CN115369905A - 一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构及建造方法 - Google Patents

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邓安
徐建骁
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Abstract

本发明公开了一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构及建造方法，主要包括刚性桩、模量调节层和褥垫层、天然地基体和筏板等结构，所述刚性桩置于天然地基体内进行加固，在刚性桩的上方铺设褥垫层，褥垫层与刚性桩之间设置模量调节层，在模量调节层安装扁平弹簧组调节褥垫层的高度，筏板在褥垫层的上方，当最上方筏板受载荷力作用，模量调节层使得桩间土先受力、刚性桩后受力。本发明通过基于模量调节层的刚性桩复合地基结构解决了现有技术中应力高度集中和质量不稳定的技术问题。

Description

一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构及建造方法
技术领域
本发明涉及岩土工程技术领域，具体涉及一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构及建造方法。
背景技术
刚性桩复合地基是由刚性桩和承台下地基土共同承担荷载的结构，其中复合地基一般认为是由两种刚度或模量不同的材料所组成的，在相对刚性基础下，两者共同分担上部荷载并协调变形的地基。
刚性桩复合地基已经得到非常多的工程应用，但是对于如何设置合理的褥垫层厚度工程界至今仍未达成共识，若褥垫层厚度过小，桩间土的承载力不能充分发挥，而褥垫层厚度很大时，桩间土应力比接近于1，荷载主要由桩间土承担，复合地基中桩的设置失去意义，而且建筑物的变形也会增大。因此本发明提出一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构及建造方法解决刚性桩复合地基桩土的共同作用不能完全发挥的问题。
本申请人发现现有技术依旧存在不少的技术问题，刚性桩复合地基由于褥垫层的设置，当刚性桩复合地基上部结构荷载由基础通过褥垫层作用在刚性桩和刚性桩的桩间土上时，由于刚性桩的弹性模量与土的弹性模量相差较大，使得桩顶的沉降效果远小于桩间土的沉降效果，桩顶的褥垫层材料不断向桩间土蠕动补充，造成桩顶向上“刺入”褥垫层中，从而不断发挥桩间土的承载力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构及建造方法，以解决现有技术中应力高度集中和质量不稳定的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构，包括刚性桩、模量调节层和褥垫层、天然地基体和筏板，其特征在于，所述刚性桩置于天然地基体内进行加固，在刚性桩的上方铺设褥垫层，褥垫层与刚性桩之间设置模量调节层，在模量调节层安装扁平弹簧组调节褥垫层的高度，筏板在褥垫层的上方。
进一步的，天然地基体将刚性桩进行加固，刚性桩在天然地基体的沙土层内的间隙形成桩间土，沙土层下方为一道土岩分界面将基岩和沙土层分隔。
进一步的，刚性桩贯穿沙土层，刚性桩的桩底插入基岩中，桩顶上方设置用于调节变形的模量调节层。
进一步的，模量调节层由扁平弹簧组和土工布组成，扁平弹簧组位于两层土工布的中间。
进一步的，扁平弹簧组刚度可调，选用不同弹性系数的扁平弹簧组交替放置在土工布上，根据不同的弹性系数将扁平弹簧分为k1弹簧、k2弹簧和k3弹簧，其中k1弹簧设置在沙土层与褥垫层之间，k2弹簧设置在刚性柱与褥垫层之间，k3弹簧设置在桩间土与褥垫层之间。
进一步的，褥垫层铺设在筏板的下面，选用粗砂和碎石铺设形成褥垫层。
本发明一种基于模量调节层的刚性桩复合地基建造方法，包括以下步骤：
步骤一，将刚性柱设置在天然地基体中，刚性柱底部没入基岩为期提供底部支撑，整体贯穿沙土层形成桩间土；
