一种流塑状软土地基加固结构及加固方法
【专利摘要】一种流塑状软土地基加固结构及加固方法，可有效抵抗动荷载，提高CFG桩抗剪强度，并扩大CFG桩的使用范围。加固结构包括纵向、横向间隔设置于流塑状软土层内的钻孔压灌素混凝土桩（10），以及铺设于钻孔压灌素混凝土桩（10）顶面的褥垫层，基础（30）构筑于褥垫层之上。所述钻孔压灌素混凝土桩（10）表面外包裹土工布内套筒（11），土工布内套筒（11）表面外包裹粘结土工格栅外套筒（12）。
【专利说明】一种流塑状软土地基加固结构及加固方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及土木工程，特别涉及一种流塑状软土地基加固结构及加固方法。
【背景技术】
[0002]流塑状软土大量分布在我国的沿海地区，它具有高含水率，有的甚至超过100%，土体孔隙比大，压缩性高，有的土体中的孔隙的体积达到固体体积的25倍，高灵敏度，抗剪强度很低，一般不超过5kPa，易产生蠕动等特性。
[0003]柔性桩处理时，极易因桩周土体强度太低而不能提供足够的侧向约束力，发生侧向鼓胀而导致整个复合地基失效。
[0004]半刚性桩，如钻孔压灌素混凝土桩(CFG桩)加固流塑层尤其是倾斜流塑层时，承受动荷载(如施工时桩周正灌注沉管的桩对已施工的桩的影响、路基车辆荷载、地震荷载等)时，极容易遭受土体给它的剪切力而出现断桩，此外，在深厚软土层，常常需要将桩打至较深土层，而CFG桩由于其抗剪强度低，常出现断桩，桩长通常只能设计为10-15m。
[0005]刚性桩，如预应力管桩、水泥搅拌桩等处理时，孔隙水不易消散，且由于其与建筑物刚性连接，一旦发生地震，建筑桩的震动将直接牵连到建筑体的震动，因此其抗震性能较差。且预应力管桩造价高。
[0006]综上所述，在现有的流塑状软土地基加固措施中，柔性桩处理流塑状软土强度不够，而刚性桩处理则不易排水且造价太高。
【发明内容】
[0007]本发明所要解决的技术问题是提供一种流塑状软土地基加固结构，可有效抵抗动荷载，提高CFG桩抗剪强度，并扩大CFG桩的使用范围。
[0008]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:本发明的一种流塑状软土地基加固结构，包括纵向、横向间隔设置于流塑状软土层内的钻孔压灌素混凝土桩，以及铺设于钻孔压灌素混凝土桩顶面的褥垫层，基础构筑于褥垫层之上，其特征是:所述钻孔压灌素混凝土桩表面外包裹土工布内套筒，土工布内套筒表面外包裹粘结土工格栅外套筒。
[0009]所述褥垫层由依次铺设的下褥垫层、土工格栅层和上褥垫层复合构成。
[0010]本发明所要解决的另一技术问题是提供采用上述流塑状软土地基加固结构的流塑状软土地基加固方法，该方法包括如下步骤:①钻桩孔至设计深度；②下放保护套管至桩孔内，套管内放置粘结为一体的土工布内套筒、土工格栅外套筒；③向套管内泵压钻孔压灌素混凝土桩混合料；④抽除套管，清除桩间土保护土层和钻孔压灌素混凝土桩桩头至桩顶设计标高；?施工褥垫层。
[0011]本发明具有如下有益效果，孔隙水可沿着桩外土工格栅及时排出，可极大地提高CFG桩的抗剪强度，且有利于地震荷载时孔隙水压力的消散；在土工布内套筒和土工格栅外套筒的径向约束下，桩身刚度得到很大的提高，由于提高了 CFG桩抗剪强度，CFG桩可设计得更长，嵌入稳定下卧层中，从而提高了桩的侧摩阻力和端承载力，并能有效地减小变形，可极大地扩大CFG桩的使用范围；土工布内套筒可避免成桩过程中淤泥填充进来造成缩颈和桩身夹泥，以及沉桩时进水等成桩质量问题，防止周围腐蚀物质对桩身的侵蚀，提高CFG桩的耐久性；土工格栅外套筒外表面粗糙，有利于侧摩阻力的发挥；在褥垫层中设置的土工格栅层可对地基进行水平向加筋，减小差异沉降；施工简单，节省资金，土工布内套筒和土工格栅外套筒可在工厂统一生产，且其造价不高。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]本说明书包括如下五幅附图:
