CN115324096A - 一种适用于大厚度湿陷性黄土地区的桩基础设计方法 - Google Patents

一种适用于大厚度湿陷性黄土地区的桩基础设计方法 Download PDF

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CN115324096A CN202210377534.0A CN202210377534A CN115324096A CN 115324096 A CN115324096 A CN 115324096A CN 202210377534 A CN202210377534 A CN 202210377534A CN 115324096 A CN115324096 A CN 115324096A
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贾俊明
陶倍林
鲁科伟
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Abstract

本公开提供了一种适用于大厚度湿陷性黄土地区的桩基础设计方法，包括：桩基础的灌注桩穿过大厚度湿陷性黄土层支撑于稳定坚实土层；根据桩基础所支撑的上部结构确定所需桩基础承载力；处治大厚度湿陷性黄土层形成处治结构，消除灌注桩穿过大厚度湿陷性黄土层时承受的负摩阻力、以及在满足所需桩基础承载力的前提下缩短灌注桩长度；根据所述处治结构、灌注桩长度、直径及材料得到桩基础实际承载力，桩基础实际承载力大于所需桩基础承载力。本公开先对桩基周围湿陷性黄土进行挤密处理，消除湿陷性后，施工钢筋混凝土灌注桩，可以避免土层湿陷对桩基造成破坏的同时具有较好的经济性。

Description

一种适用于大厚度湿陷性黄土地区的桩基础设计方法
技术领域
本公开涉及桩基施工领域，尤其涉及一种适用于大厚度湿陷性黄土地区的桩基础设计方法。
背景技术
大厚度湿陷性黄土地区采用桩基础时，考虑到桩周土层产生的沉降超过桩基沉降，在计算桩承载力时须计入桩侧负摩阻力，这不仅会对桩基造成安全隐患，且降低了桩基承载力，经济性不佳。
有鉴于此，有必要研究出一种适用于湿陷性黄土的桩基础，以提高桩基承载力。
发明内容
本发明的实施例提供一种适用于大厚度湿陷性黄土地区的桩基础设计方法，先对桩周围湿陷性黄土进行素土挤密处理，消除湿陷性黄土的湿陷性，而后在素土挤密区域施工灌注桩。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一种适用于大厚度湿陷性黄土地区的桩基础设计方法，包括：
桩基础的灌注桩穿过大厚度湿陷性黄土层支撑于稳定坚实土层；
根据桩基础所支撑的上部结构确定所需桩基础承载力；
处治大厚度湿陷性黄土层形成处治结构，消除灌注桩穿过大厚度湿陷性黄土层时承受的负摩阻力、以及在满足所需桩基础承载力的前提下缩短灌注桩长度；
根据所述处治结构、灌注桩长度、直径及材料得到桩基础实际承载力，桩基础实际承载力大于所需桩基础承载力；
所述处治结构包括：对灌注桩周围湿陷性黄土进行素土挤密处理，消除湿陷性；
所述对灌注桩周围湿陷性黄土进行素土挤密处理，包括：在灌注桩周围的大厚度湿陷性黄土层施工若干素土挤密桩。
在一种可能的实现方式中，所述桩基础包括灌注桩和若干素土挤密桩；
若干素土挤密桩位于所述灌注桩周围，所述灌注桩的长度大于所述素土挤密桩的长度；
所述素土挤密桩贯穿湿陷性黄土层；所述灌注桩贯穿湿陷性黄土层之后进入湿陷性黄土层下方的较好承载力土层。
在一种可能的实现方式中，处理后桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值通过下述公式一计算：
Figure RE-GDA0003739125920000021
公式一中，
Figure RE-GDA0003739125920000022
为处理后桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值 (kPa)；qsik为处理前桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)； fsipk为复合地基承载力特征值(kPa)；faik为天然地基承载力特征值(kPa)。
在一种可能的实现方式中，复合地基承载力特征值通过公式二计算：
Figure RE-GDA0003739125920000031
