CN103946456B - 利用空心块的网格式基础施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及利用空心块的网格式基础施工方法。所述利用空心块的网格式基础施工方法包括：平整步骤，平整要加固的地基上部；配置步骤，以使空心块的一面与平整后的所述地基上部接触的方式，将多个所述空心块相邻配置成网格形式，其中，所述空心块的封闭的侧壁形成从所述一面向另一面贯通的空心部；填充步骤，在所述空心部里填充包含碎石和砂质土中至少一种的填充材。本发明无需在支撑力不足以支撑上部构造物的地基中形成桩等的深基础而是通过加固地基来支撑上部构造物。

Description

利用空心块的网格式基础施工方法

技术领域

本发明涉及利用空心块的网格式基础施工方法，更具体地，涉及无需在无法充分地支撑上部构造物的地基上设置桩等深基础，而是通过加固地基能够支持上部构造物的利用空心块的网格式基础施工方法。

背景技术

在地基上筑造建筑物等构造物时，为了向地面稳定地传递构造物的重量和施加于构造物的荷载，且防止发生允许范围外的下沉、倾斜、位移、形变、震动等现象，而形成基础。

基础的形式大致分为，当地面能够充分地支撑构造物的荷载时，不使用桩等而直接通过基础板向地基传递荷载的扩展式基础(或浅基础)；以及当地面不足以支撑构造物的荷载或下沉过度时，利用桩、支墩、沉箱等，向支撑力足够大的下部地基传递构造物荷载的深基础。

此外，还有公知的陀螺桩(top-base)基础，在不具有充分的支撑力的地基上，不形成支撑桩而是用陀螺形状的混凝土块和碎石加固地基，并在加固的地基上直接形成基础。

图1用于说明现有技术涉及的陀螺基础。参照图1观察现有技术中的陀螺基础的形成方法，在需要加固的地基上焊接钢筋形成定位框60，以便形成纵横等间距的四边形格子孔以及位于每个四边形格子孔内的一角上的三角形格子孔，通过定位框60的每个三角形格子孔引入陀螺形混凝土桩10b的桩部54，同时压向地面使陀螺形混凝土桩10b纵横等间距排列。之后，在暴露于陀螺形主体部52上表面上的各个连接环56上，以纵横方向焊接连接用钢筋64，使整个陀螺形混凝土桩10b互相连接固定。之后，用碎石填充陀螺形混凝土桩10b的陀螺形主体部52的底面以及与地面之间的空隙并且用振动方式压实，清理露出于各个陀螺形主体部52上表面的碎石，至此完成利用陀螺形混凝土桩的地基基础工程。

当在支撑力不充足的地基上应用现有技术的深基础时，由于桩、支墩等进入到下部地基，存在施工成本增加的问题。

此外，上述陀螺基础中，由于陀螺形混凝土块的安装、连接用钢筋的焊接、填充用碎石的压实等必要工序复杂，使施工成本增加。

发明内容

技术问题

本发明提供一种在不足以支撑上部构造物的地基上，不设置桩等深基础而通过加固地基能够支撑上部构造物的利用空心块的网格式基础施工方法。

此外，本发明提供利用简单形状的空心块加固地基，以增加支撑力且减少下沉量的利用空心块的网格式基础施工方法。

解决问题的手段

本发明的利用空心块的网格式基础施工方法，包括：平整步骤，平整需要加固的地基上部；配置步骤，以使空心块的一面与平整后的所述地基上部接触的方式，将多个所述空心块相邻配置成网格形式，其中，所述空心块的封闭的侧壁形成从所述一面向另一面贯通的空心部；填充步骤，在所述空心部里填充包含碎石和砂质土中至少一种的填充材。

