CN111636401B - 一种软土地基双层箱式自调节承载结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软土地基双层箱式自调节承载结构，包括双层箱本体，所述的双层箱本体由底板、中隔板、侧板和顶板围合形成上下分隔的气液调节舱和空气舱，气液调节舱位于空气舱的上部，气液调节舱在侧板上设有若干进出水口。本发明通过在水位较高的软土地基中设置上述结构，可利用水浮力平衡上部结构及双层箱自身荷载，大幅度降低软土地基处理工作量和费用。当地下水位高于气液调节舱侧面的进出水口最低边缘时，地下水进入气液调节舱中置换空气，当水位再次降低时空气进入气液调节舱中置换水，从而实现荷载的自调节，在水位较高时可防止结构浮起，水位较低时可防止发生较大沉降。

Description

一种软土地基双层箱式自调节承载结构

技术领域：

本发明涉及工程建设领域，特别是一种软土地基中的自调节承载结构，具体的说是一种软土地基双层箱式自调节承载结构。

背景技术：

我国滨海、滨江、滨湖地区广泛分布有软土地基，其具有天然含水量高、压缩性高、承载力低等特点，在该类地基上进行工程建设，通常需要对软土进行处理或采用桥梁等结构跨越。现行的软土地基处理方法包括换填、预压、复合地基等，换填法仅适用于软土层较浅的情况，预压法工期长，复合地基法工序多、造价高；桥梁跨越的方法是通过设置桩基，穿透软土层达到土性较好的土层，通常桩基深度大、结构设计施工较复杂、造价高。上述方法均为通过改良地基的方式，达到提高地基承载力、减小沉降的目的。

申请号为CN201821240157.1的发明专利公开了一种浮筏式桩基结构，通过空腔箱体置换地基土，并在箱体顶部填筑轻质土路堤，箱体下部设置桩，使得地下水浮力作用下基底应力减小，同时在箱体内初始填充部分液体，后期采用措施增减液体重量，达到控制软土地基沉降的目的。然而，采用上述技术时仍需打入处理桩，费时费力；仍需填筑路堤，增大了上部结构自重且存在取土困难等问题；需要连接导水管、通气孔和水阀等繁琐的后期调节装置，无法实现自我调节，后期调节成本较大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，提供一种有效解决工程建设中高水位软土地基承载力和结构物沉降问题，可随水位变化实现自动调节荷载功能的双层箱式承载结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种软土地基双层箱式自调节承载结构，包括双层箱本体，所述的双层箱本体由底板、中隔板、侧板和顶板围合形成上下分隔的气液调节舱和空气舱；所述的气液调节舱位于空气舱的上部；所述的气液调节舱在侧板上设有若干进出水口。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

上述的进出水口包括竖条状或横条状。

上述的气液调节舱在侧板的外侧面设有反滤层。

上述的气液调节舱在顶板上设有若干通气孔。

上述的空气舱在侧板的外侧面以及底板的底面设有防水层。

上述的底板底面设有砂垫层，砂垫层的底面下设有片石基础。

上述的中隔板所在平面设置于地下水常水位以上；顶板所在平面设置于高水位以上；底板所在平面设置于低水位以下。

地下水位位于高水位时，上述的双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不大于地基承载力特征值。

地下水位位于低水位时，所述的双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不大于地基承载力特征值。

地下水位与所述的进出水口最低下边缘齐平时，上述的双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不小于零。

与现有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明充分的利用了高水位软土地基的水浮力，平衡了部分上部荷载，使得基底应力大幅度降低，减少了地基处理成本；水位变化时可自动调节荷载，结合箱体尺寸及结构与水位的位置关系设计，使基底应力位于允许范围内，可避免水位下降时发生较大沉降，也可避免水位上涨时结构上浮。

附图说明:

