複合樁‑水泥土樁分區組合式複合地基的製作方法
2023-10-17 13:47:34 2
本發明涉及一種混合採用複合樁和水泥土樁的分區組合式複合地基，屬於土建地基領域。
背景技術：
近年來，隨著我國高速鐵路等建設的快速發展，對於路堤的建設速度以及沉降控制等提出了更高的要求。在我國沿海地區，上層土大都為飽和軟粘土，土體的抗剪程度較低，排水能力較差，因而路堤容易發生失穩破壞。為適應快速建設及沉降控制的要求，剛性樁、半剛性樁複合地基得到了越來越廣泛的應用，水泥土樁具有抗壓承載力高，造價低廉，施工速度較快的特點，工程應用十分廣泛，但是其豎向剛度較小，沉降控制效果較差，且抗彎承載力較低，容易在彎曲荷載作用下因為拉應力超過其極限拉應力進而產生脆性斷裂，導致其迅速喪失承載力，進而導致路堤的失穩破壞。通過在水泥土樁施工結束後，在其樁身強度尚未形成時，在樁中心插入小直徑鋼筋混凝土樁，形成複合樁(組合樁)，可以有效提高其抗彎、抗剪承載力，但是成樁方式相對複雜，且價格相對昂貴。
在路堤填築及使用過程中，隨著路堤的不斷增高以及路堤上的荷載不斷增大，各樁的受力也不斷增大，其中內側樁以承受豎向軸力為主，可以有效控制路堤沉降，外側樁承受軸力相對較小，但其承受較大彎矩，可以有效提高路堤穩定性，在較大彎矩及較小軸力的共同作用下，外側樁首先接近其極限抗拉強度，而此時內側樁的承載力並沒有得到充分利用，如果外側樁因抗拉強度達到極限抗拉強度發生脆性的彎曲破壞，當其破壞後，由於應力釋放，樁體內力迅速減小，對土體的約束作用迅速減弱，土體運動並與相鄰內側樁相互作用，導致內側樁受力增大進而發生脆性的彎曲破壞，如此往復，各樁自外向內發生依次連續的彎曲破壞，最終導致路堤失穩，造成巨大人員、財產損失。與此同時，當各樁等間距布置時，內側樁體承受豎向荷載大，易發生較大沉降，外側樁體承受豎向荷載小，沉降相對較小，因此等間距布樁方式易引發路堤總沉降及不均勻沉降較大，影響工程的正常使用。
綜上所述，如何在建設複合地基時，使外側及內側樁體發揮各自作用，在控制成本的基礎上提高路堤抵抗連續破壞的能力、控制路堤沉降及不均勻沉降成為了一個亟待解決的問題。
技術實現要素：
針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種複合樁-水泥土樁分區組合式複合地基，解決了傳統水泥土樁複合地基外側樁體容易在較大彎矩下發生脆性斷裂，從而導致內側樁體依次發生脆性斷裂，進而導致路堤失穩、承載力大大降低的工程問題，同時解決了路堤處理均採用鋼筋混凝土樁或複合樁時造價較高、不經濟的問題以及採用等間距布樁方式時路面不均勻沉降較大且總沉降控制效果較差、外側樁體抗壓、抗彎承載力得不到充分利用的問題。
為了解決上述技術問題，本發明提出的一種複合樁-水泥土樁分區組合式複合地基，包括外側樁和內側樁，所述外側樁和內側樁布置的區域為路堤所覆蓋的區域，其中，所述路堤包括路堤頂面和路堤頂面兩側的路堤邊坡，在路堤橫截面上、自路堤邊坡的邊緣至路堤橫截面寬度中心線的距離為A，所述外側樁布置的區域是自兩側的路堤邊坡向路堤橫截面寬度中心線延伸至1/5A至3/4A處所佔的區域；剩餘的區域是內側樁的布置區域；所述外側樁採用複合樁，所述複合樁是由在水泥土樁內插入鋼筋混凝土樁構成，所述內側樁採用水泥土樁；所述複合樁的樁徑為500～1500mm，所述複合樁內的鋼筋混凝土樁的直徑為200～300mm；所述水泥土樁的樁徑為300～1500mm，所述複合樁之間樁間距為1.5～3m，所述水泥土樁之間及所述複合樁與所述水泥土樁之間的樁間距均為1～2m，且該間距小於所述複合樁之間間距。
進一步講，本發明中，所述複合樁和水泥土樁的樁頂與地基土的上表面平齊，所述地基土上面鋪設有15～30cm厚的褥墊層。
所述地基土的下面是相對較硬土層，所述複合樁和水泥土樁的樁底位於相對較硬土層的頂面或者嵌入相對較硬土層。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