在所述填充步骤之后还可包括：填充所述填充材的所述空心块的上部浇注未凝固的混凝土并养护以形成混凝土基础的步骤。

在所述形成混凝土基础的步骤之前还可包括：覆盖所述空心块的上部以防止所述未凝固的混凝土的水分流入所述空心块的空心部的步骤。

所述平整步骤可包括：将包含碎石和沙土质中至少一种的地基材料铺设在所述地基上部并压实以使上面平坦的步骤。

所述地基材料的厚度大于，连接所述空心块的横截面的外周上的任意两点的直线中最长直线的长度的二分之一。

所述空心块中，由所述侧壁所形成的截面形状为圆形。

在所述配置步骤，多个所述空心块相互隔开规定距离以网格状配置，隔开的距离小于等于所述侧壁的厚度。

在所述配置步骤，多个所述空心块以所述侧壁的外周互相接触的方式配置。

多个所述空心块可形成为一体以构成一个单位空心块组。

所述空心块中，由所述侧壁所形成的截面形状为正六边形，多个所述空心块以共用所述侧壁的方式形成为一体，以构成一个蜂窝状的单位空心块组。

经过所述空心块的横截面中心的虚拟直线与所述横截面的内周的交点之间的距离D1，与经过所述空心块的横截面中心的虚拟直线与所述横截面的外周的交点之间的距离D2的比值是0.32至0.98。

所述空心块的高度H，与经过所述空心块的横截面中心的直线与所述横截面的外周的交点之间的距离D2的比值是0.15至1.1。

所述填充步骤之后还反复实施以下步骤：将包含碎石和砂质土中至少一种的地基材料再次铺设到由所述填充材填充的所述空心块的上部并压实，以使上面平坦的步骤；在平坦的所述地基材料的上部，以相邻的网格形状再次配置所述空心块的步骤；在所述空心部及由多个所述空心块形成的空隙中填充包含碎石和砂质土中至少一种的填充材的步骤。

发明效果

根据本发明的实施例，在无法支撑上部构造物的地基上，不设置桩等深基础而是能够通过加固地基来支撑上部构造物。

此外，通过使用结构简单的空心块来加固地基，从而能够增加支撑力和减少下沉量。

附图说明

图2是本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的工序图。

图3至图7是本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的流程图。

图8是本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法中使用的空心块的示意图。

图9是用于说明本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的空心块的试验方法的图。

图10是示出本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的空心块的试验结果的图表。

图11是用于说明本发明的一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的土拱效应的示意图。

图12是本发明的一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法中使用的空心块的变形例的示意图。

图13是本发明的一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法中使用的空心块的另一变形例的示意图。

图14是用于说明本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的变形例的示意图。

具体实施方式

可以对本发明进行各种变形，且本发明可以具有多种实施例，通过附图详细说明本发明的特定实施例。但是这并非旨在通过特定实施例来限定本发明，应理解为，本发明包括包含在本发明的思想以及技术范围内的所有的变形、均等物以及替代物。在对本发明进行说明时，如果认为已公开的技术的详细说明混淆本发明的主旨，则省略对其的详细说明。

以下，参照附图详细说明涉及本发明的利用空心块的网格式基础施工方法，在参照附图进行说明时，用相同的附图标记表示相同或对应的结构要素，并省略重复说明。

图2是本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的工序图。图3至图7是本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的流程图。参照图3至图7，表示有地基12、地基材料14、空心块16、侧壁18、空心部20、填充材22、盖子24、混凝土基础26。

本实施例涉及的利用空心块的网格式基础施工方法包括以下步骤：平整需要加固的地基12上部的步骤；将多个所述空心块16以网格形状相邻配置，使所述空心块16的一面与平整后的所述地基12的上侧接触的步骤，其中由所述空心块16的闭合的侧壁18形成从一面向另一面贯通的空心部20；向所述空心部20填充包含碎石和砂质土中的至少一种的填充材22的步骤。通过上述步骤，能够在无法充分地支撑上部构造物的地基上无需设置桩等深基础而通过加固地基来支撑上部构造物。

