CN111379251A - 一种可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基及其施工方法，该地基包括软土地基、铺设在软土地基上的砂垫层以及设置在砂垫层外侧的排水沟；所述软土地基内设置有多根刚性桩；所述刚性桩上设有套筒，所述套筒的顶端向上延伸至砂垫层顶面，所述套筒的底端缩口套紧刚性桩；所述套筒分别连接注浆管路和排浆管路；所述套筒内注入有水泥浆料，且所述套筒上设置有盖板；所述盖板周围的砂垫层内均匀设置有多根砂石桩，所述砂石桩的顶端与砂垫层顶面平齐，所述砂石桩的底端贯穿砂垫层后延伸到软土层内。本发明的可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基可以使地基土的最大‑最小主应力差和剪应力均减小，提高地基稳定性。

Description

一种可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基及其施工方法

技术领域

本发明涉及地基处理技术领域，特别是涉及一种可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基及其施工方法。

背景技术

软土具有含水量高、孔隙比大、渗透性差、抗剪强度低等特点。工程中常采用复合地基技术对软土地基进行加固，以提高软土地基的承载力和稳定性，减小其沉降与差异沉降，同时，复合地基的工期、加固成本等也很关键。

目前，在复合地基的各类增强体中，刚性桩的刚度大、强度高，可将桩顶荷载传递至深层土体，在承载力和沉降方面优点突出，但是刚性桩对桩周软土的性状没有多大提高，刚性桩需承担大部分上部荷载，导致刚性桩的用量较大、造价较高，同时，桩周软土发生侧向变形时，刚性桩容易发生折断；砂石桩属于散体材料桩，本身是良好的排水通道，桩体施工可对周围土体产生一定的横向挤压力，能促进桩周软土排水固结、提高抗剪强度和承载力，但砂石桩的承载力和变形受桩周土影响，其承载力相对较小，工后沉降较难控制。柔性桩与刚性桩类似，都属于粘结材料桩，柔性桩在承载力和沉降方面不如刚性桩，在改善桩周土的性状方面不如散体材料桩；水平向加筋层，它能扩散基底应力，增强地基的水平向抗拉强度，但是，水平向加筋层仅适用于加固浅层软土，深层软土作用有限。

而中国专利201510798115.4公开了一种可控刚性桩+排水体+加筋垫层组合型复合地基，在承载力、沉降等方面都很好，但该复合地基的稳定性稍差，在荷载压力作用下，桩间土容易产生剪切滑动变形，对刚性桩有一定的挤压作用；特别是可控刚性桩的注浆时间较晚时，桩间土需承担较大的荷载压力，其剪切变形量和侧向变形量较大，有可能导致刚性桩折断和地基土失稳破坏。

发明内容

本发明的目的是提供一种可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基及其施工方法，解决现有地基稳定性差和容易产生剪切滑动变形的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基，包括软土地基、铺设在软土地基上的砂垫层以及设置在砂垫层外侧的排水沟；

所述软土地基内均匀设置有多根刚性桩，所述刚性桩的顶端不高于软土地基表面；所述刚性桩上设有套筒，所述套筒的顶端向上延伸至砂垫层顶面，所述套筒的底端缩口套紧刚性桩；

所述套筒分别连接注浆管路和排浆管路；所述套筒内注入有水泥浆料，且所述套筒上设置有盖板；

所述盖板周围的砂垫层内均匀设置有多根砂石桩，所述砂石桩的顶端与砂垫层顶面平齐，所述砂石桩的底端贯穿砂垫层后延伸到软土地基内。

作为优选方案，所述砂垫层厚度不小于500mm。

作为优选方案，所述刚性桩为CFG桩、混凝土桩、PHC管桩或PTC管桩中的至少一种。

作为优选方案，所述套筒下铺设有100mm～200mm厚的砂砾层。

作为优选方案，所述套筒内径比刚性桩大100mm～300mm。

作为优选方案，所述注浆管路包括设置在套筒内部的钢花管，所述钢花管连接有注浆支管，所述注浆支管贯穿到套筒外并向上延伸至砂垫层；同一行上的所述注浆支管通过注浆外管连通，所述注浆外管的一端延伸到排水沟上；所述注浆外管内设置有可滑动的注浆内管，所述注浆内管延伸出注浆外管后连接注浆阀门。