步骤二，通过计算与技术预判该结构所承受载荷的大小与应力分布，在刚性柱的顶部设置用于调节变形的的模量调节层使其能够承受预判的载荷。模量调节层置主要由具有不同刚度的扁平弹簧组组成，需要根据受力情况匹配具有相应刚度的扁平弹簧，由于模量调节层下方的刚性柱与天然地基体硬度不同，选择合适的k1弹簧、k2弹簧和k3弹簧分别置于沙土层、刚性柱与桩间土上，使扁平弹簧组能够根据不同受力作用提供相应的反作用力；
步骤三，在模量调节层上铺设由级配碎石均匀分布形成的褥垫层，在由一层筏板将其盖住。当筏板受载荷作用时，模量调节层的k3弹簧发挥作用使得桩间土能够最先受力发挥，桩间土发挥承载力作用后与模量调节层共同向下沉降2cm左右后，刚性柱受k2弹簧开始发挥作用承受荷载，因此桩间土和刚性柱共同形成复合地基，缓解高应力集中问题。
基于上述技术方案，本发明具有以下优点：
1技术先进、安全性高，提出模量调节层，有效保障刚性桩(端承桩)复合地基在承受上部荷载作用时使桩间土能够先受力发挥，桩顶可压缩层在和桩间土共同沉降后桩身增强体才开始发挥作用承受荷载，桩间土和桩因此共同形成复合地基，缓解高应力集中问题；
2刚性桩复合地基建造质量稳定可靠，能有效缩短工期，施工方便，降低施工成本，有效保障了桩土共同作用的发挥。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明模量调节层的结构示意图；
图中：1、刚性柱；2、模量调节层；3、褥垫层；4、天然地基体；5、筏板；6、扁平弹簧组；7、桩间土；8、沙土层；9、基岩；10、土岩分界面；11、桩底；12、桩顶；13、土工布；14、k1弹簧；15、k2弹簧；16、k3弹簧。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构及建造方法做进一步详细的描述。
在本发明的描述中，需要说明的是，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，本发明一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结包括刚性桩1、模量调节层2、褥垫层3、天然地基体4和阀体5。刚性桩1的置于天然地基体4内进行加固，刚性桩1贯穿天然地基体4的沙土层8，沙土层8被刚性桩1分隔出来的间隙分离出桩间土7，刚性桩1的桩底11插入基岩9内，在沙土层8与基岩9的相接处形成一层土岩分界面10，基岩9对刚性桩1起固定作用，提供稳定的支持力，在刚性桩1的桩顶12色泽自模量调节层2；模量调节层2主要是由扁平弹簧组6和土工布13组成，其中模量调节层2是选用不同刚度和不同弹性系数的扁平弹簧组6，再将不同刚度和不同弹性系数的扁平弹簧组6按规律均匀设置在两层土工布13中，土工布13能够将不同的土质结构分离形成稳定的分界面，使各层结构分离，按照要求发挥各自的特性和整体作用使构筑物载承能力加强，在模量调节层2上铺设褥垫层3，褥垫层3通常选用粗砂和碎石铺设一定的厚度，让筏板5紧压在褥垫层3上。
如图2所示，选用不同弹性系数的扁平弹簧组6交替放置在土工布13内，根据不同的弹性系数将扁平弹簧分为k1弹簧14、k2弹簧15和k3弹簧16，其中k1弹簧14设置在沙土层8与褥垫层3之间，k2弹簧15设置在刚性柱1与褥垫层3之间，k3弹簧16设置在桩间土7与褥垫层3之间。
本发明一种基于模量调节层的刚性桩复合地基建造方法，它包括以下步骤：
步骤一，将刚性柱1设置在天然地基体4中，刚性柱1底部没入基岩9为期提供底部支撑，整体贯穿沙土层8形成桩间土7。
步骤二，通过计算与技术预判该结构所承受载荷的大小与应力分布，在刚性柱1的顶部设置用于调节变形的的模量调节层2使其能够承受预判的载荷。模量调节层置2主要由具有不同刚度的扁平弹簧组6组成，需要根据受力情况匹配具有相应刚度的扁平弹簧，由于模量调节层2下方的刚性柱1与天然地基体4硬度不同，选择合适的k1弹簧14、k2弹簧15和k3弹簧16分别置于沙土层8、刚性柱1与桩间土7上，使扁平弹簧组6能够根据不同受力作用提供相应的反作用力。
