CN116254824A - 带反滤结构的抗震排水碎石桩及其施工方法 - Google Patents

带反滤结构的抗震排水碎石桩及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了带反滤结构的抗震排水碎石桩及其施工方法。所述带反滤结构的抗震排水碎石桩，包括：碎石桩桩体；反滤结构，其包裹于所述碎石桩桩体的外侧，所述反滤结构包括层叠设置的五层结构，其中，所述五层结构包括从内向外依次设置的第一受力层、第一保护层、反滤层、第二保护层和第二受力层，所述五层结构之间彼此连接成为一个整体。本发明所提供的带反滤结构的抗震排水碎石桩可以有效解决细颗粒进入碎石桩引起的淤堵问题，同时保证桩体的高渗透性，使得桩体侧向变形更小、桩体强度和刚度更大。

Description

带反滤结构的抗震排水碎石桩及其施工方法
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，尤其涉及带反滤结构的抗震排水碎石桩及其施工方法。
背景技术
工程实践中，常见的砂土地基 抗液化处理方法包括振冲密实、强夯和碎石桩复合地基。
振冲密实法具有处理深度大、施工工艺简单、造价低的优点，但其适用于细颗粒（粉粒、粘粒）含量低于10%的砂土，对于细颗粒含量较多的砂土则处理效果较差。强夯法可用于高细颗粒含量的砂土，且施工工艺简单、造价低，但其加固深度有限且对已有建筑物的破坏性较大。另外，振冲密实和强夯都是基于密实法以提高砂土地基的抗液化水平，但砂土的密实程度提升是有限的，当面临地震作用较大时，则难以满足抗液化要求。
相比振冲密实法和强夯法，碎石桩复合地基法具有适用范围广、处理深度大、抗液化水平高的优点，缺点是施工工艺复杂、造价高。其加固机理主要包括三方面，一是密实法，通过振动和侧向挤压提高砂土密实度，以便提升砂土的抗液化水平；二是排水法，碎石桩体作为排水通道，使地震引发的超孔隙水压力迅速消散，防止液化发生；三是应力集中法，碎石桩加固体的刚度显著大于桩间砂土的刚度，利用应力集中现象，降低桩间砂土的地震作用力，防止液化发生。
实际工程应用中，碎石桩抗液化设计通常依托于密实法，忽略排水和应力集中作用，这种做法主要有两个问题：一是设计方案过于保守，采用的碎石桩置换率偏大，工程造价高，造成较大的成本浪费；二是受桩间土密实度提升幅度限制，难以满足高强度地震作用下的抗液化要求。因此，近些年来基于排水法的碎石桩抗液化研究越来越多，相关理论也逐渐完善，工程案例也逐渐增加。
在基于排水法的抗震排水碎石桩理论中，一个核心前提条件是碎石桩作为排水通道，需保持足够高的渗透性，以保证地震作用引起的超孔隙水压力可以快速消散。但实际应用中发现，桩间土中的细颗粒会进入碎石桩中，堵塞排水通道，导致碎石桩的渗透性明显降低，难以满足抗液化要求。因此，如何寻求一种方法能有效防止细颗粒进入碎石桩以保证碎石桩的高渗透性，对于基于排水法的抗震排水碎石桩是至关重要的。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
本发明的目的是提供一种带反滤结构的抗震排水碎石桩，其可以有效解决细颗粒进入碎石桩引起的淤堵问题，同时保证桩体的高渗透性，使得桩体侧向变形更小、桩体强度和刚度更大。
本发明提供了一种带反滤结构的抗震排水碎石桩，包括：
碎石桩桩体；
反滤结构，其包裹于所述碎石桩桩体的外侧，所述反滤结构包括层叠设置的五层结构，其中，所述五层结构包括从内向外依次设置的第一受力层、第一保护层、反滤层、第二保护层和第二受力层，所述五层结构之间彼此连接成为一个整体；所述反滤层为无纺土工布；所述第一受力层和所述第二受力层均为双向土工格栅；所述第一保护层和所述第二保护层均为土工席垫。
优选的是，所述的带反滤结构的抗震排水碎石桩中，所述反滤层的渗透系数大于1.0×10-2cm/s。
本发明另一个目的在于提供一种所述的带反滤结构的抗震排水碎石桩的施工方法，包括：
将所述反滤结构贴合在沉管内侧壁，并将所述反滤结构连接至设置于所述沉管底部的桩帽；
对所述沉管进行打设，待所述沉管打设至设计深度后，上提所述沉管，并通过从所述沉管底部出料的方式向所述反滤结构的内部空间填充碎石，以形成带反滤结构的抗震排水碎石桩。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明实施例提供了带反滤结构的抗震排水碎石桩及其施工方法。该带反滤结构的抗震排水碎石桩，包括：碎石桩桩体；反滤结构，其包裹于所述碎石桩桩体的外侧，所述反滤结构包括层叠设置的五层结构，其中，所述五层结构包括从内向外依次设置的第一受力层、第一保护层、反滤层、第二保护层和第二受力层，所述五层结构之间彼此连接成为一个整体。反滤结构可避免细颗粒所引发的碎石桩桩体的内部淤堵，保证碎石桩始终具有较高的渗透性，可以使地震作用下产生的超孔隙水压力迅速消散，防止液化发生，同时碎石桩的侧向变形更小、抗剪强度和刚度更大，应力集中效应更显著。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明一个实施例所述的带反滤结构的抗震排水碎石桩的结构示意图。
