一种锥形地基加固方法与流程

本发明属于建筑技术领域，涉及在软土地基上修建民用建筑结构地基改良的应用方法，特别涉及一种锥形地基加固方法，旨在通过地下水的稳定排出来减小负压对地基稳定性的影响，并且具有较宽的接触面积，以改善土体抵抗横向应变能力，抑制土体变形，提高地面承载力。

背景技术：

一般来说，在已有软土地基修建建筑或土木结构，通过向待建场地锤击长桩，后浇筑混凝土，以保证地基稳定性。

这一通用方法主要用于建筑大重型结构，需要大型的设备和空间，建设成本很大。因此，当土体有相对较小的承载力和允许沉降量较大时，该锥形地基加固方法可被应用于小规模建筑结构。该地基改良方法结构简单，并且具有抑制地面横向变形，增加地面承载力及抑制结构总体沉降和不均匀沉降的特点。另外，可以在不缩小施工现场和应用大型设备的情况下使用，无建筑污染，具有吸尘和防尘的效果，材料成本低廉，施工成本较低。如图1所示，传统的锥形地基加固步骤如下：在设计顶部桩基础1的区域设置模具，底座就位后，通过定位框架5的三角形格栅孔6插入混凝土棱锥尖3并且确保表面水平。然后，顶部主体部分2的上表面设置有连接钢筋7使得整个混凝土桩彼此连接并固定，然后顶部主体2的底面和地面之间的空间填充细砂和卵石30，通过加压装置对部分2的上表面和填充在它们之间的细砂和卵石30进行压密和振动去掉在2表面上浮动的细砂，在其表面形成一定厚度混凝土砂浆并使之凝固。然而，传统的顶部桩基础1中存在以下问题，顶部桩基础1中容易产生负压，使之承载力减弱。特别当负压下产生侧压时，顶部桩基础的侧向承载能力大大减弱从而引起稳定性劣化的问题。混凝土棱锥尖3接触面积小，稳定性不够高。另外，顶部桩基础还存在定位框架5和三角形格栅孔6等复杂作业而次生的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术中常规桩基础存在的问题，提供一种锥形地基加固方法，通过主动排出地下水从而减小负压对地基稳定性的影响，从而确保基础的稳定性及其上部结构的稳定性，以及方形棱锥底部产生接地区域，使其宽度足以大大改善地基承载力，如控制横向变形，瞬时沉降和固结沉降。

本发明的技术方案是：一种锥形地基加固方法，包括如下步骤：

(1)在地基上垫卵砾石层40-60cm厚，进行地基找平，同时在卵砾石层垫到20cm厚时埋置带孔的用于将地下水引到侧边水井里的排水花管；

(2)在所铺设的卵砾石层上方放置若干个纵横排列的已预制好的混凝土方形棱锥或若干个纵横排列的方形棱锥模具，在混凝土方形棱锥或方形棱锥模具之间灌注砂石，并用振捣棒振捣密实；如放置的是已预制好的混凝土方形棱锥，则混凝土方形棱锥以及混凝土方形棱锥之间灌注的砂石构成混凝土方形棱锥加固层；如放置的是方形棱锥模具，则同时向各方形棱锥模具内注入混凝土，以生成纵横密实排列的混凝土方形棱锥，构成混凝土方形棱锥加固层，在所生成的各混凝土方形棱锥的顶部预埋入螺栓；

所述方形棱锥模具包括方形棱锥壳体，所述方形棱锥壳体的横截面面积从上至下依次变小，所述方形棱锥壳体的上端连接有方形壳体，所述方形壳体的每个边的中部设为内凹的半圆柱槽；

所述混凝土方形棱锥的形状与所述方形棱锥模具的内部空间相匹配，所述混凝土方形棱锥包括方形棱锥体，所述方形棱锥体的横截面面积从上至下依次变小，所述方形棱锥体的上端连接有方形体，所述方形体的每个边的中部也设为与所述方形壳体的每个边的中部内凹的半圆柱槽形状相同的内凹半圆柱槽；所述方形体上端预埋有螺栓；

(3)当卵砾石层上方直接放置的是若干个纵横排列的已预制好的混凝土方形棱锥所构成的混凝土方形棱锥加固层时，通过钢筋将各螺栓纵横焊接，使各混凝土方形棱锥稳固的连为一体；当卵砾石层上方放置的是若干个纵横排列的方形棱锥模具所生成的混凝土方形棱锥所构成的混凝土方形棱锥加固层时，待各混凝土方形棱锥硬化后，通过钢筋将各螺栓纵横焊接，使各混凝土方形棱锥稳固的连为一体；