作为优选方案，所述注浆外管的内径比注浆内管的外径大3mm～10mm；所述注浆外管为钢管，所述注浆内管为PVC纤维增强软管。

作为优选方案，所述注浆外管和注浆支管上面覆盖有不少于400mm厚度的砂垫层。

作为优选方案，所述排浆管路包括排浆管和出浆管；同一行上相邻的两个套筒通过排浆管连接，其中所述排浆管的一端连通两个套筒中远离排水沟的套筒顶端，另一端连通另一套筒底端，实现使浆液从远离排水沟的套筒顶端流出，经排浆管流入相邻套筒的底端；所述出浆管设置在同一行套筒中最靠近排水沟一侧的套筒顶端上，所述出浆管延伸至排水沟上后连接出浆阀门。

本发明还提供了一种可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基的施工方法，包括以下步骤：

S1、平整场地，在待处理软土地基表面铺填砂垫层，砂垫层外边缘设置排水沟；

S2、在砂垫层上施工砂石桩，由软基较浅处往软基较深处竖直施工；若存在构筑物情况，则砂石桩由临近构造物开始，往远离构造物方向施工；

S3、均匀施工布置多根刚性桩，刚性桩底进入到持力层桩顶不高于软土地基表面，桩顶与砂垫层顶面的高差不小于桩间土在承担荷载压力后的总沉降量；

S4、清除刚性桩附近的砂垫层和桩周土，铺砂砾层作为套筒基础，再安置套筒，套筒上端面与砂垫层表面平齐，套筒下端面缩口，套住刚性桩；刚性桩进入套筒的长度不小于桩径值；

S5、套筒安放好后，将钢花管设置在套筒内，注浆支管从外部贯穿套筒后与钢花管连接，通过注浆外管将同一行上的注浆支管连接，注浆外管并延伸至排水沟；注浆外管内设置有可滑动的注浆内管，注浆内管一端口伸到距离排水沟最远处的注浆支管处，另一端接注浆阀门；

S6、通过排浆管将同一行上的套筒连接，其中所述排浆管的一端连接两个套筒中远离排水沟的套筒顶端，另一端连接另一套筒底端，实现使浆液从远离排水沟的套筒顶端流出，经排浆管流入相邻套筒的底端；砂垫层边缘即最靠近排水沟的套筒顶端设置出浆管，出浆管延伸到砂垫层范围外即排水沟上；

S7、管路安装好后，在管路上及套筒周围分层回填砂料并夯实，至平齐砂垫层，然后在套筒上安装钢筋混凝土盖板，盖板中心与套筒中心对正，盖板下填料密实，保证盖板不产生差异沉降；

S8、用注浆机对注浆内管注浆，直至出浆管口排出新鲜浆液时，套筒注浆完成；把注浆软管拉出一个桩间距离，对邻近套筒二次注浆，如此反复，直到每个套筒完成二次注浆，确保套筒内浆液饱满；在浆体初凝期，禁止加载、施工。

可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基的工作步骤为：

(1)刚性桩能在注浆前消减桩顶承载作用，保证桩间土顺利排水固结、提高承载力；注浆后刚性桩与桩间土共同承担荷载、控制沉降，比普通刚性桩复合地基更节省桩体用量。

(2)采用挤密砂石桩代替排水体+加筋垫层组合，不仅因为挤密砂石桩是良好排水通道，能促进地基土排水固结，而且挤密砂石桩在施工时能对地基土产生较大的横向挤压力，在上部荷载作用下地基土的竖向压力逐渐增大并成为最大主应力时，横向挤压力能使地基土的最大-最小主应力差和剪应力均减小，地基土的剪切变形量或侧向变形量也相应减小，所以，刚性桩受到的横向土压力变小，地基的稳定性提高。

(3)盖板面积较大，受力不均容易产生差异沉降，套筒直径如果略大于刚性桩的直径，则盖板及套筒的倾斜自由度较小，可能导致桩头受弯折断；套筒直径如果太大，桩间软土受压后容易从套筒与刚性桩之间的间隙挤入套筒内。把套筒设计成下端面缩口形状，以减小套筒与刚性桩之间的间隙，同时，套筒下面铺垫砂砾层，这样可有效防止软土被挤入套筒内部。

