短聚集体桩墩技术的制作方法

专利名称：短聚集体桩墩技术的制作方法
背景技术：
本发明涉及土壤工程，特别是涉及短聚集体桩墩(short aggregate pier)装置。具体地说，本发明涉及这样的一些方法和装置，这些方法和装置用于提高短聚集体桩墩的可行性、提高短聚集体桩墩附近基土的强度和荷载支撑特性、减小短聚集体桩墩的构建成本、改善短聚集体桩墩的结构，以及把短聚集体桩墩用于包括控制沉降、提高支撑能力、提高侧向荷载阻力、控制滑坡和对上升进行固定的工程应用中。
已经知道，通过形成短聚集体桩墩如在US5,249,892中所公开的方式对土壤的不足的荷载支撑能力进行加强，在此引用US5,249,892中的整个主题以作参考。通常，通过对土壤中的孔内的一系列薄的墩层(lifts)或多层聚集体分别进行压实，从而在就地形成短聚集体桩墩。当每个墩层被压实时，竖直压实力就通过聚集体沿竖直方向和侧向向外传递给周围的土壤。一些墩层竖直地“叠垛”在一起就形成了桩墩，其中的每个墩层都在形成后一个墩层之前被压实，并且每个墩层包括一些没有粘聚的聚集体单元，这种桩墩的特点是能把相当大的一部分荷载沿着向外方向和侧向传递到邻近的经预加应力的土壤内。在土木工程领域，短聚集体桩墩被认为是一次革命，部分的原因是它们增大了在土壤环境内的荷载支撑能力，如果不采用这种短聚集体桩墩，那么构建具有足够强度的地基就会非常昂贵的或是不可行的。
由于短聚集体桩墩是最近才发展起来的，因此，大量的精力被花在提高它们的可行性、减小它们的成本、扩大它们的应用范围以及改善它们的结构上。本发明提供了几种独特新颖的技术，包括一些新方法以及新装置的使用，它们有利地提高了短聚集体桩墩的可行性，降低了成本，扩大了应用范围和/或改善了它们的结构。
在某些土壤环境中，基土的荷载支撑特性限制了短聚集体桩墩的可行性。这些特性包括土壤的剪切强度，压缩特性、压实性、密度以及水渗透性或亲水性。例如，已经认识到，尤其在松散或松软的土壤环境中，根据已知的技术所构建成的短聚集体桩墩，当支撑荷载作用于短聚集体桩墩时，会产生不期望程度的沉降。此外，还认识到，在已知的短聚集体桩墩的构建过程中，非常松软的底土会导致材料建设成本过高，这是由于例如在捣实或压实的构建步骤期间，会有大量的聚集体石头被收入短聚集体桩墩的底部球状部分(bulb)内。这些缺点会限制已知的短聚集体桩墩技术的可行性。因此，需要提供一些能有利地影响或改善基土和/或与短聚集体桩墩相联系的、基土的荷载支撑特性的技术。此外，还需要提供能扩大短聚集体在很宽范围的土壤组成内可行性的短聚集体桩墩的构建技术。
自从目前已知的短聚集体桩墩的发展以来，另一个被认识到的问题是关于“塑性”或“鼓起”土壤环境的问题。这些类型的基土的特点是当吸入水份时体积会发生很大的变化。这种土壤组成会产生一些不期望的作用在短聚集体桩墩和周围基土上的上升力。上升力是不期望其存在的，因为被支撑的结构元件如基脚、垫、横梁和平板将会向上移动，从而产生结构损坏和/或损坏地貌。因此需要提供一些能减小在塑性或鼓起的土壤环境中产生上升力的可能性的短聚集体桩墩技术。此外，另一种对已知的短聚集体桩墩的限制是与可液化的土壤环境(即当受到足够的动态应力时易液化的土壤)有关的。通常，工程法规要求在可液化的土壤环境中所构建的结构内应具有特定的聚集体排水级别。目前在薄的墩层内没有构建聚集体排水结构，于是，就不能象利用已知的对每个墩层进行压实的短聚集体技术(短聚集体桩墩技术)那样，有效地控制沉降或控制土壤液化。因此需要提供能满足聚集体排水级别要求的短聚集体桩墩技术。
还认识到，已知的短聚集体桩墩构建技术的另一个问题是由于是在施工现场构建桩墩，因此，在松软或不稳定的土壤环境中桩墩孔易歪曲、塌落或易被损坏。因此，需要提供在构建桩墩期间能减小损坏桩墩孔的可能性的短聚集体桩墩构建技术。
还认识到，已知的短聚集体桩墩技术的另一个问题是在构建短聚集体桩墩期间，通常被用于对每个墩层进行压实的撞击荷载，在敏感结构(即较旧的建筑)或埋藏有物体如输送管道，电缆管道或水管附近的区域会产生问题。因此，需要提供不会对周围敏感结构造成危险的短聚集体桩墩技术。
使用短聚集体是很理想的，其中的部分原因是它们比较经济，因此，需要提供与已知的构建技术相比能减小成本的构建技术。还希望提供在构建期间能保持受到损害的基土的完整性的构建技术。此外，由于认识到了已知的短聚集体桩墩技术的一些优越性，因此，希望把短聚集体桩墩的应用范围扩大到土壤工程领域，包括诸如控制整体稳定性，控制侧向荷载阻力、控制滑坡以及控制上升鼓起。最后，还希望提供一些方法和装置，用于从所构建成的短聚集体桩墩获得应力分布和其它数据。

发明内容
本发明解决了前面提到的问题，并获得了所期望的优点，本发明提供了几种新颖独特的方法和装置，提高了短聚集体桩墩的可行性，增强了短聚集体附近的基土的荷载支撑特性和强度，降低了短聚集体桩墩的构建成本，改善了短聚集体桩墩的结构，并且把短聚集体桩墩应用于土木工程方面的应用，包括控制沉降、提高支撑能力，控制侧向荷载阻力、滑坡以及上升的固定。
A. 改善土壤特性的短聚集体桩墩构建技术本发明的一个方面涉及一些改善土壤荷载支撑特性的构建短聚集体桩墩的方法，以及由这些方法所构建的短聚集体桩墩结构。这些技术包括1)用于对土壤和短聚集体桩墩进行预先加载的方法和装置；2)用于向短聚集体桩墩结构提供化学添加剂的方法；3)用于在短聚集体桩墩内采用加强网的方法和由这些方法构建的短聚集体桩墩。这些技术使得短聚集体桩墩在不利的土壤环境中具有更大的可行性。
1.利用预先加载或预先负载的构建技术a)短聚集体桩墩的预先负载或预先加载短聚集体桩墩是可压缩的。当施加一个荷载时，它们就会轻微膨胀，还会在聚集体内随着聚集体的压实而竖直压缩。当附近的基土压紧时，还会发生竖直变形，运用侧向摩擦力通过竖直剪切阻力形成荷载阻力。通过对一短聚集体桩墩进行“预加载”，使得所发生的许多变形是不可逆的，并且被永久地消除。这是因为在短聚集体桩墩本身内的非弹性变形(聚集体的压实)，以及位于短聚集体桩墩周围及下部的基土的非弹性变形的缘故。新的效果就是桩墩“变硬”了，从而对于与第一次被‘预先加载’时所产生的相同的变形来说，能被施加更大的荷载。相反，第二次施加相同的荷载将会导致更小的变形，这是因为对桩墩进行了这种预先加载或预先负载，使得桩墩变硬的缘故。
这在用实物大小的短聚集体桩墩实验中已经得到证实。在桩墩上已进行了大量的荷载试验，在试验中，在施加了最大的所需荷载之后，把这些荷载除去，然后施加第二次荷载，该第二次荷载与前一次的最大荷载大小相同。在一些例子中，第二次加载是在紧接着第一次加载之后进行。而在另一些例子中，第二次加载是在第一次加载一天至几天之后进行的。对于所有的荷增量，对初始周期和第二周期或预加载周期均测出变形。通常，当进行第二次加载时，总变形的大约50％被消除了。与因第一次最大加载而造成相同变形的其它荷载，大约为第一次最大加载数值的150％数量级。