(4)在所述混凝土方形棱锥加固层上再铺设10-20mm厚混凝土。

较佳地，在步骤(3)和步骤(4)之间，在各相邻的混凝土方形棱锥或方形棱锥模具之间还通过半圆柱槽插入有注浆套管，所述注浆套管的下端插入所述卵砾石层。

较佳地，步骤(2)中所述的半圆柱槽的上边缘中部还设有钢筋槽，所述钢筋在与各混凝土方形棱锥上的螺栓纵横焊接的同时被按压入钢筋槽。

较佳地，所述钢筋的直径为13mm。

较佳地，所述卵砾石层的厚度为50cm。

较佳地，步骤(4)中，在所述混凝土方形棱锥加固层上再铺设15mm厚混凝土。

本发明的有益效果：本发明实施例中，提供一种锥形地基加固方法，该方法采用的方形棱锥基础具有水平基体而使地表接触面积变大，抑制土体侧向位移，提高地基的承载力，控制瞬时沉降和固结沉降的作用。此外，当地下水水位上升时，通过设置在卵砾石层内部的排水管，使得地下水通过管道排出，减小地下水产生的负压，非常有利于保持地基的稳定性。还可以根据地面状态和结构尺度改变方形棱锥基础的顶底面，采用基体朝下，脚蹬向上的安装方式具有快速和方便的特点。通过设置垫片形状的方形棱锥基础之间的孔中插入螺栓，可以大大稳定方形棱锥基础以及基底层。另外，由于方形棱锥基础较小，所以容易携带和进入现场，不需要大型设备，具有良好的可加工性，成本低，并且可以计算轴承容量，存在明显的优点。本发明方法通过地下水的稳定排出来减小负压对地基稳定性的影响，并且各方形棱锥加固体与地基具有较宽的接触面积，改善了土体抵抗横向应变能力，抑制土体变形，提高地面承载力。本发明的结构可以根据待改良地基规模和地表情况使用上部或下部，也可独立使用。

附图说明

图1为现有顶部桩基础施工工序示意图。

图2为本发明的混凝土方形棱锥结构的三维视图。

图3为根据本发明安装后的混凝土方形棱锥结构的三维视图。

图4为本发明混凝土方形棱锥地基建造流程图。

图5a和5b为本发明混凝土方形棱锥加固方法结构中的排水管施工流程图。

图6a和6b为本发明软土地基方形棱锥加固方法围绕凹槽部分插入螺栓加强地面状态图。

图7为本发明混凝土方形棱锥倒置放置的三维视图。

图8为根据本发明安装后的混凝土方形棱锥结构倒置放置的立体视图。

图9为本混凝土方形棱锥现场安装的横截面图和剖面图。

图10为本发明混凝土方形棱锥现场浇注基础立体图。

图11为本发明混凝土方形棱锥现场浇筑安装的方形棱锥基础结构剖面图。

图12为本发明具有钢筋槽的现场浇筑用混凝土方形棱锥结构立体图。

图13为本发明具有钢筋槽的现场安装用混凝土方形棱锥用钢筋连接结构整体图。

图14a和14b为本发明的混凝土方形棱锥固定相邻基部的结构的侧视图和平面图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本发明实施例提供了一种锥形地基加固方法，采用混凝土方形棱锥100安装进行地基加固，包括如下步骤：

(1)在地基上垫卵砾石层40-60cm厚，进行地基找平，同时在卵砾石层垫到20cm厚时埋置带孔的用于将地下水引到侧边水井里的排水花管40；

(2)在所铺设的卵砾石层上方放置若干个纵横排列的已预制好的混凝土方形棱锥100或若干个纵横排列的方形棱锥模具200，在混凝土方形棱锥100或方形棱锥模具200之间灌注砂石，并用振捣棒60振捣密实；如放置的是已预制好的混凝土方形棱锥100，则混凝土方形棱锥100以及混凝土方形棱锥100之间灌注的砂石构成混凝土方形棱锥加固层；如放置的是方形棱锥模具200，则同时向各方形棱锥模具200内注入混凝土，以生成纵横密实排列的混凝土方形棱锥100，构成混凝土方形棱锥加固层，在所生成的各混凝土方形棱锥100的顶部预埋入螺栓17；