本發明複合地基解決了傳統水泥土樁複合地基外側樁體容易在較大彎矩下發生脆性斷裂，從而導致內側樁體依次發生脆性斷裂，進而導致路堤失穩、承載力大大降低的工程問題，同時解決了路堤處理均採用鋼筋混凝土樁或複合樁時造價較高、不經濟的問題以及採用等間距布樁方式時路堤不均勻沉降較大且總沉降控制效果較差、外側樁體豎向承載力得不到充分利用的問題。由於本發明複合地基中的外側樁採用的是具有較高抗彎承載力的複合樁，可以抵抗脆性彎曲破壞的發生，因而，內側樁不必擁有太高的抗彎承載力，所以採用造價相對低廉的水泥土樁，在不降低安全性的情況下滿足經濟性的要求。除此之外，外側複合樁樁間距較大，各樁的豎向承載力得以較充分發揮，內側水泥土樁樁間距較小，提高了內側豎向承載力及豎向剛度，保證路堤承載力的同時有效控制了路堤總沉降及不均勻沉降。本發明複合地基在路堤邊坡以下範圍內的樁基本上是採用複合樁，而路堤頂面以下範圍內的樁基本上是採用水泥土樁，複合樁之間的樁間距為1.5～3m，水泥土樁之間及水泥土樁與複合樁之間的樁間距為1～2m，且小於複合樁之間樁間距，各樁樁頂位於路堤底面處，若地基區域具有硬土層，各樁樁底支承在相對較硬土層或嵌入相對較硬土層中可以得到較好的嵌固作用。
本發明複合地基具有施工簡單、安全性高、適用性強、經濟性好的優點。
附圖說明
圖1為本發明複合地基的豎向剖面圖；
圖2為本發明複合地基的平面圖；
圖3為本發明複合樁的剖面圖；
圖4為本發明複合樁的平面圖；
圖中：1-路堤，2-地基土，3-硬土層，4-複合樁，5-水泥土樁，6-複合樁中的水泥土樁，7-複合樁中的鋼筋混凝土樁。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明技術方案作進一步詳細描述，所描述的具體實施例僅對本發明進行解釋說明，並不用以限制本發明。
如圖1和圖2所示，本發明提出的一種複合樁-水泥土樁分區組合式複合地基，包括外側樁和內側樁，所述外側樁和內側樁布置的區域為路堤1所覆蓋的區域，其中，所述路堤1包括路堤頂面和路堤頂面兩側的路堤邊坡，在路堤橫截面上、自路堤邊坡的邊緣至路堤橫截面寬度中心線的距離為A，所述外側樁布置的區域是自兩側的路堤邊坡向路堤橫截面寬度中心線延伸至1/5A至3/4A處所佔的區域；剩餘的區域是內側樁的布置區域。
所述外側樁採用複合樁4，所述內側樁採用水泥土樁5，如圖3和圖4所示，複合樁4是在水泥土樁6中插入小直徑鋼筋混凝土樁7芯樁後構成的一種新型組合樁，其將水泥土樁6直徑大、比表面積大的優勢和鋼筋混凝土樁7抗彎、抗剪強度高的優勢相結合，兩者取其長、避其短，達到提高路堤穩定性的目的。水泥土樁5具有較高的拉壓剛度及豎向承載力且造價相對低廉。在路堤坡面以下的位置設置複合樁4，路堤以下的其餘位置設置水泥土樁5，可以較好地抵抗連續破壞的發生，提高了路堤的承載力，並且節省了一定的工程費用，具有較好的經濟性
所述複合樁4的樁徑為300～1500mm，所述複合樁4內芯樁(即小直徑鋼筋混凝土樁7)的直徑為200～300mm；所述水泥土樁5的樁徑為300～1500mm，所述複合樁4之間的樁間距為1.5～3m，所述水泥土樁5之間及所述水泥土樁4與所述複合樁5之間的樁間距為1～2m，且小於所述4複合樁之間樁間距。本發明中外側樁採用具有較高抗彎承載力的複合樁，樁間距相對較大，可以有效提高單樁抗彎承載力，防止脆性彎曲破壞及其引發的連續破壞發生，其內側樁採用造價相對低廉、成樁簡便的水泥土樁，樁間距相對較小，可以充分發揮內側樁體承壓及控制豎向變形的特點，在不降低安全性的情況下滿足了經濟性及適用性的要求。
所述複合樁4和水泥土樁5的樁頂與地基土2的上表面平齊，所述地基土2上面鋪設有15～30cm厚的褥墊層。若所述地基土2的下面是相對較硬土層3，則所述複合樁4和水泥土樁5的樁底位於相對較硬土層3的頂面或者嵌入相對較硬土層3。
本發明複合地基外側的複合樁具有很高的抗彎承載力，並且在其達到極限拉應變後具有很高的延性，在進入塑性後，不會發生脆性斷裂也不會突然喪失抗彎及豎向承載力，大大提高了外部樁體的抗彎承載力及安全性，避免了因局部樁體彎曲破壞導致的各樁連續破壞，有效地提高複合地基抵抗連續破壞的能力，大大提高路堤的安全性，同時，在路堤內側的樁體承受彎矩較小、以承受豎向軸力為主，在該部位使用造價相對便宜的水泥土樁，其具有較高的抗壓承載力及彈性模量，可以有效地承擔豎向荷載、控制豎向變形，因而可在控制路堤沉降的基礎上有效地節約造價。
與此同時，外側複合樁具有較大間距，在節約造價的基礎上，充分發揮了各樁的豎向承載力；內側水泥土樁間距較小，提高了內側樁體整體的豎向承載力及豎向剛度，在增強路堤承載力的同時有效控制了路堤沉降，不等間距的設計方法也可以有效減小路堤內側沉降，適當增大路堤外側沉降，進而減小路堤的不均勻沉降。
儘管上面結合圖對本發明進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體實施方式，上述的具體實施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬於本發明的保護之內。