渐变式透水性混凝土—碎石桩、地基、建筑物及方法与流程

本发明涉及土木工程相关技术领域，具体的说，是涉及一种渐变式透水性混凝土—碎石桩、地基、建筑物及方法。

背景技术：

近二十年来，地基处理技术得到很大发展，其中就包括透水性混凝土桩—碎石桩新型复合地基技术。

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。在复合地基技术中，透水性混凝土桩—碎石桩是较为常见的桩基。

在透水性混凝土桩—碎石桩新型复合地基中，碎石桩是透水的，可以加快地基的固结速度，也可减小砂土或粉土地基的液化势；透水性混凝土桩刚度和强度高，具有刚性桩的优点，而且透水性强。因此，透水性混凝土桩-碎石桩新型复合地基技术使复合地基既具有高的承载能力，又具有强的透水能力，防止透水性混凝土桩流浆堵塞失效现象的发生。

现有技术中，存在部分关于透水性混凝土桩—碎石桩技术的相关研究。例如申请号为201310391291.7的中国专利文献提供了一种透水性混凝土桩-碎石桩串联型复合地基及处理方法。该方案中，上部为透水性混凝桩，下部为碎石桩，在施工透水性混凝土桩时，透水性混凝土桩内部的土浆可向下流入到碎石桩内，保证了透水性混凝土桩的高透水性。碎石桩置于桩的底部，底部围压较大，可防止碎石桩的膨胀破坏，提高了碎石桩的强度以及复合地基的承载能力。

但由于透水性混凝土桩和碎石桩材料不同，材料本身的弹性模量不同，导致两种材料的接触面上在承受相同的压力的同时，产生的形变量不同，并且碎石桩的孔隙率大，颗粒间的粘结点和粘结面积减小，容易发生应力集中现象，从而导致桩体损伤破坏。

综上所述，现有技术中对于复合桩基中存在的应力突变造成桩基损坏问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种渐变式透水性混凝土—碎石桩。本发明所提供的桩体通过逐渐改变透水性混凝土桩的集料与水泥的用量比例，以此来避免材料突变面的出现，使桩体复合地基在保证高的承载力和强的透水能力的前提下，能预防应力集中和桩体损伤破坏的发生。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种渐变式透水性混凝土—碎石桩，包括：

桩体；

所述桩体上部为透水性混凝土桩，下部为碎石桩，透水性混凝土桩内部的土浆能够向下流入到碎石桩内；

所述透水性混凝土桩自下至上集灰比逐渐降低。

优选的，所述透水性混凝土桩自下至上依次为第一桩身、第二桩身和第三桩身；

三个桩身的集灰比均不相同。依靠三个不同集灰比的桩身，可以保证桩体整体强度的同时还能够逐步的降低相邻桩身之间应力值变化，以避免从单一混凝土桩身直接过渡到碎石桩身所产生的巨大应力突变。

优选的，所述第一桩身的集灰比为6.2-8.6。

优选的，所述第二桩身的集灰比为大于等于4.9且小于6.2。

优选的，所述第三桩身的集灰比为0.4-0.6。

优选的，所述第三桩身的集灰比为0.49。

在提供上述桩体结构方案的同时，本发明还提供了一种新型复合地基，该地基内具有上述的渐变式透水性混凝土—碎石桩。

作为较佳的方案，本发明还提供了一种建筑物，该建筑物具有地基，该地基中具有上述的渐变式透水性混凝土—碎石桩。

上述的渐变式透水性混凝土—碎石桩，其施工方法为：

A、成型碎石桩；

B、浇筑第一桩身；

C、待第一桩身成型后再浇筑第二桩身；

D、待第二桩身成型后再浇筑第三桩身。

作为另一种情形，本发明还提供了基于上述的透水性混凝土桩-碎石桩新型复合地基处理方法，主要包括如下步骤：

(1)预置排水井排水管，排水管顶端连接自吸泵或真空泵，连接至排水管网，利用抽水使开挖区始终保持干燥状态；

(2)根据地基沉降和承载力要求确定桩径和桩距；

(3)根据桩径、地下水位以及施工条件确定井点的平面布置，由计算或试验确定排水井间距；

(4)在地基表面铺设碎石垫层；

(5)先施工碎石桩，然后再在其上施工透水性混凝土桩；

透水性混凝土桩用长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩或振动沉管灌注成桩方法施工；碎石桩采用振动沉管、锤击沉管或冲击成孔成桩的方法施工。

