長樁短墩複合地基處理方法
2023-08-10 21:38:01 2
專利名稱：長樁短墩複合地基處理方法
技術領域：
本發明涉及一種複合地基處理方法，其應用於水利水電、石油石化、船舶製造、物流堆 場等領域建構築物、堆場、油罐地基等工程的地基處理，具體的說是一種解決深厚填土或吹 填陸域形成等地基的承載力不足和沉降控制難度大的新方法。
背景技術：
目前，處理深厚填土或吹填陸域形成地基，常用的地基處理方法包括有堆載預壓法、強 夯法、強夯置換法、水泥土攪拌樁法、CFG (Cement Fly-ash Grave，水泥粉煤灰碎石樁)樁 法、擠密砂石樁法、剛性樁、柔性樁、及剛柔性複合樁基法，沉降控制複合樁基法等等。
其中強夯法、強夯置換法是最經濟高效的處理方法，處理後對地基承載力的提高效果顯 著， 一般均可滿足常規建構築物的承載力要求，但其缺點是，目前的強夯或強夯置換工藝， 加固深度有限，國內目前最高能級10000kN.m，置換深度6 8m左右，當地基存在軟弱下 臥層時，對於大荷載的獨立基礎或大面積堆載或大型儲罐基礎，由於地基附加應力大，影響 深度深，地基沉降很難通過強夯或強夯置換完全解決。
沉降控制複合樁基法是一種以地基沉降控制為主的樁基形式，複合樁基是一種新的樁基 礎設計方法和設計概念，它與以前樁基礎設計一樣同樣要求設計必須滿足強度條件(即有2.0 以上的總安全度)和滿足沉降條件。所不同的是通過大量的試驗和建築物原型觀察，更進一 步了解了承臺下樁和土體共同工作的非線性全過程，從而在強度條件的計算中提出了合理地 充分利用樁與承臺下土體共同工作的新概念。這一設計方法和設計概念的研究自上世紀八十 年代初期就在上海市民用建築設計院(現現代設計集團上海建築設計研究院)就開始工作了。 到1988年首次在上海康健住宅區和康樂示範小區200多萬nf的多層住宅中進行大面積的推廣 應用。僅在這一個大項目中就節約投資l個億以上。這一方法一經推出，立即在我國的工程 界引起很大反響。在這方面的研究和推廣應用成了近十多年來大家研究的一個熱點，這一設 計方法在上海地區很快被普遍採用。應用於多層及小多層設計的經驗寫入了上海市《地基基 礎設計規範》(DGJ08-11-1999)，至今至少已在幾千萬平米的民用建築和工業項目中得到應用。 目前，該方法已寫入《建築樁基技術規範》(JGJ94-2008)。沉降控制複合樁基應用於地基承載 力比較好的地質條件中，對於深厚填土或吹填軟土地基承載力低，而且通常自重固結未完成， 沉降控制複合樁基的應用具有局限性。
發明內容
本發明的目的在於提供一種長樁短墩複合地基處理方法，其通過強夯或強夯置換聯合沉 降控制樁達到應力重分布、位移協調，可應用於深厚填土或軟土地基上對承載力和沉降要求 都比較高的建構築物基礎的地基處理中，特別是大荷載的獨立基礎或大面積的設備基礎等， 如大型廠房獨立基礎、大型油罐基礎等。
為達到以上目的，本發明所採用的解決方案是一種複合地基處理方法，包括
1、 採用強夯或強夯置換與墩間插樁相結合工藝，形成深淺結合處理的"長樁短墩基礎"， 達到採用強夯或強夯置換墩與樁基複合滿足地基承載力要求，沉降控制樁解決深層地基沉降 的目的。
2、 採用適當能級工藝的強夯或強夯置換法在地基中形成一定置換率的密實墩體，直徑
1.5 2.5m、墩體長度6.0 10.0m;置換墩間土亦採用適當能級的強夯法進行加固。強夯置換 及強夯法的設計可根據現行規範建議的方法進行，置換填料可選擇一定級配的碎、塊石，級 配較好的山皮土亦可。
