專利名稱：有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑基礎(chǔ)，具體就是有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基。
背景技術(shù)：
松散沉積和巨厚的土層中，土具備典型的二元結(jié)構(gòu)特征——上軟下硬結(jié)構(gòu)，且上軟的表層土作地基土，且承載力在70 160KPa之間。在這樣結(jié)構(gòu)的土中，目前采用無側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基。 無側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的力學特性 由各種類型的長樁和硬土層(持力層)等構(gòu)成地基。樁與樁之間的間距大于3倍樁徑。樁身強度高(大于20MPa)、長度大(大于30m)。
1)無側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的構(gòu)成 由各種樁體和地基土構(gòu)成復(fù)合地基。樁體獨立地布置在地基土中，樁與樁的間距大于3倍樁徑，地基土和樁相互影響較少——僅限于側(cè)摩阻力和端阻力。
2)無側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基中人工結(jié)構(gòu)的力學性能 樁系長度大于30m混凝土樁類，樁的無側(cè)限抗壓強度由其分擔的荷載綜合確定。
樁具有相對的隔水性，滲透系數(shù)小于K = 10—6 10—、m/s，地基土中的地下水的滲流方向和滲流路徑基本不受樁體的影響。 在上部荷載的作用下，樁對地基土不具有側(cè)限作用，不能嚴格限制表層土的側(cè)向
變形，除了界面之間的應(yīng)力狀態(tài)外，地基土和樁的應(yīng)力狀態(tài)保持常規(guī)狀態(tài)。 樁系高強度樁體(無側(cè)限抗壓強度大于20MPa)組成，由于樁與樁獨立布置，因此，
地基的整體剛度小于圖1 2所示的有側(cè)限結(jié)構(gòu)地基。 3)地基土的性能 樁(也稱無側(cè)限結(jié)構(gòu)或人工結(jié)構(gòu))布置在地基土中，沒有充分發(fā)揮樁間土的承載力——顆粒強度的條件，地基土不能可分擔更多的荷載，超過地基土的承載力的荷載，地基土無法分擔。 4)無側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的綜合性能 通過高強度和低變形的樁體和持力層滿足高層建筑和集中大荷載構(gòu)筑物對地基承載力和變形的要求。高層建筑和集中大荷載構(gòu)筑物的基礎(chǔ)、基礎(chǔ)持力層的深度均是深埋(以硬土層為無側(cè)限結(jié)構(gòu)的持力層)。 地基在共同作用中，不能把上部荷載轉(zhuǎn)化為地基內(nèi)部的相互作用力——圍壓力，因此，地基的強度和變形通過樁體強度和變形予以調(diào)整，地基的整體強度較小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是提供一種上軟下硬結(jié)構(gòu)的土中，上面軟土層三維受力，從而使軟土層承載的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，包括樁體，樁體排列構(gòu)成樁體墻，樁體墻構(gòu)成樁體隔間，樁體隔間內(nèi)是地基土，頂部是承臺。
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所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，其特征在于所述樁體是水泥土樁、石灰樁或者板式樁。
所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，其特征在于所述樁體隔間的面積相等。
所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，其特征在于所述樁體隔間是"井"字樁體隔間。
有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的積極效果
1、理論方面 根據(jù)一維固結(jié)理論和高壓固結(jié)試驗，提出控制地基土側(cè)向變形和局部破壞的新的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的設(shè)計原理。以前的地基設(shè)計原理沒有考慮有側(cè)限結(jié)構(gòu)理論的實際應(yīng)用——充分利用表層土的顆粒強度和人工結(jié)構(gòu)的側(cè)限強度。