同样，可以利用一液压千斤顶或其它设备来进行预先加载，克服一重的反作用力，例如一重的设备，重的车辆或静载荷。还可通过一个插入短聚集体桩墩孔的专门的装置来进行。这种装置通过与孔周围的基土的紧密接触而获得所需的反作用力，并向孔壁施加一个侧向作用力，同时提供与基土接触的一组剪切板。还可以通过动力来进行，例如通过受控爆炸或通过下落重物来进行。
b)桩墩的预加应力和预先加载，钻进桩墩(沉箱墩)，“石头柱”，和其它的地基元件。
一类似的第二次加载或多次再加载，同样会对基土进行预先加载和对地基元件-基土系统进行预先加载。对于不可压缩材料如钢和混凝土，元件本身没有显著的非弹性永久变形。然而，在附近的基土内以及在下面的基土内，这种加载会造成非弹性变形和预先加载，这会导致在相同的载荷下将来的变形会减小，或导致可以施加增大的荷载，从而导致与初始时产生相同大小的变形。
上面所讨论的这些对桩墩、钻进桩墩和其它不可压缩的地基元件进行的预加应力和预先加载的关系，在大量的特定种类的聚集体桩墩荷载实验中已被证实了，在这些实验中，安装了指示器。指示器(见下面的#14)是一些钢板和杆装置，被放置在被测的桩墩的底部，以便确定桩墩底部所发生的偏移值。桩墩底部的偏移值与桩墩顶部的偏移值之间的差，等于加载时桩墩内的压缩量。在再循环试验期间，可以看出，全部偏移的值(在短聚集体桩墩顶部测得的偏移)超出由桩墩本身的压缩所造成的桩墩的压缩变形值(等于在短聚集体桩墩顶部测得的偏移值减去所测得的值)。在再循环试验中所测得的全部偏移值与桩墩压缩变形之间的差值表示被减小的偏移，这个偏移如果在短聚集体桩墩是不可压缩的(与土壤相比)，如基本上是混凝土和钢材的情况下是会产生的。这就表明在施加相同的荷载情况下，当施加第二次荷载时，对其它的地基系统进行预先加载和预先负载会导致较小的竖直偏移，或者说，施加第二次荷载时，要产生相同的偏移量，就需要获得更大的荷载。预先加载可以通过支顶一重的反作用力或通过一专门装置来进行，这在上面的(a)中已经描述过了。还可以通过动力作用来施加，例如通过受控爆炸或通过一下落重物来进行。
2.利用化学添加剂的构建技术可将化学添加剂加入短聚集体桩墩内的聚集体内，可以通过与聚集体混合或通过放置在聚集体墩层之间，或通过放置在孔内的聚集体周边。化学添加剂将与聚集体及附近的基土进行反应和化合。与基土的化学反应是公知的，对于大多数化学添加剂来说，这种方法中所用的化学添加剂包括水泥，熟石灰，生石灰，烟灰。例如，生石灰可以被加入聚集体桩墩，以提高剪切强度和改善附近土壤的压缩特性。最终结果是增强了土壤的强度，提高了化学辅助的短聚集体桩墩系统的效率。
3.利用加强网或加强地纤维的短聚集体桩墩构建技术可以把地栅或合成金属网或地纤维水平地放置在聚集体墩层之间，以增大短聚集体的硬度，或者是，竖直地放置在短聚集体桩墩的周边，以便减小桩墩在松软的可压缩的基土材料内的膨胀。在短聚集体桩墩内利用地栅或合成网或金属网或地纤维材料，将会导致有效的和足够的压力阻力，以及有效地增大侧向剪切阻力，使桩墩变硬。在一个试验性的短聚集体桩墩标准荷载试验中已采用了地栅。试验结果表明，当用沿着短聚集体桩墩周边竖直放置的地栅包裹桩墩时，就能限制桩墩的膨胀和侧向位移。
B.增大短聚集体桩墩可行性的短聚集体桩墩构建技术本发明的另一个方面涉及用于构建短聚集体的一些方法，用于增大短聚集体桩墩可行性。这些技术包括1)利用选择级别的聚集体构建短聚集体桩墩的技术；2)用于减小摩擦的短聚集体构建技术；3)用于控制土壤液化的短聚集体构建技术；4)非撞击短聚集体桩墩构建技术；5)在短聚集体桩墩内使用沙、土壤、低下沉或无下沉材料，“辊混凝土(roller concrete)”，或其它就地材料。与现有技术相比，这些实施短聚集体桩墩的技术使短聚集体桩墩的可行性扩大到一个更宽的土壤范围。
1.利用选择级别的聚集体的短聚集体桩墩构建技术本发明依据本发明人的发现，本发明人发现为了增大作为土壤加强元件的有效性，构建短聚集体桩墩需要使用不同级别的聚集体，把它们用于地下水位以下、和用于构建作为短聚集体桩墩一部分的底部球(bulb)。“洗净的”或“干净的”石头，如最大为1至1.5英寸的尺寸级别的石头，其中的细沙，淤泥和泥土已被除去或被限制到很小的百分比，这些“洗净的”或“干净的”石头通常用于制造底部墩层，形成一“底部球”。如果下面的土壤非常松软，那么会由于相对于这些非常松软的土壤而言，捣实器的能量过大，这些1至1.5英寸的洗净的石头会导致球状部分太深。在现有技术中已用这些1至1.5英寸的洗净的石头来构建底部球状部分。对于这种情况，一种更大的石头，用如3英寸或4英寸左右的石头来代替1至1.5英寸直径的石头。结果会使得球状部分较短，并且较大的石头对捣实能量进行了缓冲。另一种可以利用的技术是把两个级别或更多个级别的石头混合在一起，以形成一所期望级别的石头。例如，#57石头(最大尺寸为1至1.5英寸的洗净的石头)与#68石头混合。另一技术是把不同级别的石头进行相互重叠。开始也可以采用更大直径的3英寸或4英寸(或6英寸)的石头。在构建成一个或多个这种石头的墩层之后，可以加入1至1.5英寸的洗净的石头。在构建成一个或多个这种石头的墩层之后，可以增加高速公路用的优良级别的基层石头。
2.用于减小侧面摩擦力的短聚集体桩墩构建技术通常，短聚集体桩墩与附近的基土应产生可能多的侧面摩擦，以便帮助抵抗竖直压缩力或竖直上升剪切力。然而，当土壤会产生很大的体积变化时(也被称作“塑性”或“鼓起土壤”)，由于湿度的变化而体积发生变化的这些土壤的活跃的上部区域，易把聚集体桩墩拔出或提升起来。对于这部分桩墩(不是对于桩墩的下层的更下方的部分)，减小短聚集体桩墩与基土之间的侧面摩擦是很有利的。根据本发明，这可通过利用太空时代(space-age)聚合物或膨润土或其它润滑材料来实现。本发明还想到利用一些由纸板、塑料、或金属制成的衬里来减小活跃区域内的侧面摩擦。
3.用于控制液化的短聚集体桩墩构建技术短聚集体桩墩能被构建成满足聚集体排水级别的要求。它们还可以被构建成使得可液化土壤内的短聚集体桩墩的一部分满足聚集体排水级别的要求，而邻近不可液化土壤的其它部分不必满足这些排水级别的要求。这种聚集体排水的独特之处在于它是短聚集体桩墩的“聚集体排水”，因此，满足短聚集体桩墩的所有要求，即，在孔内构建，用置于薄的墩层内的粒状材料构建，通过对墩层进行捣实压实来构建，对附近的和下层的土壤进行预先加载和预加应力。
