专利名称：有侧限结构复合地基的制作方法
技术领域：
本发明属于建筑基础，具体就是有侧限结构复合地基。
背景技术：
松散沉积和巨厚的土层中，土具备典型的二元结构特征——上软下硬结构，且上软的表层土作地基土，且承载力在70 160KPa之间。在这样结构的土中，目前采用无侧限结构复合地基。 无侧限结构复合地基的力学特性 由各种类型的长桩和硬土层(持力层)等构成地基。桩与桩之间的间距大于3倍桩径。桩身强度高(大于20MPa)、长度大(大于30m)。
1)无侧限结构复合地基的构成 由各种桩体和地基土构成复合地基。桩体独立地布置在地基土中，桩与桩的间距大于3倍桩径，地基土和桩相互影响较少——仅限于侧摩阻力和端阻力。
2)无侧限结构复合地基中人工结构的力学性能 桩系长度大于30m混凝土桩类，桩的无侧限抗压强度由其分担的荷载综合确定。
桩具有相对的隔水性，渗透系数小于K = 10—6 10—、m/s，地基土中的地下水的渗流方向和渗流路径基本不受桩体的影响。 在上部荷载的作用下，桩对地基土不具有侧限作用，不能严格限制表层土的侧向
变形，除了界面之间的应力状态外，地基土和桩的应力状态保持常规状态。 桩系高强度桩体(无侧限抗压强度大于20MPa)组成，由于桩与桩独立布置，因此，
地基的整体刚度小于图1 2所示的有侧限结构地基。 3)地基土的性能 桩(也称无侧限结构或人工结构)布置在地基土中，没有充分发挥桩间土的承载力——颗粒强度的条件，地基土不能可分担更多的荷载，超过地基土的承载力的荷载，地基土无法分担。 4)无侧限结构复合地基的综合性能 通过高强度和低变形的桩体和持力层满足高层建筑和集中大荷载构筑物对地基承载力和变形的要求。高层建筑和集中大荷载构筑物的基础、基础持力层的深度均是深埋(以硬土层为无侧限结构的持力层)。 地基在共同作用中，不能把上部荷载转化为地基内部的相互作用力——围压力，因此，地基的强度和变形通过桩体强度和变形予以调整，地基的整体强度较小。
发明内容
本发明的目的，是提供一种上软下硬结构的土中，上面软土层三维受力，从而使软土层承载的有侧限结构复合地基。本发明是这样实现的，有侧限结构复合地基，包括桩体，桩体排列构成桩体墙，桩体墙构成桩体隔间，桩体隔间内是地基土，顶部是承台。
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所述的有侧限结构复合地基，其特征在于所述桩体是水泥土桩、石灰桩或者板式桩。
所述的有侧限结构复合地基，其特征在于所述桩体隔间的面积相等。
所述的有侧限结构复合地基，其特征在于所述桩体隔间是"井"字桩体隔间。
有侧限结构复合地基的积极效果
1、理论方面 根据一维固结理论和高压固结试验，提出控制地基土侧向变形和局部破坏的新的有侧限结构复合地基的设计原理。以前的地基设计原理没有考虑有侧限结构理论的实际应用——充分利用表层土的颗粒强度和人工结构的侧限强度。
有侧限结构的围压效应研究表明表层土和人工结构的强度在其它条件相同时受
控于侧限力的大小，侧限越大，其峰值强度增加越快。较低强度的表层土和水泥土搅拌桩等
在侧限结构侧限围压和上部建筑集中荷载作用条件下，产生提供高承载力和低沉降共同作
用，实现对表层粉土变形破坏方式的控制与地基强度的提高。 2、充分利用表层土减少桩基工程的深度和大型化以及高强度 有侧限结构复合地基目前研究使用深度是基础地板下3 10m，人工结构和表层
不同强度的地基土组成后，提供承载力大于560kPa，地基沉降变形量小于2X，解决了 1)高
层建筑不能应用弱强度(1 3MPa)桩体和表层土作地基的问题，2)现在高层建筑桩基础
的持力层深度大，单桩强度高(大于20MPa)，施工工艺复杂的问题，3)充分利用我国城市地
区地基土二元结构特点——表层土软弱(承载力小于120kPa)和10 15m以下地基土相
对较强(承载力大于160kPa)，结合有侧限结构利用表层土，并以较强强度的地基土为持力
层，实现高层建筑(大于20层)的地基基础的浅埋。 3、有侧限结构的施工工艺简单 施工材料为水泥或石灰粉与原位原状地基土拌合形成桩体，桩体强度根据要求的地基承载力大小确定。现在各种拌合设备众多，因此，施工工艺简单，控制方法单一。
