CN101962929A

CN101962929A - 一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法

Info

Publication number: CN101962929A
Application number: CN 201010533647
Authority: CN
Inventors: 郑俊杰; 张军; 马强; 鲁燕儿
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2010-11-05
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2030-11-05
Also published as: CN101962929B

Abstract

本发明公开了一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，步骤是：A、将桩打入需加固的地基，桩端穿透软弱土层至持力层，采用正方形布桩；B、在桩顶支模，现浇钢筋混凝土桩帽，钢筋网按双向均匀通长布置，埋设钢筋头于桩帽截面，钢筋头分布于桩帽截面；C、对现浇钢筋混凝土桩帽进行养护，将桩帽间填充路堤填土并进行场地平整；D、铺设筋材前将桩帽顶截面进行清理，并保持桩帽顶截面清洁，铺设筋材时将筋材网孔穿过桩帽顶埋设的钢筋头进行固定；E、在桩帽顶截面上方支模，浇混凝土固定端，将筋材固定于桩顶。方法易行，操作简便。解决了现有技术中存在的路基和路堤侧向位移过大，沉降和不均匀沉降过大，筋材利用效率低的问题。

Description

一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法

技术领域

本发明属于地基处理技术领域，更具体涉及一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，适用于路堤修筑时处理天然软弱地基，尤其适用于高填方路堤下软弱地基处理。

背景技术

在本发明方法之前，相接近的现有地基处理技术为桩承式加筋垫层法。桩承式加筋垫层法复合地基由以下几个部分组成：路堤填土、砂垫层、筋材、桩、桩帽、软弱地基、持力层。这一体系的核心部分为桩和由砂垫层与筋材形成的加筋垫层，桩打穿软弱地基落入下卧持力层，路基顶面设置加筋垫层。在路堤填土荷载作用下，桩作为坚向增强体承担大部分荷载起支撑作用；筋材通过与砂垫层之间的界面摩阻力相互作用约束路堤侧向位移并通过筋材的张拉膜效应提高桩的荷载分担比。

但是，筋材是通过与砂垫层之间的界面摩阻力约束路堤侧向位移并将筋材上部路堤部分荷载传递到桩上，而筋材与土之间的界面摩擦力有限，当达到极限界面摩阻力时，筋材会发生相对滑动。近年来，许多专家学者证明了筋材的这种作用十分有限，且在桩承式加筋垫层法中筋材受力远远低于其强度，这也是资源的一种浪费。通过已有文献研究综合分析，桩承式加筋垫层法应用于修筑路堤下软土地基时存在以下具体缺点：

（1）路堤边坡侧向位移现象仍然明显；

（2）筋材对路基深层的侧向位移限制作用不明显；

（3）筋材与土体的界面摩擦能力有限，其强度没有得到充分发挥；

（4）不均匀沉降问题仍然显著；

（5）筋材的张拉膜作用不显著；

（6）砂垫层材料及铺设费用大。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是在于提供了一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，方法易行，操作简便。该方法由埋设在桩帽上的钢筋头和现浇混凝土固定端组成一个固定体系将筋材与桩帽固定在一起，这种筋材与桩帽固定的地基进行加固，改变了现有技术中通过筋材与砂垫层界面相互作用的加固机理，从而很好的解决了现有技术中存在的路基和路堤侧向位移过大，沉降和不均匀沉降过大，筋材利用效率低，张拉膜效应不明显以及砂垫层铺设费用大等不足。

为了实现上述的目的，本发明采用以下技术措施：

一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，其步骤是：

A、将桩打入需加固的地基，桩体弹性模量应在5 -30GPa，该桩可以是混凝土管桩，也可以（或）是钻孔灌注桩，桩径和桩长应根据承载力和地层分布情况确定，桩端应穿透软弱土层至持力层，采用正方形布桩；

B、在桩顶支模，现浇钢筋混凝土桩帽。桩帽截面形式采用正方形，边长根据桩径和桩距大小确定，采用700~1500 mm。桩帽的厚度不小于250 mm。钢筋网应按双向均匀通长布置，直径不小于6 mm，间距不大于200 mm，钢筋网保护层厚度不应小于40 mm。混凝土强度等级不小于C25，桩顶进入桩帽长度不小于50 mm。桩帽设计应满足抗弯、抗冲切和抗剪要求；且现浇钢筋混凝土桩帽时，埋设四根钢筋头于桩帽截面。钢筋头应均匀分布于桩帽截面四角，且距桩帽边缘不应小于100 mm，钢筋头所使用的钢筋直径应不小于8 mm，埋设在桩身部分与外露部分之比应不小于2：1，钢筋头外露部分应在5-10 cm之间，且不应小于5 cm；