利用特定级别控制液化是已知的控制液化的方法。然而，迄今为止，还没有人利用薄的被压实的聚集体墩层，来构建出满足聚集体排水级别要求的短聚集体桩墩。与通常的聚集体排水相比，这种聚集体排水的短聚集体桩墩强度更大，基土的强度更大，可压缩性更小。通常的聚集体排水根本不被压实，或是仅仅在厚的墩层(通常为6至10英尺厚或更厚)内进行压实。已表明，聚集体排水压实的增强使得聚集体排水更有效。这样就提供了具有这种聚集体排水级别的短聚集体墩。
4.非撞击短聚集体桩墩构建技术已知的制造短聚集体桩墩的方法是利用撞锤的撞击作用所产生的动力撞击力。当敏感结构或物体；如埋藏的输送管道，电缆管道或水管，古老的历史建筑物等；位于地下，或部分地位于地下，或位于地面以上并位于短聚集体桩墩附近时，那么就可以构建静力桩墩或用振动捣实器来构建静力桩墩。用这种方式所构建成的短聚集体桩墩在控制沉降或控制上升鼓起或控制侧向作用力方面的效果，通常不如用撞击方式构建的具有相同直径和杆长的短聚集体桩墩。然而，这些改进的技术将能保护短聚集体桩墩构建地点附近的敏感物体。虽然平面区域的每平方英尺的能力小一些，但是系统的总能力却比得上撞击短聚集体桩墩系统。这可以通过下面方法来实现，即1)增大支撑相同结构的桩墩数目；2)增大每个桩墩的平均直径；3)减小桩墩墩层的厚度；4)利用地栅或网；或5)这些方法的组合。
把一有限幅度的振动源应用于进行静力加载的捣实器或捣实器杆上，通常会使短聚集体桩墩比仅用静力加载的更竖硬，但不如用动力撞击力及撞击作用的坚硬。为了不损坏附近敏感的建筑结构，墩层可以这样来制作，即，与用动力撞击加载所形成的应力相比，降低对附近敏感建筑结构造成损坏的应力。
5.在短聚集体桩墩内使用沙、土壤，“辊混凝土”和其它的现场材料除了石头聚集体、沙、土壤以外，还可以把经化学处理的土壤或“辊混凝土”用作短聚集体桩墩的建筑材料。沙或其它土壤可以从商家引进，或者是使用建筑地点或中间区域的现场的沙和土壤。“辊混凝土”可在现场制作，或从混合工厂运送到现场。在制作短聚集体桩墩过程中，还保留了基本的步骤，这些步骤为构建一孔，对孔底的土壤进行压实和预先加载/预加应力，通过把材料放入薄的墩层内并进行压实来构建短聚集体桩墩杆。不同点在于这些材料不必是石头聚集体。实验室里做的小规模领域内的实验已表明，沙、经化学处理的沙、和经化学处理的土壤(淤泥和泥土)、和在沙中混合有合成物的或放入层中的土壤，能有效地用作短聚集体桩墩的建筑材料。在实验中最常用的且被认为最适合于构建短聚集体桩墩的化学物质为水泥、熟石灰、生石灰和烟灰。“辊混凝土”由于是低湿度、低沉降或无沉降混凝土，具有与土壤类似的作用，因此，可以放置在或压实在薄的墩层内。
C.用于降低短聚集体桩墩制造成本的短聚集体桩墩构建技术本发明的另一方面涉及用于降低短聚集体制造成本或改善它们的结构的一些方法。这些技术包括1廿用不同直径墩层的短聚集体桩墩构建技术；2)利用回收利用的相互锁紧的混凝土聚集体的短聚集体桩墩构建技术；3)利用套管对桩墩孔进行保护的短聚集体桩墩构建技术；4)在短聚集体桩结构的内部、附近或下部利用荷载传感器、荷载光电元件或压力光电元件(cell)的短聚集体桩墩构建技术。这些技术降低了构建成本，改善了短聚集体桩墩的结构。
1.利用不同直径的墩层的短聚集体桩墩构建技术已知的短聚集体桩墩被制作成具有单一直径或相同矩形横断面的形状。通过把桩墩设计并构建成具有两个或更多个直径，或两个或更多个矩形横断面积，桩墩的下部的直径或横断面积越小，而上部的直径或横断面积越大，就可以更有效地利用石头和捣实能量。已经知道，结构载体所形成的应力随着短聚集体桩墩单元内的深度的增加而消失或减小。通过把短聚集体桩墩的下部的直径构建得更小，(或矩形横断面积做得更小)，就能在关于1)聚集体材料；(2)钻进；(3)进行所需的压实这些方面利用较小的应力，并能节约时间和成本。
2.利用回收的或相互锁定的混凝土聚集体在构建短聚集体桩墩时，可以利用实用的回收来的被重捣碎级别的混凝土，来代替商场上购得的被分成级别的聚集体。它的优点包括1)对于每吨材料的成本来说，回收来的混凝土的成本要低于经加工的市场上的分成级别的聚集体的成本。2)回收来的混凝土的边缘通常是尖锐的，且通过比市场上分成级别的聚集体的相应边缘更尖锐。当市场上的分级别的聚集体原材料为具有圆表面的坚硬的或冲积的石头时，情况就是这样。较尖的边缘会导致更大的摩擦剪切力，以及颗粒之间能更有效地相互结合锁定。这又会使短聚集体桩墩更强；3)本发明认识到的另一个优点是，通常包括硅酸盐水泥和石灰的原始混凝土内所含的化学物质，在混凝土使用许多年之后仍然具有部分活性。这些化学物质通过形成在聚集体本身内形成结合剂或进行胶结作用，以及通过与附近土壤的化学化合，使聚集体得以改善。
3.利用套管保护桩墩孔的短聚集体构建技术在构建短聚集体桩墩期间，可以利用临时套管来使短聚集体桩墩孔保持敞开。使用套管的唯一要求是套管必须以短的竖直增量被提升，这个短的竖直增量基本等于设置的聚集体的墩层厚度，这样在对每个墩层进行压实期间，就允许进行侧向土壤预加载、预加应力和压实。如果在对每个墩层进行压实期间，衬里不被提升，那么就不能进行侧向预加载和预加应力。此外，提升衬里可以防止衬里包含被压实的聚集体“塞”(plugs)，如果在临时套管内对这种聚集体进行压实，就会发生这种聚集体“塞”。这些“塞”不允除去或很难除去，这是因为在聚集体与衬里之间具有很高的摩擦系数和很高的侧向作用力。套管可通过专门的提升装置来提升，例如起重机，叉车，挖掘机，或其它的建筑设备。
4.在桩墩结构内利用荷载传感器或压力传感器的短聚集体桩墩构建技术根据本发明，荷载传感器或荷载敏感元件可以被放置在短聚集体桩墩内部，以便确定短聚集体桩墩不同深度内的应力大小。这些数据可用于评估短聚集体桩墩内的应力分布，这个应力分布又可用于更好地弄清短聚集体桩墩是怎样起作用的，以及更好的标定桩墩的能力。此外，压力光电元件可安装在短聚集体桩墩内一些部分内。这些压力光电元件可以被启动，产生压力，使光电元件膨胀，并在短聚集体桩墩一些部分上向上和向下推动。这就会使短聚集体桩墩发生移动或变形。测量这些移动就能提供关于桩墩硬度和桩墩支撑能力的数据信息，这些数据信息被用于桩墩设计。由一个固定在竖直元件上的底部元件构成的指示器可以放置在短聚集体桩墩内，以便在荷载测试或在实际的结构加载期间对测量装置下部所发生的移动和变形进行测量。这可用于更好地估算和弄清短聚集体桩墩的荷载-变形之间的特性。
5.测试短聚集体桩墩特性的技术根据本发明，还提供了用于测试短聚集体桩墩的诸如硬度的特性的技术，短聚集体桩墩也被称作地桩墩(GEOPIER)。在本发明的一个优选实施例中，载荷传递元件(通常为捣实装置)与一校准的压力或荷载测量装置被一前一后地设置在桩墩上，以便确定所施加荷载的数值大小。一偏移测量装置设置在荷载传递元件上，或设置在其它与短聚集体桩墩的顶部形成一个整体的参考位置处。当荷载通过荷载传递元件施加到桩墩的顶部时，利用荷载测量装置对荷载进行测量，利用偏移测量装置对向下的偏移进行测量。从所测量到的荷载和偏移就可以计算出桩墩的硬度。