有側(cè)限結(jié)構(gòu)的圍壓效應(yīng)研究表明表層土和人工結(jié)構(gòu)的強度在其它條件相同時受
控于側(cè)限力的大小，側(cè)限越大，其峰值強度增加越快。較低強度的表層土和水泥土攪拌樁等
在側(cè)限結(jié)構(gòu)側(cè)限圍壓和上部建筑集中荷載作用條件下，產(chǎn)生提供高承載力和低沉降共同作
用，實現(xiàn)對表層粉土變形破壞方式的控制與地基強度的提高。 2、充分利用表層土減少樁基工程的深度和大型化以及高強度 有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基目前研究使用深度是基礎(chǔ)地板下3 10m，人工結(jié)構(gòu)和表層
不同強度的地基土組成后，提供承載力大于560kPa，地基沉降變形量小于2X，解決了 1)高
層建筑不能應(yīng)用弱強度(1 3MPa)樁體和表層土作地基的問題，2)現(xiàn)在高層建筑樁基礎(chǔ)
的持力層深度大，單樁強度高(大于20MPa)，施工工藝復(fù)雜的問題，3)充分利用我國城市地
區(qū)地基土二元結(jié)構(gòu)特點——表層土軟弱(承載力小于120kPa)和10 15m以下地基土相
對較強(承載力大于160kPa)，結(jié)合有側(cè)限結(jié)構(gòu)利用表層土，并以較強強度的地基土為持力
層，實現(xiàn)高層建筑(大于20層)的地基基礎(chǔ)的淺埋。 3、有側(cè)限結(jié)構(gòu)的施工工藝簡單 施工材料為水泥或石灰粉與原位原狀地基土拌合形成樁體，樁體強度根據(jù)要求的地基承載力大小確定。現(xiàn)在各種拌合設(shè)備眾多，因此，施工工藝簡單，控制方法單一。
有側(cè)限結(jié)構(gòu)中多采用單樁變強度設(shè)計方法和施工工藝，基于地基中附加應(yīng)力分布規(guī)律和大小位置設(shè)計樁體強度，不僅改變傳統(tǒng)均質(zhì)樁體強度的設(shè)計方法，滿足了地基附加應(yīng)力分布的要求，而且實現(xiàn)了建筑材料的節(jié)約，又防止樁頂經(jīng)常由于應(yīng)力集中造成的破壞。換言之，這種方法既實現(xiàn)了單樁弱強度代替高強度樁的設(shè)計，又實現(xiàn)了地基整體剛度的提高。 4、環(huán)保、節(jié)約建筑用材 樁體采用原狀土和水泥或石灰拌合而成，沒有對環(huán)境排土 (CFG樁大量排土 )、排
放泥漿(鉆孔灌注樁費泥漿)、影響環(huán)境(靜壓管樁擠土現(xiàn)象)、噪音等。 就地取材，采用原位地基土拌合，因此，節(jié)約大量建筑用材(鋼筋、砂子、石子)和
大型建筑設(shè)備(攪拌機、攪拌站、大噸位鉆機或壓樁機)以及大量的水資源和電力。多采用
小型設(shè)備，因此，效率較高，能源消耗少。 5、可發(fā)展性 圖1中的樁墻現(xiàn)在可以采用板式結(jié)構(gòu)組合，組合方式可以根據(jù)基礎(chǔ)荷載分布予以調(diào)整。 可行性與節(jié)約性
1、可行性 1)理論、設(shè)計、檢測等可行性 根據(jù)復(fù)合材料強度理論等建立各種計算關(guān)系，實現(xiàn)有側(cè)限結(jié)構(gòu)地基的計算體系以及相關(guān)參數(shù)的確定。 測試結(jié)果表明有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基承載力大于560kPa，最大的地基差異沉降小于0. 2%，最大沉降量為10 26mm。
2)機械設(shè)備簡單 采用現(xiàn)有的拌合設(shè)備就能夠?qū)崿F(xiàn)就地拌合，形成所需要的樁體。
3)工藝簡單且成熟 水泥土和石灰土的各種配合比工藝非常成熟。結(jié)合不同的原狀土配置滿足強度要
求的人工結(jié)構(gòu)是非常容易的。 2、節(jié)約性 相同的高層建筑物地基條件下，機械和人工節(jié)約40 60% ;建筑材料節(jié)約30 50% ;能源節(jié)約30 60%。綜合工程造價比相同的復(fù)合地基節(jié)約30 40%。
解決目前樁基工程的主要問題 1、解決集中荷載或大荷載條件下表層地基土不被利用的難題 傳統(tǒng)復(fù)合地基的樁持力層埋深深、持力層強度要求高、單樁強度高、表層地基土僅提供承載力而不能提供極限承載力以上的強度等為特征。 有側(cè)限結(jié)構(gòu)地基可以全面利用表層地基土有側(cè)限壓縮強度(大于極限承載力)并減少表層地基土側(cè)向變形和解決沉降量大的問題。即樁土之間的共同作用發(fā)揮充分——減少表層地基上部變形量、提高表層地基土承載力、提高樁頂應(yīng)力向深部傳遞的效率、增加樁土間摩阻力的發(fā)揮。 2、解決集中荷載或大荷載工程建筑的樁基機具龐大和工藝復(fù)雜的問題 傳統(tǒng)復(fù)合地基的施工，多采用大型設(shè)備和機具——大型鉆孔設(shè)備、高噸位靜壓樁
