CN103981861A

CN103981861A - 桩基理论、灰土桩承载力、灰土桩搅拌击实操作系统

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Publication number: CN103981861A
Application number: CN201410209544.9A
Authority: CN
Inventors: 林建省
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2014-05-12
Publication date: 2014-08-13
Also published as: CN103452145A; CN103821182A

Abstract

桩基容器原理、压缩模量Es作为《规范》控制指标是桩基理论的突破，还有灰土桩桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kpa)、桩端土极限端阻力标准值q_pk(kpa)与现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-20085.3.5和5.3.6条款桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kpa)、桩端土极限端阻力标准值q_pk(kpa)相同的发明。按照桩体抗压强度设计端阻力建筑物是安全的。本发明灰土桩单桩承载力是陕西省《灰土井桩设计与施工规程》(DBJ-3-87)单桩承载力的1.57倍。前者侧阻力是后者侧阻力的1.97倍。以混凝土桩比较，本发明每年可为国家节约基本建设投资104.80亿元。《灰土桩搅拌击实操作系统》是制造灰土桩专利施工设备的技术发明。这一发明从施工要求程序上去除了人为因素对桩体施工质量的影响，提高了速度质量效率。

Description

桩基理论、灰土桩承载力、灰土桩搅拌击实操作系统

背景技术

1.1、灰土桩混凝土灌注桩的现状

1.1.1、桩基理论目前处于思考阶段，发明人桩基理论也进行了思考。

1.1.2、目前混凝土灌注桩桩端土极限端阻力标准值q_pk(kPa)、桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kPa)、1998年前灰土桩的端阻力标准值q_pk(kPa)、侧阻力标准值q_sik(kPa)

1.1.2.1、混凝土灌注桩与灰土桩的异同

1.1.2.1.1、同

受力原理相同：灰土桩的灰土经过“物理化学原理套”的反应后生成了盐，强度已成半固结固结状态。和混凝土灌注桩相比，都是在如同容器的井桶中填料形成传导荷载的桩体中依靠器壁器底的抗压强度承受上部荷载的桩体，桩周土侧阻力和桩端土端阻力是桩基础共同抬桩的力。

1.1.2.1.2、异

1.1.2.1.2.1使用现状不同。混凝土灌注桩目前大量使用，而灰土桩目前全国已经停用。

1.1.2.1.2.2、桩体材料不同。混凝土桩的材料为水泥、砂子、石子用水拌合成流动状态的混合体。灰土桩的桩体材料为就地掘出的素土与消石灰按照37或28体积比在最优含水量最大干容重时的拌合体。

1.1.2.1.2.3、桩体形态不同。混凝土灌注桩桩体是固体状态，灰土桩桩体是半固结状态。

1.1.2.1.2.4、施工方法程序不同。混凝土桩是砂石水泥水搅拌后流塑状态下经过浇灌凝固而成的桩体。灰土桩是素土消石灰拌和后经过分层击实经过物理化学原理套生成半固结状态盐的桩体④。

1.1.2.1.2.5、桩体含水量不同。混凝土桩浇筑时加水量大约是水泥重量的0.4-0.6倍④，灰土桩灰土含水量一般小于或等于桩周土含水量。由于桩体材料的含水量不同。

1.1.2.1.2.6、桩体随着时间固结到达设计强度的时间不同。混凝土龄期28天可达到设计强度。灰土的抗压强度随着时间的延续在逐渐变硬，达到最终强度的时间较长，有资料表明3∶7灰土28天龄期的抗压强度f约为0.5-1.0Mpa，90天龄期的灰土强度是28天龄期灰土强度的1.6-2.0倍④。

1.1.2.1.2.7、加载后桩体本身的变形不同。混凝土灌注桩完成固结加载后桩体不发生任何变形。因为混凝土的强度远远大于上部荷载施加的压应力。而灰土桩加载后桩体本身要发生变形。3∶7灰土室内养护7天浸水48小时的变形模量E₀约为10-15Mpa，在室内养护28天浸水48小时的变形模量E₀约为32-40Mpa④。这是灰土桩与混凝土桩桩体本身的不同。

1.1.2.1.2.8、外因对沉降变形的影响不同。由于混凝土灌注桩里的水渗入桩周土和桩端土，致混凝土灌注桩的沉降变形比施工前后含水量稳定的灰土桩沉降变形大。

1.1.2.1.2.9、混凝土灌注桩的桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kPa)、桩端土极限端阻力标准值q_pk(kPa)执行现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的5.3.5、5.3.6条款。

5.3.5 当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式估算：

Q_uk＝Q_sk+Q_pk＝u∑q_sikl_i+q_pkA_p (5.3.5)

式中q_sik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，如无当地经验时，可按表5.3.5-1取值；

q_pk——极限端阻力标准值，如无当地经验时，可按表5.3.5-2取值。

表5.3.5-1桩的极限侧阻力标准值q_sik(kPa)

(此表删除了《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008表5.3.5-2桩的极限端阻力标准值q_pk(kpa)中的混凝土预制桩、泥浆护壁钻(冲)孔桩的两个与本发明无关的内容。表5.3.5-1格式同

注：1 对尚未完成自重固结的填土和以生活垃圾为主的杂填土，不计算其侧阻力；

2 a_W为含水量比，a_W-w/w_L，w为土的天然含水量，w_L为土的液限；

3 N为标准贯入击数；N63.5为重型圆锥动力触探击数；

4 全风化、强风化软质岩和全风化、强风化硬质岩系指其母岩分别为f_rk≤15MPa、f_rk＞30MPa的岩石。

表5.3.5-2桩的极限端阻力标准值q_pk(kPa)

注：1 砂土和碎石类土中桩的极限端阻力值，宜综合考虑土的密度，桩端进入持力层的深径h_b/d，土愈密实，h_b/d，愈大，取值愈高；

2 预制桩的岩石极限端阻力指桩端支承于中、微风化基岩表面或进入强风化岩、软质岩一定深度条件下极限端阻力；

3 全风化、强风化软质岩和全风化、强风化硬质岩系指其母岩分别为f_rk≤15MPa、f_rk＞30MPa的岩石。

5.3.6 根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按下式计算：

Q_uk＝Q_sk+Q_pk＝u∑ψ_siq_sikl_i+ψ_pq_pkA_p (5.3.6)

式中q_sik——桩侧第i层土极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可按本规范表5.3.5-1取值，对于扩底桩变截面以上2d长度范围不计侧阻力；

q_pk——桩径为800mm的极限端阻力标准值，对于干作业挖孔(清底干净)可采用深层载荷板试验确定；当不能进行深层载荷板试验时，可按表5.3.6-1取值；

ψ_si、ψ_。——大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数，按表5.3.6-2取值。

u——桩身周长，当人工挖孔桩桩周护壁为振捣密实的混凝土时，桩身周长可按护壁外直径计算。

表5.3.6-1干作业挖孔桩(清底干净，D＝800mm)极限端阻力标准值q_pk(KPa)