如图12所示，所述方形棱锥模具200包括方形棱锥壳体12，所述方形棱锥壳体12的横截面面积从上至下依次变小，所述方形棱锥壳体12的上端连接有方形壳体20，所述方形壳体20的每个边的中部设为内凹的半圆柱槽14；

如图2所示所述混凝土方形棱锥100的形状与所述方形棱锥模具200的内部空间相匹配，所述混凝土方形棱锥100包括方形棱锥体101，所述方形棱锥体101的横截面面积从上至下依次变小，所述方形棱锥体101的上端连接有方形体102，所述方形体102的每个边的中部也设为与所述方形壳体20的每个边的中部内凹的半圆柱槽14形状相同的内凹半圆柱槽；所述方形体102上端预埋有螺栓17；

(3)当卵砾石层上方直接放置的是若干个纵横排列的已预制好的混凝土方形棱锥100所构成的混凝土方形棱锥加固层时，通过钢筋将各螺栓纵横焊接，使各混凝土方形棱锥100稳固的连为一体；当卵砾石层上方放置的是若干个纵横排列的方形棱锥模具200所生成的混凝土方形棱锥100所构成的混凝土方形棱锥加固层时，待各混凝土方形棱锥100硬化后，通过钢筋将各螺栓纵横焊接，使各混凝土方形棱锥100稳固的连为一体；

(4)在所述混凝土方形棱锥加固层上再铺设10-20mm厚混凝土。

进一步地，在步骤(3)和步骤(4)之间，在各相邻的混凝土方形棱锥100或方形棱锥模具200之间还通过半圆柱槽插入有注浆套管，所述注浆套管的下端插入所述卵砾石层。

进一步地，步骤(2)中所述的半圆柱槽14的上边缘中部还设有钢筋槽22，所述钢筋在与各混凝土方形棱锥100上的螺栓纵横焊接的同时被按压入钢筋槽22内。

进一步地，所述钢筋的直径为13mm。

进一步地，所述卵砾石层的厚度为50cm。

进一步地，步骤(4)中，在所述混凝土方形棱锥加固层上再铺设15mm厚混凝土。

以下，详细地对本发明参照附图进行描述。

本发明的混凝土方形棱锥(混凝土方形棱锥基础)是用于软土地基加固的刚性基础，它是基于地基设计的。如图3所示，整个结构由多个小锥体(混凝土方形棱锥)组成。

各混凝土方形棱锥可根据地面的状态和结构形式调整方向，也可以方形棱锥体101(棱锥部分)朝上放置，如图7、图8、图9所示。例如，当地基条件良好或建筑物或结构的规模较轻时，混凝土方形棱锥中的方形棱锥体101面向上放置。如果建筑物或结构相对地基强度较大，并且结构规模很大，则方形棱锥体101应该面向地面。

方形棱锥体101的接地点根据构造进行设计，如图4a所示，如果地基不平整，在设置混凝土方形棱锥时铺设一层砂砾石层压平。如图4b所示，混凝土方形棱锥的方形棱锥体101朝向地面安装。每个方形棱锥体101可独立站立，无需辅助支撑且与地基接触面积大，使用方便，有利于基体稳定。

完成混凝土方形棱锥的安装后，将细砂和卵石30(砂石)配合振捣棒60倒入混凝土方形棱锥形成的空隙中，如图5所示。图4c为通过半圆柱槽14形成的圆孔进行填充过程。当砂石填充在这些空隙中时，砂石的接触面积是砂石和方形棱锥体101的表面组成，接触面积增大，抑制了混凝土方形棱锥的侧向变形，使得地面的承载力大大提高，同时也控制了竖向沉降。

最后，将钢筋32铺设在混凝土方形棱锥整个区域的顶部并在其上部覆盖混凝土凝固，和图1所示的形式相同。

另一方面，当混凝土方形棱锥基础周边进行填方工程或者地震时，地基内部地下水之间的水头差会产生负压，将影响地基的稳定性。因此，如图5所示，混凝土方形棱锥安装过程完成之后，分区域并设计该区域中的排水点，通过连接混凝土方形棱锥之间的圆形孔并且在其上连接排水花管40。然后将每个混凝土方形棱锥之间用砂石填充，配合振动器60压实。由于排水花管40直径小于混凝土方形棱锥之间的圆孔，可在排水花管40之间填充砂石。

如上所述安装排水花管40时，顶端露出混凝土方形棱锥表面，连接到排水花管40上端的排水管42。排水管42连接到另一个集水口，以便顺利地排水。集水装置为水泵，地下水被强制排出，使得混凝土方形棱锥下部保持干燥状态。