本发明具有以下有益效果：

(1)可控刚性桩不仅能保证桩间土顺利排水固结、提高承载力，而且与桩间土共同承担荷载、控制沉降，使得复合地基的沉降量和桩体用量均得以减小。

(2)挤密砂石桩是良好排水通道，能促进地基土排水固结，同时，挤密砂石桩在施工时能对地基土产生较大的横向挤压力，使得地基土的最大-最小主应力差和剪应力均减小，地基土的剪切变形量或侧向变形量也相应减小，所以，地基土的稳定性提高，刚性桩受到的横向土压力变小，桩体不易折断。

(3)套筒设计成下端面缩口形状,不仅可以防止桩头受弯折断，还可有效防止软土在压力下被挤入套筒内部，影响刚性桩刺入套筒。

附图说明

图1是本发明的半幅横断面布置示意图。

图2是本发明的半幅平面布置示意图。

图3是注浆管路与套筒连接的结构示意图。

图4是注浆管路的布置示意图。

图5是排浆管路的布置示意图。

附图标记：1、软土地基；2、砂垫层；3、排水沟；4、刚性桩；5、套筒；6、盖板；7、砂石桩；8、钢花管；9、注浆支管；10、注浆外管；11、注浆内管；12、排浆管；13、出浆管；14、注浆阀门；15、出浆阀门；16、砂砾层；17、路堤。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见图1和图2，本发明优选实施例中一种可控刚性桩4与挤密砂石桩7组合型复合地基，包括软土地基1、铺设在软土地基1上的砂垫层2以及设置在砂垫层2外侧的排水沟3；

所述软土地基1内均匀设置有多根刚性桩4，所述刚性桩4的顶端不高于软土地基1表面；所述刚性桩4上设有套筒5，所述套筒5的顶端向上延伸至砂垫层2顶面，所述套筒5的底端缩口套紧刚性桩4；

所述套筒5分别连接注浆管路和排浆管路；所述套筒5内注入有水泥浆料，且所述套筒5上设置有盖板6；

所述盖板6周围的砂垫层2内均匀设置有多根砂石桩7，所述砂石桩7的顶端与砂垫层2顶面平齐，所述砂石桩7的底端贯穿砂垫层2后延伸到软土地基1内。

本发明优选实施例中，所述砂垫层2厚度不小于500mm。

本发明优选实施例中，所述刚性桩4为CFG桩、混凝土桩、PHC管桩或PTC管桩中的至少一种。

本发明优选实施例中，所述套筒5下铺设有100mm～200mm厚的砂砾层16。

本发明优选实施例中，所述套筒5内径比刚性桩4大100mm～300mm。

参见图3和图4，本发明优选实施例中，所述注浆管路包括设置在套筒5内部的钢花管8，所述钢花管8连接有注浆支管9，所述注浆支管9贯穿到套筒5外并向上延伸至砂垫层2；同一行上的所述注浆支管9通过注浆外管10连通，所述注浆外管10的一端延伸到排水沟3上；所述注浆外管10内设置有可滑动的注浆内管11，所述注浆内管11延伸出注浆外管10后连接注浆阀门14。

本发明优选实施例中，所述注浆外管10的内径比注浆内管11的外径大3mm～10mm；所述注浆外管10为钢管，所述注浆内管11为PVC纤维增强软管。

本发明优选实施例中，所述注浆外管10和注浆支管9上面覆盖有不少于400mm厚度的砂垫层2。

参见图5，本发明优选实施例中，所述排浆管路包括排浆管12和出浆管13；同一行上相邻的两个套筒5通过排浆管12连接，其中所述排浆管12的一端连通两个套筒5中远离排水沟3的套筒5顶端，另一端连通另一套筒5底端，实现使浆液从远离排水沟3的套筒5顶端流出，经排浆管12流入相邻套筒5的底端；所述出浆管13设置在同一行套筒5中最靠近排水沟3一侧的套筒5顶端上，所述出浆管13延伸至排水沟3上后连接出浆阀门15。

