CN201339186Y - 软岩混凝土置换桩复合地基 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种软岩混凝土置换桩复合地基，目的是解决现有复合地基不能满足设置在强风化软质岩层中、层数在30～45层、地下室为3～5层、持力层承载力要求在800kPa～1000kPa的建筑承载力要求的问题，该复合地基为在地基的面积范围内，正方形布置有混凝土置换桩，混凝土置换桩包括侧壁设置有护壁的圆形桩孔和圆形桩孔内填充的素混凝土桩体；置换桩进入地基的持力层，持力层由强风化岩层或中风化岩层构成；所述置换桩在地基的强风化岩层的承载力特征值不能满足设计要求时，将中风化岩作为持力层，置换桩进入持力层大于或等于0.5m。本实用新型可广泛用于软质岩层地基的加固。

Description

软岩混凝土置换桩复合地基

技术领域

本实用新型属于建筑施工领域，特别涉及一种针对软质岩层增强承载力特征值的复合地基。

背景技术

复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基；在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用；复合地基，即是指由增强体和周围地基***同承担荷载的地基。复合地基的形式、组成复合地基增强体的材料、复合地基增强体的施工方法等对复合地基的效用产生影响。

随着地基处理技术的发展和复合地基理论的发展，各类柔性桩复合地基、刚性桩复合地基，以及水平向增强体复合地基得到应用。如：水泥土复合地基、低强度桩复合地基、桩网复合地基、钢筋混凝土桩复合地基、加筋土地基等。由于复合地基能够较好地利用天然地基和增强体承担荷载的潜能，具有较好的经济效益。

目前，复合地基技术在我国房屋建筑(包括高层建筑)工程、高等级公路和铁路工程，市政工程、以及堆场、机场、堤坝等土木工程建设中得到广泛应用，已应用的复合地基主要有以下几类：

1.碎石桩复合地基

碎石桩复合地基属于散体材料桩复合地基，其承载力很大程度上取决于天然地基土的不排水抗剪强度。碎石桩复合地基技术常用于加固砂性土地基和非饱和土地基，通过振密、挤密桩间土，使碎石桩复合地基和桩间土都有比较大的承载力，从而地基承载力提高幅度大，且工后沉降小。

2.水泥土桩复合地基技术

根据施工方法不同，又可分为深层搅拌桩复合地基、旋喷桩复合地基和夯实水泥土桩复合地基等。

深层搅拌法分喷浆和喷粉深层搅拌法两种，深层搅拌法通常采用水泥为固化物，也有采用石灰为固化物。深层搅拌法适用于处理淤泥、淤泥质土、黄土、粉土和黏件土等地基。

旋喷桩施工工艺又可分为单管法、二重管法和三重管法。高压喷射注浆法适用于淤泥、淤泥质土、黄土、粉土、黏性土、砂土、人工填土和碎石土等地基。夯实水泥土桩通常适用于地下水位以上地基的加固，采用人工挖孔，分层回填水泥和土的混合物，并分层夯实形成夯实水泥土桩。

3.低强度桩复合地基技术

属于低强度桩复合地基的复合地基技术很多，如水泥粉煤灰碎石桩(CFG桩)复合地基技术，低强度砂石混凝土桩复合地基技术，以及二灰(石灰、粉煤灰)混凝土桩复合地基技术。低强度桩采用灌筑混凝土桩施工工艺，施工设备通用，施工方便。采用低强度桩复合地基加固，加固深度深，可充分发挥桩和桩土间的承载潜能，适用性好，经济效益好。

4.钢筋混凝土桩复合地基技术

广义上讲，考虑桩***同作用的钢筋混凝土桩基均可属于钢筋混凝土桩复合地基。疏桩基础、减少沉降量桩基础、复合桩基都可属于钢筋混凝土桩复合地基技术。

5.灰土桩复合地基技术

灰土桩是指石灰与土拌合，分层在孔中夯实形成的灰土桩。灰土桩施工主要分为两部分，一是成孔，二是回填夯实。夯实水泥土复合地基也可归属于灰土桩复合地基。

6.石灰桩复合地基技术

石灰桩是指采用沉管成孔法或洛阳铲成孔法等方法成孔，然后灌入生石灰，压实生石灰并用黏性土封桩，在地基中设置的桩。采用石灰桩复合地基加固，地基土体含水量过高和过低都会影响加固质量，且加固深度较浅。

