专利名称：长桩短墩复合地基处理方法
技术领域：
本发明涉及一种复合地基处理方法，其应用于水利水电、石油石化、船舶制造、物流堆 场等领域建构筑物、堆场、油罐地基等工程的地基处理，具体的说是一种解决深厚填土或吹 填陆域形成等地基的承载力不足和沉降控制难度大的新方法。
背景技术：
目前，处理深厚填土或吹填陆域形成地基，常用的地基处理方法包括有堆载预压法、强 夯法、强夯置换法、水泥土搅拌桩法、CFG (Cement Fly-ash Grave，水泥粉煤灰碎石桩)桩 法、挤密砂石桩法、刚性桩、柔性桩、及刚柔性复合桩基法，沉降控制复合桩基法等等。
其中强夯法、强夯置换法是最经济高效的处理方法，处理后对地基承载力的提高效果显 著， 一般均可满足常规建构筑物的承载力要求，但其缺点是，目前的强夯或强夯置换工艺， 加固深度有限，国内目前最高能级10000kN.m，置换深度6 8m左右，当地基存在软弱下 卧层时，对于大荷载的独立基础或大面积堆载或大型储罐基础，由于地基附加应力大，影响 深度深，地基沉降很难通过强夯或强夯置换完全解决。
沉降控制复合桩基法是一种以地基沉降控制为主的桩基形式，复合桩基是一种新的桩基 础设计方法和设计概念，它与以前桩基础设计一样同样要求设计必须满足强度条件(即有2.0 以上的总安全度)和满足沉降条件。所不同的是通过大量的试验和建筑物原型观察，更进一 步了解了承台下桩和土体共同工作的非线性全过程，从而在强度条件的计算中提出了合理地 充分利用桩与承台下土体共同工作的新概念。这一设计方法和设计概念的研究自上世纪八十 年代初期就在上海市民用建筑设计院(现现代设计集团上海建筑设计研究院)就开始工作了。 到1988年首次在上海康健住宅区和康乐示范小区200多万nf的多层住宅中进行大面积的推广 应用。仅在这一个大项目中就节约投资l个亿以上。这一方法一经推出，立即在我国的工程 界引起很大反响。在这方面的研究和推广应用成了近十多年来大家研究的一个热点，这一设 计方法在上海地区很快被普遍采用。应用于多层及小多层设计的经验写入了上海市《地基基 础设计规范》(DGJ08-11-1999)，至今至少已在几千万平米的民用建筑和工业项目中得到应用。 目前，该方法已写入《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)。沉降控制复合桩基应用于地基承载 力比较好的地质条件中，对于深厚填土或吹填软土地基承载力低，而且通常自重固结未完成， 沉降控制复合桩基的应用具有局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种长桩短墩复合地基处理方法，其通过强夯或强夯置换联合沉 降控制桩达到应力重分布、位移协调，可应用于深厚填土或软土地基上对承载力和沉降要求 都比较高的建构筑物基础的地基处理中，特别是大荷载的独立基础或大面积的设备基础等， 如大型厂房独立基础、大型油罐基础等。
为达到以上目的，本发明所采用的解决方案是一种复合地基处理方法，包括
1、 采用强夯或强夯置换与墩间插桩相结合工艺，形成深浅结合处理的"长桩短墩基础"， 达到采用强夯或强夯置换墩与桩基复合满足地基承载力要求，沉降控制桩解决深层地基沉降 的目的。
2、 采用适当能级工艺的强夯或强夯置换法在地基中形成一定置换率的密实墩体，直径
1.5 2.5m、墩体长度6.0 10.0m;置换墩间土亦采用适当能级的强夯法进行加固。强夯置换 及强夯法的设计可根据现行规范建议的方法进行，置换填料可选择一定级配的碎、块石，级 配较好的山皮土亦可。
3、 强夯或强夯置换墩布点原则是独立基础长度方向对称布设一个或多个置换点，置换 点之间布设沉降控制桩；条形基础长度方向均匀布设多个置换点，置换点间按设计间距布置 沉降控制桩；大尺寸基础(如油罐基础)下，'置换墩布点按承载力计算所需的置换率矩形或 梅花形布点，沉降控制桩按沉降计算所需的桩数，在置换墩间按矩形或梅花形布置。
4、 沉降控制桩采用预制桩、现浇灌注桩、素混凝土桩或CFG桩刚性及半刚性桩体，桩 顶可设置桩帽，桩帽为圆形或方形，其直径或者边长为2 6倍的桩径，桩帽厚度根据混凝土 抗冲切验算确定。沉降控制桩的桩径、桩长等参数按考虑桩土应力分担后的桩基承载力验算 确定，桩土应力比应通过现场测试获得，桩土应力比一般取4 10之间。
5、 对端承为主的沉降控制桩，桩顶设有桩帽，及应铺设不小于20cm厚的碎石垫层；对 摩擦为主的沉降控制桩，桩顶可不设垫层，桩顶伸入基础内固接。
6、 本发明的设计方法原则