注：1 当桩进入持力层的深度h_b分别为：h_b≤D，D＜h_b≤4D，h_b＞4D时，q_pk可相应取低、中、高值。

2 砂土密实度可根据标贯击数判定，N≤10为松散，10＜N≤15为稍密，15＜N≤30为中密，N＞30为密实。

3 当桩的长径比l/d≤8时，q_pk宜取较低值。

4 当对沉降要求不严时，q_pk可取高值。

表5.3.6-2大直径灌注桩侧阻力尺寸效应系数ψ_si端阻力尺寸效应系数ψ_p

土类型	黏性土、粉土	砂土、碎石类土
			ψ_si	(0.8/d)^1/5	(0.8/d)^1/3
ψ_p	(0.8/D)^1/4	(0.8/D)^1/3

注：当为等直径桩时，表中D＝d。

1.1.2.1.2.10、1998年前陕西省灰土桩桩端土极限端阻力标准值q_pk(kPa)、桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kPa)

1987年6月陕西省建设厅颁布的陕西省《灰土井桩设计与施工规程》(DBJ-3-87)

2.5、灰土井桩的直径不宜小于1.0m，也不宜大于1.80m。

2.6、灰土井桩的深度以4-7倍井的直径为宜，并且不宜大于8.0m。

2.7、相邻灰土井桩的中心距一般为3-4m，设计时应视荷载大小墙梁截面等条件，选择适当间距。

2.8、当灰土井桩的净距大于或等于井的直径时，可按单桩计算承载力，当小于井的直径时，除验算单桩承载力外，尚应验算群桩下的地基强度

单桩RA+u∑f_vih_i≥N+G

群桩1)RA′+u′∑f_vih_i≥N+G′

2.11、灰土井桩与井壁之间的容许摩阻力(f_vi)

井壁土种类	容许摩阻力(kn/m²)kpa
		黄土状粉质粘土	13-16
杂填土	10-15
		炉灰土	6-10

2.13 灰土桩基础在满足地基承载力的前提下，尚应按下式验算桩身的抗压强度

N＜R_灰土A3∶7灰土：R_灰土＝500kpa2∶8灰土：R_灰土＝400kpa

1.1.3、现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008用液性指数I_L作为承载力的《规范》控制指标见表5.3.5-1、表5.3.5-2、表5.3.6-1。

1.1.4、1998年前宝鸡的灰土桩施工手段

1998年前宝鸡市的灰土桩几乎都是人工击实，就是人工手提重约3公斤左右的铁锤靠一提一落的力量对虚铺的灰土分层击实形成桩体。很少几乎没有机械击实。

1.1.5、灰土桩基础形式的应用现状

1998年此基础形式行政停止，1987年6月陕西省建设厅颁布的陕西省《灰土井桩设计与施工规程》(DBJ-3-87)已经废止(陕西省标办提供)，灰土桩基础形式目前在全国已经停用。

1.2、客观指出存在的缺点：

1.2.1、存在缺点

1.2.1.1、人们总认为，桩体不同承载力就不同，灰土桩体是土，桩周土桩端土的承载力应该低，这是理论上的误解。这也可能是灰土桩停用的一个原因。

1.2.2.2、灰土桩基础停用后发现的问题

1.2.2.2.1由于灰土桩基础形式没有写入《建筑桩基技术规范》，湿陷性黄土地区深基础工程选择基础形式脱离实际、技术工作失去意义或者舍近求远舍优求略陷于被动。

a.宝鸡某厂家属楼地面向下至12.0米为湿陷性黄土层，12.0米以下为密实的卵石层。设计时采用混凝土灌注桩，将桩端置于地面下8.0米的湿陷性黄土层上，桩端土承载力采用了《建筑桩基技术规范》2008①第5.3.6条表5.3.6-1干作业挖孔桩极限端阻力标准值q_pk(kpa)取1800kpa，侧阻力采用了《建筑桩基技术规范》2008①表第5.3.5条5.3.5-1干作业钻孔桩的桩极限侧阻力标准值q_pk(kpa)，这一将混凝土桩在黄土层上的设计引发了我将混凝土桩变为灰土桩时的思考。

b.某小学三层框架结构的教学楼，由于建筑场地处在II级自重湿陷性黄土地区，湿陷深度13.0m。为了消除地基土的湿陷性，按照《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)③6.1.5条2款，大开挖大约9.0m后加2.5m灰土垫层处理。一个三层教学楼这样处理基础工程量太大，造价太高，这个工程能不能在基础形式上采用桩基础，把桩端置于自重湿陷性黄土层之下，在桩的类型上选择灰土桩，因为混凝土灌注桩基础存在负侧阻力。

c.某厂家属院已有三幢多层住宅楼采用灰土桩基础形式，桩端埋深8.0m，选用粉质粘土层作为桩端持力层。但由于1998年后停用灰土桩，同样的场地最后采用了桩端埋深16.0m的混凝土灌注桩。某高层建筑18.0m以下是卵石层，卵石层以上是土，由于机械钻进施工时边加水边施工，加水后卵石层以上桩间土不但对筏板没有承载力，反倒因为饱和变成18.0m以下卵石层的荷载，这种场地能不能采用灰土桩？

d.某县城8.0m以下就是密实坚硬半成岩状态的粘土层，做灰土桩基础很好，但由于灰土桩没有《规范》理论和停止使用只能搞混凝土灌注桩。

e.宝鸡宝成仪表厂多层住宅楼都采用的是桩端为卵石层桩径0.80m桩深8.0-9.0m左右的灰土桩基础，既节约投资，又安全稳定。

1.2.2.2.2、1998年前设计的灰土桩桩周土侧阻力偏低，桩径偏大。

灰土在宝鸡从秦开始一直应用至今，但灰土理论的研究才刚刚开始，1998年以前宝鸡市七层以下建筑物都采用灰土桩基础，按照1987年6月陕西省建设厅颁布的陕西省《灰土桩设计与施工规程》(DBJ-3-87)②黄土状粉质粘土侧阻力13.0-16.0(kpa)值设计的灰土桩承载力偏低，桩径偏大。