本实施例涉及的利用空心块的网格式基础施工方法，如图3和图4，首先平整需要加固的地基12的上侧(S100)，使具有上部构造物下沉和支撑力不足的隐患的地基12变平坦且均匀。在本步骤中，可以通过在地基12的上侧铺设并压实包含碎石和砂土质中的至少一种的地基材料14，使上表面平坦。

如果是强度良好的砂质土地基12，可以在原地基12的上侧进行平整施工；如果是强度较低的软地基12或粘性土地基12，可以在对地基12上侧进行平整使其平坦且均匀后，在地基12的上侧铺设并压实包含碎石和砂土质中的至少一种的地基材料14，使上表面平坦。

可以根据需要施工的上部构造物的荷载，平整原地基12，或者在经过平整的地基12的上侧铺设并压实地基材料14，以改造地基12上侧。

地基材料14可以使用各种粒度的粒子均匀分布的具有良好粒度分布的碎石、可实现良好的地基强度的砂质土、或混合所述碎石和所述砂质土的混合物。地基材料14的选择可以根据所要施工的上部构造物的荷载来确定。

上部构造物是指建筑物、桥墩、暗渠、下水管道、地下停车场、护墙等，通过本实施例进行加固的地基上侧建造或放置的构造物。

此外，如图5所示，多个空心块16以网格形状相邻设置，使空心块16的一面与平整后的地基12的上侧接触，其中，由空心块16的闭合的侧壁18形成从一面向另一面贯通的空心部20(S200)。

空心块16为管状的块体，由闭合的侧壁18形成朝上下方向贯通的空心部20，多个空心块16以网格形状相邻设置，并使空心块16的一面与经过平整的地基12的上侧接触。多个空心块16可以相互隔着规定的间隔，或者其外周互相接触。

如图8所示，本实施例中，使用侧壁18的截面为正六边形的空心块16，并且以正六边形的空心块16的一个侧壁18互相接触的方式，以蜂窝状的网格形式配置(参考图9a)。

如图6所示，向空心部20填充包含碎石和砂质土中的一种以上的填充材22(S300)。当多个空心块16在经过平整的地基12的上侧以相互邻接或接触的方式配置成网格形状时，空心块16之间有可能形成间隙，此时，可以向空心部20和所述空隙中填充包含碎石和砂质土中的至少一种的填充材22。

与地基材料14同样，填充材22可以使用各种粒度的粒子均匀分布的碎石、可实现良好的地基12强度的砂质土、或混合所述碎石和所述砂质土的混合物。填充材22选择与地基材料14的选择时同样，可以根据所要施工的上部构造物的荷载来确定。在填充工序中，为了有效地向空心部20和空心块16之间形成的空隙填充填充材22，可以进行压实。

本实施例中，正六边形的多个空心块16以一侧壁18互相接触的方式配置成蜂窝状的网格形式，因此空心块16之间不形成间隙，从而填充材22只填充于空心块16的空心部20。

此外，如图7所示，在被填充材22填充的空心块16的上侧浇注未凝固的混凝土并养护，以形成混凝土基础26(S400)。当经过上述步骤形成下侧地基时，根据上部构造物的形态，向被填充材22填充的空心块16的上侧浇注未凝固的混凝土并养护，以形成混凝土基础26。例如，当上部构造物是建筑物时，浇注混凝土并养护，以形成混凝土基础26，并在混凝土基础26上建造建筑物。

当上部构造物是暗渠或箱体构造时，可以不形成混凝土基础26，在被填充材22填充的空心块16的上侧直接设置上部构造物。

在浇注未凝固的混凝土并养护以形成混凝土基础26的过程中，未凝固的混凝土的水分有可能流入到空心部20改变填充材22和地基材料14的物理性能，因此，为了防止这种现象，可以用盖子盖住空心体16的上部。

