CN104652462B - 建筑复合地基桩顶预刺入式褥垫层 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑复合地基桩顶预刺入式褥垫层，其包括褥垫层本体，褥垫层本体覆盖在基础底面和桩体的顶部之间，褥垫层本体的底部设有预刺入孔，预刺入孔的大小用于与桩体的顶部相吻合。同时本发明公开了一种预刺入孔的计算方式。其有益效果是，相对于复合地基常规桩顶垫层做法，大多为“齐平式”，即桩顶、桩间土顶面垫层厚度只能相同。本发明的预刺入式褥垫层，预刺入孔的深度可根据具体工程的荷载大小、土质条件、垫层材料性质，按照设计所需要达到的桩土应力比要求灵活调节；也可在同一建筑的不同部位，结合采用不同的垫层厚度和预刺入深度，通过预刺入孔深度的差异化控制，合理调节复合地基刚度、减小地基的差异沉降。

Description

建筑复合地基桩顶预刺入式褥垫层

技术领域

[0001] 本发明涉及建筑领域，特别是涉及一种建筑复合地基粧顶预刺入式褥垫层。

背景技术

[0002] 复合地基与天然地基、粧基同为建筑工程常用的三种地基基础形式。复合地基的 实质就是在地基土中设置粧体(也称增强体），使粧与粧间土共同承担上部结构荷载的一种 基础形式。

[0003] 复合地基由粧、土两部分组成，粧、土两者材料强度、刚度差异很大，等荷载作用 下，粧的变形远小于粧间土，两者的变形有较大差异。如图1所示若直接将粧体置于基础底 面，则在上部建筑荷载1的作用下，因为粧体2、粧间土 3之间的刚度差异，导致大部分上部建 筑荷载1经由粧体传递到地基深处，粧间土难以发挥承载作用。因此，如何实现粧体2、粧间 土3变形协调，是实现粧、土共同作用是必须解决的问题，这一问题对于粧体强度较高的刚 性粧复合地基以及荷载较大的高层建筑，尤为重要。

[0004] 如图2所示，目前，工程上对于粧、土变形协调问题的解决方法，通常是在基础底面 4和粧体2顶部之间设置一个过渡的褥垫层5。褥垫层5-般由碎石、砂石等材料组成，厚度一 般为100~300mm。褥垫层的基本原理在于，垫层由砂石等材料散粒材料组成，本身具有一定 的流动性和可挤密性。如图3所示，在荷载作用下，粧体2因为刚度远大于粧间土3,粧体2顶 部产生应力集中，粧体2的沉降小于粧间土，两者的变形差异形成一种粧顶相对于褥垫层5 的"向上刺入"，通过粧顶的这种相对"刺入"，粧体与粧间土的变形得以协调，粧、土能够发 挥各自的承载作用，实现粧、土共同作用。试验研究和工程实践表明，复合地基设置粧顶褥 垫层，不仅可为粧与土的变形协调提供条件、形成复合地基，且具有对浅层软弱土加固、缓 解粧顶基础底面应力集中、基础减振等作用。

[0005] 褥垫层厚度，是复合地基设计的重要参数。研究和工程实践发现，通过改变垫层厚 度，可以调节粧土应力比和粧、土荷载分担，一般情况下，垫层越厚，粧间土分担的荷载越 多、粧土应力比越小，反之，垫层越薄，粧体分担的荷载越多、粧土应力比越大。近一二十年 的工程实践证明，复合地基采用粧顶褥垫层技术，应用效果良好。

[0006] 但是，工程设计与应用仍然存在以下问题：

[0007] 通过改变粧顶褥垫层的厚度，虽然具有调节粧土应力比和粧、土荷载的作用，但这 种调节作用也存在局限性:一方面，当土质较差时，一般设置较薄的垫层，以实现粧承担较 高的荷载分担比例、保证粧的承载作用充分发挥，但垫层过薄，土的承载作用几乎不能发 挥，经济性不好，且垫层难以达到对加固浅层软弱土的目的，不尽合理；另一方面，土质较好 时，为充分发挥土的承载作用，一般设置较厚的垫层。然而，较厚的垫层使粧体的承载作用 发挥滞后，粧、土之间为实现变形协调，粧顶需要产生较大的向上刺入量，这种粧顶刺入量 是以复合地基整体沉降为代价的，因此，这种粧顶刺入降低增大复合地基的整体沉降。