图1所示为透水性混凝土抗压强度与孔隙率的关系。由图1可以看出，孔隙率越大，

抗压强度越小。这是因为随着孔隙率的增大，水泥浆量减少，骨料间的粘聚力减小，同时随着孔隙率的增大集料间的粘结点和粘结面积减小，进而造成了混凝土强度的降低。

基于图1所示的曲线，结合本发明的结构部分可以看出，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

上部的透水性混凝桩的集灰比逐渐变化，避免了材料突变面的出现。另外，下部为碎石桩，在施工透水性混凝土桩时，透水性混凝土桩内部的土浆可向下流入到碎石桩内，保证了透水性混凝土桩的高透水性；碎石桩置于桩的底部，底部围压较大，可防止碎石桩的膨胀破坏，提高了碎石桩的强度以及复合地基的承载能力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为透水性混凝土抗压强度与孔隙率的关系曲线图；

图2为本发明中渐变式透水性混凝土—碎石桩的结构示意图；

图3为透水性混凝土抗压强度与水灰比的关系曲线图；

图4为渐变式透水性混凝土—碎石桩新型复合地基结构示意图；

图中：

碎石桩1-1，第一桩身1-2，第二桩身1-3，第三桩身1-4；

桩体2-1，桩间土2-2，复合地区2-3，开挖区2-4；排水井2-5。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

实施例1：正如背景技术所介绍的，现有技术中存在透水性混凝土桩-碎石桩中存在材料相接截面因应力突变易造成桩身损坏的情况。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种渐变式透水性混凝土—碎石桩。

一种渐变式透水性混凝土—碎石桩，包括：

桩体；

所述桩体上部为透水性混凝土桩，下部为碎石桩1-1，透水性混凝土桩内部的土浆能够向下流入到碎石桩1-1内；所述透水性混凝土桩自下至上集灰比逐渐降低。

作为一种结构，所述的透水性混凝土桩自下至上依次为第一桩身1-2、第二桩身1-3和第三桩身1-4；三个桩身的集灰比均不相同。可以保证桩体整体强度的同时还能够逐步的降低相邻桩身之间应力值变化，以避免从单一混凝土桩身直接过渡到碎石桩身所产生的巨大应力突变。

作为另一种结构，也可以选择只有第一桩身1-2和第二桩身1-3的结构。

较佳的选择中，第一桩身1-2集灰比为6.2-8.6；

所述第二桩身1-3的集灰比为大于等于4.9且小于6.2；

所述第三桩身1-4的集灰比为0.4-0.6。

优选的，所述第三桩身1-4的集灰比为0.49。

采用了上述结构后，本发明所提供的桩体结构可以实现多部分过渡受力，进而保证桩体强度。

本实施例中所提供的混凝土—碎石桩进行施工时：

最底层是碎石桩1-1，然后分层次地注入不同集灰比的透水性混凝土，

最开始向下注入的透水性混凝土的集灰比在0.62-0.86范围内，孔隙率控制在20％-25％；实现第一桩身1-2的成型；

其次注入的透水性混凝土的集灰比在0.49-0.62范围内，孔隙率控制在15％-20％；实现第二桩身1-3的成型；

最后注入的透水性混凝土的集灰比在0.49左右，保证透水性混凝土的孔隙率在15％左右，则第三桩身1-4成型。进而完成桩基的整体施工。

另外，对于透水性混凝土桩的透水性混凝土设计，根据水灰比与抗压强度的关系，如图3所示，所以施工过程中的水灰比选取最佳水灰比，即控制在0.34-0.36之间。

桩身中采用的透水性混凝土是由特定级配的集料、水泥、增强材料、外加剂和水等成型工艺制成的，集料骨架间含有大量贯通性孔隙(通常在5％～30％之间，并多为直径超过1mm的大孔)的蜂窝状结构的混凝土，在保证一定透水性情况下其抗压强度一般在3.5MPa～28MPa，挠曲强度一般在1MPa～3.8MPa。透水混凝土的渗透系数一般介于2.0mm/s～5.4mm/s，有的甚至达到1.2cm/s。

透水混凝土的配比特点是采用单粒级粗骨料作为骨架，水泥净浆或加入少量细骨料的砂浆薄层包裹在粗骨料颗粒的表面，作为骨料颗粒之间的胶结层，形成骨架-空隙结构的多孔混凝土材料。在工程设计中应根据具体要求，确定最佳的强度和渗透性组合。

透水性混凝土桩具有良好的透水性能，可用作竖向排水井对软土地基进行井点降水，疏干基土中的水分、促使土体固结，提高地基强度，同时可以减少土坡土体侧向位移与沉降，稳定边坡，消除流砂，减少基底土的隆起，使位于天然地下水以下的地基与基础工程施工能避免地下水的影响，提供比较干的施工条件，还可以减少土方量、缩短工期、提高工程质量和保证施工安全。

