等能量等变形挤密桩是一种有效的地基加固方法，该处理方法采用专用的施工机械，首先利用重锤冲击成孔，成孔到设计标高后在孔中分层填入填充料，先大能量提升重锤，令其自由落体，夯击填充料，将填土挤到护筒周围松散的地基土中，达到一定程度后，提升重锤到一定高度（等能量），测定其一击贯入度，当一击贯入度满足设计要求后，再次填入填充料，夯击填料，反复操作直至夯填至设计标高。
1 技术原理
        等能量等变形挤密桩技术原理包括两部分：
        其一，两次挤密桩间土。首先通过重力势能挤密桩间土和夯实桩身。该技术成孔采用3.5吨的重锤自由落体冲切地基土成孔，由于施工过程中不取土，将护筒区域的土挤向周围地基土，挤密土体，减小周围地基土的孔隙，提高地基土的密实度和承载力，形成第一次挤密；当成孔到设计标高后，再次提升重锤，进行填料夯实，由于周围地基土的约束有限，成桩直径将大于成孔直径，因此成桩过程再次将桩身部分地基土挤向周围，形成桩周地基土的第二次挤密。
        第二，施工过程中以等能量控制。整个施工过程采用相同的柱锤、提升相同的高度自由落实夯实填充料，并通过相同的的一击贯入度作为控制指标，重锤夯实最后一击的测量类似于一超大型的动力触探检测，因此一击贯入度相同即表明桩身和周围地基土的密实度基本一致。这样通过填料量控制施工及最后一击贯入度进行强度控制，将使原本不均匀的地基变得均匀，有利于控制不均匀沉降。
2、等能量等变形挤密桩施工
2.1施工设备
        采用特种设备施工，该设备由机架、底座部分、主卷扬机、副卷扬机、液压系统、控制台、落锤及护筒等组成，如图2.1.1所示。顶部滑轮和主卷扬机用于起吊落锤进行夯击作业，三轮滑车及副卷扬机用于压入和拔出护筒。底座部分及液压系统用于设备自身移动、调整对位以及保持设备的稳定性。
        针对不同的地质条件可分别采用柱锤冲击成孔设备和振动成孔的设备。

图2.1.1 挤密桩施工设备

设备特点：
        采用液压传动和控制，施工移动灵活、就位方便；船型步履式行走装置，接地比压小，耐震性能好；产品功能多，装运方便；其回转、前进及后退功能操作简单，同时该设备对使用环境条件无特殊要求，电源采用普通三相交流：380V，50HZ即可，应用范围广。
2.2施工工艺流程
等能量等变形挤密桩施工流程见图2.2.1

 图2.2.1    施工工艺流程图

施工工艺如下：
a、准备工作：桩机的安装、调试；施工放线、定桩位；
b、桩机就位：将重锤中心对准桩位点，再次调试桩机；
c、重锤夯击成孔：利用重锤的重力势能冲切地基土成孔，反压护筒跟进；
d、分层填料：成孔到设计标高后，分批填料，每次填料量为0.2m3～0.3m3，约50cm～80cm高。提升重锤，大能量夯击挤密桩身材料。当离施工地面小于2米时，为防止地面隆起，采用小能量夯击
e、成桩，设备移至下一根桩。
f、当全部成桩后，采用一定能量的平板夯对施工的区域的地面进行夯实。

2.3质量控制主要指标
a、桩孔的垂直偏差不大于桩长的1%；
b、桩位允许偏差不大于桩身直径的1/2；
c、填充材料可选用素土，其有机质、垃圾等含量不大于5%。
d、测定单击贯入度时，控制其夯击能（重锤提升高度），要求变形量≤15cm。
e、桩顶1.5～2.0m范围内所夯填的改良土的配制必须严格按设计要求的水泥掺量配料，同时必须保证拌制均匀。
3、技术特点
3.1夯击能量较大、挤密效果好
         由于该工艺采用质量3.5吨的锤自由落体夯实，较普通挤密桩锤重大，夯击能量较大，成孔时对桩间土进行第一次挤密，在进行桩身材料夯实时，可对桩间土进行二次挤密，施工过程中，对于孔口1.5～2.0m以下的填充土体，可通过大能量的夯击使其密实度较高，具有较高的强度；而1.5～2.0m以上，由于地基周围土的约束小，采用平板夯等进行夯实将桩顶和桩侧地基土一并夯实。因此施工后的密实度都大幅度提高，图3.1.1是某项目施工前后地基土标贯对比。