設(shè)備及配套設(shè)備和工廠等來完成。因此，設(shè)備運輸和現(xiàn)場施工難度很大，電力或燃料油用量
大；受到地基土多層、多相、多力學性等組合的影響，成孔和沉樁過程工藝復(fù)雜——鉆孔需
要不同鉆具配套、靜壓樁需要引孔后才能把樁壓到設(shè)計深度等導(dǎo)致工藝復(fù)雜，任何一個工
藝環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題可導(dǎo)致失敗或產(chǎn)生隱患。 有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基采用小型設(shè)備——小型鉆孔設(shè)備、小型擠壓成孔設(shè)備。因此，設(shè)備運輸和現(xiàn)場施工難度小，能源消耗少；不受地基土多層、多相、多力學性等組合的影響，成孔和沉樁過程工藝簡單，工藝環(huán)節(jié)少，不產(chǎn)生工程隱患。
3、解決傳統(tǒng)樁體強度高和均質(zhì)的設(shè)計不合理性問題 樁身附加應(yīng)力分布曲線和變形測試數(shù)據(jù)表明樁頂下一定深度內(nèi)，附加應(yīng)力集中和變形量是其下部深度的數(shù)十倍，繼續(xù)向深度方向兩項逐漸趨于零。 有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的設(shè)計理念符合附加應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律——針對附加應(yīng)
力集中位置提高樁體強度，其余部位減少樁體強度。 4、解決傳統(tǒng)樁體要求樁端持力層強度高和變形小的問題 傳統(tǒng)樁體按照集中應(yīng)力的設(shè)計思路設(shè)計，基礎(chǔ)產(chǎn)生的附加應(yīng)力全部由樁體分擔或很少部分由地基土分擔。為了承擔高荷載和小變形，樁端的持力層的強度必然很高并且變形小才能滿足要求。淺部強度適中和變形相對較大的持力層不能滿足要求，而強度高和變形小的持力層埋藏很深，因此，傳統(tǒng)樁體的樁身長度在厚度巨大的松散沉積層必然很大，造成資源浪費。 有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基可以利用淺部強度適中和變形相對較大的持力層，縮短了地基處理的深度。同時，地基測試結(jié)果表明，有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的最終沉降量小于同類型地基的最終沉降量，節(jié)約大量人工材料和資源。
5、解決傳統(tǒng)樁體結(jié)構(gòu)功能單一的問題 傳統(tǒng)樁體屬于無側(cè)限結(jié)構(gòu)，對地基土沒有側(cè)向變形限制，對孔隙水的滲流方向和滲流路徑、以及滲流速度均沒有改變。而格柵結(jié)構(gòu)復(fù)合地基同時對上述幾個方面具有限制和改變。


圖1有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基平面圖
圖2有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基立體圖
具體實施例方式
有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，包括樁體l，樁體排列構(gòu)成樁體墻，樁體墻構(gòu)成樁體隔間2，樁體隔間內(nèi)是地基土，頂部是承臺。
所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，其特征在于所述樁體是水泥土樁、石灰樁或者板式樁。
所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，其特征在于所述樁體隔間2的面積相等。
所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，其特征在于所述樁體隔間2是"井"字樁體隔間。 有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基和傳統(tǒng)無側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的區(qū)別 以下的地基類型均在和人工結(jié)構(gòu)形成的地基滿足高層建筑地基承載力(大于360MPa)和變形等要求。 1、有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的力學特性
