CN109898507A - 搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构及施工方法，属于地基基础领域。该结构包括若干搅拌桩，每个搅拌桩呈圆桩型嵌入地基中；所有搅拌桩在地平面上按照H型排列且相邻的搅拌桩相互咬合衔接，形成连续墙形式的H型搅拌槽；每个搅拌桩中垂直插有预制板，且所有搅拌桩中的预制板沿H型搅拌槽走向连续拼接；每个搅拌桩中，所述预制板的两侧和搅拌桩边界的地基土之间均填充有水泥土作为过渡层。本发明原理简单可靠，施工操作简便，适用工况广泛，受现场施工条件影响较小。本发明的复合基础的承载力与常规基础相比，在使用同样体积混凝土砂浆的条件下有较大幅度的提高，具有很好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于地基基础领域，具体涉及一种搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础。
背景技术
地基基础施工作为工程建设中的一项重要环节，对整个工程的质量与经济效益都有着举足轻重的影响。预制混凝土圆管桩由于桩身混凝土强度高、耐锤打性好、施工周期短、对环境影响小、单位承载力造价低等优点被广泛应用于建筑物和构筑物的基础工程中。
但是，在处理深厚软土地基时，由于桩周土体强度较低，圆管桩存在桩侧摩阻力低，单桩承载力不高的缺点。为了改善这一问题，研究者在基础横截面形状和土与结构相互作用性质等方面展开研究，企图开发新型地基类型，在节约材料的同时提高深厚软土地区基础的竖向和横向承载能力。当前大部分基础形式在深厚软弱土区使用时具有一定的局限性，单位混凝土用料所获得的承载力较低的问题，开发一种较适用于深厚软弱土区使用的地基形式显的尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于解决当前大部分基础形式在深厚软弱土区使用时具有一定的局限性，单位混凝土用料所获得的承载力较低的问题，并提出了一种搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构。
本发明解决具体技术问题采用的技术方案是：
一种搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，包括若干搅拌桩，每个搅拌桩呈圆桩型嵌入地基中；所有搅拌桩在地平面上按照H型排列且相邻的搅拌桩相互咬合衔接，形成连续墙形式的H型搅拌槽；每个搅拌桩中垂直插有预制板，且所有搅拌桩中的预制板沿H型搅拌槽走向连续拼接；每个搅拌桩中，所述预制板的两侧和搅拌桩边界的地基土之间均填充有水泥土作为过渡层。
作为优选，所述的预制板为预制混凝土板或预制钢板。
作为优选，所述预制板底部沉入搅拌桩底。
作为优选，所述的H型搅拌槽的尺寸大于预制板。
作为优选，所述的搅拌桩桩径为60cm，相邻搅拌桩的中心线间距为50cm。
作为优选，所述H型搅拌槽的尺寸为960cm×540cm。
作为优选，所述预制板的厚度为45cm。
作为优选，所述搅拌桩的深度为1～5m。
作为优选，所述的预制板在搅拌桩中呈对称分布，预制板两侧填充的水泥土厚度相同。
本发明的另一目的在于提供一种上述复合基础结构的施工方法，其步骤如下：
1)通过搅拌机械对目标区域内的地基土进行自上而下进行螺旋喷浆搅拌，使搅拌区域内的地基土与混凝土砂浆混合，钻至指定深度后得到填充有水泥土的搅拌桩；
2)然后在施工区域范围内，以H型的水平布局形式依次对每个桩位重复步骤1)，且保证相邻的搅拌桩相互咬合衔接，形成连续墙形式的H型搅拌槽；
3)在水泥土固化前，向每个搅拌桩中沉入预制板，预制板穿过桩体内的水泥土，其底部压入搅拌桩底部；相邻搅拌桩的预制板连续拼接，形成与H型搅拌槽相同形式布局的H型；
4)养护至水泥土固化后，形成预制板、板周围水泥土和地基土共同承担上部荷载的复合基础结构。
本发明的有益效果如下：
1.该复合地基中，预制板和地基土之间存在水泥土过渡层，改善了土与结构的接触关系和相互作用性质，可以较好的发挥地基土的承载力。两者共同作用致使该种新型复合基础在软弱土地区使用时具有较大的承载力和较易控制基础顶沉降。
2.该复合地基的搅拌槽影响区内的土体处于半封闭状态，其排水条件极差，由此减小工后沉降，使得复合地基的承载性能可以得到较好的发挥。
3.该复合基础中可使用制作简单的预制板，节省整体造价成本和施工时间。而且在深厚软土地区使用时该种新型复合基础较常规的圆管桩地基在达到相同承载要求下所用的混凝土量较小，比较节能环保。