7.孔内夯扩桩复合地基

采用沉管法、螺旋钻取土法等方法成孔，分层回填碎石、或灰土、或矿渣、或渣土，并采用夯锤将回填料分层夯实，并挤密、振密桩间土，达到加固地基的目的。

8.长短桩复合地基技术

桩体复合地基中，浅层置换率可高一些，深层置换率可低一些，这样可更加的效发挥桩体材料在提高承载力和减少沉降量方面的潜能，于是发展了长短桩复合地基。

9.桩网复合地基

桩网复合地基现阶段主要在铁路或公路路基加固中采用，刚性复合地基加土工格栅加筋垫层就形成了桩网复合地基，荷载由桩和***同承担。

10.加筋土复合地基技术

通常采用土工布、土工格栅作为筋材形成加筋土复合地基。加筋土复合地基主要用于路堤地基加固。

但随着高层和超高层建筑的不断出现，现有的复合地基承载力并不能满足如下条件的承载力设计要求：

(1)、建筑设计层数为30～45层；

(2)、地下室为3～5层；

(3)、基底标高设置在强风化软质岩层中；

(4)、对持力层承载力要求在800kPa～1000kPa。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决现有复合地基不能满足设置在强风化软质岩层中、层数在30～45层、地下室为3～5层、持力层承载力要求在800kPa～1000kPa的建筑承载力要求的问题，提供一种复合地基，以满足上述条件下的承载力要求。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

软岩混凝土置换桩复合地基，在地基的面积范围内，按正方形布置有置换桩，所述置换桩包括圆形桩孔及其内部的桩体，桩体由填入圆形桩孔内的素混凝土构成，置换桩进入地基的持力层，持力层由强风化岩层或中风化岩层构成。

所述置换桩在地基的强风化岩层的承载力特征值不能满足设计要求时，将中风化岩作为持力层，置换桩进入持力层大于或等于0.5m。

所述桩孔上设置有混凝土垫层。

所述置换桩的外径为800～1200mm。

所述桩体素混凝土强度根据地基承载力的设计要求确定。

所述混凝土垫层为C10混凝土垫层，厚度为30cm。

所述置换桩的圆形桩孔内设置有与桩体强度相同的混凝土护壁。

所述圆形桩孔由人工挖孔清除地基内的软质岩层构成。

本实用新型采用上述结构的复合地基，以混凝土置换桩复合地基处理技术加固强风化软质岩层地基，相比已有的复合地基处理技术，这种复合地基的承载力明显提高，加固后的地基复合变形模量明显增加，完全能满足超高层建筑对地基承载力的要求。同时，这种复合地基又不同于桩基，桩内不用配筋，没有钢筋笼制作和安装工序，施工方便，更加节省了时间和费用，具有工期短，污染小的特点。

可见，本实用新型解决了强风化软质岩层作为天然地基和采用其它复合地基处理时承载力不足的问题，可广泛用于软质岩层地基的加固。

附图说明

图1是本实用新型中置换桩的布置示意图；

图2是本实用新型中置换桩与基础的关系示意图；

图3是本实用新型中护壁的示意图；

图中标号：1是置换桩，2是护壁，3是桩体，4是混凝土垫层。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

对于如下条件的建筑要求：

(1)、建筑设计层数为30～45层；

(2)、地下室为3～5层；

(3)、基底标高设置在强风化软质岩层中；

(4)、对持力层承载力要求在800kPa～1000kPa。

可以采用本实施例所述的软岩混凝土置换桩复合地基来使其承载力达到要求。

如图1所示，软岩混凝土置换桩复合地基为在地基的面积范围内，正方形布置有置换桩1，如图2所示置换桩1包括侧壁设置有护壁2的圆形桩孔和圆形桩孔内填充的桩体3。圆形桩孔由人工挖孔清除地基内的软质岩层构成。

如图3所示，护壁2由多段护壁节构成；每段护壁节的外径相等、内径上小下大；除最上端的护壁节外，其它每段护壁节的上端口内侧设置有凸台；每段护壁节的外侧面到上述凸台的外侧面的距离，与护壁节下端口的壁厚相等。

如图2所示，桩孔上设置有混凝土垫层。

护壁与桩体都为混凝土制成，两者的混凝土强度等级相同。

置换桩的外径为800～1200mm。

桩体素混凝土强度根据地基承载力的设计要求确定。

置换桩的单桩承载力特征值符合下述公式：

R_k(U_P∑q_sih_i+q_pA_p)/K

式中U_P-置换桩的周长(m)