图3.1.1 某工程施工前后标贯对比

3.2造价低、缩短工期
         由于施工过程两次挤密桩间土，显著提高桩间地基土的密实度，处理后的复合地基承载力较普通挤密桩承载力显著提高，因此当采用这两种设计方案对比时，等能量等变形挤密桩设计桩间距较常规挤密桩间距大，能有效减少桩的数量，减少材料的消耗，降低造价。由于其工程量相对较少，施工速度快，可缩短工期。
3.3能消除地基土的湿陷和液化等特性
    黄土湿陷原因：黄土颗粒间原来水分蒸发后留下的盐分析出存在与颗粒间成胶结物，形成了黄土的大孔结构，孔隙比较大，且抗剪强度低。当黄土内部受浸水湿化作用时，盐分溶解，颗粒间的粘结力降低，使得地基土的抗剪强度降低，外部扰动或自重作用诱发湿陷。黄土内部结构发生崩解，使黄土颗粒间胶结强度弱化，颗粒间相对迁移，并伴随小颗粒进入大间隙，再次形成稳定的结构。
    等能量等变形挤密桩施工过程中填料夯实的过程就是对原状土结构破坏，重新夯实形成新的结构的过程。等能量等变形桩挤密了桩间的孔隙，改变了地基土的颗粒结构，提高了地基土的承载力和抗剪强度，因此能有效消除地基土的湿陷特性。
     地基土液化的判断指标为标贯击数，当标贯击数大于临界击数，地基土不液化，当标贯击数小于临界击数，地基土液化。通过等能量等变形挤密桩施工后由于地基土密实度显著提高，标贯击数也相应增加，通过施工和取样进行土工试验分析，采用等能量等变形挤密桩施工后能有效消除地基土的液化。
    在欠固结的回填土中采用桩基时，由于地基土的固结造成桩身负摩阻，使得单桩承载力大大降低。当采用等能量等变形挤密桩施工后再施工桩基，地基土的结构被破坏后夯实，欠固结被消除，而且桩侧的侧阻也有一定提高，因此采用该工艺能消除地基土的估计，当和其他处理方法结合使用时，能显著提高处理效果，降低造价。
3.4消除地基土的不均匀性。
    该工艺施工过程采用相同的能量和一击贯入度进行控制，土软弱区域施工填料较多，较硬的区域填料少，先施工的区域填料多，后施工的填料少。施工后复合地基承载力提高的同时，也等有效调节地基强度的不均匀性，压缩模量接近，能有效减少地基的不均匀沉降，减少建筑物出现裂缝的可能。
3.5施工材料广泛，应用范围广
    等能量等变形挤密桩施工材料不受限制，既可以是散体材料，比如碎石、碎砖、砂土、回填土及建筑垃圾，也可以是具有凝结强度的材料，比如水泥砂拌合物、干硬性混凝土、水泥土。因此设计中可以根据上部结构对地基承载力的要求，选择合适的材料进行设计，受桩身强度的影响，一般挤密碎石桩和渣土桩的强度较挤密水泥土和干硬性混凝土桩的强度低。挤密干硬性混凝土桩在建筑地基中使用较多。路基地基处理中，由于要求强度不高挤密碎石桩、渣土桩、水泥土桩都可以采用，施工中由于可就地取材，施工快捷，而且避免材料运输，造价低，从而被广泛采用。
4、工程实例
4.1北京动车段
4.1.1工程概况
    北京动车段检查、检修场位于北京市大兴区狼垡村及丰台区宝台村一带，由检修车间、维修车间、存车场、外皮洗涮及其配套工程等组成。建筑场地东西长约1650米，南北长度约728米。
    本场地原为采砂坑，后经大面积回填而成。场地填土成分复杂，强度较低，回填深度差别较大，最深达28m。对于场地内的铁路路基及房建部分的地面，均需进行加固处理。
4.1.2地质资料
    根据调查及勘探揭示，本场地中部大部分地段原为采砂场，现为渣土及垃圾消纳场，表层堆积厚层的建筑垃圾、生活垃圾，场地的东部、西部保持了原始地层状态，表层分布了薄层人工堆积层。为了便于地层描述，现将拟建场地划分两个大区：I区原始地貌（非采砂）区；II区（采砂场）填土区。
    根据地质调查及本次钻探揭示，拟建场地内揭露地层主要为第四系全新统人工堆积层（Q4ml）、第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）及第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl），各地层岩性特征、厚度及分布详见工程地质柱状图及工程地质剖面图见图2.1，现简述如下：
    1）第四系全新统人工堆积层（Q4ml）
    ⑴杂填土①层：褐黄色、灰褐色，松散～稍密，稍湿，成份以建筑垃圾、炉灰为主，局部含有砖块、瓦块，粒径一般为20～70mm，含量约占40%，粉土充填。此层分布不均，层厚0.5～2.0m。                                                                              
    ⑵素填土①1层：褐灰色，灰黄色，松散～稍密，稍湿～潮湿，以粉土为主，含有少量的碎砖块，局部为表土及种植土，含有植物根茎。层厚0.3～3.1m。
    2）第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）
    ⑴粉砂②层：褐黄色，稍湿，稍密，砂质均匀，主要成份为石英、长石，含有云母片。层厚0.4～6.7m。
    ⑵粉土②1层：褐黄色，暗黄色，中密，稍湿，可见云母及氧化铁条纹，局部可见少量的植物根茎。层厚0.4～3.2m。
    ⑶细砂②2层：褐黄色，稍湿，稍密~中密，砂质均匀，主要成份为石英、长石，含有云母片。层厚0.7～3.9m。
    ⑷粉质黏土③层：褐黄色，黄褐色，硬塑，含有氧化铁、云母。层厚0.4～6.9m。
    ⑸粉土③1层：黄褐色，稍密~中密，稍湿，含有氧化铁及云母。层厚0.5～3.7m。
    ⑹黏土③2层：黄褐色，软塑，局部夹有粉质黏土。层厚1.0～1.9m。
    ⑺粉土④层：褐黄色、黄褐色，稍湿~潮湿，中密~密实，含有氧化铁及云母，局部夹有粉质黏土薄层和黏土团块。层厚0.9～4.2m。
    ⑻粉质黏土④1层：褐黄色，硬塑，含有氧化铁，可见云母。层厚1.0～4.4m。
    ⑼中砂④2层：黄褐色，稍湿，稍密～中密，砂质均匀，成份以长石、石英为主，可见云母片，夹有细砂薄层。层厚0.3～5.0m。
 
