一种增强复合地基承载能力的CM桩结构的制作方法

本实用新型涉及一种建筑技术，尤其涉及一种地基处理技术，具体地，是复合地基处理中使用的一种增强复合地基承载能力的CM桩结构。

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。根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。

其中，普遍采用的传统刚性桩复合地基中，天然地基土与刚性桩的刚度相差很大，桩间土变形量较小，其承载能力未得到充分的发挥，同时由于刚性桩下部的持力层均被天然分担，难以产生下刺入持力层的效果，因此现有的复合地基的承载力偏大，造价偏高。如何提高天然地基土的承载力，在复合地基中充分发挥各组成构件承载能力，并进一步降低工程造价是复合地基处理过程中急需解决的问题。

CM桩，作为高层建筑中普遍采用的一种复合地基类型，由刚性桩（C桩）、柔性桩（M桩）、褥垫层（砂石级配垫层）及天然地基土复合组成。其工作原理是，上部结构荷载通过褥垫层及设置在刚性桩顶端的柔性桩帽协调传递，传给由C桩、M桩与天然地基土共同作用而形成的复合地基上。

技术实现要素：

本申请发明人在现有CM桩的基础上，针对现有的复合地基存在的桩间土的承载力未能充分发挥、造价偏高及承载力不足等问题，通过对其结构的改进及优化，提供了一种新型的CM桩结构，具体地，是一种增强复合地基承载能力的CM桩结构，具有结构简单、制造安装使用方便灵活等特点，且能够提高20%以上的承载能力，最高甚至可提高50%；进一步地，在满足相同的承载力及地基沉降量的条件下，可以大幅度地降低工程造价及扩大应用范围。

本实用新型的技术方案为：一种增强复合地基承载能力的CM桩结构，包括刚性C桩体、柔性M桩体、桩间土体和褥垫层；其中，相间均匀排布并垂直设于所述桩体土体内部的所述刚性C桩体和所述柔性M桩体与所述桩间土体一同构成承载部，所述褥垫层铺设在所述承载部上；所述刚性C桩体的顶部装设有能够受压产生形变的桩帽，所述桩帽与所述褥垫层之间加装有耐压体，所述耐压体为厚度不小于1.0毫米的钢板耐压体。

进一步地，所述刚性C桩体的横排与所述柔性M桩体的横排相间排列，包括对齐或交叉相间排列，优选为交叉相间排列；所述刚性C桩体的长度大于所述柔性M桩体的长度。从而，所述刚性C桩体与所述柔性M桩体及所述桩间土体组成长短桩复合地基的所述承载部来承担上部的基础荷载，从而满足基础承载力要求并减少地基沉降量。

进一步地，所述刚性C桩体选自混凝土灌注桩、预制混凝土桩和预应力管桩中的任意一种或几种。所述刚性C桩体的作用不仅是提高地基承载力，且可通过桩身将荷载向地基深处传送，减少压缩层变形，因此，所述刚性C桩体选用刚性桩，优选地，通过对比，尤其是优选混凝土灌注桩、预制混凝土桩和预应力管桩。

进一步地，所述柔性M桩体选自散体材料桩、柔性桩、亚刚性桩中的任意一种或几种，以提高地基承载力，改良桩间土体，增强刚性C桩体与桩间土体之间的摩阻力。优选地，对于地质条件较差的淤泥质软土地基，所述柔性M桩体采用半刚性石灰桩，对桩间土体进行改良，利用生石灰吸胀的原理，有效吸收桩间土体中的水分，降低桩间土体的含水率，同时挤压桩间土体以提高桩间土体的承载力，从而实现了将不适合采用复合地基的地质条件同样可以采用CM桩结构，尤其是本实用新型所述的CM桩结构。

进一步地，所述褥垫层采用选自粗砂、碎石、级配砂石中的任意一种或几种的颗粒性材料制备，并优选地限制其最大粒径。所述褥垫层可有效地减弱桩顶的应力集中现象，可有效地减小刚性C桩体、柔性M桩体的桩土、桩间土体的应力比，减小桩体中的轴向应力。优选地，所述褥垫层的厚度范围在20-40厘米之间，当桩间距过大时，褥垫层的厚度也可以相应地加大。

进一步地，所述桩帽为柔性桩帽，其外形与所述刚性C桩体的端面相配，其与桩间土体的压缩模量相当，在共同荷载作用下产生同步的沉降量，使桩间土体产生一定的压缩，提高桩间土体的承载力，桩帽采用与地基压缩模量相近的无空隙挤塑泡沫板制作，即所述桩帽是一种无空隙挤塑泡沫板桩帽。优选地，所述桩帽的厚度范围在25-40毫米之间，更加优选地，所述桩帽的厚度为30毫米。

所述桩帽在竖向荷载作用下，产生与桩间土体同步压缩，使桩间土体竖向应力增大，相应桩间土体的水平向应力也增大，充分发挥桩间土体的潜能，可大大减小桩体中的主应力差，有效改善桩体的受力状态，减小桩体上端被剪坏的可能，使CM桩复合地基变成三维高强复合地基，极大的提高了复合地基承载能力，可以减小地基的不均匀沉降。

