一种软土地层上的复合地基施工方法
【专利摘要】一种软土地层上的复合地基施工方法：其主要设备有桩机、柱锤2和筒壁设有投料口3的护筒1，除定位放线，桩机就位准备工序外，还包括以下施工方法：通过反复落锤点击软弱土层，直至柱锤2触及持力层9，造成桩孔4；成单体散体桩6，通过反复投料夯击进行；成散体群桩，在多桩位处，造出相应多单体散体桩，形成散体群桩；成复合地基，经后期处理，形成完整的复合地基。所述固体物料是无机固体物料，与原土共同组成人工混合物。本发明在夯击能作用下，不仅投下的固体物料被夯实，而且不断向四周挤扩，在成桩的的同时，也改变了桩周土体强度，形成桩-土共同受力体，有利于形成大面积软土地基整体加固和置换率较高的复合地基。
【专利说明】一种软土地层上的复合地基施工方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种岩土工程软土地基处理技术，特别涉及一种应用于沿江河、湖海地区修筑工业或民用建筑以及市政工程等软土地层上置换处理的施工方法，具体涉及在软土地层上用散体桩作为增强体的复合地基施工方法，适用于大面积和埋藏较深的软弱土体的置换处理。
【背景技术】
[0002]在淤泥或淤泥质软土地基上建筑成片固定设施或港口、道路等，必须进行大面积地基加固处理，以防止发生地基沉降、塌陷等事故。目前，在岩土工程领域中，对于软弱地基置换处理的施工工艺，常用的方法有真空击实挤密法、堆载预压、深层搅拌、强夯法、振冲碎石桩等，然而这些方法普遍存在承载力低、沉降量大、施工周期长、环境影响大，以及施工质量控制难、施工费用大、处理效果不理想、置换深度不足等相关不利因素。例如:真空击实挤密法和堆载预压法，都属于被动处理方法，施工周期很长，特别是针对高饱和度、低渗透率、具有触变性、软塑或者流塑状态的土体，这些施工方法的处理效果有限；深层搅拌桩的缺点是消耗大量的水泥，而且承载力低；强夯置换法，在软弱土层埋深浅、厚度小的情况下，该方法是一种直接有效的施工方法，但是，当遇到被加固的软弱土层属于埋藏较深、高含水率、软塑或者流塑状态的土体时，却存在设备进场困难、夯击影响深度不足、施工噪音大等缺陷；另外，当遇到含水率高、具有触变性的土体、粘粒含量较高的粘性土时，该方法容易造成橡皮土 ；振冲碎石桩属于散体桩，但置换率低，施工噪音大，污染环境。因此，当需要大面积、深层置换处理软弱地层的情况下，上述常用的施工方法都存在着许多难以克服的技术问题。
【发明内容】
[0003]针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的旨在提供一种具有闻置换率、施工方便、简捷高效的，用于大面积和深层置换竖向增强群体桩体的复合地基施工方法。
[0004]为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是:一种软土地层上的复合地基施工方法，其主要设备有桩机、柱锤和筒壁设有投料口的护筒，除定位放线，桩机就位准备工序外，还包括以下步骤:
[0005]I)成桩孔，通过点击软弱土层进行，造成桩孔；当软土地基承载力小于SOkPa时，不进行此步骤；
[0006]2)成单体散体桩，通过反复投料夯击进行；
[0007]3)成散体群桩，根据所述步骤2)的方法，在多桩位处，造出相应多单体散体桩，形成散体群桩；
[0008]4)成复合地基，经后期处理，形成完整的复合地基。
[0009]在上述软土地层上的复合地基施工方法中，最好在所述步骤I)中，点击软弱土层，步骤包括:[0010]I)提升柱锤，自由落体式点击护筒内的软土层，在提升柱锤过程中，反压护筒下行；
[0011]2)反复落锤点击，直至柱锤触及持力层，造成桩孔，同时护筒下沉至接近持力层。
[0012]在上述软土地层上的复合地基施工方法中，最好在所述步骤2)中，通过护筒壁上的投料口，向护筒内的桩孔投入固体物料，边投料边落锤夯击，在投料夯击过程中，护筒随之上行，由深及浅依次分批投料-夯击，直至桩顶，达到设计标高收锤，形成单体散体桩。
[0013]在上述软土地层上的复合地基施工方法中，最好，所述固体物料是无机固体物料，与原土等夯击组成人工混合物，所述无机固体物料选自固体建筑垃圾、工业废料、矿渣、开山片石、自然级配砂石、鹅卵石、粉煤灰，或石灰等。