当排水花管40和排水管42的连接操作完成后，将钢筋32放置在混凝土方形棱锥形成的加固层上部，并将混凝土铺设在混凝土方形棱锥形成的加固层上部。

如图5b所示，在混凝土方形棱锥上的排水管42，用于将排水花管40的上端连接到混凝土方形棱锥的下部。对上述结果的实现也可以通过改变填充碎石或埋设排水管的顺序。

图6是本发明填充后的截面图，如果地基土特别软弱，需要根据地面状态或建筑物尺寸加强地面稳定性，可通过锤击入加强螺栓50加强土体稳定性。加强螺栓50与混凝土方形棱锥同时安装，地基承载力成倍增大。

图11是本发明的用于现场安装的混凝土方形棱锥的施工过程图。图10是本发明用于现场安装的混凝土方形棱锥的结构剖视图。如果本身方形棱锥基础注浆后再搬运具有大的重量，在现场的安装需要起重机等，使用设备很困难，耗时且成本高昂。

方形棱锥模具200包括方形棱锥壳体12，方形棱锥壳体12的横截面面积从上至下依次变小，所述方形棱锥壳体12的上端连接有方形壳体20，所述方形壳体20的每个边的中部设为内凹的半圆柱槽14；在方形棱锥模具200由方形棱锥壳体12形成棱锥加固模具，可将混凝土通过开口填充并凝固形成棱锥加固体(参照图11a，b和c)。此外，该结构在填充之前预埋入螺栓17，可以在固化之后形成实心的螺栓17。然后，通过安装方形棱锥阵列之间的圆形孔用振捣棒60倒入碎石。

图12为本发明具有钢筋槽的方形棱锥模具结构立体图。

图13为本发明具有钢筋槽的方形棱锥模具的现场安装整体图。如图所示，钢筋槽22可以形成在方形壳体20的每一侧上。钢筋槽22使相邻的方形壳体20集成在一起。

当现场放置方形壳体20通过钢筋32彼此连接和固定时，通过上部开口浇注混凝土，混凝土固化形成混凝土方形棱锥。

图14a和14b为本发明的混凝土方形棱锥固定相邻基部的结构的侧视图和平面图。

如图所示，图14a、14b所示，混凝土方形棱锥上的螺栓17(环形螺栓)埋设在方形壳体20的上表面中心位置，使得螺栓17的下部形成紧固螺杆，螺栓垫片形成在螺栓环周围，使得连接框架18可以被按压并固定到螺栓17的上表面用于放置现有主体。

也就是说，螺栓17可以用于固定和连接混凝土方形棱锥，当螺栓17的紧固螺杆简单地紧固到环形螺母，并且与各个混凝土方形棱锥连接并一体化时螺栓孔形成在混凝土方形棱锥的上部中，这样，每个混凝土方形棱锥与框架18一体连接，可以获得与独立基座相同的效果。

结论，本发明涉及在软土地基上修建民用建筑结构地基改良的应用方法，旨在通过地下水的稳定排出来减小负压对地基稳定性的影响，并且具有较宽的接触面积，以改善土体抵抗横向应变能力，抑制土体变形，提高地面承载力。本发明涉及一种锥形地基处理方法，可正反配合或单独使用。

本发明实施例提供的一种锥形地基加固方法，该方法采用的方形棱锥基础具有水平基体而使地表接触面积变大，抑制土体侧向位移，提高地基的承载力，控制瞬时沉降和固结沉降的作用。此外，当地下水水位上升时，通过设置在砂卵砾石层内部的排水管，使得地下水通过管道排出，减小地下水产生的负压，非常有利于保持地基的稳定性。还可以根据地面状态和结构尺度改变方形棱锥基础的顶底面，采用基体朝下，脚蹬向上的安装方式具有快速和方便的特点。通过设置垫片形状的方形棱锥基础之间的孔中插入螺栓，可以大大稳定方形棱锥基础以及基底层。另外，由于方形棱锥基础较小，所以容易携带和进入现场，不需要大型设备，具有良好的可加工性，成本低，并且可以计算轴承容量，存在明显的优点。本发明方法通过地下水的稳定排出来减小负压对地基稳定性的影响，并且具有较宽的接触面积，改善了土体抵抗横向应变能力，抑制土体变形，提高地面承载力。本发明的结构可以根据待改良地基规模和地表情况使用上部或下部，也可独立使用。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。