4.该复合基础施工较为简单，可采用较为普及的三轴搅拌机进行施工，对水泥土搅拌槽的垂直度要求不高。
附图说明
图1为搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构示意图；
图2为三轴搅拌机施工点位示意图；
图3为施工完成后的搅拌槽示意图；
图4为搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础示意图。
图中附图标记为：搅拌桩1、水泥土2、预制板3、搅拌槽影响区4。
具体实施方式
下面结合附图和实施步骤对本发明进一步说明，
如图1所示，本实施例中的一种搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，其主体结构包括若干搅拌桩1。搅拌桩1是由三轴搅拌机等搅拌机械旋喷搅拌而成的，每个搅拌桩1均呈圆桩型，搅拌桩垂直打入地基中。但由于在该基础结构中，搅拌桩1是与预制板3共同组合形成复合基础的，因此对搅拌桩的垂直度要求无需过高。但所有搅拌桩1在地平面上需要按照H型排列，且相邻的搅拌桩相互咬合衔接，因此搅拌桩的桩体相互连接形成了平面上呈H型布置的地下连续墙，我们将其称为H型搅拌槽。在本发明中，H型搅拌槽中需要沉入预制板3，以提高地基整体的承载能力。具体而言，在每个搅拌桩1中均需要垂直插入预制板3，预制板3可以是预制混凝土板或预制钢板，根据实际需要进行选择。为了保证桩的承载可靠性，预制板3底部应当沉入搅拌桩底。而且，所有搅拌桩1中的预制板3需要沿H型搅拌槽走向连续拼接，形成图1所示的状态。需要注意的是，在每个搅拌桩中可以分别沉入一块预制板，然后相邻的预制板进行拼接，也可以连续两个或多个槽中沉入尺寸更大的同一块预制板，对此不做限定，只要能够形成沿H型搅拌槽走向连续拼接的预制板连续体即可。各预制混凝土(钢)板之间的连接关系和连接方式可根据具体施工需要而定，例如可以通过榫卯结构拼接，或者通过螺栓等连接件进行拼接。
由于在每个搅拌桩成桩过程中，桩内是填充有地基土、水泥砂浆混合形成的水泥土2的，因此预制板沉入后其两侧并非直接接触搅拌桩侧壁边界的地基土。预制板的两侧和搅拌桩边界的地基土之间存在一个夹层，该夹层中填充有水泥土2作为过渡层。预制板与地基土的材料性质完全不同，水泥土过渡层的存在改善了土与结构的接触关系，水泥土良好的粘结固化作用能够使预制板、板周围水泥土和地基土形成整体，共同承担上部荷载。
该复合基础结构中，连续的H型搅拌槽以及内部的水泥土、预制板，形成了一个排水能力极差的不透水连续墙，因此实际的搅拌槽影响区4不仅局限于槽体自身，还会因为排水的阻隔作用影响H型结构的内部区域，即图1中的点状区域。这部分搅拌槽影响区4内，地基土中的水被连续墙阻隔，无法顺利的进入周边的其他区域，因此其地基沉降也被限制。由此可见，在本复合地基上施工上部构筑物时，下方的H型区域内包括地基土在内的所有构件是作为一个整体承载上部荷载的。
实际施工过程中，搅拌槽以及单块预制板的尺寸可以根据设计要求进行调整，但尽量保证预制板的尺寸小于H型搅拌槽尺寸，使得预制板可以被顺利的沉入槽内。在本实施例中，搅拌桩桩径为60cm，相邻搅拌桩的中心线间距为50cm。H型搅拌槽的尺寸为960cm×540cm。预制板的厚度为45cm。连续拼接后的预制板整体，在水平翼板方向长度为930cm，竖向腹板长度为430cm。搅拌桩的深度可以根据需要打设，一般为1～5m。
预制板在搅拌桩中尽量呈镜像对称分布，即预制板两侧填充的水泥土厚度相同、对称。预制板的顶部根据施工需要伸出地面或者与地面平齐，上部可通过浇筑承台形成支承构筑物的基础。
上述复合基础结构可以通过如下施工方法进行施工，施工步骤如下(各项尺寸如图中所示，文中所给尺寸均为建议尺寸，可根据实际工程进行调整)：
步骤1、按照图2所示的点位图，设计并预先制作合适尺寸的预应力混凝土(钢)板。
步骤2、在施工区域范围内，使用三轴搅拌机等机械对按照图2所示的点位图在软土地基中自上而下进行螺旋搅拌，在搅拌的同时通过螺旋钻杆底部的喷浆头不断向地基土中喷射水泥砂浆，直至钻进至指定深度(通常为1-5m)，而后将螺旋钻杆提起，形成搅拌桩1，内部填充有水泥土2。需要注意的是，由于采用的是三轴搅拌机械，因此一次施工相当于直接形成三个相互咬合连通的搅拌区域。
