CN110080266A - 一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法，包括以下步骤：步骤一、全部挖除桩间土至计算深度，所述计算深度为1.0m～3.0m；步骤二、开挖面位于地下水位以上时，用2：8的灰土或3：7的灰土分层夯填，其压实系数为λc≥0.95；开挖面位于地下水位以下时，用砂石料分层夯填，其压实系数宜λc≥0.97。本发明采用换填浅层桩间土的方法，不仅大幅度提高了桩基础(或刚性桩复合地基)上部的摩阻力，达到原设计的桩基础承载力要求，还可以改善浅层地基土的力学特性，消除浅层地基土的力学缺陷，如湿陷性、膨胀性等，而且造价低，工期短，相对于传统的补桩作法来说，是一种更好的提高桩基础(或刚性桩复合地基)承载力的方法。

Description

一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法
技术领域
本发明涉及施工方法领域，尤其涉及一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法。
背景技术
桩基础是通过承台把若干根桩的顶部联结成整体，共同承受动静荷载的一种深基础，而桩是设置于土中的竖直或倾斜的基础构件，其作用在于穿越软弱的高压缩性土层或水，将桩所承受的荷载传递到更硬、更密实或压缩性较小的地基持力层上，我们通常将桩基础中的桩称为基桩。复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体(天然地基土体或被改良的天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。
桩基础(或竖向增强体复合地基)承载力不足时，将影响工程建设的质量和安全，轻者，建(构)筑物产生过量沉降(多数为不均匀沉降)，上部结构开裂，整体倾斜，严重时则建(构)筑物倒塌。
桩基础(或刚性桩复合地基)承载力可通过静载试验、静力触探试验以及经验参数法计算等方法确定。对于设计等级为甲级和乙级的桩基础工程，我国的建设程序是，设计人员首先根据项目的岩土勘察资料按经验参数法估算桩基础(或刚性桩复合地基)承载力，完成项目的施工图设计。然后，施工单位按照施工图进行桩基础(或刚性桩复合地基)施工，经过一定的休止时间后，再采用静载试验现场测试桩基础(或刚性桩复合地基)的实际承载力。由于场地岩土体分布的不均匀性以及施工工艺变化等原因，设计时估算的桩基础(或刚性桩复合地基)承载力很难准确。当测试结果表明桩(或刚性桩复合地基)的承载力达不到设计要求时，一般的方法是进行补桩(即在已施工桩的中间再增加一些桩、或再增加一些小桩)。补桩的方法造价高、工期长，尤其是原设计的桩间距比较小时，补桩的方法难以达到目的。因此，需要一种高效方便的方法提高在建桩基(或刚性桩复合地基)的承载力。因此，需要设计一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法。
本发明通过下述方案实现：
一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法，包括以下步骤：
步骤一、全部挖除桩间土至计算深度，所述计算深度为1.0m～3.0m；
步骤二、开挖面位于地下水位以上时，用2：8的灰土或3：7的灰土分层夯填，其压实系数为λc≥0.95；开挖面位于地下水位以下时，用砂石料分层夯填，其压实系数宜λc≥0.97。
开挖面位于地下水位以上时，所述灰土的土料最大粒径不大于15mm；所述灰土的石灰采用新鲜的消石灰，其最大粒径不得大于5mm。所述灰土的土料不使用块状黏土。
开挖面位于地下水位以下时，所述砂石料采用碎石、卵石、角砾、砾砂、粗砂、中砂、石屑、以及这些材料的混合料，所述砂石料的最大粒径不大于50mm。
所述砂石料中不得含有块状黏土。
本发明采用换填浅层桩间土的方法，不仅大幅度提高了桩基础(或复合地基增强体)上部的摩阻力，达到原设计的桩基础承载力要求，还可以改善浅层地基土的力学特性，消除浅层地基土的力学缺陷，如湿陷性、膨胀性等，而且造价低，工期短，是一种很好的提高在建桩基础(或刚性桩复合地基)承载力的方法。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步说明：
一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法，包括以下步骤：
步骤一、全部挖除桩间土至计算深度，所述计算深度为1.0m～3.0m；实际应用中，根据场地条件和试桩资料，优选换填材料，计算桩间土换填深度；
步骤二、开挖面位于地下水位以上时，用2：8的灰土或3：7的灰土分层夯填，其压实系数为λc≥0.95；开挖面位于地下水位以下时，用砂石料分层夯填，其压实系数宜λc≥0.97。对于桩基础，夯填后的桩间土与承台底面位于同一标高。对于刚性桩复合地基，夯填后的桩间土与桩头位于同一标高。
开挖面位于地下水位以上时，所述灰土的土料最大粒径不大于15mm；所述灰土的石灰采用新鲜的消石灰，其最大粒径不得大于5mm。所述灰土的土料不使用块状黏土。
开挖面位于地下水位以下时，所述砂石料采用碎石、卵石、角砾、砾砂、粗砂、中砂、石屑、以及这些材料的混合料，所述砂石料的最大粒径不大于50mm。
所述砂石料中不得含有块状黏土。
下面结合具体的实施例对本申请作进一步阐述。