发明内容

[0008] 本发明解决上述问题的一个或多个，提供了一种建筑复合地基粧顶预刺入式褥垫 层。

[0009] 根据本发明的一个方面，提供了一种建筑复合地基粧顶预刺入式褥垫层，其包括 褥垫层本体61，褥垫层本体61覆盖在基础底面和粧体顶部之间，褥垫层本体61的底部设有 预刺入孔，预刺入孔的大小用于与粧体的顶部相吻合。

[0010] 其有益效果是，相对于复合地基常规粧顶垫层做法，大多为"齐平式"，即粧顶、粧 间土顶面垫层厚度只能相同。本发明的预刺入式褥垫层，预刺入孔的深度可根据具体工程 的荷载大小、土质条件、垫层材料性质，按照设计所需要达到的粧土应力比要求灵活调节； 也可在同一建筑的不同部位，结合采用不同的垫层厚度和预刺入深度，通过预刺入孔深度 的差异化控制，合理调节复合地基刚度、减小地基的差异沉降。

[0011] 在一些实施方式中，预刺入孔的预刺入深度△*〇,根据土力学中的梅耶霍夫 (Meyerhoff)破坏机制，按极限平衡法计算得到。

[0012] 在一些实施方式中，预刺入孔的预刺入深度△ tQ的计算方法为：

[0013] 确定复合地基的粧土应力比η值及实测的垫层材料摩擦角#值，其中，粧土应力比 η的值可以根据设计需要达到的要求进行确定，垫层材料摩擦角史值可以实测得到；

[0014] 取0.75~0.85倍η值作为预刺入粧土应力比初值no,按照公式：

[0016]计算预刺入深度八*〇,公式中d为粧体的直径，其中A、B、C、D的取值按以下4个公式 分别计算：

[0021] 其有益效果是，本发明的预刺入孔深度的计算方法简单、方便，具有很强的工程实 用性，可以进行广泛推广使用。

[0022] 本发明当中，根据设计所需要的粧土应力比η值和实测的垫层材料摩擦角史值，可 以依据公式来计算常规垫层的粧顶刺入量Δ tl。

[0025]但是，当垫层厚度h。与粧直径d的比值(hc/d)小于下表1的限值时，理想梅耶霍夫破 坏机制需要进行厚度修正，重新计算常规垫层刺入量A tl。修正时可按公式：

[0027]计算出 Atl。

[0028]公式中h。为垫层厚度，其中，A、B、C、D的取值按以下4个公式分别计算：

[0034] (表1)

[0035] 在一些实施方式中，所述预刺入孔的平面分布位置与粧体的平面分布位置一一对 应，多个所述预刺入孔的深度不统一。其有益效果是，通过设置多个预刺入孔，保证预刺入 式褥垫层可以承受更大的压力。

附图说明

[0036]图1为普通粧基的结构示意图；

[0037] 图2为粧顶设置了普通褥垫层的复合地基的结构示意图；

[0038] 图3为粧顶设置了普通褥垫层后，当地基受荷、粧顶产生向上刺入的示意图；

[0039] 图4为本发明一实施方式的预刺入式褥垫层的结构示意图；

[0040] 图5为本发明一实施方式的预刺入式褥垫层的预刺入深度△ tQ或△ tl与垫层厚度h。 的比值曲线图。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图1至图5以及具体实施方式对本发明的建筑复合地基粧顶预刺入式 褥垫层做进一步说明。

[0042] 本发明公开了一种建筑复合地基粧顶预刺入式褥垫层，其包括褥垫层本体6,褥垫 层本体6覆盖在基础底面4和粧体2的顶部之间，褥垫层本体6的底部设有预刺入孔61，预刺 入孔61的大小用于与粧体2的顶部相吻合。