C、对现浇钢筋混凝土桩帽进行养护。一般采用自然养护，采用蓬布、塑料布等进行紧密覆盖，防止表面水分蒸发。钢筋混凝土桩帽达到75%强度后，将桩帽间填充路堤填土并进行场地平整；

D、铺设筋材前应将桩帽顶截面进行清理，保持桩帽顶截面清洁。铺设筋材时需将筋材网孔穿过桩帽顶埋设的钢筋头进行初步固定，铺设的筋材应紧贴于桩帽截面，筋材可采用钢筋网，也可以（或）采用高强度土工格栅和钢塑格栅等。筋材搭接部分搭接长度不应小于50 cm，且应采用U型钉固定，U型钉间距不应大于3m。筋材抗拉刚度应满足抗剪切要求；

E、在桩帽顶截面上方支模，现浇混凝土固定端，将筋材固定于桩顶，支模的截面尺寸与桩截面尺寸相同，混凝土材料、等级应与桩帽一致，混凝土固定端高度应在10-20 cm之间，且不应小于10 cm；对现浇混凝土固定端进行养护，一般采用自然养护，采用蓬布、塑料布等进行紧密覆盖，防止表面水分蒸发。达到75%强度后直接填筑路堤填土。

所述的预埋在桩顶上的钢筋头和在桩帽现浇一定高度的混凝土固定端组成一个固定体系将筋材与桩体固定在一起。

所述的加固地基的桩为高强度的刚性桩，桩端打穿软弱地基，落入持力层。

所述的筋材铺设时，筋材应紧贴于桩帽截面。

所述的铺设的筋材为钢筋网，或是高强度土工格栅和钢塑格栅，桩帽截面边缘处满足抗剪切要求。

所述的四根钢筋头埋设于桩帽截面，钢筋头均匀分布于桩帽截面四角。

本发明方法具体的优点和技术效果如下：

1、通过筋材直接将路堤荷载传递至桩顶，提高了桩的荷载分担比；

2、减小了路堤沉降和不均匀沉降；

3、减小了路堤侧向位移，提高路堤填土稳定性；

4、减小了路基及路基深层侧向位移，提高了路基稳定性；

5、提高了筋材的张拉膜效应以及筋材利用率。

6、取消砂垫层铺设直接填筑路堤，节约砂垫层材料及铺设费用。

附图说明

图1为一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法剖面结构图。

图2为一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法受力传递示意图。

图3 为一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法对路基侧向位移约束作用示意图。

1、桩；2、筋材；3、桩帽；4、钢筋网；5、钢筋头；6、混凝土固定端；7、路堤荷载；8、路基侧向位移；9、筋材轴力。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明方法做进一步的详细说明：

根据图1可知，一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，其步骤是：

A、将桩1打入需加固的地基，桩体弹性模量为10 GPa，该桩1为钻孔灌注桩1，桩1径为500 mm 混凝土灌注桩1，桩1长为10m，桩端应落入持力层，桩1间距为3.5m，采用正方形布桩；

B、在桩1顶支模，现浇钢筋混凝土桩帽3。桩帽3采用正方形，边长为1000 mm。桩帽3的厚度为250 mm，钢筋网4采用双向均匀通长布置，直径为6 mm，间距为100 mm。混凝土强度等级为C25，钢筋网4保护层厚度为50 mm，桩1顶进入桩帽3长度为50 mm；且现浇钢筋混凝土桩帽3时，埋设四根钢筋头于桩帽3截面。钢筋头5均匀分布于桩帽3截面四角，距桩帽3边缘为100 mm，钢筋头5所使用的钢筋直径为8 mm，钢筋头5外露部分应在5 cm，埋设在桩帽3部分与外露部分之比为2：1；

C、对现浇钢筋混凝土桩帽3进行养护。采用自然养护，混凝土外露部分采用塑料布等进行紧密覆盖，防止表面水分蒸发。钢筋混凝土桩帽3达到75%强度后，将桩帽3间填充路堤填土并进行场地平整；

D、铺设筋材2前应将桩帽3顶截面进行清理，保持桩帽3顶截面清洁。铺设筋材2时将筋材网4孔穿过桩帽3顶埋设的钢筋头5进行初步固定，铺设的筋材2应紧贴于桩帽3截面，筋材2采用高强度土工格栅。筋材2搭接部分搭接长度为50 cm，且应采用U型钉固定，U型钉间距为2.5 m；