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为本发明双层箱式自调节承载结构的横断面图；

图2为本发明双层箱结构的横断面图，进出水口为竖条状；

图3为本发明双层箱结构的三维图，进出水口为竖条状；；

图4为本发明双层箱结构的横断面图，进出水口为横条状；

图5为本发明双层箱式自调节承载结构预压期的横断面图，气液调节舱处于注水状态。

附图标记：A-常水位；B-高水位；C-低水位；1-双层箱；11-底板；12-中隔板；13-侧板；14-顶板；15-气液调节舱；16-空气舱；17-进出水口；18-通气孔；2-反滤层；3-防水层；4-砂垫层；5-片石基础。

具体实施结构:

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明，但不作为对本实用新型限制的依据。

如图1所示，本发明的一种软土地基双层箱式自调节承载结构，包括双层箱本体，双层箱本体由底板、中隔板、侧板和顶板围合形成上下分隔的气液调节舱和空气舱，气液调节舱位于空气舱的上部，气液调节舱在侧板上设有若干进出水口。上述设置于下部的空气舱部分或全部位于地下水位以下，可使本发明的结构得到较大的水浮力，大幅度降低作用于地基土的荷载，可适应承载力较低的软土地基；设置于上部的气液调节舱作用在于当地下水位上升时，水浮力增大，达到某一水位时，将导致结构浮起，为保持结构抗浮稳定，当水位高于气液调节舱的进出水口最低下边缘时，水将通过进出水口进入气液调节舱，此后随着水位的上升，浮力不再增大，并且进入气液调节舱的水转化为重力荷载作用于结构，使得抗浮稳定系数逐渐增大。

为进一步优化本发明的结构，实施例中如图2、图3所示，进出水口包括竖条状。

实施例中，气液调节舱在侧板的外侧面设有反滤层，可防止地基土通过进出水口进入气液调节舱中。

实施例中，气液调节舱在顶板上设有若干通气孔，可使得气液调节舱与大气相连通，便于水位升高时排出气液调节舱内的空气，从而使水进入气液调节舱。

实施例中，空气舱在侧板的外侧面以及底板的底面还设有防水层，可避免地下水的长期作用下对空气舱底板和侧板结构的渗透和侵蚀，保证结构安全和稳定性。

实施例中，底板底面设有砂垫层，砂垫层的底面下设有片石基础。

实施例中，中隔板所在平面设置于地下水常水位以上，可使得地下水位位于常水位时，双层箱本体底面作用于地基的荷载强度处于较低水平，有利于减小软土地基的沉降。

顶板所在平面设置于高水位以上，所述的底板所在平面设置于低水位以下。

实施例中，地下水位位于高水位时双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不大于地基承载力特征值，地下水位位于低水位时双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不大于地基承载力特征值，地下水位与进出水口最低下边缘齐平时，双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不小于零，可使得双层箱结构下部的软土地基在地下水位变动时不至发生破坏，双层箱结构自身在地下水位升高时不至浮起。

在其他优选实施例中，进出水口也包括如图4所示的横条状。

需要指出的是，进出水口在侧板上的形状和布置形式无具体限制，凡具有实施例中所说明的调节荷载功能的孔、口、槽，均应视为本发明内容，实施例中进出水口设置为竖条状或横条状仅作为一种较优的方式，本领域的技术人员在实施例的基础上，显而易见的可联想到其他形状和布置方式，但均应视为落入本发明的保护范围。

再次结合图1，本发明所述的一种软土地基双层箱式自调节承载结构的实施方法，依次包括以下步骤：

(1)资料收集：调查当地气象资料，收集工程建设场地水文地质资料、工程地质勘察报告，明确地下水的常水位、高水位、低水位以及软土的地基承载力特征值；

(2)结构尺寸设计：根据上部荷载、地基承载力以及地下水位的变动情况，设计空气舱及气液调节舱的高度，底板、侧板、中隔板、顶板的厚度，箱体材料的重度以及双层箱在地基中的位置，使得地下水位位于高水位时双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不大于地基承载力特征值，地下水位位于低水位时双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不大于地基承载力特征值，地下水位与进出水口最低下边缘齐平时，双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不小于零；