[0043] 如图1和图2所示，复合地基常规粧顶垫层做法，大多为"齐平式"，即粧体的顶部、 粧间土顶面垫层厚度只能相同。本发明的预刺入式褥垫层，预刺入孔61的深度可根据具体 工程的荷载大小、土质条件、垫层材料性质，按照设计所需要达到的粧土应力比要求灵活调 节;也可在同一建筑的不同部位，结合采用不同的垫层厚度和预刺入深度，通过预刺入孔深 度的差异化控制，合理调节复合地基刚度、减小地基的差异沉降。

[0044]下面以具体的工程实例来说明本发明的具体施工方式，同时对本发明的优点进行 验证。

[0045]假设某刚性粧复合地基工程由主裙楼组成，复合地基设计参数为：

[0046] 粧体的直径d为400mm，单粧承载力特征值为Ra*600kN(裙楼）、700kN(主楼），粧间 土承载力fsk为150kPa。主楼地基承载力需求为400kPa，粧土应力比η值需求为35;主楼地基 承载力需求为460kPa，粧土应力比η值需求为41。粧顶垫层厚度h c为300mm，垫层材料摩擦角 妒值为30°。

[0047]首先:计算常规垫层刺入量Λ tl

[0048] 粧顶垫层厚度hc为300mm，按表1，匕/(1 = 0.75<1.245，可按式3或查图5计算常规垫 层刺入量Δ tl，计算所得常规垫层裙楼、主楼刺入量Δ tl分别为145 · 9mm(裙楼）、171 · 9mm(主 楼），即常规垫层粧顶刺入将带来约150~175_左右的附加沉降，因粧顶刺入产生的差异沉 降约在26mm左右。

[0049] 其次:计算"预刺入式"垫层预刺入量Δ t0

[0050] 裙楼、主楼分别取粧土应力比计算初值no为0.85倍和0.80倍η值，则裙楼、主楼no值 分别为29.75(裙楼）、32.80(主楼），按式1或查图5,可得到"预刺入式"垫层的预刺入深度 A to分别为111 · 7mm(可取 110mm)、133 · 5mm(可取 135mm) 〇

[0051 ]最后：由上述计算所得到的常规垫层刺入量△ tl与预刺入式垫褥层预刺入量Δ t0， 两者的差值，即预刺入式垫褥层的后期刺入量A t2可以通过公式Δ t2= Δ tl- Δ tQ可以计算出 来。所得"预刺入式"垫层预刺入量A t2分别为35.9mm(裙楼）、36.9mm(主楼）。与常规垫层比 较，"预刺入式"垫层不仅后期粧顶刺入量远小于常规垫层（刺入量不到常规的垫层的 25%)、后期沉降很小，且柱、裙楼因粧顶刺入产生的差异沉降仅为1mm左右、几乎相等，远小 于常规垫层做法，地基变刚度调平效果显著。

[0052]以上的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离 本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1. 建筑复合地基粧顶预刺入式褥垫层，其特征在于，包括褥垫层本体(6)，所述褥垫层 本体(6)覆盖在基础底面(4)和粧体(2)的顶部之间，所述褥垫层本体(6)的底部设有预刺入 孔(61)，所述预刺入孔(61)的大小用于与粧体(2)的顶部相吻合； 所述预刺入孔(61)的预刺入深度Δ to,根据土力学中的梅耶霍夫(Meyerhoff)破坏机 制，按极限平衡法计算得到； 所述预刺入孔(61)的预刺入深度△ to的计算方法为： 确定复合地基的粧土应力比η值及实测的垫层材料摩擦角沪值，其中，粧土应力比为粧 体顶部平均竖向应力σρ与粧间土顶部平均竖向应力os的比值，η = σρ/os; 取0.75~0.85倍η值作为预刺入粧土应力比初值no，按照公式：

计算预刺入深度A to,其中，公式中d为粧体的直径，公式中A、B、C、D的取值按以下公式 分别计算：

2. 根据权利要求1所述的建筑复合地基粧顶预刺入式褥垫层，其特征在于，所述预刺入 孔(61)的平面分布位置与粧体(2)的平面分布位置一一对应，多个所述预刺入孔(61)的深 度不统一。