1.2.2.2.3、混凝土灌注桩基础上下一体的结构不利于抗震

相距不远的几幢多层建筑一为混凝土灌注桩一为灰土桩，基础形式不同，地震发生时地震波对建筑物基础梁上部结构产生的影响不同。混凝土灌注桩顶部钢筋生根，上下结构一体，地震发生时水平推力无处释放，下面推着上面动。而灰土桩基础形式的桩顶地梁两张皮，地震发生时，地梁上部可能产生轻微波动或位移，但对上部结构影响不大。5.12大地震发生后，在宝鸡这一现象很显然。

1.2.2.2.4、混凝土灌注桩存在桩周土、桩端土的湿陷变形

湿陷性黄土地区采用混凝土灌注桩时，桩体周围的水渗入桩周土、桩端土既降低了桩周土、桩端土的承载力又加大了桩周土、桩端土的湿陷变形、压缩变形即发生的是动态变形。

1.2.2.2.5、混凝土灌注桩自重大：素混凝土22.0-24.0(NK/M3)，钢筋混凝土24.0-25.0(NK/M3)。灰土自重小18.0-19.0(NK/M3)。

1.2.2.2.6、环境干扰：混凝土灌注桩施工把挖出的桩井掘土拉出去，把拌合混凝土的水泥砂石拉进来，采购砂石增加了造价，掘土砂石运输干扰了城市环境。

1.2.2.3、状态指标液性指数I_L与承载力的关系不直接，作为《规范》控制指标理论上存在着争议，发明人在编写本发明申请时发现，此指标作为《规范》控制指标理论有错。

1.2.2.4、1998年前宝鸡市灰土桩体人工击实手段落后，击实功不足。

1.2.2.5、客观地讲，尽管人工击实的桩体议论不止，但在宝鸡不管多层框架或砖混灰土桩基础形式的建筑物安全稳定，管理和技术对这种基础形式的舍弃使湿陷性黄土地区的基础选型在技术上生产力发展上陷于被动。

2、发明内容：

2.1、要解决的技术问题(发明目的)

2.1.1、理论发现

2.1.1.1、容器理论解释桩基础受力原理。

2.1.1.2、用压缩性指标压缩模量Es作为承载力《规范》控制指标。

2.1.2、发明灰土桩桩端土的极限端阻力标准值q_pk(kpa)、桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kp)。

2.1.3、发明灰土桩施工设备的《灰土搅拌击实操作系统》

2.1.4、完善理论、改进施工手段后重新推广。

2.2、解决问题的技术方案要点。

2.2.1、要解决技术问题的技术方案(发明内容)

2.2.1.1、理论发现

2.2.1.1.1、容器原理

桩体只是荷载的传导，真正受力的是抬桩的土。桩周土、桩端土就如同容器的器壁器底，容器器壁器底的抗压强度或承载力是一个定值。灰土桩混凝土灌注桩未固结前受力状态就如同流动态的物质装入容器，在桩顶加压后，桩周土的侧阻力是桩周土压应力与抗压强度共同作用下形成的摩擦阻力，不是单纯物理意义上桩周土桩体材料摩擦系数因素形成的摩擦力。桩体固结后侧阻力逐渐趋于稳定。桩端土端阻力的大小只与桩端土层的土性和密实程度有关，与桩体材料无关。

容器原理解释桩基受力和承载力是整体概念，本发明所讲桩周土侧阻力、桩端土端阻力只是计算桩基础承载力的方式，不是桩基础实际受力原理。

2.2.1.1.2、用压缩性指标压缩模量Es作为确定承载力的《规范》控制指标的发明详见本发明2.2.1.2节表2.2.1.2.1-1、表2.2.1.2.1-2、2.2.1.2.2-1。

2.2.1.2、灰土桩桩端土的极限端阻力标准值q_pk(kpa)、桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kp)。

灰土桩桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kp)与现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008①的5.3.5表5.3.5-1桩的极限侧阻力标准值q_sik(kp)相同。

灰土桩桩端土的极限端阻力标准值q_pk(kpa)与现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008①的5.3.5条表5.3.5-2桩的极限端阻力标准值q_pk(kpa)5.3.6条表5.3.6-1干作业挖孔桩(清底干净，D＝800mm)极限端阻力标准值q_pk(kpa)相同。

2.2.1.2.1灰土钻孔桩

当根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系确定单桩竖向极限承载力标准值时，宜按下式估算：

Q_uk＝Q_sk+Q_pk＝u∑q_sikl_i+q_pkA_p (2.2.1.2.1)

式中q_sik——桩侧第i层土的极限侧阻力标准值，如无当地经验时，可按表2.2.1.2.1-1取值；

q_pk——极限端阻力标准值。如无当地经验时，可按表2.2.1.2.1-2取值；

表2.2.1.2.1-1灰土桩的极限侧阻力标准值q_sik(kpa)

注1 查表时《规范》控制指标压缩模量Es值选择Es_1-2；

2 对于尚未完成自重固结的填土和以生活垃圾为主的杂填土，不计算其侧阻力；

3 α_W为含水量比，α_W＝w/W_L，w为土的天然含水量，w_L为土的液限；

4 N为标准贯入击数；N63.5为重型圆锥动力触探击数；

5 全风化、强风化软质岩和全风化、强风化硬质岩系指其母岩分别为f_rk≤15MPa、f_rk＞30MPa的岩石。

表2.2.1.2.1-2灰土桩的极限端阻力标准值q_pk(kPa)

注：1 查表时《规范》控制指标压缩模量Es值选择Es_1-2；

2 砂土和碎石类土中桩的极限端阻力值，宜综合考虑土的密度，桩端进入持力层的深径h_b/d，土愈密实，h_b/d，愈大，取值愈高；

3全风化、强风化软质岩和全风化、强风化硬质岩系指其母岩分别为f_rk≤15MPa、f_rk＞30MPa的岩石。

2.2.1.2.2、大直径挖孔灰土桩

根据土的物理指标与承载力参数之间的经验关系，确定大直径桩单桩极限承载力标准值时，可按下式计算：

Q_uk＝Q_sik+Q_pk＝u∑ψ_siq_sikl_i+ψ_pq_pkA_p (2.2.1.2.2)

式中q_sik——桩侧第i层土极限侧阻力标准值，如无当地经验值时，可按本发明表2.2.1.2.1-1取值，对于扩底桩变截面以上2d长度范围不计侧阻力；

q_pk——桩径为800mm的极限端阻力标准值，对于干作业挖孔(清底干净)可采用深层载荷板试验确定；当不能进行深层载荷板试验时，可按表2.2.1.2.2-1取值；

ψ_si、ψ_p——大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数，按表2.2.1.2.2-2取值。

u——桩身周长，当人工挖孔桩桩周土与灰土桩桩体间为挤紧挤密击实时，桩身周长可按护壁外直径计算。

表2.2.1.2.2-1灰土桩干作业挖孔桩(清底干净，D＝800mm)极限端阻力标准值q_pk(KPa)

