CN111893809A - 一种提高路堤稳定性的变间距刚性桩复合地基 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高路堤稳定性的变间距刚性桩复合地基，自路堤边坡的坡脚至坡肩的距离为L，所有刚性桩的布置区域为路堤所覆盖的区域，分为内侧的大间距桩的布置区域以及外侧的小间距桩的布置区域；小间距的刚性桩采用桩间距较小的带有一定延性的刚性桩且不设置桩帽，大间距的刚性桩采用桩间距较大的刚性桩并设置桩帽。本发明解决了刚性桩复合地基外侧桩体容易在较大弯矩下发生脆性断裂而导致内侧桩体依次发生脆性断裂，进而导致路堤失稳、承载力大大降低的工程问题，含桩帽的大间距内侧桩可在有效控制沉降、不均匀沉降的基础上大幅降低造价。本发明施工简单、总沉降控制效果好，可大幅度提高路堤稳定性，安全性高、适用性强、经济性好。

Description

一种提高路堤稳定性的变间距刚性桩复合地基

技术领域

本发明涉及一种土建地基，尤其涉及一种变间距刚性桩复合地基。

背景技术

近年来，随着我国高速铁路等建设的快速发展，对于路堤的建设速度以及沉降控制等提出了更高的要求。在我国沿海地区，上层土大都为饱和软粘土，土体的抗剪程度较低，排水能力较差，因而路堤容易发生失稳破坏。为适应快速建设及沉降控制的要求，刚性桩复合地基得到了越来越广泛的应用，刚性桩包含CFG桩、素混凝土桩、钢筋混凝土桩、PCC桩等多种桩型，其具有粘结强度高，承载力强，沉降控制效果好，施工速度快等优点，工程应用十分广泛，但是其造价较高，且材料性质与传统竖向增强体差异很大，在工程中出现了多起由刚性桩弯曲破坏引发路堤失稳的工程事故，如何在工程中合理利用刚性桩加固路堤，提高路堤稳定性的同时有效控制成本，成为了一个亟待解决的问题。

在路堤填筑及使用过程中，随着路堤的不断增高以及路堤上部的荷载不断增大，各桩的受力也显著增加，然而不同位置桩体的受力存在较大差异，内侧桩以承受竖向轴力为主，可以有效控制路堤沉降，外侧桩承受轴力相对较小，但受到土体水平荷载较大，因此其承受较大弯矩，在较大弯矩及较小轴力的共同作用下，外侧桩首先接近其极限抗拉强度，而此时内侧桩的承载力并没有得到充分利用，如果外侧桩因抗拉强度达到极限抗拉强度发生脆性的弯曲破坏，当其破坏后，由于应力释放，桩体内力迅速减小，对土体的约束作用迅速减弱，土体运动并与相邻内侧桩相互作用，导致内侧桩受力增大进而发生脆性的弯曲破坏，如此往复，各桩自外向内发生依次连续的弯曲破坏，最终导致路堤失稳，造成巨大人员、财产损失。与此同时，桩间距对桩体水平受力具有显著影响，然而现有的复合地基设计方法中大都依据变形及承载力验算结果，采用等间距布桩，即便少数非等间距布桩工程，也均出于控制沉降的考量，采用内侧桩体间距小，外侧桩体间距大的复合地基形式，从桩体弯矩角度出发，以提高路堤稳定性为目的的非等间距路堤设计方法尚不存在。

综上所述，如何在建设复合地基时，使外侧及内侧桩体发挥各自作用，在控制成本的基础上提高路堤抵抗连续破坏的能力、控制路堤沉降及不均匀沉降成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种提高路堤稳定性的变间距刚性桩复合地基，解决了传统等间距刚性桩复合地基外侧桩体容易在较大弯矩下发生脆性断裂，从而导致内侧桩体依次发生脆性断裂，进而导致路堤失稳、承载力大大降低的工程问题，同时解决了内侧桩间距较大时不均匀沉降控制效果较差，间距较小时造价显著增大，资源浪费的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种提高路堤稳定性的变间距刚性桩复合地基，包括设置在被加固土体上的路堤，所述被加固土体中按照行列矩阵布置有多个刚性桩，所述路堤包括路堤顶面和路堤顶面两侧的路堤边坡，所述路堤的横截面上、自路堤边坡的坡脚至路堤边坡坡肩的距离为L，所有的刚性桩的布置区域为路堤所覆盖的区域；所有的刚性桩的布置区域分为大间距桩的布置区域以及小间距桩的布置区域；所述小间距桩的布置的区域是自两侧的路堤边坡坡脚向路堤横截面宽度中心线延伸至2L处所占的区域；剩余的布置区域是大间距桩的布置区域；所述大间距桩的布置区域内的刚性桩记为第一刚性桩，所述小间距桩的布置区域内的刚性桩记为第二刚性桩，所述第一刚性桩的桩顶设置有矩形或是圆形的桩帽，所述第一刚性桩的桩径为D＝0.3-0.8m，桩间距为A＝2-3m，桩帽的直径或边长≥3D；所述第二刚性桩的桩径为D，所述第二刚性桩的桩间距为1/2A至2/3A，当路堤填筑高度H≥5m，边坡角度β≥27°时，所述第二刚性桩的桩间距在上述取值范围内取小值，反之取大值。