4.1.3设计方案
    本建筑场地表层为大面积回填土，尚未完成其自重固结，且回填深度较大，最深处达20度米。针对本场地的地基加固方案，前期进行了试验和专家论证，最终选用等能量、等变形挤密渣土桩进行加固处理。
    等能量等变形挤密桩设计参数：根据上部结构的承载力要求不同，桩距S=1.6～1.8m，桩径d=0.6m，正方形布桩，有效加固深度约12.0m。由于场区为建筑垃圾回填土，因此施工就地取材，采用现场的建筑垃圾作为施工的建筑材料。本项目处理面积约50万平方米，共设计挤密桩180万延米。
4.1.4挤密桩施工
    等能量等变形水泥土挤密桩施工采用专利号ZL02117383.4的工法进行。本工艺是利用特制的快放卷扬机通过无缠绕的油丝绳连接重锤冲击成孔，达到设计要求深度后，分层填料分层夯实，夯实的技术标准是根据填料的埋置深度利用不同能量和贯入度进行控制，通过控制可使同一场地，同一地层的变形一致，可使桩身材料和桩间土的密实度达到满足设计要求的均匀密实度，并且地基不隆起。工艺流程如图所示：

4.1.5检测结果
        施工后对复合地基进行静载荷试验，复合地基承载力都满足设计要求，加载到凉被设计荷载时最大变形不超过20mm。为检测桩身施工效果，采用动力触探对挤密桩桩身进行密实度检测，桩身质量完好，都满足设计要求且击数都较原来有较大提高。部分渣土桩的静载荷试验见表4.1.5。

