CN109972469A - 单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置和方法 - Google Patents

单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了单元式碎石桩地基结合超载预压的软弱地基处理方法，主要步骤如下：1)划分碎石桩复合地基单元；2)沿边界施工搅拌桩和排水边沟；3)振冲法进行碎石桩的施工；4)清除碎石桩桩头且使场地沿道路中心线向两侧外倾1.5％的坡度；5)单元复合地基顶铺设碎石垫层并压实，垫层中铺设双向钢塑格栅；6)压实填方至路堤层顶；7)铺设土工布后填筑完成超载预压层；8)超载预压至满足要求后，卸去超载预压层。本发明还公开了单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置。本发明可以加速软土固结，有效缩短施工工期、减少工后沉降和侧向变形、防止液化、节约工程投资，同时还能有效解决路堤的渗透稳定问题；该装置所需设备简单，操作方便，具有很好的时间和经济效益。

Description

单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置和 方法
技术领域
本发明属于软弱地基处理技术领域，具体涉及单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置和方法。
背景技术
随着我国基础设施建设的不断推进，越来越多的沿海、沿江、沿湖道路修建在深厚的软土地基之上，滨水的道路和堤防结合为一体布置。这些软土地基常具含水量高、压缩性高、承载力低和抗剪强度低、固结速度慢等特点。因此直接在软土路基上进行路堤填筑，其稳定性、承载力及工后沉降等均无法满足要求。同时该类地基中可能还含有渗透性较强的杂填土等土层，路堤的渗透稳定也难以满足要求。若单一采用复合地基方法处理，其稳定性和承载力问题可以得到有效解决；但由于软土的固结速度慢，沉降变形的时间持续长，路堤的渗透稳定也不能得到解，严重延长了建设工期，对工程建设的时间和经济效益极为不利，同时也影响了城市化建设的进程。同时若单一采用超载预压进行处理，需要大量的堆载材料，且路堤加载高度和速度有限，路堤坡脚处容易产生较大的侧向变形导致整个路堤的失稳，软土层较厚时需搭配竖向排水措施采用，整个工期长，同样路堤的渗透稳定也不能得到解决。因此，针对软弱地基上的填方路基，急需寻找一种能有效解决路堤的稳定性、地基承载力、沉降、渗透稳定等问题，同时能加速软土的固结、缩短工期且相对低廉的处理方法。
发明内容：
为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置和方法。
为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：
单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置，包括设置于软土层的碎石桩复合地基单元，和在所述碎石桩复合地基单元上的级配碎石垫层和排水边沟、超载预压层；
碎石桩复合地基单元包括在外围设置的水泥土搅拌桩墙，和设置在水泥土搅拌桩墙内部软土中的碎石桩；
在碎石桩复合地基单元顶铺设有碎石垫层，碎石垫层上设置路堤层，路堤层上铺设土工布层，土工布层上铺设超载预压层。
较佳地，碎石垫层中铺设有双向钢塑格栅。
较佳地，在道路的软土层中沿道路中心线长度方向设有数个碎石桩复合地基单元。
较佳地，碎石桩复合地基单元的宽度B＝2×(i×H+2)+路幅宽度，其中i为路堤层的坡比，H为路堤层和超载预压层高度之和；碎石桩复合地基单元长度L＝(1～2)×B。
较佳地，水泥土搅拌桩墙包括数个排列咬合设置的水泥土搅拌桩。
较佳地，水泥土搅拌桩的桩端位于相对不透水层内，软土层中水泥土搅拌桩的桩底在碎石桩的桩底以下至少2米。
较佳地，碎石桩的桩底超过最危险滑动面的长度不小于2米。
较佳地，碎石桩复合地基单元的两侧设置排水边沟，碎石垫层的两边分别与两侧的排水边沟连接。
较佳地，碎石桩复合地基单元内的各个碎石桩正三角形设置。
本发明还提供单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱地基处理方法，包括如下步骤：
1)平整待处理软土场地，划分碎石桩复合地基单元；
2)沿着每个碎石桩复合地基单元的边界施工水泥土搅拌桩，并同时在单元两侧开施工排水边沟；
3)按照外围到中心的顺序在碎石桩复合地基单元的软土内，用振冲法进行碎石桩的施工；
4)清除碎石桩顶部1.0～1.5m的松散桩体，使清除后的场地沿道路中心线向两侧外倾1.5％的坡度；
5)在单元复合地基顶铺设碎石垫层并压实，碎石垫层的两边分别与两侧的排水边沟相连，碎石垫层中铺设一层双向钢塑格栅；
6)分层填筑压实至路堤层顶；
7)在路堤层顶铺设土工布，然后填筑完成超载预压层；