本发明的这个独特的特征能对短聚集体桩墩的诸如硬度系数的特性进行现场验证。本发明能把偏移测量数据与荷载或压力测量数据结合起来，用于在刚构建之后就立即对短聚集体桩墩的系数进行验证。如果硬度不够或不能被接受，那么就通过再施加压实能量，包括可能的对桩墩进行部分再钻进和再构建来增大硬度。或者，在设计中就对这种不够的硬度进行考虑，于是，保持桩墩的原状，该桩墩的能力小于比原始设计的能力。
D.短聚集体桩墩用于侧向荷载阻力，并用作上升固定器。
根据本发明的另一方面，短聚集体桩墩被用于对土壤进行稳定，侧向荷载阻力，控制滑坡，并被用作上升固定器。
1.稳定土壤，侧向荷载阻力，控制滑坡短聚集体桩墩实物大小的剪切试验表明，短聚集体桩墩内所获得的剪切强度异乎寻常地高，利用高速公路用的基层石头摩擦角在50度以上，对于1至1.5英寸直径的石头来说摩擦角为48度。这种很高的剪切强度使得短聚集体桩墩能抵抗侧向作用力，并能抵抗剪切作用力。结果是，短聚集体桩墩能非常有效地提供土壤稳定性，以抵抗土壤或内部的剪切损坏。例如，当对由短聚集体桩墩支撑的地基进行侧向加载时，短聚集体桩墩能有效地防止滑坡和防止侧向荷载压缩。在后一种情况中的摩擦系数基本等于聚集体桩墩本身的摩擦角的正切值。另一个短聚集体桩墩对侧向荷载阻力及土壤稳定性作出贡献的因素是，发生在桩墩内的应力集中。
2.上升固定器当配备有用于把荷载从桩墩底部传递到受到上升力作用的结构的“甲胄”(harness)或装置时，短聚集体桩墩就作为很有效的上升固定器。该装置或甲胄基本上包括一底板或一系列板，与把作用力传递到需要上升阻力的地脚、平板或横梁的竖直棍或管固定在一起。短聚集体桩墩在它本身与基土之间具有很高的摩擦系数，从而在每英尺深度中提供了特别有效地上升固定器。另一个对有效抵抗短聚集体上升力作出贡献的因素是，在短聚集体桩墩安装期间所产生的侧向土壤应力。这些固定器可以是永久的或是临时的，这取决于使用情况。大量的上升荷载测试实验已证实，具有应力传递机构的短聚集体桩墩系统具有很高的下上升能力。
在后面的详细描述中将结合附图描述本发明的其它优点、新的特征、和应用范围，使得本领域普通技术人员一旦查阅下面的描述之后更能清楚的理解，或者是通过实施本发明来了解。通过所附权利要求书中所指出的内容和组合可以实现本发明的这些优点。


附图与下面的描述结合在一起，构成说明书的一部分，这些附图与说明书一起描述了本发明的几个实施例，用于解释本发明的原理。附图只是用于描述本发明的优选实施例的目的，不能被解释为对本发明的限制。在所有附图中，相同的附图标记表示相同的部件图1A-1D是根据本发明的一优选实施例的预加载装置的前视图、顶视图、侧视图和剖面图；图2A-2C表示根据本发明的一优选实施例的一种对短集体桩墩进行预加载方法的一些步骤；图3A-3C表示根据本发明一优选实施例的外部预加载方法；
图4A-4D表示根据本发明一优选实施例的向短聚集体桩墩中的聚集体提供化学添加剂的方法；图5A-5B表示根据本发明另一优选实施例的提供聚集体的分层的方法；图6A-6B表示根据本发明的优选实施例的用于减小短聚集体桩墩结构内的摩擦的方法和装置；图7表示根据本发明另一优选实施例的用于液化控制的短聚集体桩墩方法；图8A-8B表示根据本发明一优选实施例的一种采用网格插件来加强短聚集体桩墩和基土；图9A-9B表示根据本发明优选实施例，在短聚集体桩墩内提供可变直径提升机构的方法，和利用可变直径提升机构的装置；图10A-10D表示根据本发明一优选实施例，利用临时套管构建一短聚集体桩墩的方法；图11A-11D表示根据本发明优选实施例，短聚集体桩墩的非撞击压实的方法；图12A-12D表示根据本发明优选实施例，在短聚集体桩墩实施中利用回收的混凝土聚集体的方法；图13A-13D表示根据本发明另一优选实施例，在实施短聚集体桩墩的提升机构内利用沙、“辊混凝土”或其它材料的方法；图14表示根据本发明的一优选实施例，利用短聚集体桩墩提供侧向荷载阻力的方法和装置；图15表示根据本发明一优选实施例，利用短聚集体桩墩提供滑坡控制的方法和装置；图16表示根据本发明一优选实施例，利用短聚集体桩墩提供提升控制的方法和装置；图17表示根据本发明一优选实施例，在短聚集体桩墩内利用荷载传感器，压力传感器，或应力监测传感器的方法和装置；图18A和18B表示确定短聚集体桩墩特性的技术；图19表示可用于压实一聚集体的压实机构的平面图；和图20是大致沿图19中20-20线的压实装置的剖面图。
具体实施例方式
图1A至1D表示一在短聚集体桩墩孔内对基土进行预加载和预加应力的装置。图1A是一顶视图。预加载装置100通常由一对半壳102A和102B组成，这一对半壳可移动地相互连接，用于提供抵压着短聚集体墩孔101的壁向内和向外的移动。半壳102A和102B完全相同，因此，在此只描述其中的一个半壳，应当知道，相对的半壳具有相同的部件。半壳102A通常由一圆筒外壁103A组成，该圆筒外壁103A设有一系列大致水平的突肋元件120。这些肋元件120的目的是提高传递给孔壁101的剪切阻力。利用一系列或一行列水平的和垂直的突缘来加强圆筒壁103A。上部突缘104A设有一大致呈圆形的周边，该周边的形状与圆筒壁103A的内侧配合。上部突缘104A可通过传统的方法，如焊接或螺纹连接器与圆筒外壁103相连。另外，参照图1B，下部突缘106A以与上部突缘104A类似的方式固定在圆筒外壁103A的下部。上部和下部突缘104A，106A分别对圆筒外壁进行加强，并提供一个表面，伸缩元件可以固定在这个表面上，以便当外壳被插入短聚集体桩墩孔内时引导和稳定半壳102A和102B的相互移动。
上部导向管108A通过适当的方式如焊接支架和螺纹连接器被固定在上部突缘104A的一下部表面上。类似地，下部导管110A被固定在下部突缘106A的一上部表面上。每根导管与一导杆协作，进行定位或伸缩移动。就象从图1B中最清楚地看到那样，每根导杆112具有被插入相对的导管108A，108B内的端部。在图示实施例中，设置了四根导杆和四根导管，以便引导移动和稳定圆筒外壁103A。正如从图1B中所看到的那样，每根导杆112的端部被一弹簧装置如一弹性或弹性材料紧靠着，当圆筒壁半壳102A和102B相互向内和向外相对移动时，该弹性装置具有对导杆相对于导管的移动进行稳定的作用。