有侧限结构中多采用单桩变强度设计方法和施工工艺，基于地基中附加应力分布规律和大小位置设计桩体强度，不仅改变传统均质桩体强度的设计方法，满足了地基附加应力分布的要求，而且实现了建筑材料的节约，又防止桩顶经常由于应力集中造成的破坏。换言之，这种方法既实现了单桩弱强度代替高强度桩的设计，又实现了地基整体刚度的提高。 4、环保、节约建筑用材 桩体采用原状土和水泥或石灰拌合而成，没有对环境排土 (CFG桩大量排土 )、排
放泥浆(钻孔灌注桩费泥浆)、影响环境(静压管桩挤土现象)、噪音等。 就地取材，采用原位地基土拌合，因此，节约大量建筑用材(钢筋、砂子、石子)和
大型建筑设备(搅拌机、搅拌站、大吨位钻机或压桩机)以及大量的水资源和电力。多采用
小型设备，因此，效率较高，能源消耗少。 5、可发展性 图1中的桩墙现在可以采用板式结构组合，组合方式可以根据基础荷载分布予以调整。 可行性与节约性
1、可行性 1)理论、设计、检测等可行性 根据复合材料强度理论等建立各种计算关系，实现有侧限结构地基的计算体系以及相关参数的确定。 测试结果表明有侧限结构复合地基承载力大于560kPa，最大的地基差异沉降小于0. 2%，最大沉降量为10 26mm。
2)机械设备简单 采用现有的拌合设备就能够实现就地拌合，形成所需要的桩体。
3)工艺简单且成熟 水泥土和石灰土的各种配合比工艺非常成熟。结合不同的原状土配置满足强度要
求的人工结构是非常容易的。 2、节约性 相同的高层建筑物地基条件下，机械和人工节约40 60% ;建筑材料节约30 50% ;能源节约30 60%。综合工程造价比相同的复合地基节约30 40%。
解决目前桩基工程的主要问题 1、解决集中荷载或大荷载条件下表层地基土不被利用的难题 传统复合地基的桩持力层埋深深、持力层强度要求高、单桩强度高、表层地基土仅提供承载力而不能提供极限承载力以上的强度等为特征。 有侧限结构地基可以全面利用表层地基土有侧限压縮强度(大于极限承载力)并减少表层地基土侧向变形和解决沉降量大的问题。即桩土之间的共同作用发挥充分——减少表层地基上部变形量、提高表层地基土承载力、提高桩顶应力向深部传递的效率、增加桩土间摩阻力的发挥。 2、解决集中荷载或大荷载工程建筑的桩基机具庞大和工艺复杂的问题 传统复合地基的施工，多采用大型设备和机具——大型钻孔设备、高吨位静压桩
设备及配套设备和工厂等来完成。因此，设备运输和现场施工难度很大，电力或燃料油用量
大；受到地基土多层、多相、多力学性等组合的影响，成孔和沉桩过程工艺复杂——钻孔需
要不同钻具配套、静压桩需要引孔后才能把桩压到设计深度等导致工艺复杂，任何一个工
艺环节出现问题可导致失败或产生隐患。 有侧限结构复合地基采用小型设备——小型钻孔设备、小型挤压成孔设备。因此，设备运输和现场施工难度小，能源消耗少；不受地基土多层、多相、多力学性等组合的影响，成孔和沉桩过程工艺简单，工艺环节少，不产生工程隐患。
3、解决传统桩体强度高和均质的设计不合理性问题 桩身附加应力分布曲线和变形测试数据表明桩顶下一定深度内，附加应力集中和变形量是其下部深度的数十倍，继续向深度方向两项逐渐趋于零。 有侧限结构复合地基的设计理念符合附加应力和应变分布规律——针对附加应
力集中位置提高桩体强度，其余部位减少桩体强度。 4、解决传统桩体要求桩端持力层强度高和变形小的问题 传统桩体按照集中应力的设计思路设计，基础产生的附加应力全部由桩体分担或很少部分由地基土分担。为了承担高荷载和小变形，桩端的持力层的强度必然很高并且变形小才能满足要求。浅部强度适中和变形相对较大的持力层不能满足要求，而强度高和变形小的持力层埋藏很深，因此，传统桩体的桩身长度在厚度巨大的松散沉积层必然很大，造成资源浪费。 有侧限结构复合地基可以利用浅部强度适中和变形相对较大的持力层，縮短了地基处理的深度。同时，地基测试结果表明，有侧限结构复合地基的最终沉降量小于同类型地基的最终沉降量，节约大量人工材料和资源。
