12.2 设计

12.2.1 采用置换砂石桩法处理软土地基除应按本规范第4章要求进行岩土工程勘察外，设计和施工还需要掌握地基的不排水抗剪强度。上部结构对地基的变形要求是考核置换砂石桩能否满足要求的重要指标。
    施工机械关系到设计参数的选择、工期和施工可行性，设计前应加以考虑。
    所需的填料性质也关系到设计参数的选择，并且要有足够的来源。填料的价格涉及工程造价和地基处理方案的比选，因此事先应进行了解。
12.2.2 本条规定了置换砂石桩的平面布置方式。对于大面积加固，一般采用等边三角形布置，这种布置形式在同样的面积置换率下桩的间距最大，施工处理后地基刚度也比较均匀，当采用振冲法施工，可以最大限度避免窜孔；对于单独基础或条形基础等小面积加固，一般采用正方形或矩形布置，这种布置比较方便在小面积基础下均匀布置砂石桩。
12.2.3 对于小面积加固，基础附加应力扩散影响范围有限，并且由于砂石桩的应力集中作用应力扩散范围较均质地基更小。因此，单独基础砂石桩不必超出基础范围，条形基础砂石桩可布置在基础范围内或适当超出基础范围。对于加固面积较大的筏板式、十字交叉基础，基础附加应力扩散影响范围较大，而柔性基础往往有侧向稳定要求，故需在基础范围外加1排～3排围扩桩。
12.2.4 为了控制置换砂石桩复合地基的变形，一般情况下桩应穿透软弱土层到达相对硬层。当软弱土层很厚，桩穿过整个软弱土层所需桩长过大，施工效率很低，且造价过高无法实现，这时桩长应按地基变形计算来控制。存在地基稳定问题时，桩长应满足稳定分析要求。
    关于最小桩长，根据室内外试验结果，散体材料桩在承受竖向荷载时从桩顶向下约4.0倍桩径范围内产生侧向膨胀。振冲砂石桩用于置换加固，桩径一般为0.8m，沉管砂石桩则多为0.4m～0.6m。另外，若所需桩长很短说明要加固的软土层很薄，这时采用垫层法等其他浅层处理方法可能更有效。故规定最小桩长不宜小于4.0m。
12.2.5 采用振冲法施工时砂石桩的成桩直径与振冲器的功率有关。通常认为当振冲器功率为30kW时，砂石桩的成桩直径为800mm左右，55kW时为1000mm左右，75kW时为1500mm左右。
    面积置换率与复合地基的强度和变形控制直接相关，面积置换率太小，加固效果不明显。如天然地基承载力特征值为50kPa的软土，面积置换率0.15的砂石桩复合地基承载力为70kPa左右。但面积置换率过高会给施工带来很大困难，采用振冲法施工容易窜孔，采用沉管法施工挤土效应很大，当面积置换率大于0.25施工已感到困难，因此，推荐面积置换率取0.15～0.30。
12.2.6 复合地基承载力特征值原则上应通过复合地基竖向抗压载荷试验确定。有工程经验的场地或初步设计时可按本规范推荐的方法进行设计。已有的实测数据表明，无论是采用振冲法还是沉管法施工，桩间饱和软土在制桩刚结束时由于施工扰动其强度有不同程度降低，但经过一段时间强度会恢复甚至有所提高，因此按本规范公式（5.2.1-2）估算，β_p和β_s均应取1.0。
12.2.7 置换砂石桩单桩竖向抗压承载力主要取决于桩周土的侧限力，估算方法不少，当桩体材料的内摩擦角在38°左右时，单桩竖向抗压承载力特征值可按本规范公式（12.2.7）计算。也可采用圆孔扩张理论或其他方法计算桩周土的侧限力，然后得到单桩竖向抗压承载力。
12.2.9 置换砂石桩填料总体要求是采用级配较好的碎石、卵石、中粗砂或砂砾，以及它们的混合料，采用振冲法施工时一般用碎石、卵石作为填料。无论哪种施工方法都不宜选用风化易碎的石料。当有材质坚硬的矿渣也可作为填料使用。关于填料粒径：振冲法成桩30kW振冲器20mm～80mm，55kW振冲器30mm～100mm，75kW振冲器40mm～150mm；沉管法成桩，最大粒径不宜大于50mm。填料含泥量不宜超过5％。
    振冲法施工填料最大粒径与振冲器功率有关，振冲器功率大，填料的最大粒径也可适当增大。对同一功率的振冲器，被加固土体的强度越低所用填料的粒径可越大。
    沉管法施工填料级配和最大粒径对桩体的密实有明显的影响，建议填料最大粒径不应超过50mm。
12.2.10 置换砂石桩复合地基设置碎石垫层一方面起水平排水作用，有利于施工后加快土层固结，更大的作用在于碎石垫层可以起到明显的应力扩散作用，降低基底处砂石桩分担的荷载，并使该处桩周土合理承担附加应力增加其对桩体的约束，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。