一种适用深厚软土多变径高压旋喷桩-多变径粉喷桩复合地基结构的制作方法

本实用新型涉及岩土工程中软土地基处理技术领域，更具体地说涉及一种适用深厚软土多变径高压旋喷桩-多变径粉喷桩复合地基结构。

背景技术：

随着经济的发展和人口的增长，世界各国都在不停地进行围海造陆，我国沿海地区通过围海造陆形成了大量的吹填陆域。新近吹填淤泥的特点是含水率高、孔隙比高、强度低、结构性差、沉降变形大。为了满足工程建设的需要，通常需要对软土进行处理。目前，软土地基的处理方法有:排水固结法、换填强夯法、沉管挤密碎石桩法、水泥粉煤灰沉管挤密砂石桩(CFG)法、搅拌桩法、化学加固法等。这些方法在处理软土地基中均有很好的应用，但也存在一定局限性。在深厚软土地区修建高速铁路或铁路、高速公路桥隧过渡段，对于承载力要求高，工后沉降控制严格的工程，采用排水固结法工期长、工后沉降大，换土垫层填法和强夯法由于处理深度和有效加固深度的有限，传统的沉管挤密碎石桩法、水泥粉煤灰沉管挤密砂石桩(CFG)法和搅拌桩法在工程造价和工后沉降不能得到合理的平衡。

技术实现要素：

本实用新型克服了现有技术中的不足，围海造陆工程工期长、工后沉降大且工程造价高，提供了一种适用深厚软土多变径高压旋喷桩-多变径粉喷桩复合地基结构，该结构通过设置多变径高压旋喷桩桩体进入压缩性低的土层，可以有效地控制工后沉降，通过设置多变径粉喷桩提高上部软土置换率，提高地基土承载力，有效地控制工程造价。

本实用新型的目的通过下述技术方案予以实现。

一种适用深厚软土多变径高压旋喷桩-多变径粉喷桩复合地基结构，包括软土地基、多变径高压旋喷桩、多变径粉喷桩、垫层、三向格栅和路基本体，在所述软土地基内布置有所述多变径高压旋喷桩和所述多变径粉喷桩，所述多变径粉喷桩的长度为所述多变径高压旋喷桩长度的1/2-1/3，在所述软土地基的表层铺设所述垫层，在所述垫层的上方设置所述三向格栅，在所述三向格栅上设置所述路基本体；

所述多变径高压旋喷桩包括上部扩径段、N个中部扩径段和底部扩径段，所述上部扩径段设置在所述多变径高压旋喷桩的顶端，在所述多变径高压旋喷桩的中部设置有所述中部扩径段，N小于等于2，所述底部扩径段设置在所述多变径高压旋喷桩的底部；

所述多变径粉喷桩包括顶端扩径段和底端扩径段，所述多变径粉喷桩的顶端扩径段的顶端与所述多变径高压旋喷桩的上部扩径段的顶端设置在同一水平面上，所述多变径粉喷桩的底端扩径段的底端与所述多变径高压旋喷桩的任意一个中部扩径段的底端设置在同一水平面上。

所述上部扩径段的直径为900mm-1000mm，所述上部扩径段的高度为2m-3m，所述中部扩径段的直径为900mm-1000mm，所述中部扩径段的高度为2m-3m，所述底部扩径段的直径为900mm-1000mm，所述底部扩径段的高度为2m-3m。

所述多变径高压旋喷桩的其他部位桩体直径为500mm。

所述顶端扩径段直径为900mm-1000mm，所述顶端扩径段的高度为2m-3m，所述底端扩径段的直径为900mm-1000mm，所述底端扩径段的高度为2m-3m。

所述多变径粉喷桩的其他部位桩体直径为500mm。

所述多变径高压旋喷桩和所述多变径粉喷桩间隔布置在所述软土地基内。

所述多变径高压旋喷桩自所述软土地基的中线向外等间距布设至道肩内侧，在所述道肩处布设所述多变径粉喷桩，所述多变径高压旋喷桩和所述多变径粉喷桩均呈正方形或正三角形布置。