3、 強夯或強夯置換墩布點原則是獨立基礎長度方向對稱布設一個或多個置換點，置換 點之間布設沉降控制樁；條形基礎長度方向均勻布設多個置換點，置換點間按設計間距布置 沉降控制樁；大尺寸基礎(如油罐基礎)下，'置換墩布點按承載力計算所需的置換率矩形或 梅花形布點，沉降控制樁按沉降計算所需的樁數，在置換墩間按矩形或梅花形布置。
4、 沉降控制樁採用預製樁、現澆灌注樁、素混凝土樁或CFG樁剛性及半剛性樁體，樁 頂可設置樁帽，樁帽為圓形或方形，其直徑或者邊長為2 6倍的樁徑，樁帽厚度根據混凝土 抗衝切驗算確定。沉降控制樁的樁徑、樁長等參數按考慮樁土應力分擔後的樁基承載力驗算 確定，樁土應力比應通過現場測試獲得，樁土應力比一般取4 10之間。
5、 對端承為主的沉降控制樁，樁頂設有樁帽，及應鋪設不小於20cm厚的碎石墊層；對 摩擦為主的沉降控制樁，樁頂可不設墊層，樁頂伸入基礎內固接。
6、 本發明的設計方法原則
首先按地基承載力要求進行強夯或強夯置換設計，按規範及地區經驗確定置換點的間距、 置換率，選擇適宜的強夯能級，夯錘類型根據土層條件選擇平錘或柱錘，並按常規複合地基 方法驗算複合地基承載力是否滿足設計要求；然後進行強夯或強夯置換地基的沉降計算，沉 降不滿足設計要求，再確定是否可通過改變強夯或強夯置換工藝使滿足設計要求，如果強夯 及強夯置換工藝設計無法滿足沉降要求，則進行墩間沉降控制樁設計，根據複合樁基沉降計 算，確定合適的樁數，使樁與樁間墩土地基變形協調，達到共同作用的目的。
複合樁基沉降計算的方法依據常規複合樁基沉降計算方法，其中樁間土應取強夯加固後 的模量參數計算，採用複合模量計算。最後進行樁基布置設計。
複合模量計算公式為￡、, =m￡,。上式中，￡,,為複合壓縮模量；g為墩體壓 縮模量(一般取20 30MPa)， ￡,為地基土壓縮模量。
7、 本發明施工工藝先施工強夯或強夯置換點，儘量增加強夯或強夯置換深度(6.0 10.0m)，在施工過程夯坑過深(夯坑深度超過錘高1.5 2.5m)，造成繼續困難時可進行填料， 然後繼續施工，直到達到特定的收錘標準要求；完成所有強夯或強夯置換後，整平場地進行 平錘強夯施工， 一次施工達到設計收錘標準；整平場地進行樁基及樁帽施工；最後複合地基 墊層施工，達到設計的密實度要求；交付上部結構單位進行基礎及上部結構施工。
本發明的複合地基處理方法實施步驟包括
1、 收集資料，包括場地回填前、後的地質資料和基礎結構設計資料。
2、 結合地質資料、基礎結構設計資料，確定強夯或強夯置換能級、夯錘類型及大小、置 換率和布點方式，確定沉降控制樁的樁長、樁型、樁數等，進行強夯或強夯置換墩、沉降控 制樁的平面布置。
3、 先施工強夯或強夯置換墩，增加強夯或強夯置換深度，確保置換加固深度達到6.0 10.0m或持力層，在施工過程夯坑過深(夯坑深度超過錘高1.5 2.5m)出現困難時可進行填 料，然後繼續施工，直到達到設計要求的收錘標準。
4、 完成所有強夯或強夯置換墩施工後，整平場地進行墩間土或原點強夯施工，達到設計 要求的收錘標準。
5、 完成置換墩及場地整平處理後，在墩間施工沉降控制樁及樁帽結構。
6、 最後進行上部墊層施工，完成施工檢測後交付上部基礎施工。
由於採用了上述方案，本發明具有以下特點由於採用強夯或強夯置換法解決大面積地 基加固，造價較省，而沉降控制樁基數量通常為常規樁基設計時用樁量的50%左右，能大幅 節省造價、加快工期。