1)有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的構(gòu)成 見圖1 2由水泥土樁或石灰樁和表層地基土構(gòu)成復(fù)合地基。樁體側(cè)壁在地基土中有凸起塊，這些凸起塊相互切割構(gòu)成樁縱橫交叉的墻，地基土被樁墻分隔成等面積的土柱。 2)有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基中人工結(jié)構(gòu)的性能 圖1 2中的樁墻系水泥土或石灰土短(長度大于3m)樁，樁的無側(cè)限抗壓強度
和樁徑由地基土的泊松比和樁的泊松比的比值、復(fù)合地基承載力、最終沉降量等綜合確定。 樁墻具有相對的隔水性，滲透系數(shù)K = 10—8 10—7cm/s，整個地基有數(shù)十個有側(cè)限
結(jié)構(gòu)構(gòu)成，因此，側(cè)限結(jié)構(gòu)內(nèi)地基土中的地下水具備一維滲流方向和滲流路徑。 在上部荷載的作用下，樁墻對地基土具有側(cè)限作用，嚴格限制表層土的側(cè)向變形，
地基土處于三維受壓狀態(tài)，除了周邊樁墻外，樁墻同樣處于三維受壓狀態(tài)。 樁墻系弱強度樁體組成，樁的無側(cè)限抗壓強度在1 3MPa，由于樁與樁相切或相
割構(gòu)成，因此，整體剛度高于圖3 4所示的無側(cè)限結(jié)構(gòu)地基。
3)地基土的性能 有側(cè)限結(jié)構(gòu)布置在表層土中，充分發(fā)揮表層土的承載力——顆粒強度的發(fā)揮，地基土可分擔更多的荷載，整個復(fù)合地基承擔大于560KPa的荷載。 側(cè)限結(jié)構(gòu)的限制，減少表層地基土側(cè)向變形量，同時，減少了地基的總沉降量和差異沉降量(圖3中的表層土為地基土，其變形被有側(cè)限結(jié)構(gòu)控制)。4)有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基的綜合性能 滿足高層建筑和集中大荷載構(gòu)筑物對地基承載力和變形的要求。實現(xiàn)了高層建筑和集中大荷載構(gòu)筑物的基礎(chǔ)、基礎(chǔ)持力層的淺埋(以圖3中的下部土為有側(cè)限結(jié)構(gòu)持力層)——適宜各種集中大荷載點式和條形基礎(chǔ)。 對于飽和地基土，有側(cè)限結(jié)構(gòu)和下部土中的相對隔水層結(jié)合，可以形成有側(cè)限封閉結(jié)構(gòu)，減緩了地基土施工期間的沉降速率。 地基在共同作用中，把上部荷載轉(zhuǎn)化為地基內(nèi)部的相互作用力——圍壓力，圍壓力作用于地基土和樁墻上，提高了兩者的抗壓強度，增加了地基的整體強度。
權(quán)利要求
有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，包括樁體，其特征在于樁體排列構(gòu)成樁體墻，樁體墻構(gòu)成樁體隔間，樁體隔間內(nèi)是地基土，頂部是承臺。
2. 如權(quán)利要求l所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，其特征在于所述樁體是水泥土樁、石灰樁或者板式樁。
3. 如權(quán)利要求2所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，其特征在于所述樁體隔間的面積相等。
4. 如權(quán)利要求3所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，其特征在于所述樁體隔間是"井"字樁體隔間。
全文摘要
本發(fā)明的目的，是提供一種上軟下硬結(jié)構(gòu)的土中，上面軟土層三維受力，從而使軟土層承載的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，包括樁體，樁體排列構(gòu)成樁體墻，樁體墻構(gòu)成樁體隔間，樁體隔間內(nèi)是地基土，頂部是承臺。所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，所述樁體是水泥土樁、石灰樁或者板式樁。所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，所述樁體隔間的面積相等。所述的有側(cè)限結(jié)構(gòu)復(fù)合地基，所述樁體隔間是“井”字樁體隔間。充分利用表層土減少樁基工程的深度和大型化以及高強度。施工工藝簡單。環(huán)保、節(jié)約建筑用材。工藝簡單且成熟水泥土和石灰土的各種配合比工藝非常成熟。結(jié)合不同的原狀土配置滿足強度要求的人工結(jié)構(gòu)是非常容易的。
文檔編號E02D27/14GK101713195SQ20081014150
公開日2010年5月26日 申請日期2008年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月6日
發(fā)明者吳保全 申請人:吳保全