图8是本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法中使用的空心块的示意图。图9是用于说明本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的空心块的试验方法的图。图10是示出本发明的一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的空心块的试验结果的图表。图11是用于说明本发明的一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的土拱效应的示意图。参照图8至图9、图11，图示有地基12、地基材料14、空心块16、侧壁18、空心部20、填充材22、对照块28、外加荷载30，拱形区域32。

以下观察在经过平整的地基12上侧配置多个网格形状的空心块16，并向空心块16的空心部20填充填充材22的状态下，从空心块16上侧加载外加荷载30时空心快16下端处的地基12的状态。

为了测量空心块16因形成空心部20而导致的支持力增大且下沉量减小的效果，进行了如下实验：制作了具有与由空心块16的外廓所形成的面积相同面积的圆形对照块28，阶段性地加载外加荷载30以测量下沉量并进行对比。

在土槽内，用各种粒度的粒子均匀分布的具有良好的粒度分布的碎石形成地基材料14，并且如图9(a)所示，在地基材料14上，将正六边形的7个空心块16配置成一侧壁18接触的蜂窝状网格形式，向空心块16的空心部20填充各种粒度的粒子均匀分布的具有良好的粒度分布的碎石，以作为实验组，之后，阶段性地向空心快16的外廓所形成的整个面积上加载相等的等分布的外加荷载30并测量下沉量。同时，在另一个土槽内形成与实验组相同的地基材料14，如图9(b)所示，在其上面设置具有与由7个空心块16的外廓所形成的面积(图9(a)中，与粗线所形成的面积相同的以虚线表示的区域)相同面积的圆形对照块28，以作为对照组，之后，阶段性地向对照块28的整个面积上加载相等的等分布的外加荷载30并测量了下沉量。

图10表示向空心块16和对照块28阶段性地加载相等的外加荷载时的下沉量结果。即，标有菱形◇的空心快曲线表示空心块16的根据加载荷载的下沉量，标有方形□的曲线表示对比块28的根据加载荷载的下沉量。

参照图10可知，在每个加载荷载阶段，对照块28的下沉量大约为空心块16的下沉量的3倍以上。如此，由于空心块16的下沉量小于对照块28的下沉量，从而能够判断为整体空心块16的支撑力增加了。本图表中，下沉量之差异大约为3倍以上，从而可知，空心快16的支撑力为对照快28的支撑力的3倍以上。

如上所示，相对于对照块28，空心块16具有较小的下沉量和较大的支撑力，其原因认为是空心块16下侧的土沙中发生了土拱效应。

即，图11为图9(a)中沿A-A’线的截面图，当向实验组施加外加荷载30时，如图11所示，空心块16的相互对置的侧壁18下端产生拱形的土压再分配而形成拱形区域32，其由土拱(arching)效应引起。

当地基12中的局部地基12变形时，因为变形的部分与稳定的地基12的接触面之间产生剪切阻力，而剪切阻力抑制受破坏的部分的变形，所以受破坏的部分的土压减小，而与之邻接部分的土压增加。这种受破坏的部分的土压向邻接部分转移的压力转移现象称土拱效应。

相对于淤泥或粘土，土拱效应在沙土中更明显，并且，相对于松软的沙土，在稠密沙土中更明显。例如，在沙土等没有粘性的土体上钻小孔时，拱形的上部保持稳定就是源自该效应。

如此，当向实验组加载外加荷载30时，将空心块16的一侧壁18和与之对置的另一侧壁18的下端作为两个支点，以拱形的形式发生土压的再分配，导致土压增加，从而能够以较小的支撑力支撑外加荷载30。另外，空心部20的侧壁18和填充材之间产生摩擦阻力，从而与土拱效应引起的土压增加一起，减少向地基12传递的外加荷载30。

此外，土拱效应引起的土压的再分配增加空心块16下端的土沙的弹性系数，这种弹性系数的增加以及支撑力的增加抑制空心快16的下沉。

由于土拱效应在稠密的沙土和碎石中更易发生，因此，优选使用各种粒度的粒子均匀分布的碎石、可实现良好的地基12强度的砂质土或混合有碎石和砂质土的混合物作为地基材料14和填充材22。