设置在半壳102A和102B之间的是一水平支撑板118，该水平支撑板与每个半壳102A和102B上的槽元件116A和116B协作。每个槽元件116A和116B可以做成一矩形盒，该矩形盒连接到半壳102A和102B上，半壳102A和102B所具有的的内部尺寸大小，能使支撑板118可滑动地容纳在其内。弹性元件设置在支撑板槽元件116A和116B内，并适合于紧靠着支撑板118的端部，以便对它的移动进行稳定。弹性元件122的作用就是当半壳102A和102B被强制向外相互移离时，防止槽116内的支撑板的“卡死”。本领域普通技术人员都知道，支撑板118提供一个支撑表面124，在这个支撑表面124上可以设置一驱动器126，如液压撞锤、千斤顶活塞或其它延伸元件，以提供向外的作用力，这个向外的作用力使得半壳102A和102B相互移离或移动到一起，从而提供在短聚集体桩墩孔101的壁上提供预应力。
在运作中，首先，把前面所提到的装置构成使半壳102A和102B之间的距离达到最小，驱动器126具有最小的长度。然后，利用传统的装置如吊车或起重机把预加载装置100下放到一短聚集体桩墩孔101内。参照图2A，一旦把预加载装置100插入到位，一侧向应力和一垂直应力都作用在地墩上。侧向应力是由预加载装置100通过对驱动器126进行驱动，在半壳102A和102B之间形成向外的相对移动而施加的。同时，一垂直荷载作用在临时放在完成的短聚集体桩墩顶部的一钢板上。当在垂直方向和侧向方向上都施加了适当的荷载之后，通过反向驱动千斤顶活塞126缩回预加载装置。然后，移去预加载装置和临时钢板，参照图2B，现在预加应力的孔就已准备好来支撑结构元件(如基脚)了。参照图2C，结构基脚130作用在桩墩的上部表面上。于是在基部上构建成了该构件，该构件通过基脚、通过桩墩来施加结构荷载。
图3A至图3C表示出了根据本发明一优选实施例的外部预加载的方法。参照图3A，通过利用放置在一平面元件306顶部的一钢板304，来实现对已形成的由附图标记302所表示的桩墩最上墩层进行预加载。根据本发明的优选实施例，这个方法的执行过程如下首先，把构成每墩层的聚集体材料放到短聚集体桩墩孔301内并将其压实。然后，把元件306和钢板304放在聚集体的顶部。接着，利用一传统的加载装置如液压撞锤，或通过在地墩的顶部放一件大的机械设备，以便把向下的作用力集中在钢板304上，从而把一个向下的作用力施加到该墩上。在对桩墩上进行预加载之后，除去元件306中的钢板。如图3C所示，接着在桩墩上放置一基脚308。这样，就通过该基脚向桩墩施加了结构荷载。
图4A和4B表示根据本发明一优选实施例在短聚集体桩墩结构内向聚集体提供化学添加剂的方法。如图4A所示，在形成地墩的每一墩层期间，向聚集体加入化学添加剂。适当的化学添加剂可包括水泥，熟石灰，生石灰，烟灰等。参照图4B，最后形成的桩墩包括许多墩层，这些墩层中的每一墩层都包括化学添加剂与聚集体的适当混合物，以便获得适当的泥土的强化和稳定特性。图4C和4D表示根据本发明一优选实施例向桩墩孔提供化学添加剂的另一种方法。参照图4C，在把聚集体插入桩墩孔101内之前，用适当的化学添加剂对桩墩孔101进行衬里，然后利用传统的技术形成一墩层402。在放入用于第二最下墩层的聚集体之前，在放入用于构建下一墩层的聚集体之前，再次加入适当的化学添加剂，对桩墩孔进行衬里。这个过程的执行直到地墩被构建到一适当的高度为止，从而形成图4D所示的结构，在这个结构中，化学添加剂作为一周边层，它环绕在每个墩层的地层周围。
图5A和5B表示根据本发明的一优选实施例，形成聚集体的分层的方法。参照图5A，图中表示出了一短聚集体桩墩结构，这种短聚集体在刚硬或稠密泥土中是特别有利的。一底墩层502是由干净的或洗净的石头如57号石头形成的。底部球状部分是利用撞击能撞击而建成的。利用洗净或干净的石头的优点是，应力能更有效地传递到下部的基土，这是由于粒与粒之间的接触的缘故，从而最终形成的底部球状部分也就更加稳定。另一个优点是洗争的或干净的石头在水下是稳定的。后一个前部墩层504是用分级的基层石头(graded base course stone)形成，它是采用与形成球状部分502的类似力来形成的一压实的墩层。采用分级的基层石头的优点在于，与洗净或干净的石头相比孔隙率较低，密度更高，硬度更大。位于压实的墩层504顶部的是一松散的墩层506，通过采用与用于压实的墩层504的相类似的力，对该松散的墩层506进行压实。通过这种方式，就可以利用聚集体的分层来获得桩墩在坚硬或密实泥土中所期望的支撑特性。参照图5B，图中表示出了一种在松软或松散泥土中很有利的桩墩结构。在这个实施例中，在桩墩球状部分508内采用更大级的石头，如3英寸左右的石头。位于这个更大石头的球状部分顶部的是，利用聚集体例如57号石头并用传统的技术和适当的力进行压实所形成的压实的墩层。位于压实的墩层510顶部的是被分级的基层石头形成的一松散的墩层512。这种结构在松软或松散泥土中是很有利的，这是因为这种结构能部分地减弱撞击力的能量，从而导致底部球状部分的体积减小。
图6A和6B表示出了根据本发明的一优选实施例，用于减小短聚集体桩墩结构内的摩擦的方法和装置。在基土602中所示出的虚线604表示泥土中的非活跃区域和活跃区域，其中的非活跃区域606位于活跃区域608下部。根据本发明，在桩墩孔的外周边上提供化学润滑剂610。润滑剂610的优点是，当活跃区域内的泥土膨胀时，减小作用在桩墩600上部的剪切力。这种向上的剪切力的缺点是造成不稳定，这是由于在泥土膨胀期间桩墩向上移动所产生的膨胀和收缩力的缘故。图6B表示出了本发明的另一个优选实施例，其中，润滑剂层610被用作塑性或纸板衬里，该衬里可以设有用于减小摩擦的化学涂层。图6A所示的实施例是通过在墩层成形之前沿着桩墩孔的壁提供化学润滑剂层而构成的。参照图6B，在压实塑性或纸板衬里所包围的墩层之前，把塑性或纸板衬里插入。
图7表示根据本发明的一优选实施例用于液化控制的方法。图中参考线702是非溶解泥土704和可溶解泥土706之间的分界线。线708是可溶解泥土区域706和非溶解泥土710之间的分界线。根据本发明的一优选实施例，采用通常的方式来形成桩墩球状部分712。然而，在溶解泥土区域706内的一些墩层714，是用满足例如由加州大学伯克利分校的Dr.H.Bolton Seed，Seed，H.B.和Booker，J.R.，于1976年4月所写的技术文章中所规定的聚集体排水等级的聚集体来构建的。那些在非溶解泥土710内位于分界线708之上的墩层可以用通常的方式来构建。
图8A和8B表示出了根据本发明的一优选实施例，用于对短聚集体桩墩和基土进行加强的方法和装置。图8A表示出了一系列地栅或网状结构的水平贴盘802。盘的材料包括如地栅(TENSAR地栅或MIRAFI地栅)，地纤维如MIRAFI或AMOCO或丝网。采用水平贴盘所具有的优点是张力加强元件将允许形成更高的密实度，从而导致更坚硬的短聚集体桩墩。参照图8B，在本发明的另一个优选实施例中，地栅(GEOGRID)或网805被竖直地环绕在桩墩周边。根据这个实施例的桩墩的构成，包括在构建墩层单元804之前对短聚集体桩墩孔进行衬里从而形成所说的网或地栅。利用地栅、地纤维(GIOFABRIC)或丝网来形成竖直加强部分的优点在于，限制在非常弱的泥土如沼泽地中的侧向膨胀。