图2为图1的A局部放大示意图。
图3为本发明一个实施例所述的带反滤结构的抗震排水碎石桩的施工示意图。
其中：1 碎石桩桩体；2 反滤结构；3 第一受力层；4 第一保护层；5 反滤层；6 第二保护层；7 第二受力层；8 沉管；9 上半部分；10 下半部分；11 天然地基；12 桩帽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1和图2所示，本发明提供了一种带反滤结构的抗震排水碎石桩，包括：碎石桩桩体1；反滤结构2，其包裹于所述碎石桩桩体1的外侧，所述反滤结构2包括层叠设置的五层结构，其中，所述五层结构包括从内向外依次设置的第一受力层3、第一保护层4、反滤层5、第二保护层6和第二受力层7，所述五层结构之间彼此连接成为一个整体。
反滤结构中，位于五层结构的中心位置的反滤层5可以起到透水、防泥的反滤作用；位于反滤层两侧的第一保护层4和第二保护层6具有较高的强度，可防穿刺和划切，起到保护中间反滤层的作用；第一受力层3和第二受力层7具有较高的双向强度，可有效抵抗外部的拉伸和剪切作用力，约束变形。
各层间通过一定的物理化学方式紧密连接成一个整体。具体的连接方式可以是通过高粘合性的胶水将相邻两层粘结在一起，或者通过热处理实现相邻两层之间的连接。
上述抗震排水碎石桩桩体外侧包裹有反滤结构，反滤结构可避免细颗粒所引发的碎石桩桩体的内部淤堵，保证碎石桩始终具有较高的渗透性，可以使地震作用下产生的超孔隙水压力迅速消散，防止液化发生，同时碎石桩的侧向变形更小、抗剪强度和刚度更大，应力集中效应更显著。
反滤结构2的中心为反滤层5。在一个优选的实施例中，为保证碎石桩桩体1具有良好的渗透系数，所述的带反滤结构的抗震排水碎石桩中，所述反滤层5的渗透系数大于1.0×10-2cm/s。
优选地，可以采用具有高渗透性的无纺土工布制作反滤层5。
进一步地，所述的带反滤结构的抗震排水碎石桩中，所述第一受力层3和所述第二受力层7均为双向土工格栅。
进一步地，所述的带反滤结构的抗震排水碎石桩中，所述第一保护层4和所述第二保护层6均为土工席垫。
在一个优选的实施例中，反滤结构由五层材料组成，即双向土工格栅-土工席垫-高渗透无纺土工布-土工席垫-双向土工格栅，位于中心的是无纺土工布，其较柔软，可以起到透水、防泥的反滤作用，位于次外侧的是土工席垫，其具有较高的强度，可防穿刺和划切，起到保护中间反滤层的作用，位于最外侧的是土工格栅，其具有较高的双向强度，可有效抵抗外部的拉伸和剪切作用力，约束变形，是主要的受力层。
本发明另一个目的在于提供一种所述的带反滤结构的抗震排水碎石桩的施工方法，包括：将所述反滤结构贴合在沉管内侧壁，并将所述反滤结构连接至设置于所述沉管底部的桩帽；对所述沉管进行打设，待所述沉管打设至设计深度后，上提所述沉管，并通过从所述沉管底部出料的方式向所述反滤结构的内部空间填充碎石，以形成带反滤结构的抗震排水碎石桩。
在一些实施例中，可以采用振动沉管法打设抗震排水碎石桩。具体地，事先将反滤结构2紧贴沉管8的内侧壁安装，并与底部桩帽12紧密连接。如图3所示，当打设沉管8至天然地基11（砂土、粉土等）设计深度后，逐步上提沉管8并以底部出料方式填充碎石，同时振动密实。在沉管8上提过程中，反滤结构2的下半部分10包裹在所形成的碎石桩1的外侧包，反滤结构2的上半部分9仍然贴附在沉管8内壁。待沉管8上提至地面，则完成对带反滤结构的抗震排水碎石桩的施工。振动沉管法的具体工艺可以采用现有工艺实现，本发明实施例对此不做具体限定。
综上所述，本发明可有效解决基于排水法的碎石桩抗液化理论中的桩体淤堵问题，显著改善碎石桩的排水能力，为基于排水法的碎石桩抗液化理论的实际应用铺平道路，使碎石桩复合地基工法可广泛应用于强震区的抗震液化处理工程。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (3)

1.一种带反滤结构的抗震排水碎石桩，其特征在于，包括：
碎石桩桩体；
反滤结构，其包裹于所述碎石桩桩体的外侧，所述反滤结构包括层叠设置的五层结构，其中，所述五层结构包括从内向外依次设置的第一受力层、第一保护层、反滤层、第二保护层和第二受力层，所述五层结构之间彼此连接成为一个整体；所述反滤层为无纺土工布；所述第一受力层和所述第二受力层均为双向土工格栅；所述第一保护层和所述第二保护层均为土工席垫。
2.如权利要求1所述的带反滤结构的抗震排水碎石桩，其特征在于，所述反滤层的渗透系数大于1.0×10-2cm/s。
3.一种如权利要求1或2所述的带反滤结构的抗震排水碎石桩的施工方法，其特征在于，包括：
将所述反滤结构贴合在沉管内侧壁，并将所述反滤结构连接至设置于所述沉管底部的桩帽；
对所述沉管进行打设，待所述沉管打设至设计深度后，上提所述沉管，并通过从所述沉管底部出料的方式向所述反滤结构的内部空间填充碎石，以形成带反滤结构的抗震排水碎石桩。
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