[0014]在上述软土地层上的复合地基施工方法中，最好，所述无机固体物料的粒径小于400mm。
[0015]在上述软土地层上的复合地基施工方法中，最好，所述持力层埋置深度小于35m。
[0016]在上述软土地层上的复合地基施工方法中，最好在所述步骤3)中，以预定的布桩形式，在选定的多桩位处，造出相应的多单体散体桩，在反复投料-夯击-成桩过程中，桩间土体被挤密，形成桩体-土体共同受力的散体群桩。
[0017]在上述软土地层上的复合地基施工方法中，最好，在所述步骤3)中，所述多个单体散体桩的施工顺序，采用从里向外或者从中心向外全场跳打方式进行。
[0018]在上述软土地层上的复合地基施工方法中，在所述步骤4)中，根据施工现场不同的地质条件和不同的设计要求，后期处理时，可采用再碾压、强夯置换或再重复夯填置换等处理方式，形成适用、完整的复合地基。
[0019]本发明技术方案的有益效果是:软土地基加固的面积往往很大，而且软土地基大面积范围内的地质结构变化极其复杂。基于这种情况，本发明的技术方案采用散体桩作为增强体，该散体桩通过柱锤直接点击护筒内的软弱土层，直至触及持力层，再边投入固体物料边落锤夯击，反复投料夯击成桩。因此，本发明散体桩桩长能够达到一定埋置深度的较好土层持力层，并能深入其内，以满足工程设计要求；由深及浅地依次夯击固体物料，反复投料夯击成桩，因此，本发明在夯击能作用下，不仅投下的固体物料被夯实，而且不断向四周挤扩，在成桩的同时，也改变桩周土体强度，形成桩-土共同受力体，有利于形成大面积软土地基整体加固和置换率较高的复合地基；另外，在成桩过程中，由于地质条件和设计要求不同，每根桩的填料量、桩径、桩长、桩距、夯击次数和落锤高度等都可以调整，所以，本发明可以通过调整施工参数方式，应对软土地基在复杂地质条件下多变的特性，包括在高含水率的软土地区施工；散体桩透水性好,拒腐蚀性介质。本发明简捷高效,可大幅降低投资成本。
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明点击软弱土层的施工过程剖视示意图，图中的柱锤处于提升位；
[0022]图2为图1中所示柱锤点击软土层过程的剖视示意图；
[0023]图3为本发明投料夯击施工过程的剖视示意图，图中的柱锤处于提升位；
[0024]图4为图3中所示投料夯击过程的剖视示意图；[0025]图5为本发明单体散体桩成桩结构剖视示意图；
[0026]图6为散体群桩布桩的剖视示意图。
【具体实施方式】
[0027]竖向增强体整体复合地基是软土地基加固处理技术之一，本发明软土地层上的复合地基施工方法具有简单、灵活、高效的优点。
[0028]在本发明的施工方法中，直接相关的设备有桩机(图中未示出)、柱锤2和护筒1，这些设备都是可重复使用的工具。其中，桩机为常规机械装置；护筒1，沿其周壁设置多个投料口 3，所述投料口 3呈上下交叉布置；柱锤2，可选用细长锤。在施工过程中，柱锤2用主卷扬机(图中未示出)通过上滑轮(图中未示出)提升，护筒I借助其吊环5用副卷扬机(图中未示出)通过下滑轮(图中未示出)反压，由此得以实施成桩孔、投料夯击和成桩的施工步骤。
[0029]图1和图2示出本发明的造桩孔4施工过程。在造桩孔4之前，先完成定位放线，桩机就位的准备工序，将护筒I对准桩位。再用柱锤2点击软弱土层，成桩孔4，其步骤包括:
[0030]A、提升柱锤2到指定高度，自由落体式点击护筒I内软弱土体,软弱土体开始形成桩孔4，与此同时，在提升柱锤2过程中，反压护筒I下行。
[0031]B、反复落锤点击，直至柱锤2触及持力层9，造成桩孔4，此时护筒I下沉至接近持力层9。所述护筒I对桩孔4壁可起到部分支撑作用。由于沿护筒I周壁设有多个投料口3，完成点击后，在桩孔4下方仍留有部分软弱土体。
[0032]当软土地基承载力小于SOkPa时，成孔困难，可直接反压护筒下行，不进行点击软弱土层的成桩孔步骤，直接进行投料夯击步骤，不会影响单体散体桩的形成。