步骤3、按照点位图，以H型的水平布局形式依次对每个桩位重复步骤1)直至完成所有点位的螺旋喷浆搅拌施工形成H型搅拌槽，施工过程中应注意保证相邻的搅拌桩1相互咬合衔接，施工完成后形成图3所示的连续墙形式的水泥土搅拌槽；
步骤4、在水泥土固化前，向每个搅拌桩中压入预制板3，预制板穿过桩体内的水泥土，其底部压入搅拌桩底部。相邻搅拌桩的预制板3连续拼接，形成与H型搅拌槽相同形式布局的H型。
4)养护至水泥土固化后，形成如图4所示所示的搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础，此基础中预制板、板周围水泥土和地基土共同承担上部荷载的复合基础结构。而且由于预制板和地基土之间存在水泥土过渡层，改善了土与结构的接触关系，在使用相同体积的水泥砂浆情况下，承载力较常规圆管桩地基有较大幅度提高。同时搅拌槽影响区4内的土体处于半封闭状态，其排水条件极差，工后沉降较小，其承载性能可以得到较好的发挥。两者共同作用致使该种新型复合基础在软弱土地区使用时具有较大的承载力和较易控制基础顶沉降。
该方法原理简单可靠，操作简便，适用工况广泛，受现场施工条件影响较小，并且可提高材料利用率，其承载力与常规基础相比在使用同样体积混凝土砂浆的条件下有较大幅度的提高，具有很好的应用前景。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，其特征在于，包括若干搅拌桩(1)，每个搅拌桩(1)呈圆桩型嵌入地基中；所有搅拌桩(1)在地平面上按照H型排列且相邻的搅拌桩(1)相互咬合衔接，形成连续墙形式的H型搅拌槽；每个搅拌桩(1)中垂直插有预制板(3)，且所有搅拌桩(1)中的预制板(3)沿H型搅拌槽走向连续拼接；每个搅拌桩(1)中，所述预制板(3)的两侧和搅拌桩(1)边界的地基土之间均填充有水泥土(2)作为过渡层。
2.如权利要求1所述的搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，其特征在于，所述的预制板(3)为预制混凝土板或预制钢板。
3.如权利要求1所述的搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，其特征在于，所述预制板(3)底部沉入搅拌桩底。
4.如权利要求1所述的搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，其特征在于，所述的H型搅拌槽的尺寸大于预制板(3)。
5.如权利要求1所述的搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，其特征在于，所述的搅拌桩(1)桩径为60cm，相邻搅拌桩(1)的中心线间距为50cm。
6.如权利要求1所述的搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，其特征在于，所述H型搅拌槽的尺寸为960cm×540cm。
7.如权利要求1所述的搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，其特征在于，所述预制板(3)的厚度为45cm。
8.如权利要求1所述的搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，其特征在于，所述搅拌桩(1)的深度为1～5m。
9.如权利要求1所述的搅拌成槽插入式组合预制异型截面复合基础结构，其特征在于，所述的预制板(3)在搅拌桩(1)中呈对称分布，预制板(3)两侧填充的水泥土(2)厚度相同。
10.一种如权利要求1所述复合基础结构的施工方法，其特征在于，步骤如下：
1)通过搅拌机械对目标区域内的地基土进行自上而下进行螺旋喷浆搅拌，使搅拌区域内的地基土与混凝土砂浆混合，钻至指定深度后得到填充有水泥土(2)的搅拌桩(1)；
2)然后在施工区域范围内，以H型的水平布局形式依次对每个桩位重复步骤1)，且保证相邻的搅拌桩(1)相互咬合衔接，形成连续墙形式的H型搅拌槽；
3)在水泥土(2)固化前，向每个搅拌桩(1)中沉入预制板(3)，预制板(3)穿过桩体内的水泥土(2)，其底部压至搅拌桩(1)底部；相邻搅拌桩(1)的预制板(3)连续拼接，形成与H型搅拌槽相同形式布局的H型；
4)养护至水泥土(2)固化后，形成预制板(3)、板周围水泥土(2)和地基土共同承担上部荷载的复合基础结构。
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