fsipk为复合地基承载力特征值(kPa)；m为复合地基面积置换率；λ为单桩承载力发挥系数，取0.7～0.9；β为桩间土承载力发挥系数，取1.0～1.1；Ra为素土挤密桩单桩承载力特征值(kN)；Ap1为素土挤密桩单桩截面面积(m2)；fsik处理后桩间土承载力特征值(kPa)。
在一种可能的实现方式中，复合地基面积置换率通过公式三计算：
Figure RE-GDA0003739125920000032
m为复合地基面积置换率；n为素土挤密桩处理范围边线内素土挤密桩数目；D1为素土挤密桩处理范围边线直径(m)；d为素土挤密桩直径(m)；D为灌注桩直径(m)。
在一种可能的实现方式中，若干素土挤密桩外围设计有素土挤密桩处理范围边线，素土挤密桩处理范围的边线直径通过公式四计算，且D1≥max(3D，D2)；
Figure RE-GDA0003739125920000033
D2＝D+2Ltan(α/4) 公式五
D1为素土挤密桩处理范围边线直径(m)；D为灌注桩直径(m)；
Figure RE-GDA0003739125920000034
为处理后桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)；
Figure RE-GDA0003739125920000035
为第i层土负摩阻力标准值(kPa)；
Figure RE-GDA0003739125920000041
为第i层土负摩阻力标准值(kPa)；
Figure RE-GDA0003739125920000042
为第i层土负摩阻力标准值(kPa)；L为湿陷性土层深度；α为土层内摩擦角。
在一种可能的实现方式中，桩基础实际承载力通过公式六计算：
Figure RE-GDA0003739125920000043
Quk为单桩承载力特征值(kN)；u为桩身周长(m)；ψsi、ψp为大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数；
Figure RE-GDA0003739125920000044
为处理后桩侧表面第i 层土的极限侧阻力标准值(kPa)；qpk为桩端极限端阻力标准值(kPa)； li为桩周自上而下第i层土的厚度(m)；Ap为桩横断面面积(m2)。
在一种可能的实现方式中，第i层土的厚度指湿陷性黄土层中对应土层的厚度；
湿陷性黄土层包括土层1、土层2、土层3和土层4，每个土层都具有各自的厚度值。
在本公开中，至少具有如下技术效果或优点：
本发明的实施例先对桩周围湿陷性黄土进行素土挤密处理，消除湿陷性黄土的湿陷性，而后在素土挤密区域施工灌注桩。避免土层湿陷对桩基造成破坏的同时具有较好的经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术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为根据本公开的一些实施例提供的一种适用于大厚度湿陷性黄土地区的桩基础设计方法流程图；
图2为根据本公开的一些实施例提供的一种适用于湿陷性黄土的桩基础结构俯视图一；
图3为根据本公开的一些实施例提供的一种适用于湿陷性黄土的桩基础纵向示意图；
图4为根据本公开的一些实施例提供的一种适用于湿陷性黄土的桩基础结构俯视图二；
图5为根据本公开的一些实施例提供的一种适用于湿陷性黄土的桩基础结构俯视图三；
附图标记：1-灌注桩；2-素土挤密桩；3-素土挤密桩处理范围边线；4-素土挤密桩处理影响线；5-承台；6-立柱。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本公开进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本公开的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本公开的保护范围之内。
在本公开实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
请参阅图1，本公开的实施例提供一种适用于大厚度湿陷性黄土地区的桩基础设计方法，包括：桩基础的灌注桩穿过大厚度湿陷性黄土层支撑于稳定坚实土层；根据桩基础所支撑的上部结构确定所需桩基础承载力；处治大厚度湿陷性黄土层形成处治结构，消除灌注桩穿过大厚度湿陷性黄土层时承受的负摩阻力、以及在满足所需桩基础承载力的前提下缩短灌注桩长度；根据处治结构、灌注桩长度、直径及材料得到桩基础实际承载力，桩基础实际承载力大于所需桩基础承载力；处治结构包括：对灌注桩周围湿陷性黄土进行素土挤密处理，消除湿陷性；对灌注桩周围湿陷性黄土进行素土挤密处理，包括：在灌注桩周围的大厚度湿陷性黄土层施工若干素土挤密桩。