1 查表时压缩模量Es值选择Es_1-2；

2 当桩进入持力层的深度h_b分别为：h_b≤D，D＜h_b≤4D，h_b＞4D时，q_pk可相应取低、中、高值。

3 砂土密实度可根据标贯击数判定，N≤10为松散，10＜N≤15为稍密，15＜N≤30为中密，N＞30为密实。

4 当桩的长径比l/d≤8时，q_pk宜取较低值。

5 当对沉降要求不严时，q_pk可取高值。

表2.2.1.2.2-2大直径灰土桩侧阻力尺寸效应系数ψ_si端阻力尺寸效应系数ψ_p

注：当为等直径桩时，表中D＝d。

2.2.1.3、灰土桩施工设备的操作系统

灰土桩基础形式难以推广与灰土桩基础施工工艺不到位具有直接关系。施工方式制约着灰土桩基础形式的质量速度效益及推广。去除人为因素对灰土桩施工质量的影响，对灰土桩施工全过程做以高科技手段的设计直接关系到灰土桩基础形式的质量控制与技术推广。本发明对灰土桩的配料搅拌击实监控操作做了自动化的系统设计。

灰土桩施工系统由灰土配料搅拌系统灰土桩体击实系统地面监控操作系统三个系统组成。

2.2.1.3.1、灰土配料搅拌系统的设计要求

2.2.1.3.1.1、对施工现场的石灰和土过筛，灰粒粒径不得大于5mm，素土粒径不得大于15mm④。

2.2.1.3.1.2、石灰与灰土以37或者28以体积比配料。

2.2.1.3.1.3、对37或者28灰土配料的含水量以最优含水量控制。

2.2.1.3.1.4、对符合技术要求配制好的灰土进行机械均匀搅拌。

2.2.1.3.1.5、按照桩径井筒面积虚铺厚度300mm换算灰土填加量，并自动下料。

2.2.1.3.1.6、施工时要能够随时监控显示正在搅拌灰土的含水量，准确确定保证灰土最优含水量时的加水量。

2.2.1.3.2、灰土桩体击实系统的的设计要求

2.2.1.3.2.1、对桩体击实施工全过程的地面监控操作。

2.2.1.3.2.2、对井底桩体灰土要施加≥土工试验室确定灰土最大干重度最优含水量时的击实功：轻型击实设备单位体积的击实功591.60kj/m³、重型击实设备单位体积的击实功2682.70kj/m³(1焦耳＝1牛顿米)见《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)条文说明6.2。

2.2.1.3.2.3、桩体击实分两步：第一步：对桩体本身的击实。第二步对灰土桩体与桩周土接触的桩体周围灰土进行特别挤进挤密击实。这两步可在设计施工机械时同时完成，例如对击实机械增加侧向震动。

2.2.1.3.2.4、保证技术要求的前提下，按照质量效益的要求，击实可以是水平移动，也可以是竖向。施工机械可以是大型，也可以是小型。

2.2.1.3.3、地面监控操作系统的设计要求

2.2.1.3.3.1、地面操作监控系统是对灰土配料搅拌系统、桩体击实系统施工实况全过程进行显示监测调控操作运转的反馈指令的地面监控操作系统。

2.2.1.3.3.2、虚厚≤300mm(250mm为人工击实时的虚厚)，灰土桩施工是对灰土分层击实重复的施工过程，地面操作监控系统与灰土配料搅拌系统、桩体击实系统的前后上下反馈指令连接要通过程序化自动化设计完成。程序连接，重复工作，往复循环。

2.2.1.3.4、灰土桩配料击实操作系统设计要求

2.2.1.3.4.1、要通过对灰土配料搅拌系统、灰土桩体击实系统、地面监控操作系统的电信号反馈指令连接要落实操作系统整体化、施工过程自动化、施工手段机械化、施工调控程序化、施工运转高效化、施工材料均匀化、施工质量规范化。

2.2.1.3.4.2、在保证施工质量的前提下提高桩体施工速度工作效率。

《灰土桩配料击实操作系统》详见说明书附图图1。

2.2.1.4、灰土桩基础形式

灰土桩基础形式不是发明人的发明，但发明人发明的容器理论、压缩模量Es作为《规范》控制指标使桩基础的理论有了新的突破进展，桩周土侧阻力、桩端土端阻力、灰土桩侧阻力的发明使灰土桩的承载力大幅提高，桩径明显变小。自动化施工设备使灰土桩的施工质量去除了人为因素的影响。发明人对灰土桩的责任是完善理论，重新推广。

2.2.2、解决问题的技术方案要点

2.2.2.1、解决问题的技术方案要点

2.2.2.1.1、理论发现

2.2.2.1.1.1、容器原理

尽管桩周土的抗压强度是个定值，但由于施加在桩周土上的压应力是变化的，同一地层同一桩径同一桩长的桩周土侧阻力不一定一致。例如：桩周土相同，桩体压应力大、压应力小的桩周土侧阻力就不同。压应力相同，桩体抗压强度不同例如黄土状粉质粘土和基岩的侧阻力不同承载力也不同。权威准确的结论应该是工程经验和载荷试验。

2.2.2.1.1.2、《规范》控制指标压缩模量Es

2.2.2.1.1.2.1、液性指数I_L、压缩模量Es、黏性土的承载力

2.2.2.1.1.2.1.1、现行《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)使用稠度指标液性指数I_L不能反应黏性土的承载力。

