CN113073639A - 阶地黄土地基加固方法及建造的变刚度组合桩复合地基 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阶地黄土地基加固方法及建造的变刚度组合桩复合地基，加固：平整需加固区域，挖浅坑；生成上层孔，根据A层下方黄土层含水量钻下层孔，成桩孔；灌注刚性桩材拌合料并振捣，再填入柔性桩材拌合料，分层夯实，直至填满桩孔，建成变刚度组合桩；建造第二根变刚度组合桩；至加固区域内建成所有变刚度组合桩；浅坑内铺设散体材料；水泥充分硬化后，完成对阶地黄土区地基的加固。变刚度组合桩复合地基包括多根竖直设置的变刚度组合桩，变刚度组合桩由上下设置的上部桩体和下部桩体固接而成，所有上部桩体的顶端通过垫层相固接。该加固方法能够在满足沉降要求的前提下，减小基础底部的应力集中，避免基础底部受到冲切作用。
Description
技术领域
本发明属于阶地黄土地基加固技术领域，涉及一种阶地黄土地基加固方法，本发明还涉及一种该地基加固方法中建造的变刚度组合桩复合地基。
背景技术
西北地区阶地黄土的工程地质条件较特殊，受河流冲刷与青藏高原隆起、黄土高原间歇性抬升的影响，形成多级黄土阶地。阶地底部均为基岩，再往上为圆砾土、砂砾石层，最上部为不同年代的黄土沉积。阶地上部黄土较为干燥，含水量较小具备一定的湿陷性，随着深度的增加，黄土的含水量呈线性增长，底部达到饱和。目前地基加固方法一般采用强夯或者挤密桩法，主要以消除湿陷性为目的。根据调查报告，甘肃境内黄土区地基沉降变形大多来源于黄土层深部，且强夯法与挤密桩法均受加固深度限制，难以较好的控制沉降。采用DDC桩法又不适用于含水量较大的土层，水泥土桩材也会在含水量较大的地层出现成桩困难。新兴的用于黄土区的长短桩复合地基同样面临承载力略显不足、应力集中、与对基础底部产生冲切作用等诸多问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种阶地黄土地基加固方法，在消除湿陷性的同时，能够有效控制地基沉降，并优化地基的应力分布，使地基与基础能够良好的过渡。
本发明的另一个目的是提供一种上方地基加固方法中建造的变刚度组合桩复合地基。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种阶地黄土地基加固方法，具体按以下步骤进行：
1）在阶地黄土区划出需要加固的区域，平整后，挖出浅坑；
2）在浅坑内确定需要成桩的位置，然后，在其中一个位置上冲击生成上层孔，然后，根据含水量较小具备一定的湿陷性的阶地上部黄土层下方黄土层的含水量钻下层孔至设计深度，形成桩孔；
向桩孔中灌注刚性桩材拌合料并振捣，在桩孔内形成高度至上层孔设计深度的下部桩体；再填入柔性桩材拌合料，每填充1.5m高柔性桩材拌合料，夯实，直至夯实的柔性桩材拌合料填满桩孔的上层孔，形成上部桩体，建成变刚度组合桩；
3）按步骤2）建造第二根变刚度组合桩；以此类推，直至在阶地黄土区需要加固的区域内完成所有变刚度组合桩的建造；
4）在步骤1）中的浅坑内铺设散体材料，形成垫层；
5）成桩结束，水泥充分硬化后，完成对阶地黄土区地基的加固。
本发明所采用的另一个技术方案是：一种上述地基加固方法中建造的变刚度组合桩复合地基，包括多根竖直设置的变刚度组合桩，该变刚度组合桩由上下设置的上部桩体和下部桩体固接而成，下部桩体的长度大于上部桩体的长度；所有上部桩体的顶端通过垫层相固接。
本发明地基加固方法的施工过程类似于水泥土挤密桩与CFG桩工法的组合，使用的设备均为常见的施工机械，涉及的桩材也便于取材，操作简单易于施工，普通工人经过简单培训便可进行施工。
附图说明
图1是阶地中黄土层含水量随深度变化的大致趋势图。
