轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，包括以下步骤：步骤1确定相关参数，包括地基的加固范围、桩体布置方式、轮胎碎石桩的间距、地基的加固深度、桩径、桩孔内的填料量、砂碎石桩顶部碎石垫层的厚度；步骤2根据步骤1得到的参数，进行施工；在设置桩体的位置，将套管固定；将套管打入土中，将套管打入到预定的设计深度；在套管内安置轮胎，然后在轮胎内侧投入碎石，然后将套管拔到设定高度，套管内的碎石即被压缩空气排碎石于土中；边振动边拔管，拔出套管到地面而成桩。本发明结合碎石桩在复合地基处理中的优势，例如碎石桩施工速度快，有利于加速地基土的排水固结，造价低等。
【专利说明】轮胎-碎石排水粧复合地基处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于土木工程领域，涉及一种轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法。
【背景技术】
[0002]碎石桩和砂桩复合地基是软土地基常用的一种处理方法，可用来加固砂土，粉土地基，增加地基的承载力，减小沉降量，防止地震液化的发生，同时亦可以增大软弱土的整体稳定性。但碎石桩和砂桩单桩承载力和复合地基承载力较低，并且碎石桩和砂桩复合地基破坏时，多数是桩体先破坏，之后才是复合地基的全面破坏。桩体的破坏大多是膨胀破坏，这是因为碎石桩或砂桩粒料间无粘聚力的存在，仅仅依靠桩周围压保持其承担荷载的能力，在荷载的作用下，位于地表浅层的桩周土体提供的围压过小，不足以约束桩体抵抗竖向荷载并且保持几何形状不变，此时桩体就有可能突破侧向压力不足的薄弱点而引起桩体膨胀破坏。因此，散体桩无论上部基础刚度大小，当围压不足时，散体材料桩都可能发生桩体膨胀破坏。
[0003]变形量大也是散体桩的一个缺陷，在散体材料桩复合地基中，因为桩体本身抵抗侧向变形的能力很小，所以这类复合地基在竖向受到荷载作用后会产生径向变形，桩周土体能够提供一定的径向约束，可为碎石桩提供一定的径向约束，但桩周土体本身抵抗水平位移能力有限，施工时对桩周土体的扰动会进一步减弱土体的径向约束作用，导致碎石桩或砂桩等散体材料桩变形要比刚性桩大。
[0004]另外随着汽车工业及交通运输业的飞速发展，废旧轮胎越来越多，形成黑色垃圾，造成黑色污染。对废旧轮胎进行综合利用，并将其产品应用于交通和建筑等领域成为我国可持续发展的重要课题。废旧轮胎应用于地基处理具有抗侵蚀能力强，耐久性好等优势。
[0005]如果在散体桩的桩周施加一个径向的约束，则无论是散体桩抵抗变形的能力还是单桩承载力都会有较大的改善，而废旧轮胎的固有形态和受力特点恰好可以为散体桩提供径向约束。
【发明内容】
[0006]为了解决上述问题，本发明提出了一种轮胎-碎石桩复合地基及地基处理方法。轮胎可以为内部碎石提供很高的径向约束，提高碎石桩荷载，限制内部碎石桩体尤其是上部桩体的变形，从而使复合地基既有高的承载能力，又具有强的透水性能，可以在在力学和变形协调性上提高碎石桩的性能。本发明既利用了废旧轮胎，又为复合地基的施工带来了便利。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，包括以下步骤:
[0009]步骤I确定相关参数，包括地基的加固范围、桩体布置方式、轮胎碎石桩的间距、轮胎碎石桩复合地基加固深度、桩径、桩孔内的填料量、砂碎石桩顶部碎石垫层的厚度。
[0010]步骤2根据步骤I得到的参数，进行施工:[0011]在设置桩体的位置，将套管用导向架固定；将套管打入土中，套管长度为桩体设计长度的1.15倍；将套管打入到预定的设计深度；轮胎外侧预制排水孔，排水孔为直径为10mm，所述的排水孔之间的间距为100mm;在套管内安置轮胎，然后在轮胎内投入碎石，然后边振动边拔管，拔管速度为1.0~1.5m/min;拔出套管到地面而成桩；
[0012]步骤I所述的地基的加固范围的确定方法如下:加固范围大于基础底面面积并且在基础外缘增加不少于I~3排桩。
[0013]步骤I所述的桩体布置方法如下:需进行大面积(> 1000m2)满堂处理时，桩体采用等边三角形布置；对于独立基础或者条形基础，桩位采用正方形，矩形，或等腰三角形布置；对于圆形基础或者环形基础，采用放射性布置。
[0014]步骤I所述的轮胎碎石桩的间距确定方法如下:桩间距不大于轮胎碎石桩直径的
4.5 倍。
[0015]步骤I所述的地基加固深度的确定方法如下:
[0016]①、当地基持力层的埋藏深度不大(< 1Om)时，应按持力层的埋藏深度确定。