过去的《湿陷性黄土地区建筑规范》或者《工程地质手册》用W(含水量)，W_L/e(液限/孔隙比)确定湿陷性黄土承载力基本值f₀；《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)的5.3.5、5.3.6条款黏性土极限侧阻力标准值q_sik(kpa)、极限端阻力标准值q_pk(kpa)都用土的天然稠度状态指标液性指数I_L确定。液性指数I_L＝(W-W_P)/(W_L-W_P)。W_P、W_L之间曾有一个不成文的经验公式：W_P＝0.66W_L-1.32，按此公式列三组土样的数字：(1)W_L＝29，W_P＝17.82；(2)W_L＝33.00，W_P＝20.46；(3)W_L＝37.00，W_P＝23.10；这三组数据是土工试验表中可能随时看到的，是真实的。含水量是任意变化的，假设各组含水量为：(1)W＝21.17(2)W＝24.22；(3)W＝27.27，这三组土样的液性指数值(1)I_L＝3.35/11.18＝0.30(2)I_L＝3.76/12.54＝0.30；(3)I_L＝4.17/13.9＝0.30。这不是臆造，是真实。问题是这三组土样的液限W_L值相差4，土性肯定存在严重差异，但土性存在严重差异三组土样的液性指数I_L竟然都是0.3，I_L＝0.3时各土样桩侧阻力、桩端阻力各是多少？《工程地质手册》第四版表3-1-5讲液性指数的物理意义是“土抵抗外力的量度，其值越大，抵抗外力的能力越小。”不知道液性指数I_L和抵抗外力的关系是怎么来的，发明人看不出含水量、液限、塑限、液性指数与承载力密实度的必然联系，液限或塑限的大小反映了土性，这句话是对的，但两个变动不定的含水量差的比值作为分母此指标物理意义不明确物性指标难以职能。因为与分母W_L-W_P差相同的液限、塑限值有很多组，这个指标无力真实反映土性变化。例如压缩模量有加压区间E_s1-2、E_s2-3、E_s3-4反映孔隙比变化就很严密。影响黏性土承载力的主要因素是土的沉积环境(洪积坡积)成因(风成水成)沉积年代(Q₄ ¹、Q₄ ²)结构(单粒结构蜂巢结构絮状结构)密度(干容重孔隙比)。液性指数I_L与这些主要因素有多大关系？是不是W、W_L/e与湿陷性黄土承载力基本值f₀具有直接的联系，结论是：不一定。因为I_L；W、W_L/e这些指标距离反映地基土密实程度承载力沉降量较远或者转了大弯。含水量W、塑限W_p、液限W_L、液性指数I_L这些指标中哪个指标能够直接反映地基土的密实度沉降量承载力？回答是：和承载力关系不大。《规范》控制指标要符合土力学原理。在黏性土纷杂的物理力学性质指标中液性指数I_L、含水量W、液限/孔隙比W_L/e和地基土的变形量承载力没有直接关系，用这些指标《规范》地基土承载力不直接不全面不真实不正确。

2.2.2.1.1.2.1.2、压缩性指标压缩模量E_S反应黏性土承载力很直观

压缩模量E_S是对应反映承载力大小的土工试验指标。施工现场承载力、沉降量与实验室的加压量、孔隙比；野外静载荷试验与室内压缩试验存在施工现场与实验室的对应关系，此对应关系紧扣荷载、变形量的承载力概念。反映荷载、变形量的指标就是形变模量E₀、压缩模量Es。载荷试验、室内压缩试验的对应关系都符合本发明承载力是变形对应的上部荷载的概念。这也符合《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008编制承载力载荷试验的依据。所不同的是，载荷试验与压缩试验的区别在于试验时是否侧限，形变模量E₀＝βE_s，β值在0-1.00之间。压缩模量Es由于直接包含了很多甚至目前土力学研究领域还没有发现的土性指标。不受场地条件其它变化因素影响，尽管土的类型沉积环境成因沉积年代结构密度各异，应该说同一压缩模量E_s例如：三组土样压缩模量为(1)E_S1-2＝6.0Mpa；(2)E_S1-2＝6.0Mpa；(3)E_S1-2＝6.0Mpa时的承载力应该是大体一致的。这也符合《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008编制承载力以载荷试验为依据的《规范》做法。桩周土密实度和端阻力侧阻力的变化趋势是相同的。c、φ反应侧阻力是表面的，同时两个指标不好操作。目前的土工试验表中采用压缩模量Es作为确定桩周土侧阻力的《规范》控制指标是符合容器原理的。尽管压缩模量E_S存在采样扰动运输不包含施工等人为因素的影响，但压缩模量E_S与地基土端阻力的关系是直接的。用压缩模量E_S作为确定地基土承载力的《规范》控制指标理性、准确、科学、直观、全面、开门见山、实事求是。

2.2.2.1.1.2.2、压缩模量Es

2.2.2.1.1.2.2.1、压缩模量Es的概念

压缩模量是指在侧限条件下土的垂直向应力与应变之比，Es_i-i+1＝(1+e₀)/a_i-i+1。压缩系数a_i-i+1＝(e_i-e_i+1)/(p_i+1-p_i)是反映了地基土孔隙比随加压量变化的指标。黏性土和湿陷性黄土孔隙比e减小的表现就是沉降量的增加。

2.2.2.1.1.2.2.2、压缩模量Es列表选值

2.2.2.1.1.2.2.2.1、压缩模量Es变化趋势反映桩周土桩端土承载力是符合容器原理的

压缩模量E_S不是决定承载力大小的指标，而是对应反映承载力大小的土工试验指标。《规范》控制指标是用土性变化趋势对应反映承载力的物性指标。桩周土压缩模量Es与侧向抗压强度尽管力的方向不同，但反应桩周土密实度承载力的趋势相同。用压缩模量Es作为确定桩周土侧阻力的《规范》控制指标是符合容器原理的。压缩模量Es与桩端土端阻力具有直接对应关系。压缩模量Es与承载力的对应关系来源于同一地层土工试验表与野外载荷试验的对应关系。

2.2.2.1.1.2.2.2.2、本发明承载力表中压缩模量Es与承载力对应关系的编制说明

本发明表格编制中极限侧阻力标准值q_sik(kp)、极限端阻力标准值q_pk(kp)的最大值、最小值是现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008对应表格的最大值、最小值，这是编制灰土桩承载力表格的依据。在这个规范值域内，对其间值按照相同压缩模量Es值区间列表，压缩模量Es差值相等条件下，压缩模量Es值小的区间，上下承载力差值小；压缩模量Es值大的区间，上下承载力差值大。承载力差值随着压缩模量值增加，直到与原规范最大值相等。压缩模量Es作为《规范》控制指标规范承载力时，不涉及其它指标因素，只以压缩模量Es变化值对应极限侧阻力标准值q_sik(kp)、极限端阻力标准值q_pk(kp)。

2.2.2.1.1.2.2.2.3、压缩模量Es选值

目前实验室对高层建筑深基础地基土固结试验最大加压量为基底压力值，土工试验表中不同压力区间压缩模量Es值比较多，尽管载荷试验承载力与压缩模量Es存在对应关系，从常规来讲，压缩模量Es选加压量小的值比较安全。本发明查表时《规范》控制指标压缩模量Es取土工试验表中的E_s1-2。

2.2.2.1.2、灰土桩桩周土极限侧阻力标准值的发明来源即混凝土灌注桩灰土桩桩周土极限侧阻力的比较

影响桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kp)因素的分析比较表2.2.2.1.2

从容器原理和《影响桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kp)因素的分析比较》表2.2.2.1.2综合定性分析比较和容器原理可以结论：“灰土桩的桩周土极限侧阻力、桩端土极限端阻力都应比混凝土灌注桩桩周土的极限侧阻力、桩端土极限端阻力数值大。”考虑到施工中可能出现的不利因素，本发明选择了灰土钻孔桩、大直径灰土挖孔桩桩周土极限侧阻力标准值q_sik(kp)与现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008①的5.3.5条表5.3.5-1桩的极限侧阻力标准值q_sik(kp)取值相同的发明数值。