图2是本发明变刚度组合桩复合地基结构的示意图。
图3是本发明变刚度组合桩复合地基工作机理的示意图。
图4是本发明变刚度组合桩复合地基与现有技术中水泥土挤密桩复合地基桩土应力比随荷载变化对比曲线图。
图2中：1.垫层，2.上部桩体，3.下部桩体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
阶地上部黄土较为干燥，含水量较小具备一定的湿陷性（下文称其为A层），随着深度的增加，黄土的含水量呈线性增长，底部达到饱和，A层与砂砾石层之间的黄土层为B层。阶地中黄土层含水量随深度变化的大致趋势图，如图1所示，图1中横轴是含水量ω，纵轴是深度x。黄土区地基沉降变形大多来源于黄土层深部，强夯法与挤密桩法均受加固深度限制，难以较好的控制沉降。采用DDC桩法又不适用于含水量较大的土层，水泥土桩材在含水量较大的地层成桩困难；用于黄土区的长短桩复合地基同样面临承载力略显不足、应力集中、与对基础底部产生冲切作用等诸多问题。为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种阶地黄土地基加固方法，具体按以下步骤进行：
1）在阶地黄土区划出需要加固的区域，进行场地平整，然后，在平整后的区域内挖出深度为h的浅坑；
2）在浅坑内确定需要成桩的位置，在确定成桩位置中的一个位置上先使用履带式柴油打桩机冲击生成上层孔，该上层孔的深度至含水量较小具备一定的湿陷性的阶地上部黄土层（A层）底部所在深度，然后，根据A层下方黄土层的含水量继续采用冲击成孔或钻孔机钻下层孔至设计深度，形成桩孔；
本发明地基中桩孔上下层孔的设计深度取决于黄土阶地中A层与B层的厚度，上层孔设计深度应略小于A层厚度，参考《JGJ 79-2012建筑地基加固技术规范》7.7.2中第一条规定，下层孔的设计深度应大于等于A层与B层的厚度之和。
向桩孔中灌注刚性桩材拌合料并振捣，在桩孔内形成下部桩体3，下部桩体3的高度至上层孔设计深度；再填入柔性桩材拌合料，每填充1.5m高柔性桩材拌合料，用锤重1.8t、落距2.5m的重夯机夯锤10次，直至夯实的柔性桩材拌合料填满桩孔的上层孔，形成上部桩体2，建成变刚度组合桩；
刚性桩材拌合料按质量比1.00︰0.46︰5.22︰3.20︰0.57，由水泥、粉煤灰、碎石、中砂和水拌合而成；
柔性桩材拌合料按质量比1.00︰16.57︰2.53，由水泥、现场土和水拌合而成。
3）按步骤2）建造第二根变刚度组合桩；以此类推，直至在阶地黄土区需要加固的区域内完成设计确定的所有变刚度组合桩的建造；
4）在步骤1）中的浅坑内铺设散体材料，散体材料可采用中粗砂或石屑+中粗砂等，形成垫层1，垫层1的顶面与地面相平齐，厚度h为10cm～20cm，垫层1介于复合地基与基础之间，与复合地基上层柔性部分相互作用，具备较强的变形协调能力，可以有效地降低等沉面的高度，使得基础底面的应力均匀分布，进而避免桩体对基础产生冲切作用；
5）成桩结束28天后，水泥充分硬化后，完成对阶地黄土区地基的加固。
采用本发明加固方法对阶地黄土地基进行加固后，形成如图2所示的变刚度组合桩复合地基，包括多根竖直设置的变刚度组合桩，该变刚度组合桩由上下设置的上部桩体2和下部桩体3固接而成，下部桩体3的长度大于上部桩体2的长度；所有上部桩体2的顶端通过垫层1相固接。
本发明复合地基中的上部桩体2为柔性桩体，性质接近于水泥土挤密桩，刚度为1.0×103MPa左右，成孔时使用挤密法成孔，成桩时进行分层夯实，使得加固范围内黄土受挤密作用的影响，孔隙率显著减小，当桩间距为1.2m时，桩间土的挤密系数最大可达到0.976，最小也为0.953，明显大于原状土挤密系数0.889（挤密系数与孔隙率存在相关性，挤密系数越大孔隙率越小，工程中评价挤密效果采用挤密系数作为标准）。从而有效地消除阶地黄土中A层的湿陷性，封闭了地表水的渗入（研究表明，黄土中的孔隙是导致黄土湿陷的主要原因）。