[0017]②、当地基持力层埋藏深度较大(≥1Om)时，对于变形控制的工程，加固深度应满足轮胎碎石桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形的要求；对于按稳定性控制的工程，加固深度应大于最危险滑动面的深度。
[0018]③、在可液化地基中，加固深度应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的有关规定采用。
[0019]④、桩长不能小于4m,且不超过30m。
[0020]步骤I所述的桩径确定方法如下:采用沉管法成桩时,直径为0.3~0.8m,饱和粘性土地基应的直径为0.5~0.8m。
[0021]步骤I所述的桩孔内的填料量的确定方法:
[0022]桩孔内的填料量等于桩孔体积乘以充盈系数，充盈系数取1.2~1.4 ;
[0023]轮胎碎石桩填料用碎石、卵石、角砾、圆砾、石屑或其混合物，其中含泥量不得大于5% ;碎石最大粒径不大于50mm。
[0024]步骤I所述的砂碎石桩顶部碎石垫层的厚度为300~500mm。
[0025]步骤2所述的施工顺序为:对砂土地基宜从外围或两侧向中间进行，对粘性土地基宜从中间向外围或隔排施工。
[0026]步骤2所述成桩位置与设计位置偏差不大于50mm，桩径偏差控制在20mm以内，桩长偏差不大于100mm。
[0027]在步骤2完成后，对施工质量进行检测，包括以下内容:
[0028]1、在施工期间和施工结束后，检查桩的施工记录；检查套管升降幅度与速度。
[0029]2、桩体的施工质量检测采用单桩荷载试验，对桩体采用动力触探试验检测，对桩间土采用标准贯入，静力触探，动力触探或其他原位测试方法进行检测。
[0030]3、地基竣工验收时，承载力检验采用复合地基荷载试验；
[0031]4、复合地基荷载试验不少于总桩数的0.5%,且每个单体建筑的复合地基承载力试验点不少于3点。
[0032]施工过程除遵守相关规程规定外还应注意以下几点:
[0033]①正式施工前应进行成桩试验，以验证试验参数的合理性，当发现不能满足设计要求时，有关参数需重新试验或改变设计
[0034]②正式施工时，要严格按照设计提出的桩长，桩距，桩径，填料量以及试验确定的桩管拔管速度和高度，留振时间、电动机的工作电流等施工参数进行施工，以确保挤压均匀和桩身的连续性。
[0035]③应保证起重设备平稳,导向架与地面垂直,且垂直偏差不应大于1.5%,成孔中心与设计桩中心偏差不大于50mm，桩径偏差控制在20mm以内，桩长偏差不大于100mm。
[0036]④施工顺序:由两侧向中心的施工顺序进行，隔排隔桩跳打。
[0037]本发明的有益效果如下:
[0038]本发明结合碎石桩在复合地基处理中的优势，例如碎石桩施工速度快，有利于加速地基土的排水固结，造价低等，利用废旧轮胎改善碎石桩力学和变形协调性，增强了桩体的承载力和复合地基的承载力，轮胎约束碎石的径向变形，减小了竖向变形。同时为桩体的施工带来便利条件，拔管速度比碎石桩块。不会产生缩颈和断桩的病害。废旧轮胎包裹碎石桩形成碎石排水桩具有环保，废物利用，施工速度快，造价低，排水固结效果好，桩身沉降量小，单桩和复合地基承载力高等优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]图1是轮胎-碎石/砂排水桩示意图。
[0040]图2是轮胎-碎石砂/排水桩体布置示意图。
[0041 ] 图3是轮胎-碎石砂/排水桩体布置形式图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图与实例I对本发明作进一步说明:
[0043]轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，包括以下步骤:
[0044]步骤I确定相关参数，包括地基的加固范围、桩体布置方式、轮胎碎石桩的间距、轮胎碎石桩复合地基加固深度、桩径、桩孔内的填料量、砂碎石桩顶部碎石垫层的厚度。
[0045]步骤2根据步骤I得到的参数，进行施工:
[0046]在设置桩体的位置，将套管用导向架固定；套管长度为桩体设计深度的1.15倍，将套管打入土中到预定的设计深度；轮胎外侧预制排水孔，排水孔为直径为10_，所述的排水孔之间的间距为100_;在套管内安置轮胎，然后在轮胎内投入碎石，然后将套管边振动边拔管，拔管速度为1.0?1.5m/min ;拔出套管到地面而成桩；
[0047]步骤3检测桩体的施工质量。
[0048]步骤I所述的地基的加固范围的确定方法如下:加固范围大于基础底面面积并且在基础外缘增加不少于I?3排桩。
[0049]步骤I所述的桩体布置方法如下:需进行大面积(> IOOOm2)满堂处理时，桩体采用等边三角形布置；对于独立基础或者条形基础，桩位采用正方形，矩形，或等腰三角形布置；对于圆形基础或者环形基础，采用放射性布置。
