CN111335316A - 刚性桩复合地基差异沉降控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚性桩复合地基差异沉降控制方法，包括以下步骤：检测并对过长的刚性桩进行截短；在所述刚性桩的桩顶放置过渡材料块；在所述刚性桩的桩顶回填素砼用以固定所述过渡材料块；在所述过渡材料块和所述素砼上浇筑筏板。通过在刚性桩复合地基出现差异沉降的路段设计柔韧且具备传力功能的过渡材料块和钢筋混凝土的筏板，既能在路面沉降较小的情况下满足承载力的要求，又能在路面沉降较大的情况下平衡差异沉降，具有刚柔兼备的特点，保证桩土沉降能协调进行，弱化甚至消除因差异沉降而导致的病害。

Description

刚性桩复合地基差异沉降控制方法

技术领域

本发明涉及建筑工程技术领域，特别涉及一种刚性桩复合地基差异沉降控制方法。

背景技术

在软土地层上进行的工程建设，一般需要先对软土进行加强或置换处理后方能承担起上覆荷载，刚性桩复合地基是应用最为普遍的软基处理方法之一，包括钢筋混凝土桩、素混凝土桩、预应力管桩和钢管桩等桩体类型，特别是在软土层厚度深、采用排水固结法无法处理彻底或处理成本很高的地质条件。由于具有处理深度大、施工速度快等优点，刚性桩复合地基往往成为软土地基处理的常用工艺。

现有的复合地基差异沉降控制方法主要集中在设计前期的理论分析或参数计算：(1)通过调整褥垫层厚度从而调整桩、土分担总荷载的比例，进而协调桩、土共同受力变形；(2)通过调整地基或桩基的竖向支承刚度分布，如改变桩长、桩径、桩距，促使路面沉降趋于均匀；(3)在桩间土表层加入增强结构或材料，以控制和协调桩间土变形。这些方法存在诸多问题：例如在刚性桩复合地基施工过程中，刚性桩承载力过高可能导致道路出现不均匀沉降；或者在运营期间，采用刚性桩合地基处理的道路出现严重不均匀沉降如蘑菇形、波浪形路面等病害。目前仍缺乏能够有效的控制刚性桩复合地基差异沉降，保证桩土沉降能协调发展的方法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种刚性桩复合地基差异沉降控制方法，能够有效的控制刚性桩复合地基差异沉降，保证桩土沉降能协调发展。

根据本发明实施例的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，包括以下步骤：

检测并对过长的刚性桩进行截短；

在所述刚性桩的桩顶放置过渡材料块；

在所述刚性桩的桩顶回填素砼用以固定所述过渡材料块；

在所述过渡材料块和所述素砼上浇筑筏板。

根据本发明实施例的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，至少具有如下有益效果：通过在刚性桩复合地基出现差异沉降的路段设计柔韧且具备传力功能的过渡材料块和钢筋混凝土的筏板，既能在路面沉降较小的情况下满足承载力的要求，又能在路面沉降较大的情况下平衡差异沉降，具有刚柔兼备的特点，保证桩土沉降能协调进行，弱化甚至消除因差异沉降而导致的病害。