2.2.2.1.3、灰土桩施工设备的制造要以《灰土桩配料击实操作系统》发明为技术要求。

2.2.2.1.4、灰土桩基础的有关要求

2.2.2.1.4.1、灰土桩的设计要求、

2.2.2.1.4.1.1、灰土桩的结构设计要求

灰土桩的结构设计必须同时满足承载力条件和强度条件要求

2.2.2.1.4.1.1.1、承载力条件：

P+G≤Q_sk+Q_PK①

P+G≤u∑q_sikl_i+q_PKA_p

P--单桩荷载(KN)

G-自重(KN)

Q_sk——总极限侧阻力标准值(KN)

Q_pk——灰土总极限端阻力标准值(KN)

u——桩身周长(m)

q_sik——桩侧第i层土极限侧阻力标准值(kpa)见本发明2.2.1.2节表2.2.1.2.1-1

q_pk——桩端土极限侧阻力标准值(kpa)见本发明2.2.1.2节表2.2.1.2.1-2、2.2.1.2.2.2-1。

A_p——桩体或桩端面积(m²)

l_i——对应地层厚度(m)

灰土桩承载力条件受力原理图见说明书附图图2。

2.2.2.1.4.1.1.2、桩体强度条件：

(P+G-Q_sk)/A_p≤q_ht ②

P+G-u∑q_sikl_i≤q_ht A_p

P+G≤u∑q_sikl_i+q_ht A_p

q_ht——37灰土抗压强度标准值取500(kpa) ②④

28灰土抗压强度标准值取400(kpa) ②

灰土桩强度受力原理图见说明书附图图3。

2.2.2.1.4.1.2、、灰土桩的构造设计要求

2.2.2.1.4.1.2.1、桩径：600mm≤1≤1200mm

2.2.2.1.4.1.2.2、相邻灰土井桩的中心距一般≤4.00m。

2.2.2.1.4.1.2.3、多层楼的灰土桩灰土比例可以28。

2.2.2.1.4.2、灰土桩基础形式适应范围

2.2.2.1.4.2.1、灰土桩基础形式是在干作业施工条件的基础形式，可在黄淮以北黄土地区大力推广。

2.2.2.1.4.2.2、适宜于桩周没有碎石土、砂土夹层地层稳定地下水位较深桩周土含水量＜26％非饱和桩端土为承载力较高的碎石土、砂土的黏性土湿陷性黄土地区。

2.2.2.1.4.2.3、灰土桩基础形式适宜于桩长一般在12.0m以内不大于15.0m的建筑场地。

2.2.2.1.4.2.4、荷载不大的建筑物桩体材料的灰土配合比例可以搞19，也可用素土。

2.2.2.1.4.3、单桩极限承载力标准值估算

本例计算以桩径0.80m，桩长10.00m，桩周土、桩端土压缩模量均为E_s1-2＝9.0Mpa、液性指数I_L＝0.5的黄土状粉质粘土为例。

2.2.2.1.4.3.1、根据陕西省《灰土井桩设计与施工规程》(DBJ-3-87)计算的单桩竖向极限承载力值

N_灰土是标准值，换算成极限值＝500.00×2.00＝1000.00(kpa)，A＝3.14×0.4²＝0.502m²，N＝R_灰土A＝1000.00×0.502＝502.00(KN)；黄土状粉质粘土容许摩阻力f_v取中间值(16+13)/2＝14.50kpa，标准值换算成极限值＝标准值×2.00＝14.50×2.00＝29.00(kpa)，灰土桩的极限侧阻力标准值Q_v＝u∑f_vih_i＝2×3.14×0.40×29.00×10.0＝728.48(KN)。

单桩竖向承载力极限值Q_uk＝RA+u∑f_vih_i＝502.00+728.48＝1230.48(KN)。

2.2.2.1.4.3.2、按照本发明计算的灰土桩单桩极限承载力标准值

2.2.2.1.4.3.2.1、按照本发明灰土桩承载力理论计算的单桩承载力标准值

从表2.2.1.2.1-1灰土桩的极限侧阻力标准值q_sik(kpa)取干作业钻孔桩中偏高压缩时6.00＜Es≤9.00时的极限侧阻力标准值q_sik(kpa)为44-57(kpa)，9.00Mpa是3.00-15.00的中间值，选57.00(kpa)，ψ_sik＝1.00，侧阻力Q_sk＝u∑ψ_siq_sikl_i＝2×3.14×0.40×1.0×57.00×10.0＝1431.84(KN)；查表2.2.1.2.2.2-1灰土桩干作业挖孔桩(清底干净，D＝800mm)压缩模量Es中偏高值，5.00＜Es≤10.00时的桩端土极限端阻力标准值q_pk为800-1500kpa，平均值1300(kpa)。端阻力Q_pk＝ψ_pq_pkA_p＝1.0×1300×3.14×0.4²653.12(KN)。ψ_p＝1.00，单桩竖向极限承载力标准值Q_uk＝Q_sik+Q_pk＝∑ψ_sikq_sikl_i+ψ_pq_pkA_p＝1431.84+653.12＝2087.96(KN)。

2.2.2.1.4.3.2.2、按本发明灰土强度理论计算的单桩极限承载力标准值

灰土抗压强度标准值500kpa，换算成极限抗压强度标准值为1000.00(kpa)。

Q_uk＝Q_sk+Q_ht＝u∑q_sikl_i+q_htA_p

Q_uk＝q_htA_p+u∑q_sikl_i＝1000.00×3.14×0.4²+2×3.14×0.4×57×10.0＝502.00+1431.84＝1933.84(KN)

2.2.2.1.4.3.2.3、灰土桩单桩极限承载力标准值

同时满足承载力条件和强度条件时本例灰土桩单桩极限承载力标准值为1933.84(KN)。

2.2.2.1.4.3.3、按照现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008混凝土灌注桩的单桩极限承载力标准值。

I_L＝0.5时查《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008表5.3.5-1q_sik取对应值66(kpa)，I_L＝0.5q_pk取对应值1300(kpa)

Q_uk＝Q_sik+Q_pk＝∑ψ_siq_sikl_i+ψ_pq_pkA_p＝1.0×2×3.14×0.4×66×10.00+1.0×1300×3.14×0.42＝1657.92+653.12＝2311.04(kpa)。

2.2.2.1.4.3.4、极限侧阻力比较

本例本发明极限侧阻力57.00kpa，陕西省《灰土井桩设计与施工规程》(DBJ-3-87)极限侧阻力14.50×2.00＝29.00kpa。前者是后者的1.97倍。

