CN114232610A - 应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统 - Google Patents

应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑‑弹性支承基础系统，其特征是包括巨型支撑骨架和竖向弹性支承构件，其中巨型支撑骨架包括大直径、高承载力的深长灌注桩，竖向弹性支承构件包括小直径、低承载力、密集的短密桩；所述深长灌注桩穿越溶洞发育岩层到达相对稳定的基岩层，形成基础结构系统中稳定的支点，并对穿越的溶洞发育岩层形成支撑加固系统；所述竖向弹性支承构件在深长灌注桩之间结合上部结构柱网布置，深度位于基岩层以上土层中。大大减少了进入基岩的灌注桩数量，减少成孔、超前钻及检测桩数量，加快施工速度，更好地保证成桩质量，布置灵活，节约施工时间及造价。

Description

应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，尤其是一种应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统。
背景技术
我国是全世界岩溶分布面积最广、岩溶地貌类型最典型的国家之一。因岩溶面积分布广阔，在建筑工程建设时因场地限制等原因，难以完全避开岩溶地质而进行基础建造。
岩溶地基根据埋藏条件可分为裸露型、覆盖型(覆盖层厚1～100m)和埋藏型地基(覆盖层厚大于100m)。对于覆盖型岩溶地质，覆盖层厚度的跨越范围最大，工程勘察时也难以完全直观了解，进行基础设计时也较为困难。对覆盖型岩溶，传统的基础形式有两种，第一种是对可供利用的上覆土层进行加固处理，采用注浆、填充等方式对岩溶面及浅层、开口溶洞等危险地貌进行全封闭处理，利用经过处理后的土层作为桩端持力层。这种形式要对岩溶面进行处理，往往无法保证岩溶处理的完全性，而且存在深覆盖层注浆困难、注浆量不可控制，注浆效果难以检测的问题，承载力和沉降变形有可能无法满足上部结构的要求。第二种基础形式是采用灌注桩。整个工程所有桩基均要穿越溶洞，并且保证桩端完整的基岩在规范要求厚度以上。因溶岩发育本身随机性很强，往往遇到深度达上百米，仍然无法保证完整基岩达到规范要求的厚度,整个工程桩基数量众多，要保证所有桩均满足要求，潜在的工程量巨大，施工难度极大，桩身质量难以保证，混凝土用量不可控，工程造价成本难以控制。遇到无法施工或坍塌孔的孔位，后补桩需要再进行施工勘察，施工周期也无法控制。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统，它充分利用地质本身仅有条件，通过一种由深长灌注桩与短密预制桩协调组合形式，具有针对性强、稳定性高、成孔量少、布置灵活、施工时间短，综合成本低等特点。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统，其特征是包括巨型支撑骨架和竖向弹性支承构件，其中巨型支撑骨架包括大直径、高承载力的深长灌注桩，竖向弹性支承构件包括小直径、低承载力、密集的短密桩；所述深长灌注桩穿越溶洞发育岩层到达相对稳定的基岩层，形成基础结构系统中稳定的支点，并对穿越的溶洞发育岩层形成支撑加固系统；所述竖向弹性支承构件在深长灌注桩之间结合上部结构柱网布置，深度位于基岩层以上土层中。
前述的应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统中，作为优选，所述深长灌注桩穿越溶洞发育岩层到达基岩层通过超前钻探明溶岩发育情况，抗压静载试验确认其承载力。
前述的应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统中，作为优选，所述竖向弹性支承构件的短密桩优先采用预制桩。
前述的应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统中，作为优选，所述巨型支撑骨架和竖向弹性支承构件顶端统一连接于基础水平构件中。