相邻的所述多变径高压旋喷桩之间、相邻的所述多变径高压旋喷桩与所述多变径粉喷桩之间和相邻的所述多变径粉喷桩之间的间距均为1.8m-2.2m。

所述垫层采用碎石层，所述垫层用于改善软土地基中多变径高压旋喷桩与桩间土的共同作用，并且具有排水作用，所述垫层的厚度为30cm-50cm。

所述垫层的层数为2层，所述垫层的厚度为15cm-25cm。

所述三向格栅采用钢塑三向格栅，所述三向格栅用于均布路基本体传递的荷载。

本实用新型的有益效果为：

1.多变径高压旋喷桩-多变径粉喷桩基于复合地基应力传递与承载优化原理，提高上部桩体置换率，由于多变径粉喷桩的顶端扩径段的顶端与多变径高压旋喷桩的上部扩径段的顶端水平设置，多变径粉喷桩的底端扩径段的底端与多变径高压旋喷桩的任意一个中部扩径段的底端水平设置，相较于软土地基的底部，软土地基的中部和上部由于扩径段数量的增多，能够更好地加固上部附加应力大的软土层，与普通等截面高压旋喷桩、粉喷桩相比，复合设置后的多变径高压旋喷桩-多变径粉喷桩可以增加桩土锚固效果，在保证软土地基承载力的前提下，增大多变径高压旋喷桩之间、多变径粉喷桩之间以及多变径高压旋喷桩和多变径粉喷桩之间的桩间距；

2.由于复合设置的多变径高压旋喷桩和多变径粉喷桩采用不同的工艺以及不同的水泥配比(多变径粉喷桩的水泥掺入量少于多变径高压旋喷桩的水泥掺入量)，且多变径粉喷桩的长度小于多变径高压旋喷桩，上述两点均能够有效降低工程造价；

3.多变径高压旋喷桩上的上部扩径段、中部扩径段和底部扩径段以及多变径粉喷桩上的顶端扩径段和底端扩径段的设置，能够对软土地基的顶部、中部和底部分为三个层次提高整个软土地基整体的承载力，并且有利于控制施工完成后的沉降问题。

附图说明

图1是实施例一的断面结构示意图；

图2是实施例二的断面结构示意图；

图3是实施例一中多变径高压旋喷桩和多变径粉喷桩的在软土地基中分布结构示意图；

图4是实施例二中多变径高压旋喷桩和多变径粉喷桩的在软土地基中分布结构示意图；

图5是实施例三中多变径高压旋喷桩的结构示意图；

图中：1为多变径高压旋喷桩，2为多变径粉喷桩，3为垫层，4为三向格栅，501为路基本体，502为软土地基，6为上部扩径段，7为中部扩径段，8为底部扩径段，9为顶端扩径段，10为底端扩径段。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本实用新型的技术方案作进一步的说明。

实施例一

一种适用深厚软土多变径高压旋喷桩-多变径粉喷桩复合地基结构，包括软土地基502、多变径高压旋喷桩1、多变径粉喷桩2、垫层3、三向格栅4和路基本体501，在软土地基502内布置有多变径高压旋喷桩1和多变径粉喷桩2，多变径高压旋喷桩1和多变径粉喷桩2间隔布置在软土地基502内，多变径粉喷桩2的长度为多变径高压旋喷桩1长度的1/2，在软土地基502的表层铺设垫层3，在垫层3的上方设置三向格栅4，在三向格栅4上设置路基本体501；

多变径高压旋喷桩1包括上部扩径段6、1个中部扩径段7和底部扩径段8，上部扩径段6设置在多变径高压旋喷桩1的顶端，在多变径高压旋喷桩1的中部设置有中部扩径段7，底部扩径段8设置在多变径高压旋喷桩1的底部；

多变径粉喷桩2包括顶端扩径段9和底端扩径段10，多变径粉喷桩2的顶端扩径段9的顶端与多变径高压旋喷桩1的上部扩径段6的顶端设置在同一水平面上，多变径粉喷桩2的底端扩径段10的底端与多变径高压旋喷桩1的中部扩径段7的底端设置在同一水平面上。