上述的处理后桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值通过下述公式一计算：
Figure RE-GDA0003739125920000071
公式一中，
Figure RE-GDA0003739125920000072
为处理后桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值 (kPa)；qsik为处理前桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)； fsipk为复合地基承载力特征值(kPa)；faik为天然地基承载力特征值(kPa)。
上述的复合地基承载力特征值通过公式二计算：
Figure RE-GDA0003739125920000073
fsipk为复合地基承载力特征值(kPa)；m为复合地基面积置换率；λ为单桩承载力发挥系数，取0.7～0.9；β为桩间土承载力发挥系数，取1.0～1.1；Ra为素土挤密桩单桩承载力特征值(kN)；Ap1为素土挤密桩单桩截面面积(m2)；fsik处理后桩间土承载力特征值(kPa)。
上述的复合地基面积置换率通过公式三计算：
Figure RE-GDA0003739125920000074
m为复合地基面积置换率；n为素土挤密桩处理范围边线内素土挤密桩数目；D1为素土挤密桩处理范围边线直径(m)；d为素土挤密桩直径(m)；D为灌注桩直径(m)。
若干素土挤密桩外围设计有素土挤密桩处理范围边线，素土挤密桩处理范围的边线直径通过公式四和公式五计算，且D1≥max(3D， D2)；
Figure RE-GDA0003739125920000081
D2＝D+2Ltan(α/4) 公式五
D1为素土挤密桩处理范围边线直径(m)；D2为钢筋混凝土灌注桩土层影响范围(m)；D为灌注桩直径(m)；
Figure RE-GDA0003739125920000082
为处理后桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)；
Figure RE-GDA0003739125920000083
为第i层土负摩阻力标准值(kPa)；L为湿陷性土层深度；α为土层内摩擦角。
上述桩基础实际承载力通过公式六计算：
Figure RE-GDA0003739125920000084
Quk为单桩承载力特征值(kN)；u为桩身周长(m)；ψsi、ψp为大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数；
Figure RE-GDA0003739125920000085
为处理后桩侧表面第i 层土的极限侧阻力标准值(kPa)；qpk为桩端极限端阻力标准值(kPa)； li为桩周自上而下第i层土的厚度(m)；Ap为桩横断面面积(m2)。
上述第i层土的厚度指湿陷性黄土层中对应土层的厚度；湿陷性黄土层包括土层1、土层2、土层3和土层4，每个土层都具有各自的厚度值。
本发明的实施例先对桩周围湿陷性黄土进行素土挤密处理，消除湿陷性黄土的湿陷性，而后在素土挤密区域施工灌注桩。避免土层湿陷对桩基造成破坏的同时具有较好的经济性。
需要进一步说明的是，本公开实施例的桩基础包括灌注桩和若干素土挤密桩；若干素土挤密桩位于灌注桩周围，灌注桩的长度大于素土挤密桩的长度；素土挤密桩贯穿湿陷性黄土层；灌注桩贯穿湿陷性黄土层之后进入湿陷性黄土层下方的较好承载力土层。
请参阅图2和图3，本公开实施例的桩基础包括灌注桩1、若干素土挤密桩2和承台5；若干素土挤密桩2位于灌注桩1和承台5 周围，承台5位于灌注桩1的上方；灌注桩1的长度大于素土挤密桩 2的长度，灌注桩1嵌入承台内；素土挤密桩2的顶面位于承台5高度方向的顶面；素土挤密桩2的顶面和承台5的顶面均高于湿陷性黄土层的表面。
在实际施工中，先对桩周围湿陷性黄土(即素土挤密桩处理影响线4范围内的湿陷性黄土使用素土挤密桩2)进行素土挤密处理，消除湿陷性，然后施工灌注桩1。
素土挤密桩2是通过成孔过程中横向挤压作用，桩孔内的土被挤压向周围，然后使用素土分层夯实形成桩体，使素土挤密桩2之间的土得到挤密。素土挤密桩2对桩间土能起侧向约束作用，限制土的侧向移动。
请参阅图2、图3、图4和图5，优选素土挤密桩2贯穿湿陷性黄土层；灌注桩1贯穿湿陷性黄土层之后进入湿陷性黄土层下方的较好承载力土层。