图9A和9B表示出了在短聚集体桩墩构造中形成可变直径墩层的方法和装置。图9A表示出了用于钻出可变直径的短聚集体桩墩孔的装置。该装置包括用于钻进到第一深度D1的一第一小直径螺旋钻头902。该装置还包括一第二螺旋钻头904，该螺旋钻头904的直径大于螺旋钻头902的直径，并用于钻进深度达D2的一部分地桩墩孔。螺旋钻头904的直径大于螺旋钻头902的直径。参照图9B，可变直径地桩墩的构建首先是在较小直径部分构建墩层，这部分墩层由附图标记906表示。然后在地桩墩孔的较大直径部分内构建较大直径的墩层908。对用反铲挖掘来代替钻进所形成的地桩墩来说，在桩墩的下部构建较小的矩形区域，而在更高的部分内构建较大的矩形区域。
图10A至10D表示根据本发明一优选实施例，利用临时套管来构建短聚集体桩墩的方法。很弱的塌落泥土在钻进地桩墩孔期间不能保持稳定，在这些塌落泥土附近钻进时，使用这些套管是特别有利的。参照图10A，通过提升缆绳932吊挂着一套管930，提升缆绳932可由一起重机或其它设备支撑着。位于套管930内的是螺旋钻头934，该螺旋钻头934的直径适合从套管930内部钻出泥土。随着螺旋钻头934对泥土的继续钻进，在墩层936的捣实阶段，套管930保留在里面。套管930的底部最好竖直地移动从墩层或球状部分936的最端部移动一些，以便在捣实阶段允许膨胀到球状部分外面。在球状部分形成之后，些微地提升套管，然后向孔内注入聚集体，以形成后一个墩层。套管930被撤出到一个适当的深度，以便在捣实阶段期间允许膨胀到每个墩层的外面。
图10C和10D表示出了在由稳定泥土层限制的塌落泥土环境中采用套管的装置和方法。线940表示非塌落区域与塌落区域942之间的分界线。根据本发明，所钻出的孔944的下端部分具有较小直径，它比塌落区域942内的直径稍窄，以便允许套管能适当的安放，从而防止塌落泥土进入非塌落区域。参照图10D，桩墩946的下部是采用通常的方式来构建的，其中套管930还保留就位。当桩墩946的高度达到套管930的底端时，通过把套管930撤出到一个允许墩层单元可以向外膨胀到塌落区域内的程度，形成连续的墩层单元。一旦地桩墩通过塌落区域942，套管就可以被撤出，也可以保留就位以便保持上部非塌落区域的稳定性。
图11A至11D表示出了根据本发明一优选实施例，短聚集体桩墩的非撞击压实方法。参照图11A，该方法首先利用适当的螺旋钻头952来形成一孔950。然后，如图11B所示，把洗净的或干净的石头或其它适合的聚集体放在孔950的底部。参照图11C，通过在捣实元件946上施加一个非撞击作用力F，对墩层单元954进行压实。根据本发明，捣实作用力F是由一非撞击装置提供的，如顶压一大件机械设备或建筑设备，或通过靠压与捣实机相连的挖掘机上的捣实机。也就是说，利用非撞击能量，或是一个静止作用力，它可以在有限期间内被提供。在另一个实施例中，可以施加可选择的有限振动与作用力F相结合，或用这个可选择的有限振动来代替作用力F。利用非撞击能最后形成图11所示的桩墩。
图12A至12D表示出了在实施短聚集体桩墩中采用回收的混凝土聚集体的方法。参照图12A至12D，短聚集体桩墩的形成是这样来进行的，用螺旋钻头钻进地面中形成孔，然后把洗争的或干净的石头放入孔的底部，随后如图12C所示那样进行捣实，从而形成一底部球状部分。根据本发明，在洗净的石头中可混合一些回收的混凝土，或者是用单独的回收混凝土来代替洗净的石头，以形成适当大小的底部球状部分。可以用回收的混凝土来代替分级的聚集体，构建后面的短聚集体桩墩的墩层。本发明中采用回收的混凝土的一个优点是，当进行压实时，所使用锯齿状的块片相互之间易形成更稳定的连锁界面。
参照图13A至13D，根据本发明的另一方面的一种方法，可以采用沙或其它材料来代替洗争的石头或分级的基层石头来构建这些墩层。可以采用的各种材料包括沙和现场的包括沙、淤泥、和粘土的泥土，经化学处理的沙、淤泥和粘土。另一种可采用的材料是“辊混凝土”，也被叫做“不塌落混凝土”。
图14表示出了根据本发明一优选实施例，利用短聚集体桩墩形成侧向荷载阻力的方法和装置。在这个实施例中，混凝土基脚960受到一侧向荷载L，基脚960被嵌入基土962内。根据这种桩墩结构，由箭头964所代表的并由N所表示的一个很高的竖直应力，作用在桩墩单元的顶部，它表示竖直的应力集中，该应力集中产生一很高的正交应力，其中的正交应力造成很高的侧向阻力。这个很高的正交应力将作用在混凝土基脚的下侧。用于抵抗侧向作用力L的一剪切力S，将由下列基本方程来确定S＝Ntgφ.φ是短聚集体桩墩的顶部与基脚底部之间形成的摩擦角。通常假设φ等于短聚集桩墩的内摩擦角，对于压实的石头聚集体来说这个内摩擦角为48度至52度。通过这种方式，与由短聚集体桩墩所形成的很大的竖直的应力集中相结合，桩墩单元可以被用来提供相当大的侧向荷载阻力。
图15表示出了根据本发明的一优选实施例，利用短聚集体桩墩进行滑坡控制的方法和装置。一个土堆970，它可以是一山坡或是其它的土制结构，该土堆970具有一斜坡972和一超载荷974，该超载荷载974作用在它的上部表面上。由于土堆的重量、土堆的形状、重力荷载和任何的超载荷，在该土堆内部会形成圆弧形或其它潜在的剪切表面976。这些剪切力的阻力是由被拦截的泥土内在的剪切阻力提供的。短聚集体桩墩单元通过三种方式增大现有泥土所提供的剪切阻力——(1)通过具有很高的内部剪切阻力的桩墩单元，(2)通过短聚集体单元的硬度与基土硬度的对比关系使应力集中发生在短聚集体桩墩单元内，(3)由于短聚集体桩墩的密度大于基土的密度，从而向经短聚集体桩墩加强的土堆增加附加的静重。
图16表示出了根据本发明一优选实施例，利用短聚集体桩墩控制上升的方法和装置。根据本发明的这个优选实施例，地桩墩单元990设有一系列上升连杆992，这些上升连杆是由钢筋条、棍或管制成。这些钢筋条、辊或管连接在一底板988上。作用在基脚上的上升荷载由上升连杆传递到底板。作用在底板上的上升力受到周向剪切阻力996的抵抗，这个周向剪切阻力996是由波形的短聚集体桩墩与基土之间的界面提供的，并且侧向的基土应力994提高了这个周向剪切阻力996，其中的侧向的基土应力994在短聚集体桩墩的安装期间增大。通过种方式，桩墩的构形可以抵抗上升荷载，从而就能把基脚或其它结构元件固定在周围的泥土中。
图17表示出了根据本发明的优选实施例，在短聚集体桩墩中利用荷载传感器、应力传感器或压力传感器的方法和装置。从图17中能看出，在桩墩的墩层单元之间放置一系列荷载光电元件、应力传感器或压力光电元件999。这些荷载光电元件可以电连接到传统的监测装置上，以便在对短聚集体桩墩进行加载期间、或在把全部荷载加在桩墩上之后，确定出桩墩的墩层之间的荷载光电元件中具有的应力大小，从而确定出桩墩内的应力集中和应力分布。此外，可以向桩墩的墩层单元之间的压力光电元件施加压力，并测量由所施加的应力所导致的变形。