[0013]图1是本发明一种流塑状软土地基加固结构的断面示意图；
[0014]图2是图1中A局部的放大示意图；
[0015]图3是图1中B局部的放大示意图；
[0016]图4是本发明一种流塑状软土地基加固结构的排水示意图，土中箭头表示排水方向；
[0017]图5是本发明一种流塑状软土地基加固结构沿桩体外缘排水细部示意图。
[0018]图中构件、部位名称及所对应的标记:钻孔压灌素混凝土桩10、土工布内套筒11、土工格栅外套筒12、上褥垫层21、下褥垫层22、土工格栅层23、基础30。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0020]参照图1，本发明的一种流塑状软土地基加固结构，包括纵向、横向间隔设置于流塑状软土层内的钻孔压灌素混凝土桩10，以及铺设于钻孔压灌素混凝土桩10顶面的褥垫层，基础30构筑于褥垫层之上。参照图3，所述钻孔压灌素混凝土桩10表面外包裹土工布内套筒11，土工布内套筒11表面外包裹粘结土工格栅外套筒12。
[0021]参照图3，所述土工布内套筒11沿钻孔压灌素混凝土桩10全长包裹，且底端封口，具有隔离、防水、防腐蚀和加筋的作用，土工布底部封口，包裹在水泥粉煤灰碎石桩体的外表面，与其固结成一个整体，将桩体材料与周围土体隔离开，为桩体提供极大的径向约束力，提闻粧体的刚度。
[0022]参照图3，所述土工格栅外套筒12具有过滤、排水、加筋、耐腐蚀的作用，材料表面粗糙。且材料的选用具有灵活性，当CFG桩的破坏主要发生在桩头时，土工格栅外套筒12可由钻孔压灌素混凝土桩10桩顶向下延伸3-4倍桩径，当稳定下卧层埋藏较深时，土工格栅外套筒12则需要向下延伸至桩底。
[0023]CFG加固流塑层尤其是倾斜流塑层时，承受动荷载(如施工时桩周正灌注沉管的桩对已施工的桩的影响，路基车辆荷载，地震荷载等)时，会引起软土中产生超静孔隙水压力，桩体也极容易遭受土体给它的剪切力而出现断桩。本发明在钻孔压灌素混凝土桩10外包裹土工布内套筒11、土工格栅外套筒12，孔隙水可沿着土工格栅外套筒12及时排出，可极大地提高钻孔压灌素混凝土桩10的抗剪强度。在深厚软土层，由于土的承载力小，压缩性大，含水率高，常常需要将桩打至较深土层，而CFG桩由于其抗剪强度低，常出现断桩，桩长通常只能设计为10-15m，在土工布内套筒11、土工格栅外套筒12的径向约束下，桩身刚度得到很大的提高，桩长可设计得更长，嵌入稳定下卧层中，从而提高了桩的侧摩阻力和端承载力，并能有效地减小变形，极大地扩大了 CFG桩的使用范围。除此之外，土工布内套筒11可避免成桩过程中，淤泥填充进来造成缩颈和桩身夹泥，以及沉桩时进水等成桩质量问题，防止周围腐蚀物质对桩身的侵蚀，提高桩的耐久性。土工格栅外套筒12外表面粗糙，有利于侧摩阻力的发挥，孔隙水可沿着土工布内套筒11、土工格栅外套筒12之间的空隙向上排出，有利于地震荷载时孔隙水压力的消散。
[0024]参照图2，所述褥垫层由依次铺设的下褥垫层22、土工格栅层23和上褥垫层21复合构成。土工格栅层23具有排水隔离的作用，阻隔基础上部水，将地下水隔断并引入边沟。土工格栅层23可对地基进行水平向加筋，减小差异沉降。通常，下褥垫层22、上褥垫层21采用级配砂石铺设，厚度为5-15cm。由于褥垫层材料是高阻尼材料，因而表现出很强的阻尼耗能特性，发生较大振动时，垫层材料则可较早进入弹塑性或塑性状态，使体系的刚度降低，周期加长，这对于避免共振，或减小共振时的振幅具有明显的作用，因而可以隔断部分地震作用。同时，褥垫层也可隔断部分路基车辆荷载，减弱上部振动对流塑状土和桩基造成的影响。