8)超载预压至设计的工期且路基的变形连续2个月观测的沉降量每月不超过5mm且满足设计要求后，卸去超载预压层。
本发明的有益效果在于：
单元式碎石桩复合地基利用外围封闭的水泥土搅拌桩墙的套箍效应可以有效增强碎石桩的振密和排水性能、提高碎石桩的成桩质量，有效减少路堤施工引起的侧向变形和加速该单元内软土的排水固结，解决路堤软弱地基的承载力和稳定性问题，加快加载速率，减少竣工后的沉降量；
单元式碎石桩复合地基在解决稳定、承载力问题的同时，可以完全充当超载预压方法竖向排水体的角色，深厚软土层在荷载作用下，土中孔隙水可以沿级配碎石桩体排出，加速软土的排水固结；同时，外围封闭的搅拌桩墙也隔绝了该单元与外界的水力联系，使超载预压的效果更显著，单元内软土的固结速率更高，同时也能有效解决路堤的渗透稳定；相比真空预压，路堤的回填施工可不受预压施工的影响；
利用碎石桩单元中碎石桩级配碎石桩体良好的透水性能，与复合地基单元桩顶级配碎石垫层及路堤排水边沟组成竖向、横向的交叉立体排水系统，同时最优级配组合可以为软土固结提供最优排水通道，加速排出土体中的孔隙水，加快软土的排水固结，缩短地基处理工期，减少工后沉降，具有很好的经济和时间效益。
通过本装置和方法对软土路基的处理可以有效缩短施工工期、减少工后沉降和侧向变形、防止液化、节约工程投资，同时还能有效解决路堤的渗透稳定问题；该装置所需设备简单，操作方便，具有很好的时间和经济效益，最大处理深度可达到30m以上。
附图说明
图1为本发明实施例的结构剖面示意图；
图2为本发明实施例的平面布置示意图。
图中：水泥土搅拌桩-1，碎石桩-2，级配碎石垫层-3，双向钢塑格栅-4，排水边沟-5，路堤层-6，超载预压层-7，土工布-8，道路中心线-9，路堤坡脚线-10，第x个碎石桩复合地基单元-11，第x+1个碎石桩复合地基单元-12。
具体实施方式
本发明针对现有填方路基的软弱路基处理方法所暴露出的问题，提出了一种单元式碎石桩2复合地基结合超载预压处理软弱路基的装置和方法。其特征在于由若干碎石桩2和设置在碎石桩2区域外围封闭的一圈咬合的水泥土搅拌桩1组成的单元式碎石桩2复合地基，可以充分发挥碎石桩2承载、挤密和排水的特性，同时可以限制软土路堤的侧向变形；在复合地基单元顶部铺设含钢塑土工格栅的级配碎石垫层3，垫层和桩体碎石最优级配组合可以为软土固结提供最优排水通道，加速软土的排水固结；在垫层上分层填筑压实填方至路床设计高程后铺设土工布8填筑超载填方层；待超载预压至要求后卸载超载层，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
实施例一
单元式碎石桩2地基结合超载预压的软弱地基处理装置，包括设置于软土层的碎石桩复合地基单元，和在所述碎石桩复合地基单元上的级配碎石垫层3和排水边沟5、超载预压层7；
碎石桩复合地基单元包括在外围设置的水泥土搅拌桩1墙，和设置在水泥土搅拌桩1墙内部软土中的碎石桩2；
在碎石桩复合地基单元顶铺设有碎石垫层3，碎石垫层3上设置路堤层6，路堤层6上铺设土工布8层，土工布8层上铺设超载预压层7。
本实施例中，优选地，碎石垫层3中铺设有双向钢塑格栅4，所述碎石垫层3厚度不小于0.5m，应为级配碎石，级配碎石空隙率在7.5％以上；碎石垫层3两侧各超出路堤底宽至少1.0m，且与坡脚排水沟相连。
超载堆载层为土、石料或混合料，堆体高度为2.0m，一级加载。
优选地，在道路的软土层中沿道路中心线9长度方向设有数个碎石桩复合地基单元，本实施例包括第x个碎石桩复合地基单元11，第x+1个碎石桩复合地基单元12。
优选地，碎石桩复合地基单元的宽度B＝2×(i×H+2)+路幅宽度，其中i为路堤层的坡比，H为路堤层和超载预压层高度之和；碎石桩复合地基单元长度L＝(1～2)×B。
优选地，水泥土搅拌桩1墙包括数个排列咬合设置的水泥土搅拌桩1。
优选地，水泥土搅拌桩1的下端部进入于相对不透水层内，在软土层中水泥土搅拌桩的桩底在碎石桩的桩底以下至少2米。水泥土搅拌桩1直径为0.85m，间距0.6m，布置在路堤坡脚线10的外侧。
优选地，碎石桩2的长度的下端部超过最危险滑动面的长度不小于2.0米。碎石桩2桩径0.8～1.2m，三角形布置，桩间距不宜超过3.0m。
优选地，碎石桩复合地基单元的两侧设置排水边沟5，碎石垫层3的两边分别与两侧的排水边沟5连接。
优选地，碎石桩复合地基单元内的各个碎石桩2正三角形设置。
实施例二
单元式碎石桩2复合地基结合超载预压的软弱地基处理方法，包括如下步骤：
1)对待处理的软土地基进行平整，划分碎石桩复合地基单元，每个单元的宽度B＝2×(i×H+2)+路幅宽度，其中i为路堤层的坡比，H为路堤层和超载预压层高度之和，每个单元的长度L＝(1～2)B；
2)沿着每个复合地基单元的L边和B边进行水泥土搅拌桩1的施工，桩底应进入相对不透水层，且在碎石桩2桩底以下2m，直径为0.85m，间距0.6m，并同时在复合地基单元两侧施工排水边沟5；