首先按地基承载力要求进行强夯或强夯置换设计，按规范及地区经验确定置换点的间距、 置换率，选择适宜的强夯能级，夯锤类型根据土层条件选择平锤或柱锤，并按常规复合地基 方法验算复合地基承载力是否满足设计要求；然后进行强夯或强夯置换地基的沉降计算，沉 降不满足设计要求，再确定是否可通过改变强夯或强夯置换工艺使满足设计要求，如果强夯 及强夯置换工艺设计无法满足沉降要求，则进行墩间沉降控制桩设计，根据复合桩基沉降计 算，确定合适的桩数，使桩与桩间墩土地基变形协调，达到共同作用的目的。
复合桩基沉降计算的方法依据常规复合桩基沉降计算方法，其中桩间土应取强夯加固后 的模量参数计算，采用复合模量计算。最后进行桩基布置设计。
复合模量计算公式为￡、, =m￡,。上式中，￡,,为复合压縮模量；g为墩体压 縮模量(一般取20 30MPa)， ￡,为地基土压缩模量。
7、 本发明施工工艺先施工强夯或强夯置换点，尽量增加强夯或强夯置换深度(6.0 10.0m)，在施工过程夯坑过深(夯坑深度超过锤高1.5 2.5m)，造成继续困难时可进行填料， 然后继续施工，直到达到特定的收锤标准要求；完成所有强夯或强夯置换后，整平场地进行 平锤强夯施工， 一次施工达到设计收锤标准；整平场地进行桩基及桩帽施工；最后复合地基 垫层施工，达到设计的密实度要求；交付上部结构单位进行基础及上部结构施工。
本发明的复合地基处理方法实施步骤包括
1、 收集资料，包括场地回填前、后的地质资料和基础结构设计资料。
2、 结合地质资料、基础结构设计资料，确定强夯或强夯置换能级、夯锤类型及大小、置 换率和布点方式，确定沉降控制桩的桩长、桩型、桩数等，进行强夯或强夯置换墩、沉降控 制桩的平面布置。
3、 先施工强夯或强夯置换墩，增加强夯或强夯置换深度，确保置换加固深度达到6.0 10.0m或持力层，在施工过程夯坑过深(夯坑深度超过锤高1.5 2.5m)出现困难时可进行填 料，然后继续施工，直到达到设计要求的收锤标准。
4、 完成所有强夯或强夯置换墩施工后，整平场地进行墩间土或原点强夯施工，达到设计 要求的收锤标准。
5、 完成置换墩及场地整平处理后，在墩间施工沉降控制桩及桩帽结构。
6、 最后进行上部垫层施工，完成施工检测后交付上部基础施工。
由于采用了上述方案，本发明具有以下特点由于采用强夯或强夯置换法解决大面积地 基加固，造价较省，而沉降控制桩基数量通常为常规桩基设计时用桩量的50%左右，能大幅 节省造价、加快工期。
图1为本发明实施例长桩短墩复合地基设计施工工艺流程图。
图2为本发明实施例一的沉降控制桩和强夯或强夯置换墩布点方法示意图。
图3为图2中实施例一的基础相对示意图。
图4为本发明实施例二的沉降控制桩和强夯或强夯置换墩布点方法示意图。 图5为图4中实施例二的基础相对示意图。
图6为本发明实施例三的沉降控制桩和强夯或强夯置换墩布点方法示意图。 图7为图6中实施例三的基础相对示意图。
具体实施例方式
以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
图2 图7为本发明沉降控制桩和强夯或强夯置换墩布点方法与基础相对示意图。在具 体实施时，根据基础型式，可以采用不同夯点布置方法或其组合进行地基处理设计。
对独立基础，可采用图2或图4的布置方式，在独立基础1范围内通过强夯或强夯置换 对称施工2 4个置换墩体2，墩间布置沉降控制桩3;对大型筏板或大面积堆场基础可采用 图6所示的布置方式，置换墩2与沉降控制桩3按矩形或梅花形相间布置。通过墩土复合作 用满足地基承载力要求，通过墩间沉降控制桩解决基础沉降问题。对于摩擦为主的沉降控制 桩，桩顶可与基础固接连接，对于端承为主的沉降控制桩，桩顶应设置桩帽4及桩顶碎石或 砂垫层5，垫层厚度根据桩土相对刚度确定， 一般在3 0 1 0 0 cm，以调解桩土应力分 布。
在具体实施时，先进行置换墩夯点及普通强夯施工，然后再进行沉降控制桩及桩帽施工， 最后进行后续工艺施工。
某工程为大型船舶工业厂房地基处理工程，由于船体制造车间，吊车荷载较大，单柱基 础最不利组合最大竖向荷载达到8000kN，对地基承载力要求高，基础尺寸大，造成地基压縮 层厚度增大。本工程地基土层分布情况为第①层开山山皮土填土层，厚度约8 10m:松散 稍密状态，填土成份以全风化残积土为主，夹少量碎石块。结构疏松且存在大空隙和孔隙，
强度很低。第②层淤泥质土层流塑 软塑状态，主要成份以淤泥质、粉质粘土为主，含贝
壳碎屑及腐殖质，包含粉细砂、粉土团、粘土团，承载力较低。在已回填区域，厚度为3 5m。其下为角砾与基岩层。
在本工程中，地基处理的重点是柱基下地基加固处理， 一方面提高地基承载力，另一方面，提高加固深度，使地基压縮层内变形满足柱基的沉降和差异沉降要求，保障柱基的安全。