[0050]步骤I所述的轮胎碎石桩的间距确定方法如下:桩间距不大于轮胎碎石桩直径的
4.5 倍。
[0051]步骤I所述的地基加固深度的确定方法如下:[0052]①、当地基持力层的埋藏深度不大(< 10m)时，应按持力层的埋藏深度确定。
[0053]②、当地基持力层埋藏深度较大(≥10m)时，对于变形控制的工程，加固深度应满足轮胎碎石桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形的要求；对于按稳定性控制的工程，加固深度应大于最危险滑动面的深度。
[0054]③、在可液化地基中，加固深度应按现行国家标准《建筑抗震设计规范》GB50011-2010的有关规定采用。
[0055]④、桩长不能小于4m,且不超过30m。
[0056]步骤I所述的桩径确定方法如下:采用沉管法成桩时,直径为0.3~0.8m,饱和粘性土地基应的直径为0.5~0.8m。
[0057]步骤I所述的桩孔内的填料量的确定方法:
[0058] 桩孔内的填料量等于桩孔体积乘以充盈系数，充盈系数取1.2~1.4 ;
[0059]轮胎碎石桩填料用碎石、卵石、角砾、圆砾、石屑或其混合物，其中含泥量不得大于5% ;碎石最大粒径不大于50mm。
[0060]步骤I所述的砂碎石桩顶部碎石垫层的厚度为300~500mm。
[0061]步骤2所述的施工顺序为:对砂土地基宜从外围或两侧向中间进行，对粘性土地基宜从中间向外围或隔排施工。
[0062]步骤2所述成桩位置与设计位置偏差不大于50mm，桩径偏差控制在20mm以内，桩长偏差不大于100mm。
[0063]步骤3所述的施工质量包括以下内容:
[0064](I)在施工期间和施工结束后，检查桩的施工记录；检查套管往复挤压振动次数与时间，套管升降幅度与速度，每次填料量。
[0065](2)桩体的施工质量检测采用单桩荷载试验，对桩体采用动力触探试验检测，对桩间土采用标准贯入，静力触探，动力触探或其他原位测试方法进行检测。
[0066](3)地基竣工验收时，承载力检验采用复合地基荷载试验；
[0067](4)复合地基荷载试验不少于总桩数的0.5%，且每个单体建筑的复合地基承载力试验点不少于3点。
[0068] 下面以位于黄河冲击平原的一个项目为例，进行说明:
[0069]某项目位于黄河冲击平原，属于黄泛区，地质情况自上而下有粉土、粘土、粉土、粘土。地下水位在2m左右，地下水位丰富。为了减少工后沉降量，保证建筑物的稳定，设计采用轮胎-碎石排水桩复合地基对软土地基进行处理。
[0070]如图1所示，一种轮胎-碎石排水桩复合地基，包括桩体，所述桩体外部为废旧轮胎，外部轮胎为碎石提供径向约束。同时，外部轮胎上预制了排水孔，可以向碎石部分排水。施加了外部约束的碎石桩由散体桩改性为半刚半柔性桩。
[0071]桩体采用正方形布置如图3所示，该地基处为粉土地基桩距采用4.5倍的桩径。根据机械施工条件，桩径为0.5m，根据地质条件桩长为8.5m，经过试验，该布置方式符合地基承载力和变形满足要求。处理方法为:根据场地条件确定，桥涵地基加固为满堂加固，加固面积大于基础底面面积并且在基础外缘增加I排桩。桩体宜采用正方形布置，如图3所示。轮胎碎石桩的间距应根据上部结构和场地情况通过现场试验确定，桩间距为轮胎碎石桩直径的4倍，即2m。根据地基土层条件，持力层埋藏深度大于15m，为了保证工程的变形控制，加固深度满足轮胎碎石桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形的要求，根据试验得出加固深度为8.5m ;由成桩设备和土层情况。根据地基土情况和成桩设备等因素确定直径为
0.5m。通过现场试验确定，桩孔体积的充盈系数g取1.2。轮胎碎石桩填料为碎石，含泥量小于5%。碎石最大粒径不大于50mm。桩顶部宜铺设一层厚度为300mm的碎石垫层。
[0072]具体施工工艺为:在地面上将套管的位置固定好，启动振动机，将套管打入土中，将套管打入到8.5m深度，轮胎外侧预制排水孔，排水孔为直径为10mm，所述的排水孔之间的间距为IOOmm ;在套管内安置轮胎然后在轮胎内投入碎石,边振动边拔管,拔管速度为
1.0?1.5m/min ;拔出桩管到地面而成桩。
[0073]施工过程中，起重设备平稳，导向架与地面垂直，且垂直偏差不大于1.5%，成孔中心与设计桩中心偏差为40mm，桩径偏差控制在20mm以内，桩长偏差为80mm。施工顺序:由两侧向中心的施工顺序进行，隔排隔桩跳打。
[0074]在施工期间和施工结束后，检查桩的施工记录，检查套管往复挤压振动次数与时间，套管升降幅度与速度，每次填料量等施工记录。