5、解决传统桩体结构功能单一的问题 传统桩体属于无侧限结构，对地基土没有侧向变形限制，对孔隙水的渗流方向和渗流路径、以及渗流速度均没有改变。而格栅结构复合地基同时对上述几个方面具有限制和改变。
图1有侧限结构复合地基平面图
图2有侧限结构复合地基立体图
具体实施例方式
有侧限结构复合地基，包括桩体l，桩体排列构成桩体墙，桩体墙构成桩体隔间2，桩体隔间内是地基土，顶部是承台。
所述的有侧限结构复合地基，其特征在于所述桩体是水泥土桩、石灰桩或者板式桩。
所述的有侧限结构复合地基，其特征在于所述桩体隔间2的面积相等。
所述的有侧限结构复合地基，其特征在于所述桩体隔间2是"井"字桩体隔间。 有侧限结构复合地基和传统无侧限结构复合地基的区别 以下的地基类型均在和人工结构形成的地基满足高层建筑地基承载力(大于360MPa)和变形等要求。 1、有侧限结构复合地基的力学特性
1)有侧限结构复合地基的构成 见图1 2由水泥土桩或石灰桩和表层地基土构成复合地基。桩体侧壁在地基土中有凸起块，这些凸起块相互切割构成桩纵横交叉的墙，地基土被桩墙分隔成等面积的土柱。 2)有侧限结构复合地基中人工结构的性能 图1 2中的桩墙系水泥土或石灰土短(长度大于3m)桩，桩的无侧限抗压强度
和桩径由地基土的泊松比和桩的泊松比的比值、复合地基承载力、最终沉降量等综合确定。 桩墙具有相对的隔水性，渗透系数K = 10—8 10—7cm/s，整个地基有数十个有侧限
结构构成，因此，侧限结构内地基土中的地下水具备一维渗流方向和渗流路径。 在上部荷载的作用下，桩墙对地基土具有侧限作用，严格限制表层土的侧向变形，
地基土处于三维受压状态，除了周边桩墙外，桩墙同样处于三维受压状态。 桩墙系弱强度桩体组成，桩的无侧限抗压强度在1 3MPa，由于桩与桩相切或相
割构成，因此，整体刚度高于图3 4所示的无侧限结构地基。
3)地基土的性能 有侧限结构布置在表层土中，充分发挥表层土的承载力——颗粒强度的发挥，地基土可分担更多的荷载，整个复合地基承担大于560KPa的荷载。 侧限结构的限制，减少表层地基土侧向变形量，同时，减少了地基的总沉降量和差异沉降量(图3中的表层土为地基土，其变形被有侧限结构控制)。4)有侧限结构复合地基的综合性能 满足高层建筑和集中大荷载构筑物对地基承载力和变形的要求。实现了高层建筑和集中大荷载构筑物的基础、基础持力层的浅埋(以图3中的下部土为有侧限结构持力层)——适宜各种集中大荷载点式和条形基础。 对于饱和地基土，有侧限结构和下部土中的相对隔水层结合，可以形成有侧限封闭结构，减缓了地基土施工期间的沉降速率。 地基在共同作用中，把上部荷载转化为地基内部的相互作用力——围压力，围压力作用于地基土和桩墙上，提高了两者的抗压强度，增加了地基的整体强度。
权利要求
有侧限结构复合地基，包括桩体，其特征在于桩体排列构成桩体墙，桩体墙构成桩体隔间，桩体隔间内是地基土，顶部是承台。
2. 如权利要求l所述的有侧限结构复合地基，其特征在于所述桩体是水泥土桩、石灰桩或者板式桩。
3. 如权利要求2所述的有侧限结构复合地基，其特征在于所述桩体隔间的面积相等。
4. 如权利要求3所述的有侧限结构复合地基，其特征在于所述桩体隔间是"井"字桩体隔间。
全文摘要
本发明的目的，是提供一种上软下硬结构的土中，上面软土层三维受力，从而使软土层承载的有侧限结构复合地基。本发明是这样实现的，有侧限结构复合地基，包括桩体，桩体排列构成桩体墙，桩体墙构成桩体隔间，桩体隔间内是地基土，顶部是承台。所述的有侧限结构复合地基，所述桩体是水泥土桩、石灰桩或者板式桩。所述的有侧限结构复合地基，所述桩体隔间的面积相等。所述的有侧限结构复合地基，所述桩体隔间是“井”字桩体隔间。充分利用表层土减少桩基工程的深度和大型化以及高强度。施工工艺简单。环保、节约建筑用材。工艺简单且成熟水泥土和石灰土的各种配合比工艺非常成熟。结合不同的原状土配置满足强度要求的人工结构是非常容易的。
文档编号E02D27/14GK101713195SQ20081014150
公开日2010年5月26日 申请日期2008年10月6日 优先权日2008年10月6日
发明者吴保全 申请人:吴保全