为很好地加强柱基础下地基处理，经设计计算，本工程采用图2长桩和短墩布点工艺， 具体实施步骤如下
(1) 在柱基础长轴方向对称布设四个8000kN.m的强夯或强夯置换点，采用柱锤置换， 夯锤直径为1.2m;(注根据碎石填土厚度和基础要求，可在3000kN.m 10000kN.m之间调
整置换能级)。
(2) 完成置换墩夯点施工完成后，进行普通强夯施工，能级为3000kN.m，处理目标为加 固墩间土；
(3) 整平场地，进行墩间沉降控制桩基施工，桩基采用PHC (预应力高强混凝土)桩 (因基岩较浅，采用端承为主的摩擦桩，为协调桩、墩土之间的变形，桩帽尺寸为lmxlm
x0.25m，并设置30cm厚加筋碎石垫层)；
(4) 检测合格后提交上部结构及基础施工。 本发明综合强夯或强夯置换和沉降控制复合桩基各自的优点，将二者相结合，利用桩帽、
桩顶褥垫层等措施调节桩土间的应力平衡，使其达到应力重分布、位移协调的目的，充分发 挥桩基控制沉降，桩、土、置换墩复合承载的优点。
本发明可应用于大规模填海造地或深厚软土地基处理工程中，是对荷载和沉降要求较高 基础的复合地基处理方法，充分发挥强夯或强夯置换地基与沉降控制桩的优点，强夯或强夯 置换解决浅层地基承载力问题，沉降控制桩，利用桩、墩土间的应力分配，解决地基沉降的 问题。特别是对大荷载的独立基础和大面积的筏板基础或堆场地基，以及地基承载力要求高、 沉降敏感区域进行地基处理设计时，采用本方法可以一次性满足荷载要求、消除填土自重沉 降和固结沉降问题，同时通过长桩和短墩的共同作用,解决大荷载、大面积基础的变形问题。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉 本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应 用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技 术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
权利要求
1、一种复合地基处理方法，其特征在于其在地基中设置换墩及墩间插桩以满足地基承载力和变形要求。
2、 如权利要求1所述的复合地基处理方法，其特征在于其通过强夯或强夯置换法进行 设墩，墩间设沉降控制桩。
3、 如权利要求1所述的复合地基处理方法，其特征在于该置换墩的墩体直径为1.5 2.5m、墩体长度6.0 10.0m。
4、 如权利要求1所述的复合地基处理方法，其特征在于置换墩布点原则是独立基础 长度方向对称布设一个或多个置换点换墩，置换点之间布设沉降控制桩作为墩间插桩；条形 基础长度方向均匀布设多个置换点换墩，置换点间按设计间距布置沉降控制桩作为墩间插桩； 大尺寸基础下，置换墩布点按承载力计算所需的置换率矩形或梅花形布点，沉降控制桩按沉 降计算所需的桩数，在置换墩间按矩形或梅花形布置。
5、 如权利要求1所述的复合地基处理方法，其特征在于墩间所设沉降控制桩采用预制 桩、现浇灌注桩、素混凝土桩或CFG桩刚性及半刚性桩体，桩顶设置桩帽，桩帽为圆形或方 形，其直径或者边长为2 6倍的桩径。
6、 如权利要求1所述的复合地基处理方法，其特征在于对端承为主的沉降控制桩，桩 顶宜设置桩帽，及铺设不小于20cm厚的碎石垫层；对摩擦为主的沉降控制桩，桩顶可不设垫层，桩顶伸入基础内。
全文摘要
一种长桩短墩复合地基处理方法，其在地基中设置换墩及墩间插桩以满足地基承载力和变形要求，主要是通过强夯或强夯置换法进行设墩，并于墩间设沉降控制桩。其置换墩布点原则是独立基础长度方向对称布设一个或多个置换点换墩，置换点之间布设沉降控制桩作为墩间插桩；条形基础长度方向均匀布设多个置换点换墩，置换点间按设计间距布置沉降控制桩作为墩间插桩；大尺寸基础下，置换墩布点按承载力计算所需的置换率矩形或梅花形布点，沉降控制桩按沉降计算所需的桩数，在置换墩间按矩形或梅花形布置。本发明具有造价节省、施工经验成熟、工艺简单、效果显著的优点，经济有效地解决深厚填土或软土地基承载力不足、地基变形大和不均匀的问题。
文档编号E02D3/08GK101591903SQ20091005345
公开日2009年12月2日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者何立军, 朱建锋, 梁富华, 梁永辉, 水伟厚, 王亚凌 申请人:上海现代建筑设计(集团)有限公司;上海申元岩土工程有限公司;中化岩土工程有限公司