进一步地，为了防止褥垫层刺破挤柔性桩帽（如塑泡沫体制造的桩帽），因而在桩帽与褥垫层之间加装钢板耐压体，所述钢板耐压体的厚度优选为2.0毫米。除此以外，所述钢板耐压体还为了防止所述柔性桩帽（如塑泡沫体制造的桩帽）与所述褥垫层之间产生擦滑，并起到一定的缓冲作用，以使所述桩帽更佳适用于所述桩间土体，使其两者同步作用及压缩。

本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：

本实用新型充分利用桩间土体（天然土）受压后的承载能力，实现地基承载能力的大幅提高；通过褥垫层及柔性桩帽的作用实现应力重分配，解决了现有的复合地基刚性桩只能实现上刺入而无法实现下刺入的问题，实现了刚性桩的双向刺入，大大提高了刚性桩的承载力和稳定性；本实用新型所述CM桩复合地基可通过调整刚性C桩体和柔性M桩体的相对长度、材料、布置形式及褥垫层的厚度等参数，并进一步通过增设钢板耐压体并限定其厚度，来满足不同地质条件下地基承载力和沉降量的要求，并使其具有更大的灵活性。

附图说明

图1为本实用新型所述增强复合地基承载能力的CM桩结构的一个优选实施例的部分俯视图；

图2为本实用新型所述增强复合地基承载能力的CM桩结构的一个优选实施例的剖面图。

具体实施方式

参照图1-2，本实用新型提供了一种增强复合地基承载能力的CM桩结构，包括刚性C桩体1、柔性M桩体2、桩间土体3和褥垫层4；其中，相间均匀排布并垂直设于所述桩体土体3内部的所述刚性C桩体1和所述柔性M桩体2与所述桩间土体3一同构成承载部，所述褥垫层4铺设在所述承载部上；所述刚性C桩体1的顶部装设有能够受压产生形变的桩帽5，所述桩帽5与所述褥垫层4之间加装有耐压体6，所述耐压体6为厚度不小于1.0毫米的钢板耐压体。

在实施例中，一种增强复合地基承载能力的CM桩结构，包括刚性C桩体1、柔性M桩体2、桩间土体3和褥垫层4；其中，相间均匀排布并垂直设于所述桩体土体3内部的所述刚性C桩体1和所述柔性M桩体2与所述桩间土体3一同构成承载部，所述褥垫层4铺设在所述承载部上；所述刚性C桩体1的顶部装设有能够受压产生形变的桩帽5，所述桩帽5与所述褥垫层4之间加装有耐压体6，所述耐压体6为厚度不小于1.0毫米的钢板耐压体；所述刚性C桩体1的横排与所述柔性M桩体2的横排相间排列，包括对齐或交叉相间排列，优选为交叉相间排列；所述刚性C桩体1的长度大于所述柔性M桩体2的长度。从而，所述刚性C桩体与所述柔性M桩体及所述桩间土体组成长短桩复合地基的所述承载部来承担上部的基础荷载，从而满足基础承载力要求并减少地基沉降量。

在实施例中，一种增强复合地基承载能力的CM桩结构，包括刚性C桩体1、柔性M桩体2、桩间土体3和褥垫层4；其中，相间均匀排布并垂直设于所述桩体土体3内部的所述刚性C桩体1和所述柔性M桩体2与所述桩间土体3一同构成承载部，所述褥垫层4铺设在所述承载部上；所述刚性C桩体1的顶部装设有能够受压产生形变的桩帽5，所述桩帽5与所述褥垫层4之间加装有耐压体6，所述耐压体6为厚度不小于1.0毫米的钢板耐压体；所述刚性C桩体1选自混凝土灌注桩、预制混凝土桩和预应力管桩中的任意一种或几种。所述刚性C桩体的作用不仅是提高地基承载力，且可通过桩身将荷载向地基深处传送，减少压缩层变形，因此，所述刚性C桩体选用刚性桩，优选地，通过对比，尤其是优选混凝土灌注桩、预制混凝土桩和预应力管桩。

在实施例中，一种增强复合地基承载能力的CM桩结构，包括刚性C桩体1、柔性M桩体2、桩间土体3和褥垫层4；其中，相间均匀排布并垂直设于所述桩体土体3内部的所述刚性C桩体1和所述柔性M桩体2与所述桩间土体3一同构成承载部，所述褥垫层4铺设在所述承载部上；所述刚性C桩体1的顶部装设有能够受压产生形变的桩帽5，所述桩帽5与所述褥垫层4之间加装有耐压体6，所述耐压体6为厚度不小于1.0毫米的钢板耐压体；所述柔性M桩体2选自散体材料桩、柔性桩、亚刚性桩中的任意一种或几种，以提高地基承载力，改良桩间土体，增强刚性C桩体与桩间土体之间的摩阻力。优选地，对于地质条件较差的淤泥质软土地基，所述柔性M桩体采用半刚性石灰桩，对桩间土体进行改良，利用生石灰吸胀的原理，有效吸收桩间土体中的水分，降低桩间土体的含水率，同时挤压桩间土体以提高桩间土体的承载力，从而实现了将不适合采用复合地基的地质条件同样可以采用CM桩结构，尤其是本实用新型所述的CM桩结构。