图18A和18B表示出了根据本发明，测试短聚集体桩墩特性如硬度的技术。参照图18A，在载荷传递元件上，荷载传递元件180，如一捣实装置，设有一校准过的压力或荷载测量装置184，用于确定所施加的荷载的数值大小。在荷载传递元件180上还设置有一偏移测量装置182。本领域普通技术人员知道，荷载测量装置184可以包括一应变仪或其它用于确定捣实装置的杆上或荷载传递元件180上的荷载的仪器。偏移测量装置182测量荷载传递元件180的位移，从而测量出短聚集体桩墩190相对于周围泥土的位移。本领域普通技术人员都知道，偏移测量装置182可包括用来测量相对偏移的激光测量装置。或者是，偏移测量装置182可包括第一压力元件和一第二压力元件，其中的第一压力元件连接在荷载传递元件180上，第二压力元件固定在地面上并与桩墩190相距足够远，以便防止由荷载传递元件180所造成的地面偏移。压力装置测量相对偏移。偏移测量还可包括水准测量装置或其它装置。参照图18B，图中表示出了本发明的另一个实施例，在这个实施例中，荷载测量装置被用作荷载或压力光电元件186，它被放置在捣实装置180与短聚集体桩墩190之间。
桩墩硬度可以从所测的荷载和偏移计算出来。根据下面公式用荷载和偏移的测量值来计算校验系数Kv＝P/Ay (1)式中，Kv表示校验系数P表示所施加的荷载；A表示短聚集体桩墩的顶部面积；y表示桩墩的向下的垂直偏移。这样所确定 出的校验系数用于表示桩墩的硬度系数，它对应于通过外推法所得出的桩墩项目设计应力，并与在桩墩系数荷载试验相同的应力强度下所测得的桩墩硬度系数进行比较。
图19和20表示本发明的另外的一些实施例和一些附加的技术特征。正如前面所讨论的那样，在泥土中形成孔200.，孔200通常是通过诸如钻进的技术来形成的。因此，孔200通常包括向下伸入泥土内的圆筒形竖直通道。一般来说，在钻进期间，切割出来的物质或挖出的泥土和岩石被送到地面并被移走。然而，如果泥土被污染了，那么移走这些泥土是不合适的。例如，可能会遇到禁止把从地面下的污染泥土移走的规定。即使允许把这些泥土移走，也需要在现场采取补救措施或采用一些改善措施。这就会导致费用增大。
为了解决这个问题，可采用直径特别大的钻具，这种钻具能把切割出来的物质或挖出的泥土岩石沿侧向挤入孔200周围的侧壁202内。这种钻具将不会把切割下来的物质送到地面，而是会把切割下来的物质侧向压入侧壁内。信息资料可以表明或可以相信，具有这种一般特性的钻具是为深的混凝土桩墩开发设计的。这种钻具需要改变螺旋钻头的间距并进行反向钻进，以便沿侧向驱动切割下来的物质或石屑。
在任何情况下，在形成孔200之后，把聚集体放入孔200内，并利用前面所述的方式对这些聚集体进行适当的捣实或压实。然而，压实可以利用如图19和20所示的捣实装置或捣实机构来实现。这种捣实装置包括一竖直驱动杆204，可以用不同的装置来使该竖直驱动杆204往复驱动或往复振动。驱动杆204连接有一下部压实脚206.压实脚206包括一系列竖直通道208、210、212和214通过。竖直通道208、210、212和214形成使聚集体216从脚206的顶部流动到脚206的下部的通道。杆204往复移动，从而允许聚集体216的流动，同时杆204还可以转动，例如，如图19和20中箭头所示表示的那样进行转动。通过这种方式，聚集体从通道208，210，212和214送进，并以前面所述的方式紧紧地被压实或捣实，从而形成桩墩。对聚集体216的送进或压实可以连续地进行或间歇地进行。如果操作是间歇性的，那么脚206被抬起一个增大的距离，以允许聚集体216通过通道208，210，212和214，然后往复地驱动并转动杆204，以便对聚集体材料进行捣实或压实。然后以增大的步距重复这个过程。
或者，杆204可以以更小的增距被升起，并同时或间歇地转动杆204，以便当聚集体落入通过通道208，210，212和214并移动时，对聚集体216进行压实。为了适应各种聚集体材料，可以改变通道的数目和通道的结构及其布置方式。
本领域普通技术人员将理解，在没有脱离本发明的实质和所附权利要求所限定的范围的条件下，可以对这些优选的实施例进行改变或修改。
权利要求
1.一种构建对泥土上的结构进行支撑的短聚集体桩墩的方法，包括步骤a)在泥土中形成一用于放置短聚集体桩墩的孔；b)通过构建一系列聚集体墩层在所述孔内形成一短聚集体桩墩；c)加强短聚集体桩墩的支撑特性。
2.根据权利要求1所述的方法，其中加强支撑特性的步骤是选自下面一组步骤，即对泥土进行预先加载，向泥土添加化学添加剂，向聚集体添加化学添加剂，利用网状纤维对泥土进行加强，利用网状纤维对短聚集体桩墩进行加强。
3.根据权利要求1所述的方法，其中加强支撑特性的步骤包括对泥土进行预先加载的步骤，还包括利用一装置向孔壁施加作用力的步骤，所说装置包括一对大致呈半圆筒形的外壳，该外壳与一可扩张元件配合，从而当可扩张元件在孔内向外膨胀时，向孔壁施加一作用力。
4.根据权利要求1所述的方法，其中加强支撑特性的步骤包括，通过在孔内形成短聚集体桩墩之前，向泥土添加化学添加剂来加强泥土的步骤。
5.根据权利要求4所述的方法，其中化学添加剂是选自下面一组物质，即水泥，熟石灰，生石灰和烟灰。
6.根据权利要求1所述的方法，其中加强支撑特性的步骤包括，通过在由聚集体形成墩层之前，向聚集体添加化学添加剂来加强聚集体的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，其中化学添加剂是选自下面一组物质，即水泥，熟石灰，生石灰和烟灰。
8.根据权利要求1所述的方法，其中加强支撑特性的步骤包括，通过在孔壁内设置网状纤维，利用网状纤维加强泥土的步骤。
9.根据权利要求8所述的方法，其中网状纤维是选自下面一组物质，即金属网，合成网，地网和地纤维。
10.根据权利要求1所述的方法，其中加强支撑特性的步骤包括，通过在短聚集体桩墩的墩层之间设置网纤维，利用网纤维加强短聚集体桩墩，从而增大短聚集体桩墩的硬度的步骤。
11.根据权利要求8所述的方法，其中网状纤维是选自下面一组物质，即金属网，合成网，地网和地纤维。
12.一种构建对泥土上的结构进行支撑的短聚集体桩墩的方法，包括步骤a)在泥土中形成一用于放置短聚集体桩墩的孔；b)通过构建一系列聚集体墩层在所述孔内形成一短聚集体桩墩；c)增加短聚集体桩墩的可行性。
13.根据权利要求12所述的方法，其中增加可行性的步骤是选自下列一组步骤，即利用可选择级别的聚集体，减小桩墩与孔壁之间的侧摩擦，在桩墩内构建聚集体排水系统，利用非撞击作用力来压实墩层，利用除石头聚集体以外的材料来构建短聚集体桩墩。