前述的应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统中，作为优选，所述这巨型支撑骨架和竖向弹性支承构件按各自承担一半上部荷载重量来初步确定数量和位置，最终根据变形协调、单桩承载力综合确定桩的结构布置。
前述的应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统中，作为优选，采用静压或锤击方式对预制桩进行施工，在全部预制桩施工完成后，等待土间应力消散后再进行灌注桩施工，预制桩与灌注桩完成后进行基础水平构件的施工。
本技术方案专门针对“覆盖型岩溶地质”进行基础结构系统研究设计，把深长的灌注桩作为基础结构系统中的巨型支撑骨架，由密集量多预制短桩作为基础的竖向弹性支承构件，通过加强的基础水平构件进行协调。成孔方式以冲孔、旋挖钻孔为主。选择良好的稳定完整岩层(即基岩层)点位作为少量几个柱跨的大间距大直径深长灌注桩的布置点，形成基础结构的巨构支撑，这种深长灌注桩底端直接定位在相对稳定的基岩层中，构成基础结构系统中重要稳定的支点，同时也会对穿越的溶洞发育岩层形成支撑加固系统，将上部结构部分的荷载传递至稳定的基岩，避免因上部结构荷载全部施加在溶岩表面而引起溶洞发育岩层的坍塌。
本方案在实际实施过程中，在所有大直径深长灌注桩之间，结合地质上部结构柱网布置小直径短密预制桩(简称短密桩)或钻孔灌注桩，在有条件的情况下，优先采用预制桩。短密桩的工作长度全部位于在基岩层以上土层中，与岩面预留一段距离以保证应力扩散，避免受岩面溶洞影响。小直径短密桩作为基础的竖向弹性支承构件，类似于具有一定刚度的弹簧，分担深长灌注桩荷载，向下传递荷载给基岩，改善基础构件受力。
基础水平构件包括地梁、底板等，具有承担荷载水平传递作用，协调竖向荷载的变形，将工程中的巨型支撑骨架(即深长灌注桩)和竖向弹性支承构件(短密预制桩)协调起来并共同作用，形成巨构支撑-弹性支承的基础结构系统。
本方案设计的大直径深长灌注桩和小直径短密桩分别按各自承担一半上部荷载重量来初步确定数量以及位置，最终再根据变形协调、单桩承载力综合确定桩的结构布置，通过科学分配获得最佳结构强度和合理工程造价。
本系统荷载的传递是上部集中荷载和均布荷载通过基础水平构件分别传递至短密预制桩和深长灌注桩。短密预制桩通过上部土层将附加荷载均匀地扩散至溶洞发育岩层。深长灌注桩将部分荷载传递至稳定完整基岩层，避免荷载完全加在溶洞发育岩层。
本发明的有益效果是：
1、通过深长灌注桩与短密桩相结合布置，基础水平构件相协调的方式，有效传递上部荷载，最大限度地利用溶洞发育岩层上方土层和适度的利用下方稳定完整基岩层作为基础的持力层。
2、相比于常规全部进基岩的灌注桩基础，大大减少了进入基岩的灌注桩数量，减少成孔、超前钻及检测桩数量，加快施工速度，更好地保证成桩质量，避免过多破坏溶洞发育岩层引起其它地质灾害。
3、短密桩施工快捷，布置灵活，适宜桩型选择多，造价相对低廉，符合工业化、装配式建筑政策，避免泥浆等环境污染，避免对溶洞发育岩层进行处理等不确定因素。
4、加快施工速度，节约施工时间及造价。
附图说明
图1是本发明一种基础结构系统剖面示意图。
图2是本发明一种短密预制桩和深长灌注桩排布平面示意图。
图3是本发明一种基础结构系统荷载传递路径示意图。
图中：1.短密桩，2.深长灌注桩，3.基础水平构件，4.建筑物，5.覆盖土层，6.溶洞发育岩层，7.基岩层，8.集中荷载，9.均布荷载。
具体实施方式
下面通过实施例，并通过附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
如图1、图2所示，本实施例一种应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统，包括巨型支撑骨架和竖向弹性支承构件，其中巨型支撑骨架包括大直径、高承载力、满足地面至基岩层7深度要求的深长灌注桩2，竖向弹性支承构件包括小直径、低承载力、密集布置的预制短密桩1。深长灌注桩2穿越溶洞发育岩层6到达相对稳定的基岩层7，通过超前钻探明溶岩发育情况，抗压静载试验等措施确认其承载力，形成基础结构系统中稳定的支点，并对穿越的溶洞发育岩层6形成支撑加固系统。竖向弹性支承构件在深长灌注桩之间结合上部结构柱网布置，整个深度均位于基岩层7以上的土层中。