在本实施例中，正六边形的空心块16的一侧壁18以互相接触的方式，就爱那个空心块16配置成网格形式，因此，互相接触的两个侧壁18形成拱体的一个支点。

此外，当多个空心块16隔着规定的间隔而形成网格形状时，分隔距离可以小于侧壁18的厚度。这是因为，当互相邻接的两个侧壁18的间距小于侧壁18的厚度时，互相邻接的两个侧壁18下端区域和两个侧壁18下端之间的区域可以形成拱体的一个支点。

图8是本实施例的利用空心块的网格式基础施工方法使用的空心块16的示意图，图8(a)为空心快16的立体图，图8(b)表示空心快16的横截面。闭合的侧壁18形成从一面向另一面贯通的空心部20，这种空心块16的侧壁18形成的截面为正六边形。

在空心块16的下端产生的土拱效应受到相互对置的两侧壁18之间的间距、侧壁18的厚度以及空心块16的高度H的影响。

根据发明者的研究，穿过空心块16横截面的中心G点的虚拟直线L和横截面内周的两个交点之间的距离D1，与穿过空心块16横截面的中心G点的虚拟直线L和横截面外周的两个交点之间的距离D2的比值在0.32至0.98范围内时，可以实现基于拱形效果的支撑力明显增加且下沉量明显减小的效果。

而且，空心块16的高度H，与穿过空心块16的横截面中心G的直线L与横截面外周的交点之间的距离D2的比值在0.15至1.1范围内时，可以实现基于拱形效果的支撑力的明显增加且下沉量的明显减小。

由于空心块16的侧壁18形成拱体的支点，因此空心块16需要具有一定的刚性。由此，空心快16可以由混凝土，钢材，高强度塑料等制造。

本实施例中示出了侧壁18所形成的截面形状为正六边形的空心块16，但是也可以使用多边形或圆形空心块16，其闭合的侧壁18形成从一面向另一面贯通的空心部20从而能够发挥土拱效应。即，可以使用闭合的侧壁18所形成的截面形状为三角形、四边形、五边形、圆形、椭圆形等各种形状的空心块16。

此外，在地基12的上侧配置地基材料14时，地基材料14的厚度大于连接选自空心块16横截面的外周上的任意两点的直线中最长直线的长度的二分之一，以便形成以空心块16的一侧壁18和与之对置的另一侧壁18作为支点的半圆形拱体。例如，如本实施例，使用正六边形的空心块16时，地基材料14的厚度大于相互面对的两个顶点之间距离的二分之一，当使用圆形空心块16时，地基材料14的厚度大于外径的二分之一。此外，当使用多边形空心块16时，地基材料14的厚度大于多边形空心块16的外周中最长边的二分之一。

图12是本发明的一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法中使用的空心块变形的示意图，图13是本发明的一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法中使用的空心块的另一变形例的示意图。参照图12及图13，图示有空心块16、侧壁18、空心部20。

图12表示侧壁18所形成的截面为圆形的空心块16，空心块16的形状比可以表示为圆形的空心块16的内径D1、高度H与外径D2的比值，当内径D1与外径D2的比值为0.32至0.98，高度H与外径D2的比值为0.15至1.1时，可以基于拱形效果实现支撑力明显增加且下沉量明显减小。

为了空心块16的制造和施工方便，可将多个空心块形成为一体，以构成一个单位空心块组。

图13(a)表示多个正六边形空心块16形成为一体，以构成一个单位空心块组，互相接触的空心块16共用一个侧壁18，形成一个蜂窝状的单位空心块组。将这种单位空心块组配置成相互接触，便于进行施工。

图13(b)表示多个圆形空心块16形成为一体，以构成一个单位空心块组，如图13(b)所示，可以具有相互邻接的空心块16所形成的空间S。此时，填充材22填充于与空心部20邻接的空心块16所形成的空间S中。此外，构成单位空心块组时也可以填满邻接的空心快16所形成的空间。