[0025]参照图4和图5，当软土遭受扰动，产生超静孔隙水压力，孔隙水透过土工格栅外套筒12，而流塑状土则被截住，孔隙水由土工布内套筒11、土工格栅外套筒12之间的间隙向上渗出，直到下褥垫层22，再由下褥垫层22、土工格栅层23引入到基础周围的排水沟排出，土工格栅层23具有排水隔离的作用，防止地下水向上渗透，同时把从基础30、上褥垫层21浸透来的水阻隔并引入边沟。
[0026]参照图1，本发明的流塑状软土地基加固方法，包括如下步骤:
[0027]①钻桩孔至设计深度；
[0028]②下放保护套管至桩孔内，套管内放置粘结为一体的土工布内套筒11、土工格栅外套筒12，套管内径和土工布内套筒11、土工格栅外套筒12组合体外径与桩径相匹配；
[0029]③向套管内泵压钻孔压灌素混凝土桩10混合料；
[0030]④清除桩间土保护土层和钻孔压灌素混凝土桩10桩头至桩顶设计标高；
[0031]⑤施工褥垫层。依次铺筑设下褥垫层22、土工格栅层23、上褥垫层21，土工格栅层23中相邻格栅搭接长度为30cm，采用铁丝绑扎固定，格栅在基础边缘处，宽铺2.5m?3m，待上褥垫层21铺筑完毕后进行回折，下褥垫层22、上褥垫层21采用级配砂石铺设，厚度为
5-15cm，砂石粒径宜为8-20mm，碎石与砂的体积比选用1:2。下褥垫层22、上褥垫层21先虚铺，完成后采用静力或动力压实至设计厚度，夯填度一般不得大于0.90。对较干的砂石材料，虚铺后可适当洒水再行碾压或夯实。
[0032]以上所述只是用图解说明本发明一种流塑状软土地基加固结构及加固方法的一些原理，并非是要将本发明局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
【权利要求】
1.一种流塑状软土地基加固结构，包括纵向、横向间隔设置于流塑状软土层内的钻孔压灌素混凝土桩(10)，以及铺设于钻孔压灌素混凝土桩(10)顶面的褥垫层，基础(30)构筑于褥垫层之上，其特征是:所述钻孔压灌素混凝土桩(10)表面外包裹土工布内套筒(11)，土工布内套筒(11)表面外包裹粘结土工格栅外套筒(12)。
2.如权利要求1所述的一种流塑状软土地基加固结构，其特征是:所述褥垫层由依次铺设的下褥垫层(22)、土工格栅层(23)和上褥垫层(21)复合构成。
3.如权利要求2所述的一种流塑状软土地基加固结构，其特征是:所述土工布内套筒(11)沿钻孔压灌素混凝土桩(10)全长包裹，且底端封口，所述土工格栅外套筒(12)由钻孔压灌素混凝土桩(10)桩顶向下延伸3-4倍桩径或者向下延伸至桩底。
4.采用如权利要求1一 3任意一项所述一种流塑状软土地基加固结构的流塑状软土地基加固方法，包括如下步骤: ①钻桩孔至设计深度； ②下放保护套管至桩孔内，套管内放置粘结为一体的土工布内套筒(11)、土工格栅外套筒(12)； ③向套管内泵压钻孔压灌素混凝土桩(10)混合料； ④抽除套管，清除桩间土保护土层和钻孔压灌素混凝土桩(10)桩头至桩顶设计标高； ⑤施工褥垫层。
【文档编号】E02D5/38GK103590390SQ201310610585
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】邓小宁, 张建经, 张明, 欧阳芳, 方仁宝, 韩建伟, 毕俊伟, 孙延军 申请人:郑州中核岩土工程有限公司, 西南交通大学