步骤三，在模量调节层2上铺设由级配碎石均匀分布形成的褥垫层3，在由一层筏板5将其盖住。当筏板5受载荷作用时，模量调节层2的k3弹簧16发挥作用使得桩间土7能够最先受力发挥，桩间土7发挥承载力作用后与模量调节层2共同向下沉降2cm左右后，刚性柱1受k2弹簧15的作用开始发挥作用承受荷载，因此桩间土7和刚性柱1共同形成复合地基，缓解高应力集中问题。
可以理解，本发明使通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构，包括刚性桩（1）、模量调节层（2）和褥垫层（3）、天然地基体（4）和筏板（5），其特征在于，所述刚性桩（1）置于天然地基体（4）内进行加固，在刚性桩（1）的上方铺设褥垫层（3），褥垫层（3）与刚性桩（1）之间设置模量调节层（2），在模量调节层（2）安装扁平弹簧组（6）调节褥垫层（3）的高度，筏板（5）在褥垫层（3）的上方。
2.根据权利要求1所述的一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构，其特征在于，所述天然地基体（4）将刚性桩（1）进行加固，刚性桩（1）在天然地基体（4）的沙土层（8）内的间隙形成桩间土（7），沙土层（8）下方为一道土岩分界面（10）将基岩（9）和沙土层分隔。
3.根据权利要求1所述的一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构，其特征在于，所述刚性桩（1）贯穿沙土层（7），刚性桩（1）的桩底（11）插入基岩（9）中，桩顶（12）上方设置用于调节变形的模量调节层（2）。
4.根据权利要求1所述的一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构，其特征在于，所述模量调节层（2）由扁平弹簧组（6）和土工布（13）组成，扁平弹簧组（6）位于两层土工布（13）的中间。
5.根据权利要求4所述的一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构，其特征在于，所述扁平弹簧组（6）刚度可调，选用不同弹性系数的扁平弹簧组（6）交替放置在土工布（13）上，根据不同的弹性系数将扁平弹簧分为k1弹簧（14）、k2弹簧（15）和k3弹簧（16），其中k1弹簧（14）设置在沙土层（8）与褥垫层（3）之间，k2弹簧（15）设置在刚性柱（1）与褥垫层（3）之间，k3弹簧（16）设置在桩间土（7）与褥垫层（3）之间。
6.根据权利要求1所述的一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构，其特征在于，所述褥垫层（3）铺设在筏板（5）的下面，选用粗砂和碎石铺设形成褥垫层（3）。
7.一种基于模量调节层的刚性桩复合地基建造方法，根据权利要求1至6任一项所述的一种基于模量调节层的刚性桩复合地基结构实现，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一，将刚性柱（1）设置在天然地基体（4）中，刚性柱（1）底部没入基岩（9）为期提供底部支撑，整体贯穿沙土层（8）形成桩间土（7）；
步骤二，通过计算与技术预判该结构所承受载荷的大小与应力分布，在刚性柱（1）的顶部设置用于调节变形的的模量调节层（2）使其能够承受预判的载荷，模量调节层置（2）主要由具有不同刚度的扁平弹簧组（6）组成，需要根据受力情况匹配具有相应刚度的扁平弹簧，由于模量调节层（2）下方的刚性柱（1）与天然地基体（4）硬度不同，选择合适的k1弹簧（14）、k2弹簧（15）和k3弹簧（16）分别置于沙土层（8）、刚性柱（1）与桩间土（7）上，使扁平弹簧组（6）能够根据不同受力作用提供相应的反作用力；
步骤三，在模量调节层（2）上铺设由级配碎石均匀分布形成的褥垫层（3），在由一层筏板（5）将其盖住，当筏板（5）受载荷作用时，模量调节层（2）的k3弹簧（16）发挥作用使得桩间土（7）能够最先受力发挥，桩间土（7）发挥承载力作用后与模量调节层（2）共同向下沉降2cm左右后，刚性柱（1）受k2弹簧（15）的作用开始发挥作用承受荷载，因此桩间土（7）和刚性柱（1）共同形成复合地基，缓解高应力集中问题。
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