(3)根据设计要求，在工厂预制上述双层箱，并在空气舱外底面及外侧面涂刷防水材料或粘贴防水土工材料，在气液调节舱外侧面粘贴反滤土工布；

(4)放样定位，根据双层箱尺寸打设钢板桩围堰，使得围堰内缘略大于预制双层箱外缘；

(5)在围堰中开挖取土，直至基底设计标高；

(6)依次铺设片石基础和砂垫层；

(7)起吊预制双层箱，稳定放置于砂垫层上；

(8)振动拔出钢围堰。

当根据设计需求需要对地基进行预压时，结合图5，本发明所述的一种软土地基双层箱式自调节承载结构的实施方法，依次包括以下步骤：

(1)资料收集：调查当地气象资料，收集工程建设场地水文地质资料、工程地质勘察报告，明确地下水的常水位、高水位、低水位以及软土的地基承载力特征值；

(2)结构尺寸设计：根据上部荷载、地基承载力以及地下水位的变动情况，设计空气舱及气液调节舱的高度，底板、侧板、中隔板、顶板的厚度，箱体材料的重度以及双层箱在地基中的位置，使得地下水位位于高水位时双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不大于地基承载力特征值，地下水位位于低水位时双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不大于地基承载力特征值，地下水位与进出水口最低下边缘齐平时，双层箱本体底面作用于地基的荷载强度不小于零；

(3)根据设计要求，在工厂预制上述双层箱，其中顶板为分离式，并在空气舱外底面及外侧面涂刷防水材料或粘贴防水土工材料，在气液调节舱外侧面粘贴反滤土工布，在气液调节舱内侧面粘贴防水土工布；

(4)放样定位，根据双层箱尺寸打设钢板桩围堰，使得围堰内缘略大于预制双层箱外缘；

(5)在围堰中开挖取土，直至基底设计标高；

(6)依次铺设片石基础和砂垫层；

(7)起吊预制双层箱，稳定放置于砂垫层上；

(8)振动拔出钢围堰；

(9)在气液调节舱中注入水，利用水的重量进行预压，预压期后抽出气液调节舱中的水，拆除防水土工布，或者拆除防水土工布后让水通过进出水口自动渗透至地基中；

(10)盖上顶板并连接牢固。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种软土地基双层箱式自调节承载结构，包括双层箱本体(1)，所述的双层箱本体(1)由底板(11)、中隔板(12)、侧板(13)和顶板(14)围合形成上下分隔的气液调节舱(15)和空气舱(16)，其特征在于，所述的双层箱本体(1)的上层为气液调节舱(15)，所述的气液调节舱(15)在侧板(13)上设有若干进出水口(17)；

设置于下部的空气舱部分或全部位于地下水位以下，设置于上部的气液调节舱作用在于当地下水位上升时，水浮力增大，达到某一水位时，将导致结构浮起，为保持结构抗浮稳定，当水位高于气液调节舱的进出水口最低下边缘时，水将通过进出水口进入气液调节舱，此后随着水位的上升，浮力不再增大，并且进入气液调节舱的水转化为重力荷载作用于结构，使得抗浮稳定系数逐渐增大；

所述的中隔板(12)所在平面设置于地下水常水位(A)以上，所述的顶板(14)所在平面设置于高水位(B)以上，所述的底板(11)所在平面设置于低水位(C)以下；

地下水在高水位(B)时，双层箱本体(1)底面作用于地基的荷载强度不大于地基承载力特征值；地下水在低水位(C)时，双层箱本体(1)底面作用于地基的荷载强度不大于地基承载力特征值；地下水位与进出水口(17)最低下边缘齐平时，双层箱本体(1)底面作用于地基的荷载强度不小于零；

所述的进出水口(17)包括竖条状或横条状；

所述的气液调节舱(15)在侧板(13)的外侧面设有反滤层(2)；

所述的气液调节舱(15)在顶板(14)上设有若干通气孔(18)；

所述的空气舱(16)在侧板(13)的外侧面以及底板(11)的底面设有防水层(3)；

所述的底板(11)底面设有砂垫层(4)，砂垫层的底面下设有片石基础(5)。

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