14.根据权利要求12所述的方法，其中增大可行性的步骤包括，在墩层中利用可选择级别的聚集体，还包括把两种或更多种不同聚集体混合在一起以形成墩层。
15.根据权利要求12所述的方法，其中增大可行性的步骤包括，减小桩墩与孔壁之间的侧摩擦，还包括在短聚集体桩墩与孔壁之间设置减小摩擦力的材料。
16.根据权利要求15所述的方法，其中减小摩擦力的材料选自于下列一组物质，即纸板衬里，塑料衬里，金属衬里，聚合物衬里和膨润土。
17.根据权利要求12所述的方法，其中增大可行性的步骤包括，通过在墩层内设置粒状材料并形成薄的墩层，从而在短聚集体桩墩内构建聚集体排水系统的步骤。
18.根据权利要求12所述的方法，其中增大可行性的步骤包括，利用非撞击作用力来压实墩层的步骤，还包括在构建短聚集体桩墩期间向每个墩层施加静止荷载的步骤。
19.根据权利要求13所述的方法，其中还包括在构建短聚集体桩墩期间向每个墩层施加有限幅度的振动力的步骤。
20.根据权利要求12所述的方法，其中增大可行性的步骤包括利用当地材料来构建墩层。
21.一种构建对泥土上的结构进行支撑的短聚集体桩墩的方法，包括步骤a)在泥土中形成一用于放置短聚集体桩墩的孔；b)通过构建一系列聚集体墩层在所述孔内形成一短聚集体桩墩；c)增强短聚集体桩墩的结构。
22.根据权利要求21所述的方法，其中增强短聚集体桩墩的结构的步骤是选自下列一组步骤，即构建具有不同尺寸大小墩层的短聚集体桩墩，利用回收的相互锁定的混凝土聚集体，设置一套管以保护桩墩孔，在桩墩结构内采用一荷载传感器。
23.根据权利要求21所述的方法，其中增强短聚集体桩墩的结构的步骤包括，构建具有不同尺寸大小墩层的桩墩的步骤，其中形成孔的步骤还包括以下步骤i)在泥土中形成具有第一侧向尺寸的一第一孔ii)在泥土中形成具有第二侧向尺寸的一第二孔，第二侧向尺寸大于第一侧向尺寸；从而这些较小的侧向尺寸导致了构建短聚集体桩墩成本的减小。
24.根据权利要求21所述的方法，其中增强短聚集体桩墩的结构的步骤包括，利用回收相互锁定的混凝土聚集体来构建墩层，其中相互锁定的聚集体是回收混凝土。
25.根据权利要求21所述的方法，其中增强短聚集体桩墩的结构的步骤包括，设置一套管以保护墩孔的步骤，还包括在构建短聚集体桩墩期间，在对每个墩层进行压实之前，大致根据墩层的厚度以短的竖直增量对套管进行提升。
26.根据权利要求21所述的方法，其中增强短聚集体桩墩的结构的步骤包括，在墩层结构内采用一荷载传感器或压力光电元件的步骤，还包括构建期间在短聚集体桩墩的墩层之间放置一荷载传感器的步骤。
27.一种侧向荷载限制系统，包括a)一侧向荷载支撑元件，它具有一荷载支撑表面和与其基本上垂直延伸的一支持表面；b)至少一个设置在侧向荷载支撑元件下部的泥土中的短聚集体桩墩，至少一个与支持表面接合的短聚集体桩墩；由于短聚集体桩墩的硬度相对于附近基土的硬度之间的关系，造成在短聚集体桩墩上竖直的应力集中，从而使所说的至少一个短聚集体桩墩提供很高的摩擦剪切阻力。
28.一种对不稳定的土堆进行限制的侧向荷载限制系统，包括a)一侧向荷载支撑元件，其具有一荷载支撑表面和与其基本垂直的一支持表面，b)至少一个设置在泥土中和一部分不稳定的土堆中的短聚集体桩墩；该短聚集体桩墩或受压力剪切变形或在将来会受应力剪切变形；从而在所说的至少一个短聚集体桩墩内所形成的很高的摩擦剪切阻力，对不稳定土堆的位移进行限制。
29.一种竖直上升荷载限制系统，用于限制受到竖直上升作用力的重叠构件，如一基脚、底板或等级横梁的向上移动，该限制系统包括a)一短聚集体桩墩，其设置在泥土中，并具有一系列墩层和一纵向长度；b)至少一个上升荷载传递元件，其基本平行于短聚集体桩墩的纵向长度，并适合与重叠构件可操作地相连；c)一底部元件，设置在短聚集体桩墩的底部区域内并可操作地与上升荷载传递元件管或螺纹棍相连，并通过或邻近于短聚集体桩墩，并连接进去，从而底部元件把上升荷载传递到短聚集体桩墩，在短聚集体桩墩与邻近泥土之间的摩擦剪切阻力抵抗了上升荷载。
30.一种向泥土施加预荷载的装置，包括一对半壳，每个半壳具有一外部表面，用于与设置在泥土中的孔壁相接合；一驱动器，配合地连接半壳上，用于沿向外的方向上施加一个作用力从而把半壳移入相互缩回的位置，以便允许把该装置插入设置在泥土中的孔内，然后把外壳相互向外移动，以便向孔壁施加一预加载荷作用力。
31.根据权利要求30所述的装置，其中通过至少一个导管与一导杆协作，把半壳可移动地相互连接。
32.根据权利要求30所述的装置，还包括一系列突缘，用于对半壳进行加强。
33.根据权利要求30所述的装置，还包括一系列设置在外表面上的肋，用于抵抗当基土被预加应力时在基土中所产生的剪切力。
34.根据权利要求30所述的装置，还包括一水平支撑板，该水平支撑板可移动地安装在半壳上，用于支撑驱动器。
35.一种在泥土中构建用于支撑一结构的短聚集体桩墩的方法，包括步骤a)在泥土中形成一用于放置短聚集体桩墩的大致竖直的孔；b)通过用一捣实装置对一聚集体进行压实从而在孔内形成一桩墩，其中的这种捣实装置具有一些通道，用于当捣实装置被放置在孔内时把聚集体送入到孔内；c)通过捣实来增强桩墩的支撑特性；d)通过所说通道向孔内添加聚集体，以便进行增强。
36.根据权利要求35所述的方法，其中捣实装置包括捣实器，该捣实器具有一往复驱动杆和一捣实脚，其中的捣实脚至少具有一条用于让聚集体通过的周向通道，所说的捣实脚还可绕杆的轴线转动，从而实现对聚集体进行捣实。
37.根据权利要求1，12或35所述的方法，其中形成孔的步骤包括通过用钻具进行钻进来形成孔，其中的这种钻具使泥土沿侧向位移，并在钻进期间迫使钻进所切割下来的物质进入所形成的孔的侧壁内。
全文摘要
用于增强荷载支撑特性,增大可行性及加强短聚集体桩墩结构的方法包括,预先加载(100),添加化学添加剂及对基土采用网状加强物(802,805);在构建桩墩过程中,利用各种级别的聚集体(502,504,506,508,510,512),利用衬里(610),利用聚集体排干系统(714),利用非撞击力,和在桩墩结构中利用当地材料;利用不同尺寸大小的墩层,利用相互锁定的回收材料,利用临时套管(930),和在桩墩构建中利用荷载传感器(999)。短聚集体桩墩的构建技术用于对侧向荷载进行稳定和对上升隆起进行固定。一种具有一对半壳(102A,102B)的装置,其中的壳被迫使朝外向桩墩孔壁(101)施加预荷载作用力。
文档编号E02D3/00GK1352718SQ00803602
公开日2002年6月5日 申请日期2000年1月25日 优先权日1999年2月9日
发明者纳撒尼尔·S·福克斯 申请人:土工技术强化公司