上部扩径段6的直径为1000mm，上部扩径段6的高度为3m，中部扩径段8的直径为1000mm，中部扩径段8的高度为3m，底部扩径段10的直径为1000mm，底部扩径段10的高度为3m，多变径高压旋喷桩1的其他部位桩体直径为500mm。

顶端扩径段12直径为1000mm，顶端扩径段12的高度为3m，底端扩径段13的直径为1000mm，底端扩径段13的高度为3m，多变径粉喷桩2的其他部位桩体直径为500mm。

垫层2采用碎石层，垫层2用于改善软土地基502中多变径高压旋喷桩1与桩间土的共同作用，并且具有排水作用，垫层2的厚度为30cm。

施工方法：

步骤1，在软土地基502处理区域确定桩位，将多变径高压旋喷桩1和多变径粉喷桩2隔排布置，路肩处布设多变径粉喷桩2；

步骤2，施工多变径高压旋喷桩1，采用“两搅一喷”施工工艺，其中，施工工艺参数为：水泥采用42.5矿渣硅酸盐水泥，水泥掺入量为被加固湿土质量的30％-40％，水灰比选用0.80-1.50，钻进速度1.5-2.0m/min，提升速度0.8-1.0m/min，旋转速度50-60转/min，内外转杆电机功率均为55kW，钻进时喷浆压力20MPa，具体施工过程如下所述：

(1)桩机就位：旋喷机到指定桩位并对中；

(2)下沉搅拌，同时开启浆泵向土体喷水泥浆，两组叶片同时正、反向旋转下沉，直到上部扩径段底面设计深度；

(3)收缩叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到直径500mm；两组叶片同时正、反向旋转，搅拌机持续下沉，直到中部扩径段顶面设计深度；

(4)伸展叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展到直径1000mm；搅拌机继续下沉，两组叶片同时正、反向旋转，直到中部扩径段搅拌完成；

(5)收缩叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到直径500mm；两组叶片同时正、反向旋转，搅拌机持续下沉，直到底部扩径段顶面设计深度；

(6)伸展叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展到直径1000mm；搅拌机继续下沉，两组叶片同时正、反向旋转，直到底部扩径段搅拌完成；

(7)提升搅拌，关闭送浆泵，两组叶片同时正、反向旋转搅拌，至底部扩径段顶面；

(9)收缩叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到直径500mm；两组叶片同时正、反向旋转，搅拌机持续提升，直到中部扩径段底面设计深度；

(10)伸展叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展到直径1000mm；搅拌机继续提升，两组叶片同时正、反向旋转，直到中部扩径段搅拌完成；

(11)收缩叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到直径500mm；两组叶片同时正、反向旋转，搅拌机持续提升，直到上部扩径段底面设计深度；

(12)伸展叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展到直径1000mm；搅拌机继续提升，两组叶片同时正、反向旋转，直到上部扩径段搅拌完成，完成多变径高压旋喷桩1的单桩施工；

步骤3，施工多变径粉喷桩2，从加固区中心向两侧布桩，采用“两搅一喷”施工工艺，施工工艺参数为：水泥采用42.5矿渣硅酸盐水泥，水泥掺入量为被加固湿土质量的16％-20％，钻进速度0.8-1.2m/min，提升速度0.4-0.6m/min，旋转速度30-50转/min，钻进时喷灰压力0.5-0.7MPa，具体施工过程如下所述：

(1)桩机就位：粉喷机到指定桩位并对中；

(2)下沉搅拌，同时开启送灰泵向土体喷水泥粉，两组叶片同时正、反向旋转下沉，直到上部扩径段底面设计深度；

(3)收缩叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到直径500mm；两组叶片同时正、反向旋转，搅拌机持续下沉，直到底部扩径段顶面设计深度；

(4)伸展叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展到直径1000mm；搅拌机继续下沉，两组叶片同时正、反向旋转，直到底部扩径段搅拌完成；