[0033]图3、图4和图5示出经反复投料夯击形成单体散体桩的施工过程。通过护筒I壁位于自然地面的投料口 3，同时向护筒I内的桩孔4投入固体物料，边投料边自由落体式落锤夯击。在投料夯击过程中，护筒I随之上行。上述步骤，由深及浅依次进行，其间，固体物料部分被击碎，向四周土体挤扩，软弱土体被挤密，形成一定桩径的增强体，再反复用固体物料置换软弱土体，直至桩体顶，达到设计标高7收锤，形成单体散体桩6，护筒I上升至地面，如图5所示。
[0034]根据本发明的施工方法,从持力层开始落锤夯击固体物料,单体散体桩6的根部可以夯入持力层9，从而增加增强体径向的稳固性。
[0035]无机固体物料可以选自直径小于400mm的固体建筑垃圾、工业废料、矿洛、开山片石、自然级配砂石、鹅卵石、粉煤灰，或石灰等，添加生石灰可使地下水产生水化热，快速吸收土体孔隙水后固化，加速土体固结。本发明不采用钢材和水泥，从而在沿海地区地基处理工程中，该固体物料不惧地下水，不惧氯离子和硫酸根离子等各种腐蚀性介质，可使增强体长期处于较稳固状态。在实际操作中，可根据现场不同的地质条件和不同的设计要求，调整每批投料量，调整夯击次数和夯击能等，具有一定的灵活性。在一般条件下，为了减少固体物料投放的工程量，在投料过程中，还可以就地添加原土，或者消纳隆起部分的原土混合夯击，增加被挤密土体的密实度，从而增强桩土共同作用的挤密功能。
[0036]在护筒I的相应高度上，设置的多个投料口 3，可以实现同时交互投料，缩短投料时间；在投料过程中，固体物料、原土和通过投料口 3渗入的地下水等，在锤击时，能够产生混合搅拌作用；在提升护筒I时，还可以减小护筒I外壁与周围土体的吸附力，加速护筒I提升。在夯击置换完成后，形成单体散体桩6，移出护筒1，再用护筒I施工下一根桩。
[0037]本发明夯击的特点在于自由落体式点击，柱锤2选用细长锤，由于柱锤直径小，夯击能量大，地下深层置换效果很好。当柱锤2直径小于400mm时，柱锤2越重，落距越大，夯击能越大，单体散体桩6挤扩直径越大，竖向夯实越密实。
[0038]参见图6，散体群桩根据设计要求，可选等边三角形或矩形布桩，或者满堂布桩，施工方法以单体散体桩6作为增强体，采用从里向外或者从中心向外全场跳打方式进行，软土地基经过大面积置换处理后，构成增强体和由被挤密土体8围箍的散体群桩。在实际操作中，可根据设计要求，在散体群桩的外围，再布置多排单体散体桩6，以抵御整体复合地基的径向变形。
[0039]大面积置换完成后，根据实际工程需要，可以米用震动压路机对地表或基底反复再碾压多遍，或用强夯法再置换，或重复夯填置换，再铺设褥垫层12。根据设计要求，可在褥垫层12上浇筑基础11，承担荷载10。其中，再碾压或者强夯置换等处理的效果是:散体桩提前产生径向变形，使被挤密土体8更加密实，地基承载力获得进一步提高，由此构成完整的复合地基。在该复合地基中，由桩身和桩周土体构成共同体，整体受力，承载强度非常高，变形很小。
[0040]本发明施工方法是利用柱锤2以自由落体式、从持力层9开始夯击投入的固体物料，持力层9深度可达35m。通过本方法加固处理，形成具有大面积和深层竖向增强群体的桩体复合地基。本发明 适用于高速公路、铁路、油罐、仓库、机场、大面积堆载场地等，地基承载力小于350kPa的复合地基和基础工程。
[0041]实施例:下面给出按本发明方法在不同地质条件下的施工实例，由于施工的步骤均与上面所述的相同，不再重复叙述。
[0042]实施例1
[0043]某工业仓库面积20，OOOm2,单层轻钢结构。地质条件:自然地面以下18~20m淤泥，地基土承载力特征值fak = 40kPa, Es = 1.44MPa ;持力层为粉土，地基土承载力特征值fak = 190kPa, Es = 10.49MPa。设计要求地坪以下地基土承载力特征值fak = IOOkPa0
[0044]原方案:按6*6米设置混凝土承台，每承台下设4根Φ600预应力管桩,桩长30m,承台上设主次梁和180厚的钢筋混凝土楼板。
[0045]本方案，用Φ 1200~150002500布置增强体，桩长为18~20m，按等边三角形满堂布桩；三角形型心设Φ 1200，桩长Sm增强体一根，呈长短桩交替布桩。处理结果经过检测显示，地基土承载力特征值达fak = 150kPa，包括柱基基础都能够满足设计要求，不用另外施打预应力管桩。总造价比原方案节省30%以上。