在上述取值范围内，所述第一刚性桩的桩径、桩间距和桩帽的具体数值依据标准号为JGJ 79-2012的《建筑地基处理技术规范》中复合地基承载力及变形要求验算确定。

进一步讲，所述第一刚性桩与第二刚性桩的桩型相同，是钢筋混凝土桩、含非预应力筋的管桩以及预应力管桩中的任何一种。或者是：所述第一刚性桩是CFG桩、素混凝土桩、钢筋混凝土桩和管桩中的任何一种，第二刚性桩是钢筋混凝土桩、含非预应力筋的管桩以及预应力管桩中的任何一种。

所有的刚性桩的桩顶与被加固土体的上表面平齐，所述被加固土体上面铺设有15～30cm厚的褥垫层。

所述被加固土体的下部是具有嵌固作用的嵌固层土体，所有的刚性桩插入所述的嵌固层土体的深度≥2D。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明复合地基解决了传统等间距刚性桩复合地基外侧桩体受到土体水平作用较大，进而承担较大弯矩，引发桩体发生弯曲破坏，导致内侧桩体依次发生脆性断裂，引起路堤失稳、承载力大大降低的工程问题，同时解决了路堤处理均采用小间距桩复合地基时造价较高、不经济的问题以及采用大间距布桩方式时路堤中心处不均匀沉降较大，桩体作用无法充分发挥的问题。由于本发明复合地基中的外侧桩采用的是具有一定延性的刚性桩，且其间距较小，可以从源头上减小桩土相互作用，减小桩体所受到的水平荷载，减小桩体弯曲，可以有效抵抗脆性弯曲破坏的发生，除此之外，外侧桩体不设置桩帽，可以适当增大坡脚位置处土体沉降，进而减小路堤不均匀沉降，同时降低了桩顶受到的土体水平荷载，进一步降低了桩体弯矩，防止了弯曲破坏的发生。内侧桩体采用间距较大的刚性桩，可以在保证路堤稳定性的基础上控制成本，同时内侧桩体上部布设桩帽，提高了内部桩体的应力分担比，保证路堤承载力的同时有效控制了路堤总沉降及不均匀沉降。本发明外侧桩体可采用具有一定延性的钢筋混凝土桩、含非预应力筋的管桩或预应力管桩，可在桩体到达极限弯矩时形成塑性铰，防止脆性弯曲破坏的发生，提高路堤安全性；内部桩体采用刚性桩，对延性不做要求，可充分发挥刚性桩大刚度的优势，在保证稳定性的基础上进一步节约成本。

本发明复合地基具有施工简单、安全性高、适用性强、经济性好的优点。

附图说明

图1为本发明复合地基的竖向剖面图；

图2为本发明复合地基的平面图；

图中：

1-路堤，2-被加固土体，3-刚性桩，4-大间距桩的布置区域，5-小间距桩的布置区域，6-桩帽。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。

如图1和图2所示，本发明提出的一种提高路堤稳定性的变间距刚性桩复合地基，包括设置在被加固土体2上的路堤1，所述被加固土体2中按照行列矩阵布置有多个刚性桩3，所述路堤1包括路堤顶面和路堤顶面两侧的路堤边坡，所述路堤1的横截面上、自路堤边坡的坡脚至路堤边坡坡肩的距离为L，所有的刚性桩3的布置区域为路堤1所覆盖的区域。

所有的刚性桩3的布置区域分为内侧的大间距桩的布置区域4以及外侧的小间距桩的布置区域5；所述小间距桩的布置的区域5是自两侧的路堤边坡坡脚向路堤横截面宽度中心线延伸至2L处所占的区域；剩余的布置区域是大间距桩的布置区域4。

所述大间距桩的布置区域4内的刚性桩3记为第一刚性桩，所述小间距桩的布置区域5内的刚性桩记为第二刚性桩；第一刚性桩采用桩间距较大的刚性桩并设置桩帽，第二刚性桩采用桩间距较小的带有一定延性的刚性桩且不设置桩帽。

所述第一刚性桩可以采用钢筋混凝土桩、含非预应力筋的管桩以及预应力管桩等具有一定延性的刚性桩，也可以采用CFG桩、素混凝土桩、PPC管桩等等脆性及延性刚性桩，具体选择可根据现场条件等确定，所述第一刚性桩的桩径为D＝0.3-0.8m，桩间距为A＝2-3m，具体的取值依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ 79-2012)中复合地基承载力及变形计算方法，根据设计要求计算，在满足规范要求情况下可相应取大值。所述第一刚性桩的桩顶设置有矩形或是圆形的桩帽6，桩帽6的直径或边长≥3D，进而在大桩间距的情况下提高桩体竖向受荷面积，增大桩土应力比，提高桩体轴力进而提高抗弯承载力，可以在满足复合地基安全及正常使用的基础上减少桩数，从而大幅度节约成本。