实施例2：

以路堤17下的软土地基1作为实施对象，具体可控刚性桩4与挤密砂石桩7组合型复合地基的施工方法，包括步骤：

(1)先平整场地，在软土地基1表面铺填厚度不小于500mm的砂垫层2，砂垫层2外边缘与排水沟3相连；

(2)在砂垫层2上施工砂石桩7，纵向上，由软土地基1的较浅处往较深处施工，桥头处或涵洞等构筑物情况，由临近构造物开始，往远离构造物方向施工；横向上，采取左右来回的折线方式，也可采取先两边后中间的方式。砂石桩7的设计长度不应小于地基受压区的沉降计算深度，桩顶与砂垫层2平齐；

(3)施工刚性桩4，桩底进入到持力层；桩顶不高于软土地基1表面，桩顶与砂垫层2顶面的高差不小于桩间土在承担荷载压力后的总沉降量。桩径、桩间距、桩长满足刚性桩4的设计荷载要求；

(4)清除桩位附近的砂垫层2和桩周土，铺100mm～200mm厚的砂砾材料作为套筒5基础，再安置套筒5，套筒5为钢筋混凝土材料，套筒5内径比刚性桩4大100mm～300mm，套筒5上端面与砂垫层2表面平齐，套筒5下端面缩口，刚好套住刚性桩4，刚性桩4进入套筒5的长度不小于桩径值；

(5)套筒5安放好后，以路中心线为界对称安装注浆支管9和注浆外管10，将钢花管8设置在套筒5内，注浆支管9从外部贯穿套筒5后与钢花管8连接，通过注浆外管10将同一行上的注浆支管9连接，注浆外管10并延伸至排水沟3；注浆外管10内设置有可滑动的注浆内管11，注浆内管11一端口伸到距离排水沟3最远处的注浆支管9处，另一端接注浆阀门14；

(6)通过排浆管12将同一行上的套筒5连接，其中所述排浆管12的一端连接两个套筒5中远离排水沟3的套筒5顶端，另一端连接另一套筒5底端，实现使浆液从远离排水沟3的套筒5顶端流出，经排浆管12流入相邻套筒5的底端；砂垫层2边缘即最靠近排水沟3的套筒5顶端设置出浆管13，出浆管13延伸到砂垫层2范围外即排水沟3上；值得说明的，套筒内设置有两个钢花管8，排浆管12和注浆支管9分别与不同的钢花管8连接；

(7)管路安装好后，在管路上及套筒5周围分层回填砂料并夯实，至平齐砂垫层2，然后在套筒5上安装钢筋混凝土盖板6，盖板6中心与套筒5中心对正，盖板6下填料密实，保证盖板6不产生较大差异沉降；

(8)用注浆机对注浆管注浆，出浆阀门15排出新鲜浆液时，套筒5注浆完成；可把注浆内管11拉出一个桩间距离，对邻近套筒5二次注浆，如此反复，直到每个套筒5完成二次注浆，确保套筒5内浆液饱满；在浆体初凝期，禁止加载、施工路堤17。注入的浆料为水泥浆或水泥砂浆。

同时，采用排浆管路和注浆管路联合使用，能提高注浆效率,缩短各个套筒5的注浆时间间距，避免未注浆的刚性桩4和已注浆的刚性柱4之间受力不均，以及桩间土承担不同引起的剪切变形和侧向变形，从而对刚性桩4和地基的失稳性造成一定的影响。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基，其特征在于：包括软土地基、铺设在软土地基上的砂垫层以及设置在砂垫层外侧的排水沟；

所述软土地基内均匀设置有多根刚性桩，所述刚性桩的顶端不高于软土地基表面；所述刚性桩上设有套筒，所述套筒的顶端向上延伸至砂垫层顶面，所述套筒的底端缩口套紧刚性桩；

所述套筒分别连接注浆管路和排浆管路；所述套筒内注入有水泥浆料，且所述套筒上设置有盖板；

所述盖板周围的砂垫层内均匀设置有多根砂石桩，所述砂石桩的顶端与砂垫层顶面平齐，所述砂石桩的底端贯穿砂垫层后延伸到软土地基内。

2.如权利要求1所述的可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基，其特征在于:所述砂垫层厚度不小于500mm。