本发明中较好承载力土层，是指该土层的地基承载力相较湿陷性黄土层好，并且该土层的水稳性相较湿陷性黄土层好。本发明实施例的素土挤密桩2能提高湿陷性黄土的承载力和水稳定性。
请继续参阅图2、图3、图4和图5，最外圈素土挤密桩2的外围设置有素土挤密桩处理范围边线3。优选素土挤密桩处理范围边线3距离最外圈素土挤密桩2的外壁最短距离大于素土挤密桩2的半径，素土挤密桩处理范围边线3距离最外圈素土挤密桩2的外壁最短距离小于素土挤密桩2的直径。本发明这样设置的目的是最优化排布素土挤密桩2，并且在素土挤密桩处理范围边线3之内分布尽可能多的素土挤密桩2。
请继续参阅图2、图3、图4和图5，优选素土挤密桩处理范围边线3的外围设置有素土挤密桩处理影响线4。在实际应用中，优选素土挤密桩处理影响线4距离素土挤密桩处理范围边线3的最短距离(素土挤密桩处理影响线4的半径-素土挤密桩处理范围边线3的半径)大于灌注桩1直径，优选素土挤密桩处理影响线4距离素土挤密桩处理范围边线3的最短距离(素土挤密桩处理影响线4的半径- 素土挤密桩处理范围边线3的半径)小于灌注桩1直径的二倍。
请继续参阅图2、图3、图4和图5，在本发明实施例中，优选灌注桩1有多个，每个灌注桩1的上方均设置有承台5，每个灌注桩1的周围都围绕有若干素土挤密桩2，最外圈素土挤密桩2的外围设置有素土挤密桩处理范围边线3；多个灌注桩1对应各自的素土挤密桩处理范围边线3，相邻素土挤密桩处理范围边线3相切。
在本发明实施例中，优选每个素土挤密桩处理范围边线3的外围设置有素土挤密桩处理影响线4；相邻素土挤密桩处理影响线4相交。
请继续参阅图4，图4所示的灌注桩1为3个，3个灌注桩1周围均设置有若干素土挤密桩2，3个灌注桩1周围的素土挤密桩2不相交。3个素土挤密桩处理范围边线3相切(第一个素土挤密桩处理范围边线3与第二个素土挤密桩处理范围边线3相切，第二个素土挤密桩处理范围边线3与第三个素土挤密桩处理范围边线3相切，第三个素土挤密桩处理范围边线3与第一个素土挤密桩处理范围边线3相切)。3个素土挤密桩处理范围边线3的外围均设置有素土挤密桩处理影响线4，第一个素土挤密桩处理影响线4与第二个素土挤密桩处理影响线4相交，第二个素土挤密桩处理影响线4与第三个素土挤密桩处理影响线4相交，第三个素土挤密桩处理影响线4与第一个素土挤密桩处理影响线4相交。
请继续参阅图5，图5所示的灌注桩1为4个，4个灌注桩1周围均设置有若干素土挤密桩2，4个灌注桩1周围的素土挤密桩2不相交。4个素土挤密桩处理范围边线3相切(第一个素土挤密桩处理范围边线3与第二个素土挤密桩处理范围边线3相切，第二个素土挤密桩处理范围边线3与第三个素土挤密桩处理范围边线3相切，第三个素土挤密桩处理范围边线3与第四个素土挤密桩处理范围边线3相切，第四个素土挤密桩处理范围边线3与第一个素土挤密桩处理范围边线3相切)。4个素土挤密桩处理范围边线3的外围均设置有素土挤密桩处理影响线4，第一个素土挤密桩处理影响线4与第二个素土挤密桩处理影响线4相交，第二个素土挤密桩处理影响线4与第三个素土挤密桩处理影响线4相交，第三个素土挤密桩处理影响线4与第四个素土挤密桩处理影响线4相交，第四个素土挤密桩处理影响线4 与第一个素土挤密桩处理影响线4相交。
请继续参阅图2、图3、图4和图5，本发明实施例优选承台5 的上方设置有立柱6。本发明的实施例先对桩基周围湿陷性黄土进行挤密处理，消除湿陷性后，施工钢筋混凝土灌注桩1，有效提高桩基承载力。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本公开的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本公开的保护范围，凡未脱离本公开技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本公开的保护范围之内。
对于本领域技术人员而言，显然本公开不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本公开的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本公开。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本公开的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本公开内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种适用于大厚度湿陷性黄土地区的桩基础设计方法，其特征在于，包括：