所述的第二刚性桩采用钢筋混凝土桩、含非预应力筋的管桩或预应力管桩等具有一定延性的刚性桩，上述桩体在弯矩达到极限弯矩时并不会发生脆性弯曲破坏，而是形成塑性铰，保证了桩体的抗弯承载力，维持路堤稳定，同时外侧小间距桩不设置桩帽，可以有效减小桩顶位置处土体的水平相互作用，进一步减小桩身弯矩。该区域内第二刚性桩的桩径与大间距桩的布置区域4内的第一刚性桩的桩径相同，桩间距为第一刚性桩桩间距的1/2-2/3，当路堤填筑高度较大，如H≥5m，坡度较陡，如边坡角度β≥27°，被加固土体排水条件较差强度较低时，第二刚性桩的桩间距在上述范围内取小值，反之则取大值，较小的桩间距可以在不改变桩体性质的情况下大幅度减小桩身弯矩，降低了桩体发生弯曲破坏的可能，提高了路堤稳定性。

本发明的变间距复合地基与常用等间距桩复合地基存在明显不同，且与已有的复合地基加密区域存在本质区别，现有复合地基加密仅对路堤中心位置处进行加密，是出于沉降控制的考虑，对复合地基稳定性的提高并无帮助，且两侧较大的桩间距加剧了桩体弯曲破坏的可能，所述变间距复合地基通过调节桩间距调节了桩体所受弯矩，进而提高路堤稳定性，且该方法仅改变桩间距而对桩体类型要求较少，降低了施工难度，提升了工程中的可操作性。

所有的刚性桩3的桩顶与被加固土体2的上表面平齐，所述被加固土体2上面铺设有15～30cm厚的褥垫层。若所述的被加固土体2的下面是相对较硬土层，则所有的刚性桩3应插入具有嵌固作用的嵌固层土体，嵌固深度不小于2倍桩径，即≥2D。上部的褥垫层可以提高复合地基整体性，使不同桩间距的桩体协调作用，保证桩体嵌固深度可以提高桩体的抗弯及抗滑承载力，防止桩体发生倾覆破坏进而导致路堤失稳。

尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种提高路堤稳定性的变间距刚性桩复合地基，包括设置在被加固土体(2)上的路堤(1)，所述被加固土体(2)中按照行列矩阵布置有多个刚性桩(3)，所述路堤(1)包括路堤顶面和路堤顶面两侧的路堤边坡，所述路堤(1)的横截面上、自路堤边坡的坡脚至路堤边坡坡肩的距离为L，所有的刚性桩(3)的布置区域为路堤(1)所覆盖的区域；其特征在于：

所有的刚性桩(3)的布置区域分为大间距桩的布置区域(4)以及小间距桩的布置区域(5)；所述小间距桩的布置的区域(5)是自两侧的路堤边坡坡脚向路堤横截面宽度中心线延伸至2L处所占的区域；剩余的布置区域是大间距桩的布置区域(4)；

所述大间距桩的布置区域(4)内的刚性桩(3)记为第一刚性桩，所述小间距桩的布置区域(5)内的刚性桩记为第二刚性桩，所述第一刚性桩的桩顶设置有矩形或是圆形的桩帽(6)，所述第一刚性桩的桩径为D＝0.3-0.8m，桩间距为A＝2-3m，桩帽(6)的直径或边长≥3D；

所述第二刚性桩的桩径为D，所述第二刚性桩的桩间距为1/2A至2/3A，当路堤填筑高度H≥5m，边坡角度β≥27°时，所述第二刚性桩的桩间距在上述取值范围内取小值，反之取大值。

2.根据权利要求1所述的变间距刚性桩复合地基，其特征在于：所述第一刚性桩的桩径、桩间距和桩帽的具体数值依据标准号为JGJ 79-2012的《建筑地基处理技术规范》中复合地基承载力及变形要求验算确定。

3.根据权利要求1所述的变间距刚性桩复合地基，其特征在于：所述第一刚性桩与第二刚性桩的桩型相同，是钢筋混凝土桩、含非预应力筋的管桩以及预应力管桩中的任何一种。

4.根据权利要求1所述的变间距刚性桩复合地基，其特征在于：所述第一刚性桩是CFG桩、素混凝土桩、钢筋混凝土桩和管桩中的任何一种，第二刚性桩是钢筋混凝土桩、含非预应力筋的管桩以及预应力管桩中的任何一种。

5.根据权利要求1所述的变间距刚性桩复合地基，其特征在于：所有的刚性桩(3)的桩顶与被加固土体(2)的上表面平齐，所述被加固土体(2)上面铺设有15～30cm厚的褥垫层。

6.根据权利要求1所述的变间距刚性桩复合地基，其特征在于：所述被加固土体(2)的下部是具有嵌固作用的嵌固层土体，所有的刚性桩(3)插入所述的嵌固层土体的深度≥2D。

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