下部桩体3为刚性桩体，性质接近于CFG桩，刚度为2.0×104MPa左右，可以有效地承担上部桩体与桩间土通过土拱效应传递下来的荷载，并将其传导至砂砾石层，而不产生较大的变形，从而减小地基整体的沉降，所以本发明复合地基可以兼顾湿陷性消除与沉降控制。
本复合地基上层受成桩时挤密作用的影响，桩土之间紧密接触，桩间土的土颗粒间也互相“楔紧”，形成“板效应”。下层桩间土因含水量较大无法承担附加荷载，而下部桩体3强度较高，抗变形能力较强，形成“桩效应”，提供较大承载力，并能防止增湿变形；该 “板效应”和“桩效应”构成了桩板结构效应。加载时，复合地基上下层交界处产生明显的土拱效应，如图3所示，上层桩间土所受的荷载将向下层桩体转移，而非传递至下层桩间土，从而减少了对阶地黄土中B层的扰动，避免因B层挤压导致A层增湿而产生的附加变形。
由于本发明复合地基中的上部桩体2采用柔性填料，桩土应力特征曲线与柔性桩复合地基（水泥土挤密桩复合地基）应力特征曲线的形态相似，如图4所示，具备柔性桩复合地基的变形协调能力，再配合垫层1，可以使得地基与基础间有着良好的过渡。
Claims (7)
1.一种阶地黄土地基加固方法，其特征在于，该加固方法具体按以下步骤进行：
1）在阶地黄土区划出需要加固的区域，平整后，挖出浅坑；
2）在浅坑内确定需要成桩的位置，然后，在其中一个位置上冲击生成上层孔，然后，根据含水量较小具备一定的湿陷性的阶地上部黄土层下方黄土层的含水量钻下层孔至设计深度，形成桩孔；
向桩孔中灌注刚性桩材拌合料并振捣，在桩孔内形成高度至上层孔设计深度的下部桩体；再填入柔性桩材拌合料，每填充1.5m高柔性桩材拌合料，夯实，直至夯实的柔性桩材拌合料填满桩孔的上层孔，形成上部桩体，建成变刚度组合桩；
3）按步骤2）建造第二根变刚度组合桩；以此类推，直至在阶地黄土区需要加固的区域内完成所有变刚度组合桩的建造；
4）在步骤1）中的浅坑内铺设散体材料，形成垫层；
5）成桩结束，水泥充分硬化后，完成对阶地黄土区地基的加固。
2.如权利要求1所述的阶地黄土地基加固方法，其特征在于，所述步骤2）中，上层孔的深度至含水量较小具备一定的湿陷性的阶地上部黄土层底部所在深度。
3.如权利要求1所述的阶地黄土地基加固方法，其特征在于，所述步骤2）中，上层孔深度小于含水量较小具备一定的湿陷性的阶地上部黄土层厚度，下层孔的深度大于含水量较小具备一定的湿陷性的阶地上部黄土层与该含水量较小具备一定的湿陷性的阶地上部黄土层和砂砾石层之间的黄土层的厚度之和。
4.如权利要求1所述的阶地黄土地基加固方法，其特征在于，所述步骤2）中，刚性桩材拌合料按质量比1.00︰0.46︰5.22︰3.20︰0.57，由水泥、粉煤灰、碎石、中砂和水拌合而成；柔性桩材拌合料按质量比1.00︰16.57︰2.53，由水泥、现场土和水拌合而成。
5.如权利要求1所述的阶地黄土地基加固方法，其特征在于，所述步骤4）中，散体材料采用中粗砂或石屑+中粗砂。
6.一种权利要求1所述阶地黄土地基加固方法中建造的变刚度组合桩复合地基，其特征在于，包括多根竖直设置的变刚度组合桩，该变刚度组合桩由上下设置的上部桩体（2）和下部桩体（3）固接而成，下部桩体（3）的长度大于上部桩体（2）的长度；所有上部桩体（2）的顶端通过垫层（1）相固接。
7.如权利要求6所述的建造的变刚度组合桩复合地基，其特征在于，所述垫层（1）的厚度为10～20cm。
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