E、在桩帽3顶截面上方支模，现浇混凝土固定端6。支模的截面尺寸与桩截面尺寸相同，混凝土材料、等级与桩帽3一致，混凝土固定端6高度为10 cm，对现浇混凝土固定端6进行养护，一般采用自然养护，采混凝土外露部分采用塑料布等进行紧密覆盖，防止表面水分蒸发，达到75%强度后直接填筑路堤填土。

所述的预埋在桩1顶上的钢筋头5和在桩帽3现浇一定高度的混凝土固定端组成一个固定体系将筋材2与桩1体固定在一起。

所述的加固地基的桩1为高强度的刚性桩，桩1端打穿软弱地基，落入持力层。

所述的筋材2铺设时，筋材2应紧贴于桩帽3截面。

所述的铺设的筋材2为钢筋网，或是高强度土工格栅和钢塑格栅，桩帽3截面边缘处满足抗剪切要求。

所述的四根钢筋头5埋设于桩帽3截面，钢筋头5均匀分布于桩帽3截面四角。

根据图2、图3可知：从荷载传递机理上分析本发明方法。当路堤荷载7作用在筋材2上时，由于筋材2与桩帽3固定在一起，桩1约束筋材2受力变形，改变了筋材2的荷载传递机理，筋材2通过自身的筋材轴力9将路堤荷载7直接传递到桩帽3，充分发挥筋材2的强度，提高了筋材2的张拉膜效应及筋材2强度的利用率，达到提高桩1-土荷载分担比的作用，将更多路堤荷载7传递到桩1端持力层。更重要的是本发明方法可以克服筋材2与土界面摩擦力有限、筋材2的强度和刚度没有得以充分发挥的致命性的缺陷，上部路堤荷载7是通过筋材2自身直接传递到桩1上，筋材2的强度、刚度越高，其作用越明显，可以通过增大筋材的强度、刚度来提高加固效果。采用本发明方法后，筋材2的荷载传递方式改变为直接通过筋材自身的筋材轴力9将路堤荷载7传递到桩1上，代替了砂垫层与筋材2界面相互作用，从而可以取消砂垫层铺设直接填筑路堤，节约砂垫层材料及铺设费用。同时，筋材2可以通过对桩1顶的约束作用，限制桩1体的位移，从而达到控制路基侧向位移8，提高了整体稳定性。而且本发明方法改变了传统桩承式加筋垫层法中筋材2与土体的界面摩擦能力有限，其强度没有得到充分发挥的缺陷，极大地提高了筋材2利用率。

该方法应用于长治-安阳高速公路长治东段某一路桥搭接段进行地基处理，以减小“桥头跳车”现象。路堤顶面宽34 m，填土高度5 m，路堤坡率1:1.5。根据地质勘察资料本试验段桥台台背地基土自上而下含以下地层：① 种植土：褐黄色，稍湿，稍密，富含植物根系，见少许钙质结核，厚度0.2-0.5 m，平均0.35 m，且在施工时已全部清除；② 粉质粘土：褐色，可塑，土质均匀，粘性中，虫孔发育，含钙化菌丝，厚度2.9-4.3 m，平均3.5 m；③ 粉土：褐黄色，稍湿，较为松散，土质不均一，见圆砾及粗砂薄层，厚度5.7-6.3 m，平均6.12 m；④ 砂卵石层：灰黄色，稍湿，中密，含量约40%，粗砂充填，粒径一般1-2.5 cm，最大5 cm，厚度3.4-4.7 m，平均4.08 m；⑤ 粘土：褐红色，稍湿，硬塑，虫孔发育，土层较为致密，含砾卵石少量，厚度10.3-14.9 m，平均12.5 m。该区属典型中温带半湿润大陆性季风气候，全年冬无严寒，夏无酷暑，雨热同季。一般年降水量在537.4-656.7毫米，地质勘察范围内未发现地下水。