3)振冲法进行碎石桩2的施工，施打顺序为每个单元的外围向中心围打，碎石桩2正三角形布置，本实施例中布置为边长为d的等边三角形，桩径0.8～1.2m，桩间距d不宜超过3.0m，桩长超过最危险滑动面应不小于2.0m，碎石桩2桩体材料为级配碎石，级配碎石空隙率在7.5％以上；
4)将碎石桩2顶部1.0～1.5m松散桩体清除，并使清除后的场地沿道路中心线9向两侧外倾1.5％的坡度；
5)在单元复合地基顶铺设碎石垫层3并压实，厚度不小于0.5m，应为级配碎石，级配碎石空隙率在7.5％以上；碎石垫层3两侧超出路堤底宽不小于1.0m，且与排水边沟5相连；碎石垫层3中铺设一层双向钢塑格栅4；
6)分层填筑压实至路堤层顶；
7)在路床设计高程顶铺设土工布8，然后填筑完成超载预压层7，超载预压层7为土、石料或混合料，堆体高度为2.0m，一级加载。
8)超载预压至设计的工期且路基的变形连续2个月观测的沉降量每月不超过5mm且满足设计要求后，卸去超载预压层。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置，其特征在于：包括设置于软土层的碎石桩复合地基单元，和在所述碎石桩复合地基单元上的级配碎石垫层(3)和排水边沟(5)、超载预压层(7)；
所述碎石桩复合地基单元包括在外围设置的水泥土搅拌桩(1)墙，和设置在所述水泥土搅拌桩(1)墙内部软土中的碎石桩(2)；
所述碎石垫层(3)上为路堤层(6)，所述路堤层(6)上铺设土工布(8)层，所述土工布(8)层上铺设超载预压层(7)。
2.根据权利要求1所述的单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置，其特征在于：所述碎石垫层(3)中铺设有双向钢塑格栅(4)。
3.根据权利要求1所述的单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置，其特征在于：在道路的软土层中沿道路中心线(9)长度方向设有数个碎石桩复合地基单元。
4.根据权利要求1或2所述的单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置，其特征在于：所述碎石桩复合地基单元的宽度B＝2×(i×H+2)+路幅宽度，其中i为路堤层(6)的坡比，H为路堤层(6)和超载预压层(7)高度之和；所述碎石桩复合地基单元长度L＝(1～2)×B。
5.根据权利要求1所述的单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置，其特征在于：所述水泥土搅拌桩(1)墙包括数个排列咬合设置的水泥土搅拌桩(1)。
6.根据权利要求4所述的单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置，其特征在于：所述水泥土搅拌桩(1)的桩端位于相对不透水层内，在所述软土层中所述水泥土搅拌桩(1)的桩底在所述碎石桩(2)的桩底以下至少2米。
7.根据权利要求1所述的单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置，其特征在于：所述碎石桩(2)的长度超过最危险滑动面的长度不小于2米。
8.根据权利要求1所述的单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置，其特征在于：所述碎石桩复合地基单元的两侧设置排水边沟(5)，所述碎石垫层(3)的两端分别与两侧的排水边沟(5)连接。
9.根据权利要求1所述的单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理装置，其特征在于：所述碎石桩复合地基单元内的各个碎石桩(2)正三角形布置。
10.一种单元式碎石桩复合地基结合超载预压的软弱路基处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)平整待处理软土场地，划分碎石桩复合地基单元；
2)沿着每个碎石桩复合地基单元的边界施工水泥土搅拌桩(1)，并同时在单元两侧开施工排水边沟(5)；
3)按照外围到中心的顺序在所述碎石桩复合地基单元的软土内，用振冲法进行碎石桩(2)的施工；
4)清除碎石桩(2)顶部1.0～1.5m的松散桩体，使清除后的场地沿道路中心线(9)向两侧外倾1.5％的坡度；
5)在单元复合地基顶铺设碎石垫层(3)并压实，碎石垫层(3)的两边分别与两侧的排水边沟(5)相连，碎石垫层(3)中铺设一层双向钢塑格栅(4)；
6)分层填筑压实至路堤层(6)顶；
7)在路堤层(6)顶铺设土工布(8)，然后填筑完成超载预压层(7)；
8)超载预压至设计的工期且路基的变形连续2个月观测的沉降量每月不超过5mm且满足设计要求后，卸去超载预压层(7)。
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