圖1為本發明實施例長樁短墩複合地基設計施工工藝流程圖。
圖2為本發明實施例一的沉降控制樁和強夯或強夯置換墩布點方法示意圖。
圖3為圖2中實施例一的基礎相對示意圖。
圖4為本發明實施例二的沉降控制樁和強夯或強夯置換墩布點方法示意圖。 圖5為圖4中實施例二的基礎相對示意圖。
圖6為本發明實施例三的沉降控制樁和強夯或強夯置換墩布點方法示意圖。 圖7為圖6中實施例三的基礎相對示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖所示實施例對本發明作進一步的說明。
圖2 圖7為本發明沉降控制樁和強夯或強夯置換墩布點方法與基礎相對示意圖。在具 體實施時，根據基礎型式，可以採用不同夯點布置方法或其組合進行地基處理設計。
對獨立基礎，可採用圖2或圖4的布置方式，在獨立基礎1範圍內通過強夯或強夯置換 對稱施工2 4個置換墩體2，墩間布置沉降控制樁3;對大型筏板或大面積堆場基礎可採用 圖6所示的布置方式，置換墩2與沉降控制樁3按矩形或梅花形相間布置。通過墩土複合作 用滿足地基承載力要求，通過墩間沉降控制樁解決基礎沉降問題。對於摩擦為主的沉降控制 樁，樁頂可與基礎固接連接，對於端承為主的沉降控制樁，樁頂應設置樁帽4及樁頂碎石或 砂墊層5，墊層厚度根據樁土相對剛度確定， 一般在3 0 1 0 0 cm，以調解樁土應力分 布。
在具體實施時，先進行置換墩夯點及普通強夯施工，然後再進行沉降控制樁及樁帽施工， 最後進行後續工藝施工。
某工程為大型船舶工業廠房地基處理工程，由於船體製造車間，吊車荷載較大，單柱基 礎最不利組合最大豎向荷載達到8000kN，對地基承載力要求高，基礎尺寸大，造成地基壓縮 層厚度增大。本工程地基土層分布情況為第①層開山山皮土填土層，厚度約8 10m:鬆散 稍密狀態，填土成份以全風化殘積土為主，夾少量碎石塊。結構疏鬆且存在大空隙和孔隙，
強度很低。第②層淤泥質土層流塑 軟塑狀態，主要成份以淤泥質、粉質粘土為主，含貝
殼碎屑及腐殖質，包含粉細砂、粉土團、粘土團，承載力較低。在已回填區域，厚度為3 5m。其下為角礫與基巖層。
在本工程中，地基處理的重點是柱基下地基加固處理， 一方面提高地基承載力，另一方面，提高加固深度，使地基壓縮層內變形滿足柱基的沉降和差異沉降要求，保障柱基的安全。
為很好地加強柱基礎下地基處理，經設計計算，本工程採用圖2長樁和短墩布點工藝， 具體實施步驟如下
(1) 在柱基礎長軸方向對稱布設四個8000kN.m的強夯或強夯置換點，採用柱錘置換， 夯錘直徑為1.2m;(注根據碎石填土厚度和基礎要求，可在3000kN.m 10000kN.m之間調
整置換能級)。
(2) 完成置換墩夯點施工完成後，進行普通強夯施工，能級為3000kN.m，處理目標為加 固墩間土；
(3) 整平場地，進行墩間沉降控制樁基施工，樁基採用PHC (預應力高強混凝土)樁 (因基巖較淺，採用端承為主的摩擦樁，為協調樁、墩土之間的變形，樁帽尺寸為lmxlm
x0.25m，並設置30cm厚加筋碎石墊層)；
(4) 檢測合格後提交上部結構及基礎施工。 本發明綜合強夯或強夯置換和沉降控制複合樁基各自的優點，將二者相結合，利用樁帽、
樁頂褥墊層等措施調節樁土間的應力平衡，使其達到應力重分布、位移協調的目的，充分發 揮樁基控制沉降，樁、土、置換墩複合承載的優點。