[0046]实施例2
[0047]某5万m3油罐基础,直径Φ60ηι。地质条件:自然地面以下20m ?於泥质粘土,无硬壳层，地基土承载力特征值fak = 45kPa，Es = 3.14MPa ;持力层为粉质粘土，地基土承载力特征值fak = 180kPa, Es = 3.62MPa。设计要求基础以下地基土承载力特征值fak = 250kPa。
[0048]原方案:按Φ600预应力管桩，桩长36m，满堂布桩。
[0049]本方案，用Φ 1800~2500增强体，满堂布桩；罐与罐之间及周边按Φ 150001500布置增强体，桩长均为20m。施工完毕，经强夯置换再处理；处理结果经过测试，罐基础地基土承载力特征值fak = 285kPa，地基土承载力提高6倍多；其余fak = 160kPa，承载力和变形均满足设计要求。总造价节约1/3以上。
[0050]实施例3
[0051]某机场跑道,地质条件:素填土下有8?15m厚不同的粘质粉土,该层下有5?8m厚湿陷性黄土，持力层为相对较好的土层。本方案先采取引孔方法，再把护筒反压到持力层上方，投料夯填固体物料，将湿陷性黄土层置换完成后，边投料夯击，边提升护筒，再将引孔部分夯填密实。本方案处理软土地基夹心层效果最好。
[0052]实施例4
[0053]某高速公路，建成不久遇暴雨袭击，路面发生大面积不均匀沉降和开裂，返修工程量非常大。本方案，先采取按等边三角形凿孔方案，将基层凿透，直到持力层，再将护筒反压到相对较好的持力层上方，投料夯填开山片石和原土，置换软土地基和空置部分。处理结果显示，本方案整体置换方法简单，容易操作，效果很好。
[0054]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种软土地层上的复合地基施工方法:其主要设备有桩机、柱锤和筒壁设有投料口的护筒，施工方法包括定位放线，桩机就位步骤，其特征在于，还包括以下步骤: 1)成桩孔，通过点击软弱土层进行，造成桩孔；当软土地基承载力小于SOkPa时，不进行此步骤； 2)成单体散体桩，通过反复投料夯击进行； 3)成散体群桩，根据所述步骤2)的方法，在多桩位处，造出相应多单体散体桩，形成散体群桩； 4)成复合地基，经后期处理，形成完整的复合地基。
2.根据权利要求1所述的复合地基施工方法，其特征在于，在所述步骤I)中，点击软弱土层，步骤包括: 1)提升柱锤，自由落体式点击护筒内的软土层，在提升柱锤过程中，反压护筒下行； 2)反复落锤点击，直至柱锤触及持力层，造成桩孔，同时护筒下沉至接近持力层。
3.根据权利要求2所述的复合地基施工方法，其特征在于，在所述步骤2)中，通过护筒壁上的投料口，向护筒内的桩孔投入固体物料，边投料边落锤夯击，在投料夯击过程中，护筒随之上行，由深及浅依次分批投料-夯击，直至桩顶，达到设计标高收锤，形成单体散体桩。
4.根据权利要求3所述的复合地基施工方法，其特征在于，所述固体物料是无机固体物料，与原土等夯击组成人工混合物，所述无机固体物料选自固体建筑垃圾、工业废料、矿渣、开山片石、自然级配砂石、鹅卵石、粉煤灰，或石灰等。
5.根据权利要求4所述的复合地基施工方法，其特征在于，所述无机固体物料的粒径小于400mm。
6.根据权利要求5所述的复合地基施工方法，其特征在于，所述持力层埋置深度小于35m。
7.根据权利要求6所述的复合地基施工方法，其特征在于，在所述步骤3)中，以预定的布桩形式，在选定的多桩位处，造出相应多的单体散体桩，在反复投料-夯击-成桩过程中，桩间土体被挤密，形成桩体-土体共同受力的散体群桩。
8.根据权利要求7所述的复合地基施工方法，其特征在于，在所述步骤3)中，所述多个单体散体桩的施工顺序，采用从里向外或者从中心向外全场跳打方式进行。
【文档编号】E02D3/08GK103966995SQ201310030984
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年1月28日 优先权日:2013年1月28日
【发明者】丁思华, 丁锦良 申请人:丁思华, 丁锦良