桩基础的灌注桩穿过大厚度湿陷性黄土层支撑于稳定坚实土层；
根据桩基础所支撑的上部结构确定所需桩基础承载力；
处治大厚度湿陷性黄土层形成处治结构，消除灌注桩穿过大厚度湿陷性黄土层时承受的负摩阻力、以及在满足所需桩基础承载力的前提下缩短灌注桩长度；
根据所述处治结构、灌注桩长度、直径及材料得到桩基础实际承载力，桩基础实际承载力大于所需桩基础承载力；
所述处治结构包括：对灌注桩周围湿陷性黄土进行素土挤密处理，消除湿陷性；
所述对灌注桩周围湿陷性黄土进行素土挤密处理，包括：在灌注桩周围的大厚度湿陷性黄土层施工若干素土挤密桩。
2.根据权利要求1所述的桩基础设计方法，其特征在于，所述桩基础包括灌注桩和若干素土挤密桩；
若干素土挤密桩位于所述灌注桩周围，所述灌注桩的长度大于所述素土挤密桩的长度；
所述素土挤密桩贯穿湿陷性黄土层；所述灌注桩贯穿湿陷性黄土层之后进入湿陷性黄土层下方的较好承载力土层。
3.根据权利要求1所述的桩基础设计方法，其特征在于，处理后桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值通过下述公式一计算：
Figure RE-FDA0003739125910000021
公式一中，
Figure RE-FDA0003739125910000022
为处理后桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)；qsik为处理前桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)；fsipk为复合地基承载力特征值(kPa)；faik为天然地基承载力特征值(kPa)。
4.根据权利要求3所述的桩基础设计方法，其特征在于，复合地基承载力特征值通过公式二计算：
Figure FDA0003591313590000021
fsipk为复合地基承载力特征值(kPa)；m为复合地基面积置换率；λ为单桩承载力发挥系数，取0.7～0.9；β为桩间土承载力发挥系数，取1.0～1.1；Ra为素土挤密桩单桩承载力特征值(kN)；Ap1为素土挤密桩单桩截面面积(m2)；fsik处理后桩间土承载力特征值(kPa)。
5.根据权利要求4所述的桩基础设计方法，其特征在于，复合地基面积置换率通过公式三计算：
Figure FDA0003591313590000022
m为复合地基面积置换率；n为素土挤密桩处理范围边线内素土挤密桩数目；D1为素土挤密桩处理范围边线直径(m)；d为素土挤密桩直径(m)；D为灌注桩直径(m)。
6.根据权利要求1所述的桩基础设计方法，其特征在于，若干素土挤密桩外围设计有素土挤密桩处理范围边线，素土挤密桩处理范围的边线直径通过公式四和公式五计算，且D1≥max(3D，D2)；
Figure FDA0003591313590000023
D2＝D+2L tan(α/4) 公式五
D1为素土挤密桩处理范围边线直径(m)；D为灌注桩直径(m)；
Figure FDA0003591313590000024
为处理后桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)；
Figure FDA0003591313590000025
为第i层土负摩阻力标准值(kPa)；
Figure FDA0003591313590000031
为第i层土负摩阻力标准值(kPa)；L为湿陷性土层深度；α为土层内摩擦角。
7.根据权利要求1所述的桩基础设计方法，其特征在于，桩基础实际承载力通过公式六计算：
Figure FDA0003591313590000032
Quk为单桩承载力特征值(kN)；u为桩身周长(m)；ψsi、ψp为大直径桩侧阻力、端阻力尺寸效应系数；
Figure FDA0003591313590000033
为处理后桩侧表面第i层土的极限侧阻力标准值(kPa)；qpk为桩端极限端阻力标准值(kPa)；li为桩周自上而下第i层土的厚度(m)；Ap为桩横断面面积(m2)。
8.根据权利要求7所述的桩基础设计方法，其特征在于，第i层土的厚度指湿陷性黄土层中对应土层的厚度；
湿陷性黄土层包括土层1、土层2、土层3和土层4，每个土层都具有各自的厚度值。
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