表 4.1 .5                  部分渣土桩的载荷试验曲线

4.2新建铁路银川至西安线
4.2.1工程概况：
        该项目工点起迄里程：K12+300～K16+612.74，长度4312.74m。工点大里程端为东干一支渠中桥。工点位于兴平市南市镇南市新村北至北市村西侧之间，地貌上属渭河北岸黄土台塬。该处地势开阔，地形较为平坦，地势北高南低，地面高程507～523m。线路在此以填方形式通过，最大填方高度约为10m。
4.2.2工程地质情况
工程处地层为第四系全新统人工填土及上、中更新统风积黏质黄土。详述如下：
（1）人工填土（Q4）
人工填土（Q4m13）：淡黄色，为既有铁路路基填料，厚2～8m，土质不均，硬塑，II级普通土。
（2）第四系上更新统（Q3）
黏质黄土（Q3co13）:浅黄色，厚度8～11m，土质较均，粉粒为主，具孔隙，可见白色钙质菌丝，软塑-硬塑，II级普通土，软塑σ0=120kPa，硬塑σ0=150kPa。
（3）中更新统（Q2）
黏质黄土（Q2co13）:棕黄、棕红色，厚度大于40m，土质较均，夹有数层古土壤及姜石层，粉粒为主，具孔隙，软塑-硬塑，III级硬土，软塑σ0=120kPa，硬塑σ0=180kPa。
特殊岩土情况：
工点范围地表广泛分布第四系黏质黄土，具自重湿陷性，K12+400～+900段湿陷等级为III级严重，湿陷土厚度约20m；K12+900～K13+300段湿陷等级为IV级很严重，湿陷土厚度约20m；K13+300～+700段湿陷等级为II级中等，湿陷土厚度12～15m；K13+700～K15+800段湿陷等级为III级严重，湿陷土厚度约20m；K15+800～K16+300段湿陷等级为II级中等，湿陷土厚度15～18m；K16+300～+612.74段湿陷等级为III级严重，湿陷土厚度15～21m。
水文地质情况：
本段勘察范围内为渭河水系，线路走形于渭河北岸黄土台塬，工点处地下水为第四系孔隙潜水，地下水位埋深大于40m，水质良好，对混凝土不具化学侵蚀性。
冻结深度及地震烈度：土壤最大季节冻土深度50cm。
本工点地震动峰值加速度值为0.15g（相当于地震基本烈度七度），地震动反应谱特征周期为0.35～0.4s。
4.2.3设计方案
1、场地基采用等能量等变形水泥土挤密桩（专利号ZL02117383.4）处理，成孔深度6米，处理深度8米。
2、等能量等变形水泥土挤密桩桩径0.6m，均采用等边三角形布置。
3、地基采用等能量等变形水泥土挤密桩处理后，地表采用质量为4.0t、底面积为1m2的方锤进行低能量的普夯。桩顶设0.8m厚6%水泥改良土垫层，垫层压实标准与基床底层相同，垫层内铺设二层水泥格栅。
4、地基处理完成后按有关要求进行检测
4.2.4等能量等变形水泥土挤密桩施工
等能量等变形水泥土挤密桩施工采用专利号ZL02117383.4的工法进行。
 4.2.4.1 工艺特点
本工艺是利用特制的快放卷扬机通过无缠绕的油丝绳连接重锤冲击成孔，达到设计要求深度后，分层填料分层夯实，夯实的技术标准是根据填料的埋置深度利用不同能量和贯入度进行控制，通过控制可使同一场地，同一地层的变形一致，可使桩身材料和桩间土的密实度达到满足设计要求的均匀密实度，并且地基不隆起。
 4.2.4.2 工艺流程
工艺流程如下所示：
1）测量放线
测量放线采用三级控制手段，按设计提供的坐标点放出区域边界线，并用明显的标记标示出来。
2）桩位布设
按设计要求进行桩位布设，桩位测量误差≤20mm。
根据设计给定的区域及桩间距进行布桩。
桩位应设置不易破坏的标志，可参考如下方法设置：先用一根钢钎在桩位点锤击至20cm深度，然后将钢钎拔出，形成一个小细孔，在细孔内灌入白灰，插入一根系有红布条的竹签，锤击几下，使得竹签不易被拔出。桩位布设完成后，应对桩进行统一编号。
3）移机就位
成孔设备对位时，调整设备水平支稳后，将细长锤缓慢放至离地面5cm处，使重锤中心与放好的桩位处的竹签对齐，对位误差不应超过20mm。
4）冲击成