2.2.2.1.4.4、灰土桩的质量监控

2.2.2.1.4.4.1、灰土桩施工过程的质量控制

质量管理监督部门可在地面监控操作系统旁对配料击实施工全过程进行施工质量监督。

2.2.2.1.4.4.2、灰土桩施工质量的监控

灰土桩与混凝土桩的异同在于受力原理相同，桩体随着时间固结达到最终强度的时间变形不同，37灰土龄期28天后野外静载荷试验的沉降变形量中含有灰土本身30-40％未达到最终强度正在发生的沉降变形。灰土桩静载荷试验要制定一个符合灰土固结变形实际的《规范》指标，这个《规范》指标需要由大量的野外静载荷试验确定。

2.3、有益效果

2.3.1、申请本发明的意义

灰土桩缺少《规范》理论和灰土是土的认识是目前灰土桩难以推广难以操作的技术障碍。发明者认为：推广灰土桩，不单是造价问题，更重要的是填补学术空白、实现学术价值、实现技术工作意义、落实技术工作责任、推动生产力进步、落实科学发展的问题，是很多湿陷性黄土地区在选择基础形式时面能不能更宽在工程技术选择上能不能更加科学主动合理的问题。如果本发明能够获得国家专利，我国黄淮以北地区地下水位较深湿陷性黄土分布较广厚度较大的黄土地区的深基础工程将更加主动科学。

2.3.2、工程技术效益

2.3.2.1、容器理论对灰土桩受力原理的解释是接近实际的，在混凝土灌注桩桩体固结前，承载力的增加也是容器理论，桩体固结后侧阻力不再增加，受力以桩端为主。同时桩周土的侧阻力是桩体施加在桩周土的压应力与桩周土抗压强度共同作用下形成的摩擦阻力的理论和承载力是变形对应的荷载的概念为压缩模量Es作为《规范》控制指标提供了理论依据，比液性指数前进了一步。

2.3.2.2、压缩模量Es作为《规范》控制指标找到了土工试验指标与载荷试验承载力的对应关系，这种对应关系不可能真实，但可以在载荷试验与压缩模量对应关系的制约性接近真实。使《规范》控制指标不失土性真实意义的《规范》承载力。也使理论和实际找到了对应关系连接点。

2.3.2.3、灰土桩抗压强度取值安全可靠。研究表明，37灰土28天龄期抗压强度0.5-1.0MPa，90天龄期的灰土强度是30天龄期灰土强度的1.6-2.0倍④。本发明灰土抗压强度取28天龄期抗压强度的最低值0.5MPa。不考虑随着时间缓慢增加强度因素，这一取值保证了安全，有利于本发明专利的应用与推广。

2.3.2.4、发明人的这一发明解决了过去灰土桩承载力偏低桩径过大的问题。本发明极限侧阻力是陕西省《灰土井桩设计与施工规程》(DBJ-3-87)极限侧阻力的1.97倍；按照本发明理论计算的灰土桩单桩极限承载力值是陕西省《灰土井桩设计与施工规程》(DBJ-3-87)单桩极限承载力值的1.57倍；是现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008混凝土灌注桩单桩极限承载力值的0.84倍。反之，陕西省《灰土井桩设计与施工规程》(DBJ-3-87)计算的灰土桩单桩极限承载力值是本发明灰土桩单桩极限承载力值的0.64倍；现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008计算混凝土灌注桩单桩极限承载力值是本发明灰土桩单桩极限承载力值的1.20倍。

2.3.2.5、沉降稳定。在湿陷性黄土地区、自重湿陷性黄土地区，灰土桩桩体的含水量≤桩周土、桩端土的含水量，施工前后桩周土、桩端土含水量及承载力稳定，由于湿陷条件不足，不会发生桩周土、桩端土因为含水量增大引起的的湿陷变形和加大压缩变形。只发生在含水量承载力土性稳定前提下的压缩变形。

2.3.2.6、灰土自重轻。素混凝土重度22.0-24.0(NK/M³)、钢筋混凝土重度24.0-25.0(NK/M³)，灰土重度18.0-19.0(NK/M³)。

2.3.2.7、灰土桩地基与混凝土基础梁是两张皮，地震发生时可以从地基基础间削减基础以下地基传来的地震波水平推力对建筑物上部结构产生的地震影响，防震抗震事半功倍。

2.3.2.8、灰土桩基础形式使湿陷性黄土地区从技术上为基础形式的选择找到了主动。例如：II级自重湿陷性黄土地区大开挖挖的太深，选择灰土桩基础形式安全系数大一点地面防水做好就可以，工程造价可大大降低。

2.3.3、专利施工设备保证了灰土桩施工的质量速度效率

2.3.3.1、人为因素不再困扰灰土桩质量，灰土桩专利施工设备使桩体施工干重度由高科技的机械施工过程控制，机械施工保证了灰土桩体质量。

2.3.3.2、灰土桩施工设备将使灰土桩施工的质量速度效率大幅提高。

2.3.4、环境效益

2.3.4.1拌合灰土的素土就地采用桩井掘土，避免了砂石运进及掘土运出采购运输增加造价及对城市环境的干扰。

2.3.4.2灰土固结后从强度上讲是石，从成分上讲还是土，与混凝土桩相比，灰土桩保证了阴阳地气的通畅，保护了生态，避免了子孙后代后续建设时基础工程之忧。

2.3.5、经济效益

2.3.5.1、本发明每年可为国家节约建设投资为104.80亿元。

2.3.5.2、计算比例取值理由

2014年1月20日国家统计局公布2013年全国固定资产投资总值为436528亿元。全国建筑安装总投资是这个数字的67％(住建部提供)为292473.76亿元。这个数字就是工业民用建筑的总投资，一般来说土建工程总造价一般是总造价的65％，为190107.94亿元。黄淮以北工民建土建工程投资按全国总投资的35％估算(估算没有依据)，为66537.78亿元。基础工程占土建工程总造价取20％，为13307.56亿元。目前常用的基础形式有：浅基础：筏基、条基。深基础：混凝土灌注桩、载体桩、螺杆桩、CFG桩、灰土挤密桩。在这些基础形式中，混凝土灌注桩作为主要深基础形式占得比例较大，可按18％估算为2395.36亿元，本发明灰土桩可以取代的混凝土灌注桩占混凝土灌注桩总投资的比例取35％计算为838.38亿元，去除基础工程中土石方，桩顶上部的造价，桩基础的桩体造价按0.50计算419.19亿元，综合各种不可估量因素，假设本发明灰土桩成本为混凝土灌注桩的3/4，本发明每年可为国家节约建设投资419.19×0.25＝104.80亿元。对此计算取值比例合理性真实性最有发言权的应该是国家有关部门和陕西省及宝鸡市建筑勘察设计界的老同志。这个数字不包括水利、铁路、公路和南方可以使用灰土桩的行业和地区。