根据本发明的一些实施例，检测并对过长的刚性桩进行截短，具体包括以下步骤：

在刚性桩复合地基施工过程中，当所述刚性桩的实测承载力F_实测大于或等于1.5倍的设计承载力F_设计时，对所述刚性桩进行截短；

或者，采用刚性桩复合地基处理的道路在运营期间，当相邻所述刚性桩之间的桩顶标高差值ΔH大于0.6倍桩径D时，对所述刚性桩进行截短。

根据本发明的一些实施例，当所述刚性桩的实测承载力F_实测大于或等于1.5倍的设计承载力F_设计时，所述刚性桩的截短长度H_j等于所述过渡材料块的高度H_A；

或者，当相邻所述刚性桩之间的桩顶标高差值ΔH大于0.6倍桩径D时，所述刚性桩的截短长度H_j＝H_A+ΔH。

根据本发明的一些实施例，所述过渡材料块的底面积S_A大于或等于所述刚性桩的桩顶截面积S_D，所述过渡材料块的高度为H_A，

其中ΔH_A为所述过渡材料块受压变形后的最大变化高差；E为所述过渡材料块的弹性模量；F为所述刚性桩的承载力，

其中，F_实测为所述刚性桩的实测承载力，F_设计为所述刚性桩的设计承载力。

根据本发明的一些实施例，所述过渡材料块受压变形后的最大变化高差ΔH_A的取值范围是：0.05m≤ΔH_A≤0.15m。

根据本发明的一些实施例，所述过渡材料块的弹性模量E的取值范围是：2MPa≤E≤4MPa。

根据本发明的一些实施例，所述筏板配置两层钢筋，沿所述筏板纵向受拉钢筋截面积为A_S，

式中M为所述筏板受到的弯矩，f_y为钢筋抗拉强度设计值，γ_s为内力臂系数，H_f为所述筏板的厚度，x_b为筏板的保护层厚度。

根据本发明的一些实施例，

其中，α_s为截面抵抗矩系数，

α₁＝1，f_c为筏板轴心的抗压强度设计值，b为所述筏板的宽度。

根据本发明的一些实施例，所述素砼采用C25等级混凝土。

根据本发明的一些实施例，所述过渡材料块采用橡胶、硅胶、泡沫或塑料。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的刚性桩复合地基差异沉降控制方法的流程图；

图2为本发明实施例的刚性桩和过渡材料块的断面示意图；

图3为本发明实施例的刚性桩复合地基差异沉降结构的纵剖面结构示意图；

图4为图3中示出的筏板的另一视角的纵剖面结构示意图；

图中，100-刚性桩，200-过渡材料块，300-素砼，400-筏板，410-上保护层，420-下保护层，401-钢筋。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

请参照图1和图3，本实施例公开了一种刚性桩复合地基差异沉降控制方法，包括以下步骤：

S100、检测并对过长的刚性桩100进行截短；

刚性桩100可以为复合地基提供刚性承载力，根据不同的需求，对刚性桩100进行截短，可以为后续的过渡材料块200预留空间。

S200、在刚性桩100的桩顶放置过渡材料块200；

过渡材料块200柔韧且具备传力功能，与刚性桩100结合，既能在路面沉降较小的情况下满足承载力的要求，又能在路面沉降较大的情况下平衡差异沉降，具有刚柔兼备的特点，可以避免刚性桩100承载力过高而导致道路出现不均匀沉降的情况，或避免在运营期间采用刚性桩复合地基处理的道路出现严重不均匀沉降的情况。

S300、在刚性桩100的桩顶通过回填素砼300固定过渡材料块200；

素砼300具有重量大、变形小的特点，对过渡材料块200起到较好的保护作用。

S400、在过渡材料块200和素砼300上浇筑筏板400。

通过在刚性桩复合地基出现差异沉降的路段设置过渡材料块200和筏板400，既能在路面沉降较小的情况下满足承载力的要求，又能在路面沉降较大的情况下平衡差异沉降，具有刚柔兼备的特点，保证桩土沉降能协调进行，弱化甚至消除因差异沉降而导致的病害，例如蘑菇型或波浪形路面，从而维护道路的安全性和舒适性，为工程安全建设和正常使用提供保障。需要说明的是，上述的步骤标号，例如S100、S200，仅为了便于表述，而不是对步骤的先后顺序进行限定。

本发明实施例的方法不仅能在刚性桩复合地基处理施工过程中使用，还能再采用刚性桩复合地基处理的道路运营期间发生差异沉降病害而进行道路维护时使用，具体的，检测并对过长的刚性桩100进行截短，具体包括以下步骤：