[0075]桩体的施工质量检测通过对复合地基承载力测试，测试结果为235.0KPa,轮胎碎石粧复合地基承载力明显闻于碎石粧复合地基承载力。
[0076]本发明实现了碎石桩力学和变形协调性能的改善，废旧轮胎在土木工程中的综合利用，轮胎-碎石桩复合地基桩体布置，轮胎碎石桩复合地基施工方法。
【权利要求】
1.轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，其特征在于:包括以下步骤: 步骤I确定相关参数，包括地基的加固范围、桩体布置方式、轮胎碎石桩的间距、地基的加固深度、桩径、桩孔内的填料量、砂碎石桩顶部碎石垫层的厚度； 步骤2根据步骤1得到的参数，进行施工；在设置桩体的位置，将套管固定；套管长度为设计桩长的1.15倍；将套管打入土中到预定的设计深度；在套管内安置轮胎，然后在轮胎内投入碎石，边振动边拔管，拔管速度为1.0~1.5m/min ;然后将套管拔到地面而成桩。
2.如权利I所述的轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，其特征在于，步骤I所述的地基的加固范围的确定方法如下:加固范围大于基础底面面积并且在基础外缘增加不少于I~3排桩。
3.如权利I所述的轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，其特征在于，步骤I所述的桩体布置方法如下:需进行面积大于1000m2的满堂处理时，桩体采用等边三角形布置；对于独立基础或者条形基础，桩位采用正方形，矩形，或等腰三角形布置；对于圆形基础或者环形基础，采用放射性布置。
4.如权利I所述的轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，其特征在于，步骤I所述的轮胎碎石桩的间距确定方法如下:桩间距不大于轮胎碎石桩直径的4.5倍。
5.如权利I所述的轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，其特征在于，步骤I所述的加固深度的确定方法如下: (1)、当地基持力层的埋藏深度小于IOm时，应埋藏深度等于持力层的高度； (2)、当地基持力层埋藏深度大于等于IOm时，对于变形控制的工程，加固深度以满足轮胎碎石桩复合地基变形不超过建筑物地基容许变形的要求；对于按稳定性控制的工程，加固深度应大于最危险滑动面的深度； (3)、桩体的桩长不能小于4m，且不超过30m。
6.如权利I所述的轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，其特征在于，步骤I所述的桩径确定方法如下:采用沉管法成桩时，直径为0.3~0.Sm，饱和粘性土地基应的直径为0.5 ~0.8mο
7.如权利I所述的轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，其特征在于，步骤I所述的桩孔内的填料量的确定方法: 桩孔内的填料量等于桩孔体积乘以充盈系数，充盈系数取1.2~1.4 ; 轮胎碎石桩填料用碎石、卵石、角砾、圆砾、石屑或其混合物，其中含泥量不得大于5% ；碎石最大粒径不大于50mm。
8.如权利I所述的轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，其特征在于，步骤I所述的砂碎石桩顶部碎石垫层的厚度为300~500mm。
9.如权利I所述的轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，其特征在于，步骤2所述的施工顺序为:对砂土地基宜从外围或两侧向中间进行，对粘性土地基宜从中间向外围或隔排施工。
10.如权利I所述的轮胎-碎石排水桩复合地基处理方法，其特征在于，在完成步骤2后，要对施工质量进行如下检测: (I).在施工期间和施工结束后，检查桩的施工记录；检查套管往复挤压振动次数与时间，套管升降幅度与速度，每次填料量；(2).桩体的施工质量检测采用单桩荷载试验，对桩体采用动力触探试验检测，对桩间土采用标准贯入，静力触探，动力触探或其他原位测试方法进行检测； (3).地基竣工验收时，承载力检验采用复合地基荷载试验； (4).复合地基荷载试验不少于总桩数的0.5%,且每个单体建筑的复合地基承载力试验点不少于3点。
【文档编号】E02D3/08GK103911983SQ201410153840
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年4月17日 优先权日:2014年4月17日
【发明者】葛智, 孙仁娟, 张宏博, 宋修广, 黄大伟, 胡益彰, 王原原, 魏姗姗 申请人:山东大学