在实施例中，一种增强复合地基承载能力的CM桩结构，包括刚性C桩体1、柔性M桩体2、桩间土体3和褥垫层4；其中，相间均匀排布并垂直设于所述桩体土体3内部的所述刚性C桩体1和所述柔性M桩体2与所述桩间土体3一同构成承载部，所述褥垫层4铺设在所述承载部上；所述刚性C桩体1的顶部装设有能够受压产生形变的桩帽5，所述桩帽5与所述褥垫层4之间加装有耐压体6，所述耐压体6为厚度不小于1.0毫米的钢板耐压体；所述褥垫层4采用选自粗砂、碎石、级配砂石中的任意一种或几种的颗粒性材料制备，并优选地限制其最大粒径。所述褥垫层可有效地减弱桩顶的应力集中现象，可有效地减小刚性C桩体、柔性M桩体的桩土、桩间土体的应力比，减小桩体中的轴向应力。优选地，所述褥垫层的厚度范围在20-40厘米之间，当桩间距过大时，褥垫层的厚度也可以相应地加大。

在实施例中，一种增强复合地基承载能力的CM桩结构，包括刚性C桩体1、柔性M桩体2、桩间土体3和褥垫层4；其中，相间均匀排布并垂直设于所述桩体土体3内部的所述刚性C桩体1和所述柔性M桩体2与所述桩间土体3一同构成承载部，所述褥垫层4铺设在所述承载部上；所述刚性C桩体1的顶部装设有能够受压产生形变的桩帽5，所述桩帽5与所述褥垫层4之间加装有耐压体6，所述耐压体6为厚度不小于1.0毫米的钢板耐压体；所述桩帽5为柔性桩帽，其外形与所述刚性C桩体1的端面相配，其与桩间土体3的压缩模量相当，在共同荷载作用下产生同步的沉降量，使桩间土体产生一定的压缩，提高桩间土体的承载力，桩帽采用与地基压缩模量相近的无空隙挤塑泡沫板制作，即所述桩帽是一种无空隙挤塑泡沫板桩帽。优选地，所述桩帽的厚度范围在25-40毫米之间，更加优选地，所述桩帽的厚度为30毫米。本实用新型采用在复合地基刚性C桩体的顶部安装一个能受压变形的、压缩模量与桩间土体相当的桩帽，使复合地基上部结构荷载通过基础及褥垫层的协调先传递天然地基土层中，使天然地基土层发生相当于桩帽可压缩变形量的下沉，进而提高桩间土体的承载力，同时使刚性C桩体在地基沉降过程中产生上刺入作用咬合，提高刚性C桩体的承载力和稳定性。

在实施例中，一种增强复合地基承载能力的CM桩结构，包括刚性C桩体1、柔性M桩体2、桩间土体3和褥垫层4；其中，相间均匀排布并垂直设于所述桩体土体3内部的所述刚性C桩体1和所述柔性M桩体2与所述桩间土体3一同构成承载部，所述褥垫层4铺设在所述承载部上；所述刚性C桩体1的顶部装设有能够受压产生形变的桩帽5，所述桩帽5与所述褥垫层4之间加装有耐压体6，所述耐压体6为厚度不小于1.0毫米的钢板耐压体；为了防止褥垫层刺破挤柔性桩帽（如塑泡沫体制造的桩帽），因而在桩帽与褥垫层之间加装钢板耐压体，所述钢板耐压体的厚度优选为2.0毫米。除此以外，所述钢板耐压体还为了防止所述柔性桩帽（如塑泡沫体制造的桩帽）与所述褥垫层之间产生擦滑，并起到一定的缓冲作用，以使所述桩帽更佳适用于所述桩间土体，使其两者同步作用及压缩。

进一步地，本实用新型所述的增强复合地基承载能力的CM桩结构在具体应用过程中的工作原理是：当结构荷载通过褥垫层4传递到复合地基的第一加载阶段，由于弹性桩帽5传递力的延缓作用，结构重量先传递到复合地基的天然土中，使桩间土体3压实沉降，下降量相当于桩帽5的变形量，此时，刚性C桩体1基本上不承担荷载；此后的第二加载阶段，地基附加荷载继续增加，刚性C桩体1与桩间土体3共同承担荷载，在桩土共同承载的阶段，由于刚性C桩体1刚度大大高于桩间土体3，所以刚性C桩体1承担了绝大部分的荷载，产生向下刺入效应。当然支持上述工作内容的基础还包括其它上述所述的部件的支持，而常规的刚性桩复合地基不存在上述的第一阶段，即使常规的CM桩，其桩间土体的承载力发挥度也比本实用新型的低很多。

以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。