在刚性桩复合地基施工过程中，当刚性桩100的实测承载力F_实测大于或等于1.5倍的设计承载力F_设计时，对刚性桩100进行截短；

或者，采用刚性桩复合地基处理的道路在运营期间，当相邻刚性桩100之间的桩顶标高差值ΔH大于0.6倍桩径D时，对刚性桩100进行截短。

当刚性桩100的实测承载力F_实测大于或等于1.5倍的设计承载力F_设计时，刚性桩100的截短长度H_j等于过渡材料块200的高度H_A；

或者，当相邻刚性桩100之间的桩顶标高差值ΔH大于0.6倍桩径D时，刚性桩100的截短长度H_j＝H_A+ΔH。

在一些实施例中，过渡材料块200的底面积S_A大于或等于刚性桩100的桩顶截面积S_D，过渡材料块200的高度为H_A，

其中ΔH_A为过渡材料块200受压变形后的最大变化高差；E为过渡材料块200的弹性模量；F为刚性桩100的承载力，

其中，F_实测为刚性桩100的实测承载力，F_设计为刚性桩100的设计承载力。

为了确保过渡材料块200受压后在合理的范围内形变，过渡材料块200受压变形后的最大变化高差ΔH_A的取值范围是：0.05m≤ΔH_A≤0.15m。

在一些实施例中，过渡材料块200的弹性模量E的取值范围是：2MPa≤E≤4MPa。

在一些实施例中，筏板400配置两层钢筋401，沿筏板400纵向受拉钢筋截面积为A_S，

式中M为筏板400受到的弯矩，f_y为钢筋抗拉强度设计值，γ_s为内力臂系数，H_f为筏板400的厚度，x_b为筏板400的保护层厚度。

具体的，

其中，α_s为截面抵抗矩系数，

α₁＝1，f_c为筏板400轴心的抗压强度设计值，b为筏板400的宽度。

在一些实施例中，素砼300采用《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)中的C25等级混凝土。

在一些实施例中，过渡材料块200采用橡胶、硅胶、泡沫或塑料，具有一定的柔韧性和具备传力功能，为了便于管理以及美观，过渡材料块200的形状为方体或圆柱体。

请参照图2至4，下面以一个具体的实施例详细描述本发明实施例的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，值得理解的是，以下描述仅是示例性说明，而不是对本发明的具体限制。

在采用刚性桩复合地基处理的道路的运营期间，某地路面的两根刚性桩之间的桩顶标高差值ΔH＝0.5m，刚性桩100为圆柱状，刚性桩100的桩径D＝0.5m，由于ΔH>0.6D，因此需要对桩顶标高较高的刚性桩进行截短。

根据现场施工环境和施工条件，过渡材料块200采用橡胶，过渡材料块200的外形为底面边长B_a＝0.6m的方形，过渡材料块200的底面积S_A＝B_a＝0.6×0.6＝0.36㎡，而刚性桩100的截面积S_D＝πD/4＝π0.5/4＝0.196㎡，由于S_A>S_D，满足设计要求；

过渡材料块200即橡胶的弹性模量E＝3MPa，受压变形后的最大变化高差ΔH_A控制在0.075m，设计承载力F_设计＝350kN，经检测后发现F_实测<F_设计，则过渡材料块200的高度

因此，桩顶标高较高的刚性桩的截短的长度H_j＝H_A+ΔH＝0.23+0.5＝0.73m。

在刚性桩100的桩顶放置过渡材料块200；

在刚性桩100的桩顶通过回填素砼300固定过渡材料块200，素砼300采用C25等级的混凝土。

在过渡材料块200和素砼300上浇筑筏板400，筏板400配置两层钢筋401，筏板400的厚度为H_f，筏板400的上保护层410厚度为x_b上，筏板400的下保护层420厚度为x_b下。

根据结构力学原理可知，当连续梁的跨数较多(多于5跨)且各跨情况差异不大时，通常取5跨连续梁作为其计算模型。因此在本实施例中，将多个刚性桩100和筏板400简化为5跨超静定连续梁，相邻刚性桩之间的间距l＝4m，即连续梁每跨长4m，筏板400的计算宽度b＝1m，根据工程实际需要初定筏板400厚度H_f＝0.3m。筏板400受到汽车均布荷载q＝15kN/m，覆土均布荷载Q＝35.5kN/m，筏板400自重G＝7.5kN/m。