(1)场地条件
该场地处于汾河和黄河汇流的三角地带，位于汾河Ⅱ级阶地，地基土由第四系上更新统马兰组河流相冲积物组成，地层分布自上而下为：①杂填土，平均厚度0.6m；②黄土状粉土，可塑状，含水率w＝17％，压缩模量Es＝2.0MPa，承载力特征值fak＝136kPa，极限侧阻力标准值qsk＝24～42kPa，平均厚度8.0m，具有一定的轻微湿陷性。③粉土，硬可塑状，平均厚度3.0m，含水率w＝16.7％，压缩模量Es＝25.8MPa，承载力特征值fak＝148kPa，极限侧阻力标准值qsk＝42～62kPa，极限端阻力标准值qpk＝800～1200kPa。④粉砂，中密，较厚，含水率w＝7.2％，压缩模量Es＝21.3MPa，承载力特征值fak＝149kPa。该地区的地下水位埋深约为30m。
(2)桩基础设计
该建筑物结构设计采用钢筋混凝土全框架结构，钢筋混凝土梁板式筏形基础，纵横双向受力，基础底面位于室外地面以下3.7m，地基处理采用人工挖孔素混凝土桩复合地基，桩径d＝800mm，桩长6.5m，桩间距1.8m，等边三角形布置，素混凝土标号为C20，单桩竖向承载力特征值要求不低于500kN。
(3)桩基础施工检测
素混凝土桩施工结束17天后进行单桩竖向抗压静载试验，共试桩3根，其单桩竖向抗压极限承载力分别为680kN、710kN和700kN。按照桩基检测规范要求，该试桩数据极差小于平均值的30％，单桩竖向抗压极限承载力取其平均值，即Quk＝696.7kN，单桩竖向承载力特征值为：Ra＝Quk/2＝348.4kN，远小于设计要求的500kN。
(4)技术处理
首先将素混凝土桩头凿低150mm，然后将桩间土下挖1850mm后，将开挖底面的原桩间土(埋深为5.55m)夯实，再用3:7灰土分层夯填，灰土控制干密度不小于1.6g/cm3，灰土总厚度为1.7m。桩间夯填灰土结束后，其上设置200mm厚的密实褥垫层(褥垫层的作用是调节桩与土的应力分配，褥垫层的材料是碎石加粗砂，碎石粒径不宜大于20mm)。褥垫层之上为100mm厚的素混凝土垫层，再往上便是钢筋混凝土梁板式筏形基础。
(5)效果验证
技术处理后再进行单桩竖向抗压静载试验，共试桩3根，其单桩竖向抗压极限承载力分别为1053kN、1082kN和1098kN。按照桩基检测规范要求，该试桩数据极差小于平均值的30％，单桩竖向抗压极限承载力取其平均值，即Quk＝1077.7kN，单桩竖向承载力特征值为：Ra＝Quk/2＝538.9kN，达到了原设计要求。另外，桩间土换填为灰土后，桩间土承载力特征值由136kPa增大到200～250kPa，与原地基土相比较，桩间土承载力特征值提高了1.5～1.8倍，尚可作为安全储备。再者，桩间土换填为灰土后，原来黄土状粉土的轻微湿陷性被彻底消除，隐患不复存在，地基的复杂程度得到了简化。
(6)总结
换填灰土后素混凝土桩的承载力特征值可按《建筑桩基技术规范》进行计算(其中，分层夯填3:7灰土的极限侧阻力标准值约为qsk＝100kPa)，计算结果与单桩竖向抗压静载试验结果基本一致，相互验证该加固方法的正确性。本技术处理的力学原理，就是通过换填浅层桩间土，将桩间土的极限侧阻力标准值从qsk＝24～42kPa增加到qsk＝100kPa，从而增大了桩基础的承载力。
综上所述，本发明采用换填浅层桩间土的方法，不仅大幅度提高了桩基础(或复合地基增强体)上部的摩阻力，达到原设计的桩基础承载力要求，还可以改善浅层地基土的力学特性，消除浅层地基土的力学缺陷，如湿陷性、膨胀性等，而且造价低，工期短，是一种很好的提高在建桩基础(或刚性桩复合地基)承载力、代替传统补桩的方法。
尽管已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举，应当理解，对于本领域技术人员来说，对上述实施例做出修改或者采用等同的替代方案，这对本领域的技术人员而言是显而易见，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、全部挖除桩间土至计算深度，所述计算深度为1.0m～3.0m；
步骤二、开挖面位于地下水位以上时，用2：8的灰土或3：7的灰土分层夯填，其压实系数为λc≥0.95；开挖面位于地下水位以下时，用砂石料分层夯填，其压实系数宜λc≥0.97。
2.根据权利要求1所述的一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法，其特征在于：开挖面位于地下水位以上时，所述灰土的土料最大粒径不大于15mm；所述灰土的石灰采用新鲜的消石灰，其最大粒径不得大于5mm。
3.根据权利要求2所述的一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法，其特征在于：所述灰土的土料不使用块状黏土。
4.根据权利要求1所述的一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法，其特征在于：开挖面位于地下水位以下时，所述砂石料采用碎石、卵石、角砾、砾砂、粗砂、中砂、石屑、以及这些材料的混合料，所述砂石料的最大粒径不大于50mm。
5.根据权利要求4所述的一种通过换填桩间土提高在建桩基础承载力方法，其特征在于：所述砂石料中不得含有块状黏土。
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