 挤密砂石桩的设计内容包括桩位布置、桩距、处理范围、灌砂石量及需处理地基的承载力、沉降或稳定验算。
    挤密砂石桩的平面布置可采用等边三角形或正方形。砂性土地基主要靠砂石桩的挤密提高桩周土的密度，所以采用等边三角形更有利，可使地基挤密较为均匀。
    挤密砂石桩直径的大小取决于施工方法、设备、桩管的大小和地基土的条件。采用振冲法施工的挤密砂石桩直径宜为800mm～1200mm，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；采用沉管法施工的砂石桩直径与桩管的大小和地基土条件有关，目前使用的桩管直径一般为300mm～800mm，但也有小于200mm或大于800mm的。小直径桩管挤密质量较均匀但施工效率低，大直径桩管需要较大的机械能力，工效高。采用过大的桩径，一根桩要承担的挤密面积大，通过一个孔要填入的砂料多，不易使桩周土挤密均匀。沉管法施工时，设计成桩直径与套管直径比不宜大于1.5，主要考虑振动挤压时较大的扩径会对地基土产生较大扰动，不利于保证成桩质量。另外，成桩时间长、效率低给施工也会带来困难。
11.2.3 挤密砂石桩处理松砂地基的效果受地层、土质、施工机械、施工方法、填料的性质和数量、桩的排列和间距等多种因素的影响，较为复杂。国内外虽然已有不少实践，也进行过一些试验研究，积累了一些资料和经验，但是有关设计参数如桩距、灌砂石量以及施工质量的控制等仍需通过施工前的现场试验才能确定。
    对采用振冲法成孔的砂石桩，桩间距宜根据上部结构荷载和场地情况通过现场试验，并结合所采用的振冲器功率大小确定。
    对采用沉管法施工的砂石桩，桩距一般可控制在3.0倍～4.5倍桩径之内。合理的桩径取决于具体的机械能力和地层土质条件。当合理的桩距和桩的排列布置确定后，一根桩所承担的处理范围即可确定。土层通过减小土的孔隙，把原土层的密度提高到要求的密度，孔隙要减小的数量可通过计算得出。这样可以设想只要灌入的砂石料能把需要减小的孔隙都充填起来，那么土层的密度也就能够达到预期的数值。据此，如果假定地层挤密是均匀的，同时挤密前后土的固体颗粒体积不变，即可推导出本条所列的桩距计算公式。
    对粉土和砂土地基，本条公式的推导是假设地面标高施工后和施工前没有变化。实际上，很多工程都采用振动沉管法施工，施工时对地基有振密和挤密双重作用，而且地面下沉，施工后地面平均下沉量可达100mm～300mm，甚至达到500mm。因此，当采用振动沉管法施工砂石桩时，桩距可适当增大，修正系数建议取1.10～1.20。
    地基挤密要求达到的密实度是从满足建筑地基的承载力、变形或防止液化的需要而定的，原地基土的密实度可通过钻探取样试验，也可通过标准贯入、静力触探等原位测试结果与有关指标的相关关系确定。各相关关系可通过试验求得，也可参考当地或其他可靠的资料。
    这种计算桩距的方法，除了假定条件不完全符合实际外，砂石桩的实际直径也较难确定。因而有的资料把砂石桩体积改为灌砂石量，即只控制砂石量，不必注意桩的直径如何。其实两者基本上是一样的。
    桩间距与要求的复合地基承载力及桩和原地基土的承载力有关。如按要求的承载力算出的置换率过高、桩距过小，不易施工时，则应考虑增大桩径和桩距。在满足上述要求条件下，桩距宜适当大些，可避免施工时对原地基土过大扰动，影响处理效果。
11.2.4 挤密砂石桩的长度，应根据地基的稳定和沉降验算确定，为保证稳定，挤密砂石桩长度应超过设计要求安全度相对应的最危险滑动面以下2.0m；当软土层厚度不大时，桩长宜超过整个松散或软弱土层。标准贯入和静力触探沿深度的变化曲线也是确定桩长的重要资料。
    对可液化的砂层，为保证处理效果，桩长宜穿透可液化层，如可液化层过深，则应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB 50011有关规定确定。
    另外，砂石桩单桩竖向抗压载荷试验表明，砂石桩桩体在受荷过程中，在桩顶以下4倍桩径范围内将发生侧向膨胀，因此设计深度应大于主要受荷深度，且不宜小于4倍桩径。鉴于采用振冲法施工挤密砂石桩平均直径约1000mm，因此规定挤密砂石桩桩长不宜小于4m。
    建筑物地基差异沉降若过大，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。
11.2.5 挤密砂石桩桩孔内的填料量应通过现场试验确定。考虑到挤密砂石桩沿深度不会完全均匀，同时可能侧向鼓胀，另外，填料在施工中还会有所损失等，因而实际设计灌砂石量要比计算砂石量大一些。根据地层及施工条件的不同增加量约为计算量的20％～40％。
11.2.6 挤密砂石桩复合地基中桩间土经振密、挤密后，其承载力提高较大，因此本规范公式（11.2.6）中桩间土地基承载力应采用处理后桩间土地基承载力特征值，并且宜通过现场载荷试验或根据当地经验确定。
11.2.7 挤密砂石桩复合地基沉降可按本规范第5.3.1条～第5.3.4条的有关规定进行计算，其中复合地基压缩模量可按本规范公式（5.3.2-2）计算，但考虑到砂石桩桩体压缩模量的影响因素较多且难以确定，所以本条建议采用本规范公式（11.2.7）计算挤密砂石桩复合地基压缩模量。
11.2.8 关于砂石桩用料的要求，对于砂土地基，只要比原土层砂质好同时易于施工即可，应注意就地取材。按照各有关资料的要求最好用级配较好的中、粗砂，当然也可用砂砾及碎石，但不宜选用风化易碎的石料。
    对振冲法成桩，填料粒径与振冲器功率有关，功率大，填料的最大粒径也可适当增大。
    对沉管法成桩，填料中最大粒径取决于桩管直径和桩尖的构造，以能顺利出料为宜，本条规定最大不应超过50mm。
    考虑有利于排水，同时保证具有较高的强度，规定砂石桩用料中小于0.005mm的颗粒含量（即含泥量）不能超过5％。
11.2.9 砂石桩顶部采用碎石垫层一方面起水平排水的作用，有利于施工后土层加快固结，更大的作用是可以起到明显的应力扩散作用，降低基底层砂石桩分担的荷载，减少砂石桩侧向变形，从而提高复合地基承载力，减少地基变形。如局部基础下有较薄的软土，应考虑加大垫层厚度。