按照结构力学方法计算筏板400受到的最大正弯矩为：

M_max正＝0.078·[1.4q+1.2(Q+G)]l²≈90.6kN·m

最大负弯矩为：

M_max负＝0.105·[1.4q+1.2(Q+G)]l²≈122.0kN·m

根据混凝土结构设计原理，沿筏板400纵向下层受拉钢筋截面积A_S1可由以下公式求得：

式中f_y＝360MPa为钢筋抗拉强度的设计值，筏板400的混凝土强度为C25，α₁＝1，f_c＝11.9MPa为筏板400轴心抗压强度的设计值，筏板400的下保护层厚度x_b下＝0.035m。

根据上述数据，截面抵抗矩系数

内力臂系数

因此A_S1＝1007mm²，即在每1m宽度上配置9根直径12mm的钢筋401，请参照图4。

根据混凝土结构设计原理，沿筏板400纵向上层受拉钢筋截面积A_S2可由以下公式求得：

式中，筏板400的上保护层厚度x_b上＝0.035；

根据上述数据，截面抵抗矩系数

内力臂系数

因此A_S2＝1389mm²，即在每1mm宽度上配置13根直径12mm的钢筋401，请参照图4。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种刚性桩复合地基差异沉降控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测并对过长的刚性桩进行截短；

在所述刚性桩的桩顶放置过渡材料块；

在所述刚性桩的桩顶回填素砼用以固定所述过渡材料块；

在所述过渡材料块和所述素砼上浇筑筏板。

2.根据权利要求1所述的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，其特征在于，检测并对过长的刚性桩进行截短，具体包括以下步骤：

在刚性桩复合地基施工过程中，当所述刚性桩的实测承载力F_实测大于或等于1.5倍的设计承载力F_设计时，对所述刚性桩进行截短；

或者，采用刚性桩复合地基处理的道路在运营期间，当相邻所述刚性桩之间的桩顶标高差值ΔH大于0.6倍桩径D时，对所述刚性桩进行截短。

3.根据权利要求2所述的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，其特征在于，

当所述刚性桩的实测承载力F_实测大于或等于1.5倍的设计承载力F_设计时，所述刚性桩的截短长度H_j等于所述过渡材料块的高度H_A；

或者，当相邻所述刚性桩之间的桩顶标高差值ΔH大于0.6倍桩径D时，所述刚性桩的截短长度H_j＝H_A+ΔH。

4.根据权利要求1所述的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，其特征在于，所述过渡材料块的底面积S_A大于或等于所述刚性桩的桩顶截面积S_D，所述过渡材料块的高度为H_A，

其中ΔH_A为所述过渡材料块受压变形后的最大变化高差；E为所述过渡材料块的弹性模量；F为所述刚性桩的承载力，

其中，F_实测为所述刚性桩的实测承载力，F_设计为所述刚性桩的设计承载力。

5.根据权利要求1或4所述的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，其特征在于，所述过渡材料块受压变形后的最大变化高差ΔH_A的取值范围是：0.05m≤ΔH_A≤0.15m。

6.根据权利要求1或4所述的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，其特征在于，所述过渡材料块的弹性模量E的取值范围是：2MPa≤E≤4MPa。

7.根据权利要求1所述的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，其特征在于，所述筏板配置两层钢筋，沿所述筏板纵向受拉钢筋截面积为A_S，

式中M为所述筏板受到的弯矩，f_y为钢筋抗拉强度设计值，γ_s为内力臂系数，H_f为所述筏板的厚度，x_b为筏板的保护层厚度。

8.根据权利要求7所述的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，其特征在于，

其中，α_s为截面抵抗矩系数，

α₁＝1，f_c为筏板轴心的抗压强度设计值，b为所述筏板的宽度。

9.根据权利要求1所述的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，其特征在于，所述素砼采用C25等级混凝土。

10.根据权利要求1所述的刚性桩复合地基差异沉降控制方法，其特征在于，所述过渡材料块采用橡胶、硅胶、泡沫或塑料。

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