根据实验段具体地质情况采用桩径为500 mm 混凝土灌注桩1，桩1长为10m，桩1间距为3.5m。桩顶设置桩帽3，桩帽3尺寸为1000mm×1000 mm×250 mm，桩帽3四角上均匀设置四根钢筋头5，钢筋头5埋入桩帽3深度为10 cm，露出部分为5 cm，铺设筋材2前，在桩帽3间填充路堤填土，进行场地平整，筋材2采用高强度土工格栅，抗拉模量为160 kN/m。铺设时土工格栅紧贴于桩帽3截面；桩帽3上方支模现浇100 mm混凝土固定端，支模寸尺与桩帽3截面相同；采用塑料布养护7天达到75%强度要求后直接填筑路堤填土。并在同一实验段另一截断面处采用桩承式加筋垫层法现有技术进行地基处理，对两种工况分别进行监测对比分析。采用土压力盒监测桩帽3顶土压力和桩间土压力；采用格栅位移计监测格栅应力应变。监测结果表明：与现有技术的桩承式加筋垫层法相比，采用该方法进行地基处理后各监测点桩土应力比提高40%以上，各监测点格栅应变量提高50%以上。并根据实际工况采用有限元软件进行数值模拟分析，与普通桩承式加筋垫层法相比，采用该方法进行地基处理后，路堤顶面沉降减小25%，差异沉降减小35%，路堤坡脚处侧向位移减小30%。

Claims

1.一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，其步骤是：

A、将桩（1）打入需加固的地基，桩体弹性模量在5-30 GPa，桩（1）是混凝土管桩，或是钻孔灌注桩，桩（1）径和桩（1）长根据承载力和地层分布情况确定，桩（1）端穿透软弱土层至持力层，采用正方形布桩（1）；

B、在桩（1）顶支模，现浇钢筋混凝土桩帽（3），桩帽（3）截面形式采用正方形，边长根据桩径和桩距大小确定，采用700~1500 mm；

桩帽（3）的厚度不小于250 mm，钢筋网（4）按双向均匀通长布置，直径不小于6 mm，间距不大于200 mm，钢筋网（4）保护层厚度不小于40 mm，混凝土强度等级不小于C25，桩（1）顶进入桩帽（3）长度不小于50 mm，现浇钢筋混凝土桩帽（3）时，埋设四根钢筋头（5）于桩帽（3）截面，钢筋头（5）均匀分布于桩帽（3）截面四角，距桩帽（3）边缘不小于100 mm，钢筋头（5）所使用的钢筋直径不小于8 mm，埋设在桩（1）身部分与外露部分之比应不小于2：1，钢筋头（5）外露部分应在5-10 cm之间，不小于5 cm；

C、对现浇钢筋混凝土桩帽（3）进行养护，采用自然养护，采用蓬布、塑料布进行覆盖，防止表面水分蒸发，钢筋混凝土桩帽（3）达到75%强度后，将桩帽（3）间填充路堤填土并进行场地平整；

D、铺设筋材（2）前将桩帽（3）顶截面进行清理，保持桩帽（3）顶截面清洁，铺设筋材（2）时将筋材网孔穿过桩帽（3）顶埋设的钢筋头（5）进行固定，铺设的筋材（2）紧贴于桩帽（3）截面，筋材（2）采用钢筋网，或采用高强度土工格栅和钢塑格栅，筋材（2）搭接部分搭接长度不小于50 cm，采用U型钉固定，U型钉间距不大于3m；

E、在桩帽（3）顶截面上方支模，现浇混凝土固定端，将筋材（2）固定于桩顶，支模的截面尺寸与桩截面尺寸相同，混凝土材料、等级应与桩帽（3）一致，混凝土固定端（6）高度在10-20 cm之间，不小于10 cm；对现浇混凝土固定端（6）进行养护，采用自然养护，采用蓬布、塑料布进行覆盖，达到75%强度后直接填筑路堤填土。

2.按照权利要求1所述的一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，其特征在于：所述的桩（1）顶上的钢筋头（5）和在桩帽（3）上现浇混凝土固定端（6）组成一个固定体系将筋材（2）与桩（1）固定在一起。

3.按照权利要求1所述的一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，其特征在于：所述的加固地基的桩（1）为高强度的刚性桩，桩（1）端打穿软弱地基，落入持力层。

4.按照权利要求1所述的一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，其特征在于：所述的所述的筋材（2）铺设时，筋材（2）紧贴于桩帽（3）截面。

5.按照权利要求1所述的一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，其特征在于：所述的铺设的筋材（2）为钢筋网，或是高强度土工格栅和钢塑格栅。

6.按照权利要求1所述的一种新型桩承式加筋技术处理软土路基的方法，其特征在于：所述的四根钢筋头（5）埋设于桩帽（3）截面，钢筋头（5）均匀分布于桩帽（3）截面四角。