2.3.5.3、大力推广随意突破

效益估算数字永远存在争议，发明者希望通过对这一惊人数字的争议能够唤醒社会各界特别是政府有关部门对本发明专利的关注支持。黄淮以北黄土层分布广，适宜于灰土桩基础形式，因为灰土桩具有造价低、地基基础减震、含水量承载力稳定、强度可靠的优势，地下水位较深的粘性土、湿陷性黄土地区，不管北方南方都可大胆使用。在陕西的湿陷性黄土分布地区榆林、延安、铜川、宝鸡、咸阳、西安、渭南可以大力推广灰土桩基础形式。以陕西省宝鸡市为例：宝鸡市扶风、岐山、凤翔三县境内，金台、渭滨、陈仓、眉县、陇县、千阳、麟游一级阶地以上和凤县太白的黄土堆积地带都可采用灰土桩基础形式。

2.3.6、社会效益

2.3.6.1、灰土专利施工设备制造，灰土桩专利推广施工管理和一线施工可不定期为2000-3000人提供就业岗位。

2.3.6.2、落实了“科技是第一生产力”、“三个代表”、“科学发展”，圆了发明人15年的中国梦。

2.4、灰土桩基础形式的局限性

2.4.1、桩体强度偏低且增加速度稍慢

灰土的抗压强度随着时间的延续在逐渐变硬，达到最终强度的时间较长。灰土龄期28天固结强度只可达到实际最终强度的60-70％左右。桩体强度随着时间增加的速度稍慢。

2.4.2、击实施工过程稍慢

灰土桩的桩体材料是按照体积比在最优含水量时用石灰素土经过配制后散粒状的灰土。分层击实的施工程序过程，决定了灰土桩体施工时间稍慢。

3.具体实施方式

3.1、因为本发明关系到国家有关现行《规范》的调整，在专利证书颁发后，发明人要向住建部及有关部门寄去这一专利，申求本发明有关条款成为国家《规范》或《规程》。以保证本发明在勘察设计行业的推广应用。

3.2、向国家有关部门申请，通过大量载荷试验确定灰土桩载荷试验的质量监控值。

3.3、按照本发明《灰土桩配料击实操作系统》的技术要求，制造灰土桩施工设备。

本发明在编写过程中参考了后附有关参考文献《规范》《规程》《手册》百度百科的有关内容与章节，发明人表示感谢。

参考文献：

①《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的5.3.5、5.3.6条款。

②《灰土井桩设计与施工规程》(DBJ-3-87)，

③《湿陷性黄土地区建筑规范》(GB50025-2004)

④百度百科：原文未注明作者

⑤《工程地质手册》第四版

图1：

灰土桩配料击实操作系统图由三个系统组成：1灰土配料搅拌系统：主要是在最优含水量状态对石灰、素土以体积比配料搅拌下料系统。2桩体击实系统：是对井桶桩体的击实施工系统包括对桩体与桩周的击实。3地面监控操作系统：主要完成对灰土配料、含水量检测、搅拌、下料、桩体击实循环重复施工的监控操作。这三个系统是整体的灰土桩配料击实操作系统。完成配料、含水量监测、搅拌、下料、击实施工后信息反馈主动发出进行下道工序的重复施工指令，对灰土配合比含水量下料击实施工过程中的异常情况随时声电显示。系统之间的连接按照本发明技术要求设计，实现操作系统整体化、施工过程自动化、施工手段机械化、施工调控程序化、施工运转高效化、施工材料均匀化、施工质量规范化。

图2：

承载力条件、P+G≤Q_sk+Q_PK≤u∑q_sikl_i+q_PKA_p①

P--单桩荷载(KN)

G-自重(KN)

Q_sk——总极限侧阻力标准值(KN)

Q_uk——灰土总极限端阻力标准值(KN)

u——桩身周长(m)

q_sik——桩侧第i层土极限侧阻力标准值(kpa)

q_pk——桩端土极限侧阻力标准值(kpa)

A_p——桩体或桩端面积(m²)

l_i——对应地层厚度(m)

图3：

桩体强度条件：

P+G≤Q_sk+Q_ht≤u∑q_sikl_i+q_ht A_p②

P--单桩荷载(KN)

G-自重(KN)

Q_sk——总极限侧阻力标准值(KN)

Q_ht——总桩体强度极限端阻力标准值(KN)

u——桩身周长(m)

q_sik——桩侧第i层土极限侧阻力标准值(kpa)

q_ht——37灰土抗压强度标准值取500(kpa)②，

极限抗压强度标准值取1000(kpa)

A_p——桩体或桩端面积(m²)

l_i——对应地层厚度(m)

Claims

1.桩基容器原理：桩体只是荷载的传导，真正受力的是抬桩的土。桩周土、桩端土就如同容器的器壁器底，容器器壁器底的抗压强度或承载力是一个定值。灰土桩、混凝土灌注桩未固结前受力状态就如同流动态的物质装入容器，在桩顶加压后，桩周土的侧阻力是桩周土压应力与抗压强度共同作用下形成的摩擦阻力，不是单纯物理意义上桩周土桩体材料摩擦系数因素形成的摩擦力。桩体固结后侧阻力逐渐趋于稳定。桩端土端阻力的大小只与桩端土层的土性和密实程度有关，与桩体材料无关。

2.使用压缩性指标压缩模量Es作为极限侧阻力标准值q_sik(kPa)、极限端阻力标准值q_pk(kPa)的《规范》控制指标。

3.灰土桩的极限侧阻力标准值q_sik(kPa)、极限端阻力标准值q_pk(kPa)与现行《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008的5.3.5和3.3.6条款极限侧阻力标准值q_sik(kPa)、极限端阻力标准值q_pk(kPa)相同。

4.《灰土桩配料搅拌击实监控操作系统》从灰土桩施工要求上对灰土桩施工设备的设计制造提出了技术要求。

5.由于理论与手段的不成熟性，本发明申请日之前，从行政到民间，从技术《规范》到市场灰土桩基础形式已停止使用。灰土桩基础形式不是发明人的发明，但发明人发明的容器理论、压缩模量Es作为《规范》控制指标使桩基理论有了新的突破进展，本发明侧阻力、端阻力使灰土桩的承载力大幅提高，桩径明显变小。灰土桩施工设备使灰土桩施工去除了人为因素。质量速度效率大幅提高。

发明人对灰土桩的责任是完善理论改进手段重新推广。