透水性混凝土桩不仅透水性强，而且强度高，这使得上覆荷载在桩体中力的传递和地基的排水固结过程耦合在一起，相互促进，既加快了地基固结速度，减小了工后沉降，又提高了地基承载力。根据有效应力原理，土体内超静孔隙水压力消散越快，土体的强度提高越快，地基土将承担更多的附加应力，从而在复合地基设计时可以适当降低桩体的置换率。由透水性混凝土桩渗出的水将由复合地基上铺设的碎石垫层排走，碎石垫层还可以调整桩土应力比。

实施例2：如图4所示，一种新型复合地基，该地基内具有实施例1中记载的渐变式透水性混凝土—碎石桩。

本实施例所提供的地基，其具体结构包括:

一种渐变式透水性混凝土桩-碎石桩新型复合地基，包

括桩体2-1，桩体2-1上部为透水性混凝土桩，透水性混凝土桩具有良好的透水性能，可用作竖向排水井2-5对软土地基进行井点降水，利用抽水设备抽水使开挖区2-4始终保持干燥状态，下部碎石桩属于离散体，与桩间土2-2形成复合地区2-3。

本实施例中的地基处理步骤为：

(1)预置排水井排水管，排水管顶端连接自吸泵或真空泵，连接至排水管网，利用抽水设备抽水使所挖的土始终保持干燥状态。根据桩径、地下水位以及施工条件等确定井点的平面布置，由计算或试验确定排水井间距。如图4所示。

(2)渐变式透水性混凝土桩-碎石桩新型复合地基的桩径宜取350～600mm，桩距宜取3－5倍桩径，桩距的确定需满足地基沉降和承载力要求。对粉土和砂土地基，渐变式透水性混凝土桩-碎石桩新型复合地基的桩距不宜大于桩径的4.5倍；对粘性土地基不宜大于桩径的3倍。

(3)在地基表面铺设碎石垫层，厚度为30-50cm。

(4)透水性混凝土桩宜用长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩或振动沉管灌注成桩方法施工。碎石桩宜采用振动沉管、锤击沉管或冲击成孔等成桩等方法施工，根据地质条件选用。施工时，先施工碎石桩，然后再在其上分层次地施工透水性混凝土桩。透水性混凝土室内设计抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于2mm/s。

本实施例中，碎石桩桩体属于离散体，与桩间土形成复合地基，这种地基在刚性基础作用下可变形并符合变形协调条件，因此用碎石桩加固过的地基较加固前的压缩模量会有很大程度的增多，其在荷载作用下可承受较大的应力，可充分体现碎石桩体的应力分担作用。由于碎石桩在选用碎石过程中应充分考虑级配，因而保证了桩体内部具有较大的空隙和良好的渗透性，整个碎石桩可形成地基中的排水通道，起到排水砂井的作用，大大缩短孔隙水的水平渗透路径，从而加速软土的排水固结，加强其沉降稳定性。

需要额外说明的是，在本处理技术中，井点降水是较为重要的一部分。井点降水用于地下水位比较高的施工环境中，是土方工程、地基与基础工程施工中的一项重要技术措施，能疏干基土中的水分、促使土体固结，提高地基强度，同时可以减少土坡土体侧向位移与沉降，稳定边坡，消除流砂，减少基底土的隆起，使位于天然地下水以下的地基与基础工程施工能避免地下水的影响，提供比较干的施工条件，还可以减少土方量、缩短工期、提高工程质量和保证施工安全。

应用例：

某项目位于珠江三角洲冲积平原，偶有微丘出露，海拔高度一般在1.5～3.8m之间。地质情况自上而下主要有杂填土、粉质粘土、含砂砾粉质粘土、全风化泥质粉砂岩及泥质砂岩，地下水位较高，地下水非常丰富。为减小工后沉降量，保证建筑物稳定，设计采用渐变式透水性混凝土桩-碎石桩新型复合地基对软土地基进行处理。渐变式透水性混凝土桩-碎石桩新型复合地基桩体采用正方形布置。施工前先设置降水井降水，降水完成后，在地基表面铺设碎石垫层，厚度为30-50cm。施工时，先施工碎石桩，然后再在其上分层次地施工透水性混凝土桩。所有桩体垂直度误差不大于1.5％。所有桩体直径相同，根据工程实际情况，桩径宜取300－800mm；桩距的确定应满足地基沉降和承载力要求。碎石桩施工可采用振动沉管、锤击沉管或冲击成孔等成桩法。当用于消除粉细砂及粉土液化时，宜用振动沉管成桩法。碎石含泥量不得大于5％，最大粒径不宜大于50mm。透水性混凝土桩宜用长螺旋钻孔管内泵压混合料成桩或振动沉管灌注成桩方法施工。桩体室内抗压强度不低于20MPa，渗透系数不低于2mm/s。施工前场地需清表处理，做好“三通一平”工作。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。