q_si-第i层土与土性和施工工艺相关的桩侧摩阻力特征值

q_P-置换桩端的端阻力特征值，按《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)的相关规定取值

h_i-第i土层的厚度

K-安全系数，取值为1.5～1.75

根据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79-2002)，所述置换桩的置换率由下式确定：

$f_{\mathrm{spk}}=m\frac{R_k}{A_p}+\mathrm{\α\β}(1-m)f_{\mathrm{sk}}$

式中f_spk——复合地基承载力标准值，单位为kPa；

A_P——桩的截面积，单位为m²；

β——桩间土强度发挥度，取值在0.75～0.9之间；

R_k——单桩承载力特征值，单位为kN；

α——表示桩间土的强度提高系数，可以根据经验预估或实测给定，对一般粘性土取α＝1.0；对灵敏度较高的土和结构性土产生扰动的施工工艺且施工进度很快时，α为小于一的数值， $\mathrm{\α}=\frac{f_{\mathrm{sk}}}{f_k};$

f_sk——加固后桩间土的承载力特征值，单位为kPa；

m——面积置换率，单位为m²。

所述桩体强度为3倍桩顶应力，即桩体强度符合下述公式

$R\≥3\frac{R_k}{A_p}$

式中R-桩体强度；

R_k-单桩承载力特征值；

A_P——桩的截面积。

所述正方形布置的置换桩间距符合下述公式

s＝d_e/1.13，而 $d_e=\sqrt{D^2/m}$

式中s——置换桩间距；

D——桩身平均直径；

d_e——等效圆直径；

m——面积置换率；

圆形桩孔(即置换桩)的数量按下述公式确定

$n_p=\frac{\mathrm{mA}}{A_P}$

式中

A——基础面积，单位为m²；

A_P——桩截面积，单位为m²；

n_p——面积为A时的理论布桩数。

对独立基础、箱型基础、筏基，基础边缘到置换桩的中心距离为置换桩外径或其最小值为150mm；对条形基础，最小值为75mm。

所述混凝土垫层为C10混凝土垫层，厚度为30cm。

所述护壁厚度为150mm，单段护壁节的高度为1m，护壁与桩体都为混凝土制成，两者的混凝土强度等级相同。

若强风化岩的承载力特征值不能满足设计要求时，应将中风化岩作为持力层，所述置换桩进入持力层0.5m，实际成桩的高度比桩顶设计标高高出0.10m～0.20m。

上述软岩人工挖土置换桩复合地基的施工方法包括如下步骤：

a0.场地平整；

a.测量放线定桩位(根据施工单位提供的红线或轴线定桩位)；

b0.制备开挖必备设施；

b.挖桩孔土方，支模、浇筑护壁砼，校核桩位轴线；

c.清理桩孔底部残渣；

d.对桩孔直径、深度、桩中心轴线、持力层检查验收；

e.桩孔封底；

f.分层浇筑混凝土至设计标高；

g.重复上述步骤完成其它桩的施工。

所述步骤b中，对各段护壁节分段施工，具体步骤为：先挖第一段桩孔土方，支模、浇筑第一段护壁节砼，在该护壁节上作桩位十字铁钉，校核桩位轴线，待该段护壁节砼达到强度，拆模并开挖第二段桩孔土方，校核桩孔垂直度和直径并支模、检查固定、浇筑第二段护壁节砼；以上述步骤循环施工，直至达到设计深度。

施工完成后，人工挖土置换桩复合地基采用将复合地基验收检测转化为对复合地基设计使用参数的验证检测，并根据检测结果复核处理方案的可靠性。检测具体内容为：

①用深井载荷试验检测岩石的桩端端阻力特征值q_pa；

②采用低应变法对桩身完整性进行检测，数量为人工挖孔桩总数的20％。

Claims (6)

1、软岩混凝土置换桩复合地基，其特征在于，在地基的面积范围内，按正方形布置有置换桩，所述置换桩包括圆形桩孔及其内部的桩体，桩体由填入圆形桩孔内的素混凝土构成，所述圆形桩孔由人工挖孔清除地基内的软质岩层构成，置换桩进入地基的持力层，持力层由强风化岩层或中风化岩层构成。

2、如权利要求1所述软岩混凝土置换桩复合地基，其特征在于，所述持力层为中风化岩层，置换桩进入持力层大于或等于0.5m。

3、如权利要求1所述软岩混凝土置换桩复合地基，其特征在于，所述桩孔上设置有混凝土垫层。

4、如权利要求1所述软岩混凝土置换桩复合地基，其特征在于，所述置换桩的外径为800～1200mm。

5、如权利要求3所述软岩混凝土置换桩复合地基，其特征在于，所述混凝土垫层为C10混凝土垫层，厚度为30cm。

6、如权利要求1所述软岩混凝土置换桩复合地基，其特征在于，所述置换桩的圆形桩孔内设置有与桩体强度相同的混凝土护壁。

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