(5)提升搅拌，关闭送浆泵，两组叶片同时正、反向旋转搅拌，至底部扩径段顶面；

(6)收缩叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片收缩到直径500mm；两组叶片同时正、反向旋转，搅拌机持续提升，直到上部扩径段底面设计深度；

(7)伸展叶片，改变内外钻杆的旋转方向，将搅拌叶片伸展到直径1000mm；搅拌机继续提升，两组叶片同时正、反向旋转，直到上部扩径段搅拌完成，完成多变径粉喷桩2的单桩施工；

步骤4，待多变径高压旋喷桩1和多变径粉喷桩2施工完毕后，在软土地基502表面铺设垫层2，垫层2采用碎石垫层，垫层2的厚度为30cm；

步骤5，在垫层2上铺设三向格栅3，道肩对应位置进行不铺设；

步骤6，在三向格栅3上方进行路基本体501的施工后，完成工程。

实施例二

与实施例一的不同之处：多变径高压旋喷桩1自软土地基502的中线向外等间距布设至道肩内侧，在道肩处布设多变径粉喷桩2，多变径高压旋喷桩1和多变径粉喷桩2均呈正方形布置，上部扩径段6的直径为900mm，上部扩径段6的高度为2m，中部扩径段8的直径为900mm，中部扩径段8的高度为2m，底部扩径段10的直径为900mm，底部扩径段10的高度为2m，多变径高压旋喷桩1的其他部位桩体直径为500mm。

顶端扩径段12直径为900mm，顶端扩径段12的高度为2m，底端扩径段13的直径为900mm，底端扩径段13的高度为2m，多变径粉喷桩2的其他部位桩体直径为500mm。

进一步，垫层2的层数为2层，垫层2的厚度为15cm；三向格栅4采用钢塑三向格栅，三向格栅4用于均布路基本体501传递的荷载。

在施工方法的步骤4中，垫层2共分2层进行铺设，先铺设一层15cm的垫层2，经压路机碾压后铺设第二层15cm的垫层2，经碾压后即完成垫层2的铺设。

实施例三

与实施例一的不同之处：N等于2，多变径粉喷桩2的长度为多变径高压旋喷桩1长度的1/3，上部扩径段6的直径为950mm，上部扩径段6的高度为2.5m，中部扩径段8的直径为950mm，中部扩径段8的高度为2.5m，底部扩径段10的直径为950mm，底部扩径段10的高度为2.5m，多变径高压旋喷桩1的其他部位桩体直径为500mm；顶端扩径段12直径为950mm，顶端扩径段12的高度为2.5m，底端扩径段13的直径为950mm，底端扩径段13的高度为2.5m，多变径粉喷桩2的其他部位桩体直径为500mm；垫层2的厚度为50cm。

进一步，相邻的多变径高压旋喷桩1与多变径粉喷桩2之间的间距均为1.8m。

实施例四

与实施例二的不同之处：N等于2，多变径粉喷桩2的长度为多变径高压旋喷桩1长度的1/3，多变径高压旋喷桩1自软土地基502的中线向外等间距布设至道肩内侧，在道肩处布设多变径粉喷桩2，多变径高压旋喷桩1和多变径粉喷桩2均呈正三角形布置，上部扩径段6的直径为980mm，上部扩径段6的高度为3m，中部扩径段8的直径为980mm，中部扩径段8的高度为3m，底部扩径段10的直径为980mm，底部扩径段10的高度为3m，多变径高压旋喷桩1的其他部位桩体直径为500mm；顶端扩径段12直径为980mm，顶端扩径段12的高度为3m，底端扩径段13的直径为980mm，底端扩径段13的高度为3m，多变径粉喷桩2的其他部位桩体直径为500mm；垫层2的层数为2层，垫层2的厚度为25cm。

进一步，相邻的多变径高压旋喷桩之间和相邻的多变径粉喷桩之间的间距均为2.2m。

实施例五

与实施例三的不同之处，相邻的多变径高压旋喷桩1与多变径粉喷桩2之间的间距均为2.2m。

实施例六

与实施例四的不同之处，相邻的多变径高压旋喷桩之间和相邻的多变径粉喷桩之间的间距均为1.8m。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。