具体地说，采用冲孔、旋挖、钻孔等成孔方式，以大间距(几个柱跨)布置直径大于800mm的大直径深长灌注桩2，作为基础结构的巨构支撑，深长灌注桩2穿越溶洞到达相对稳定的基岩层7，形成基础结构系统中主要稳定支点。在大直径深长灌注桩2之间结合地质上部结构，柱网式布置小直径预制短密桩1。短密预制桩1全长在覆盖土层5中，与溶洞发育岩层6预留一段距离。
基础水平构件3由地梁、底板等来布置，上部为建筑物4，可承担荷载水平传递作用，协调竖向荷载的变形，巨型支撑骨架的深长灌注桩2和竖向弹性支承构件短密桩1顶端统一连接于基础水平构件3中，由基础水平构件3协调起来共同作用，形成整个工程结构系统。
大直径深长灌注桩2和小直径预制短密桩1分别按各自承担一半上部荷载重量来初步确定数量以及位置，最终根据变形协调、单桩承载力综合确定桩的结构布置。在得到预制短密桩1与深长灌注桩2的结构布置后，再确定基础水平构件3(底板或地梁)的合理尺寸，从而完成岩溶地质上的巨构支撑-弹性支承基础系统的构建。
本实施例荷载的传递路径如图3所示，上部集中荷载8和均布荷载9通过基础水平构件3分别传递至预制短密桩1和深长灌注桩2。预制短密桩1通过上部覆盖土层5将附加荷载均匀地扩散至溶洞发育岩层6。深长灌注桩2将部分荷载传递至稳定完整基岩层7，避免荷载完全加在溶洞发育岩层6。
具体实施时，可采用静压方式对各种预制桩进行施工，在全部预制桩施工完成后，等待土间应力消散再进行灌注桩的施工。预制桩与灌注桩完成后进行基础水平构件3的施工。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，如在大直径深长灌注桩2之间结合地质上部结构，柱网式布置小直径短密桩1时采用钻孔灌注方式，短密桩1长度可根据具体岩层来确定，长短可以不同，等等，任何对本发明的简单变换后的结构、工艺、方法等均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统，其特征是包括巨型支撑骨架和竖向弹性支承构件，其中巨型支撑骨架包括大直径、高承载力的深长灌注桩(2)，竖向弹性支承构件包括小直径、低承载力、密集的短密桩(1)；所述深长灌注桩穿越溶洞发育岩层(6)到达相对稳定的基岩层(7)，形成基础结构系统中稳定的支点，并对穿越的溶洞发育岩层形成支撑加固系统；所述竖向弹性支承构件在深长灌注桩之间结合上部结构柱网布置，深度位于基岩层以上土层中。
2.根据权利要求1所述的应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统，其特征是，所述深长灌注桩(2)穿越溶洞发育岩层(6)到达基岩层(7)通过超前钻探明溶岩发育情况，抗压静载试验确认其承载力。
3.根据权利要求1所述的应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统，其特征是，所述竖向弹性支承构件的短密桩(1)优先采用预制桩。
4.根据权利要求1所述的应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统，其特征在于，所述巨型支撑骨架和竖向弹性支承构件顶端统一连接于基础水平构件(3)中。
5.根据权利要求1所述的应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统，其特征是，所述这巨型支撑骨架和竖向弹性支承构件按各自承担一半上部荷载重量来初步确定数量和位置，最终根据变形协调、单桩承载力综合确定桩的结构布置。
6.根据权利要求4所述的应用于覆盖型岩溶地质的巨构支撑-弹性支承基础系统，其特征是，采用静压或锤击方式对预制桩进行施工，在全部预制桩施工完成后，等待土间应力消散后再进行灌注桩施工，预制桩与灌注桩完成后进行基础水平构件(3)的施工。
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