本發明可應用於大規模填海造地或深厚軟土地基處理工程中，是對荷載和沉降要求較高 基礎的複合地基處理方法，充分發揮強夯或強夯置換地基與沉降控制樁的優點，強夯或強夯 置換解決淺層地基承載力問題，沉降控制樁，利用樁、墩土間的應力分配，解決地基沉降的 問題。特別是對大荷載的獨立基礎和大面積的筏板基礎或堆場地基，以及地基承載力要求高、 沉降敏感區域進行地基處理設計時，採用本方法可以一次性滿足荷載要求、消除填土自重沉 降和固結沉降問題，同時通過長樁和短墩的共同作用,解決大荷載、大面積基礎的變形問題。
上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和應用本發明。熟悉 本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應 用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於這裡的實施例，本領域技 術人員根據本發明的揭示，對於本發明做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種複合地基處理方法，其特徵在於其在地基中設置換墩及墩間插樁以滿足地基承載力和變形要求。
2、 如權利要求1所述的複合地基處理方法，其特徵在於其通過強夯或強夯置換法進行 設墩，墩間設沉降控制樁。
3、 如權利要求1所述的複合地基處理方法，其特徵在於該置換墩的墩體直徑為1.5 2.5m、墩體長度6.0 10.0m。
4、 如權利要求1所述的複合地基處理方法，其特徵在於置換墩布點原則是獨立基礎 長度方向對稱布設一個或多個置換點換墩，置換點之間布設沉降控制樁作為墩間插樁；條形 基礎長度方向均勻布設多個置換點換墩，置換點間按設計間距布置沉降控制樁作為墩間插樁； 大尺寸基礎下，置換墩布點按承載力計算所需的置換率矩形或梅花形布點，沉降控制樁按沉 降計算所需的樁數，在置換墩間按矩形或梅花形布置。
5、 如權利要求1所述的複合地基處理方法，其特徵在於墩間所設沉降控制樁採用預製 樁、現澆灌注樁、素混凝土樁或CFG樁剛性及半剛性樁體，樁頂設置樁帽，樁帽為圓形或方 形，其直徑或者邊長為2 6倍的樁徑。
6、 如權利要求1所述的複合地基處理方法，其特徵在於對端承為主的沉降控制樁，樁 頂宜設置樁帽，及鋪設不小於20cm厚的碎石墊層；對摩擦為主的沉降控制樁，樁頂可不設墊層，樁頂伸入基礎內。
全文摘要
一種長樁短墩複合地基處理方法，其在地基中設置換墩及墩間插樁以滿足地基承載力和變形要求，主要是通過強夯或強夯置換法進行設墩，並於墩間設沉降控制樁。其置換墩布點原則是獨立基礎長度方向對稱布設一個或多個置換點換墩，置換點之間布設沉降控制樁作為墩間插樁；條形基礎長度方向均勻布設多個置換點換墩，置換點間按設計間距布置沉降控制樁作為墩間插樁；大尺寸基礎下，置換墩布點按承載力計算所需的置換率矩形或梅花形布點，沉降控制樁按沉降計算所需的樁數，在置換墩間按矩形或梅花形布置。本發明具有造價節省、施工經驗成熟、工藝簡單、效果顯著的優點，經濟有效地解決深厚填土或軟土地基承載力不足、地基變形大和不均勻的問題。
文檔編號E02D3/08GK101591903SQ20091005345
公開日2009年12月2日 申請日期2009年6月19日 優先權日2009年6月19日
發明者何立軍, 朱建鋒, 梁富華, 梁永輝, 水偉厚, 王亞凌 申請人:上海現代建築設計(集團)有限公司;上海申元巖土工程有限公司;中化巖土工程有限公司