图14是用于说明本发明一实施例的利用空心块的网格式基础施工方法的变形例的示意图。参照图14，图示有地基12、地基材料14、空心块16、侧壁18、空心部20、填充材22。

本实施例中，当上部构造物的荷载大或地基12非常松软时，将上述一实施例涉及的下部基础形成为多层。

即，在利用上述一实施例的填充材22进行填充之后，在经过填充的空心块16的上侧再次铺设并压实地基材料14，使上表面平坦。之后，在经过平坦化处理的地基材料14上部以相互邻接的网格形式配置空心块16，向空心部20以及多个空心块16所形成的空间填充包含碎石以及砂质土中的至少一种的填充材22，通过反复进行上述步骤，能够将上述一实施例涉及的下部基础形成为多层。

以上，参照本发明的优选实施例进行了说，应理解为，本领域的技术人员在不超过以下权利要求范围所记载的发明思想以及领域的基础上，能够进行多种修改以及变更。

Claims (12)

1.一种利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，包括：

平整步骤，平整需要加固的地基上部；

配置步骤，以使空心块的一面与平整后的所述地基上部接触的方式，将多个所述空心块相邻配置成网格形式，其中，所述空心块的封闭的侧壁形成从所述一面向另一面贯通的空心部；

填充步骤，在所述空心部里填充包含碎石和砂质土中至少一种的填充材，

经过所述空心块的横截面中心的虚拟直线与所述横截面的内周的交点之间的距离(D1)，与经过所述空心块的横截面中心的虚拟直线与所述横截面的外周的交点之间的距离(D2)的比值是0.32至0.98。

2.根据权利要求1所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，在所述填充步骤之后还包括：

在填充有所述填充材的所述空心块的上部浇注未凝固的混凝土并养护以形成混凝土基础的步骤。

3.根据权利要求2所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，在所述形成混凝土基础的步骤之前还包括：

覆盖所述空心块的上部以防止所述未凝固的混凝土的水分流入所述空心块的空心部的步骤。

4.根据权利要求1所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，所述平整步骤包括：

将包含碎石和沙土质中的至少一种的地基材料铺设在所述地基上部并压实使上面平坦的步骤。

5.根据权利要求4所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，

所述地基材料的厚度大于，连接所述空心块的横截面的外周上的任意两点的直线中最长直线的长度的二分之一。

6.根据权利要求1所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，

所述空心块的由所述侧壁形成的截面形状为圆形。

7.根据权利要求1所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，

在所述配置步骤，多个所述空心块相互隔开规定距离以网格状配置，隔开的距离小于等于所述侧壁的厚度。

8.根据权利要求1所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，

在所述配置步骤，多个所述空心块以所述侧壁的外周互相接触的方式配置。

9.根据权利要求8所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，

多个所述空心块形成为一体，以构成一个单位空心块组。

10.根据权利要求8所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，

所述空心块的由所述侧壁形成的截面形状为正六边形，

多个所述空心块以共用所述侧壁的方式形成为一体，以构成一个蜂窝状的单位空心块组。

11.根据权利要求1所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，

所述空心块的高度(H)，与经过所述空心块的横截面中心的直线与所述横截面的外周的交点之间的距离(D2)的比值是0.15至1.1。

12.根据权利要求1所述的利用空心块的网格式基础施工方法，其特征在于，

在所述填充步骤之后，反复实施以下步骤：

将包含碎石和砂质土中至少一种的地基材料再次铺设到填充有所述填充材的所述空心块的上部并压实，以使上面平坦的步骤；

在经过平坦化的所述地基材料的上部，以相邻的网格形式再次配置所述空心块的步骤；

在所述空心部及由多个所述空心块形成的空隙中填充包含碎石和砂质土中至少一种的填充材的步骤。