3.如权利要求1所述的可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基，其特征在于:所述刚性桩为CFG桩、混凝土桩、PHC管桩或PTC管桩中的至少一种。

4.如权利要求1所述的可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基，其特征在于:所述套筒下铺设有100mm～200mm厚的砂砾层。

5.如权利要求1所述的可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基，其特征在于:所述套筒内径比刚性桩大100mm～300mm。

6.如权利要求1所述的可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基，其特征在于:所述注浆管路包括设置在套筒内部的钢花管，所述钢花管连接有注浆支管，所述注浆支管贯穿到套筒外并向上延伸至砂垫层；同一行上的所述注浆支管通过注浆外管连通，所述注浆外管的一端延伸到排水沟上；所述注浆外管内设置有可滑动的注浆内管，所述注浆内管延伸出注浆外管后连接注浆阀门。

7.如权利要求6所述的可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基，其特征在于:所述注浆外管的内径比注浆内管的外径大3mm～10mm；所述注浆外管为钢管，所述注浆内管为PVC纤维增强软管。

8.如权利要求6所述的可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基，其特征在于:所述注浆外管和注浆支管上面覆盖有不少于400mm厚度的砂垫层。

9.如权利要求1所述的可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基，其特征在于:所述排浆管路包括排浆管和出浆管；同一行上相邻的两个套筒通过排浆管连接，其中所述排浆管的一端连通两个套筒中远离排水沟的套筒顶端，另一端连通另一套筒底端，实现使浆液从远离排水沟的套筒顶端流出，经排浆管流入相邻套筒的底端；所述出浆管设置在同一行套筒中最靠近排水沟一侧的套筒顶端上，所述出浆管延伸至排水沟上后连接出浆阀门。

10.一种如权利要求1-9任一所述的可控刚性桩与挤密砂石桩组合型复合地基的施工方法，其特征在于:包括以下步骤：

S1、平整场地，在待处理软土地基表面铺填砂垫层，砂垫层外边缘设置排水沟；

S2、在砂垫层上施工砂石桩，由软基较浅处往软基较深处竖直施工；若存在构筑物情况，则砂石桩由临近构造物开始，往远离构造物方向施工；

S3、均匀施工布置多根刚性桩，刚性桩底进入到持力层，桩顶不高于软土地基表面，桩顶与砂垫层顶面的高差不小于桩间土在承担荷载压力后的总沉降量；

S4、清除刚性桩附近的砂垫层和桩周土，铺砂砾层作为套筒基础，再安置套筒，套筒上端面与砂垫层表面平齐，套筒下端面缩口，套住刚性桩；刚性桩进入套筒的长度不小于桩径值；

S5、套筒安放好后，将钢花管设置在套筒内，注浆支管从外部贯穿套筒后与钢花管连接，通过注浆外管将同一行上的注浆支管连接，注浆外管并延伸至排水沟；注浆外管内设置有可滑动的注浆内管，注浆内管一端口伸到距离排水沟最远处的注浆支管处，另一端接注浆阀门；

S6、通过排浆管将同一行上的套筒连接，其中所述排浆管的一端连接两个套筒中远离排水沟的套筒顶端，另一端连接另一套筒底端，实现使浆液从远离排水沟的套筒顶端流出，经排浆管流入相邻套筒的底端；砂垫层边缘即最靠近排水沟的套筒顶端设置出浆管，出浆管延伸到砂垫层范围外即排水沟上；

S7、管路安装好后，在管路上及套筒周围分层回填砂料并夯实，至平齐砂垫层，然后在套筒上安装钢筋混凝土盖板，盖板中心与套筒中心对正，盖板下填料密实，保证盖板不产生差异沉降；

S8、用注浆机对注浆内管注浆，直至出浆管口排出新鲜浆液时，套筒注浆完成；把注浆软管拉出一个桩间距离，对邻近套筒二次注浆，如此反复，直到每个套筒完成二次注浆，确保套筒内浆液饱满；在浆体初凝期，禁止加载、施工。

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