一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法，采用散體樁和柔性樁相結(jié)合的方法對(duì)土體自重固結(jié)產(chǎn)生的負(fù)摩阻力進(jìn)行處理，散體樁可以是碎石樁或砂石樁，散體樁和柔性樁成隔排間隔布置，并在上部的地基表面鋪設(shè)有碎石土墊層。本發(fā)明通過散體樁的施工擠密和振密減小地基土自身的固結(jié)沉降，再通過柔性樁的施工使得荷載傳遞到基地持力層中，以減小加固區(qū)的應(yīng)力和壓縮變形，并且由于散體樁和柔性樁的共同作用，對(duì)樁間土產(chǎn)生“擠壓”和“挾持”的效應(yīng)，抑制地基土的固結(jié)沉降及其引起的負(fù)摩阻力。同時(shí)通過排水固結(jié)和柔性樁的置換作用，該復(fù)合地基處理方法還很大程度的提高了地基的承載力。
【專利說明】一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明屬于巖土工程中特殊地基處理領(lǐng)域，涉及一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]樁基礎(chǔ)以其對(duì)地基土的適應(yīng)性強(qiáng)、承載力高、沉降小等特點(diǎn)，在工程實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。一般情況，樁在工作性狀下，承擔(dān)絕大部分的上部荷載，相對(duì)于土產(chǎn)生向下的位移，樁側(cè)土對(duì)樁提供向上的抗力，稱之為正摩阻力(Positive skin friction ,簡(jiǎn)稱PSR);然而在某些情況下，樁側(cè)土?xí)鄬?duì)于樁產(chǎn)生向下的位移，從而對(duì)樁身產(chǎn)生向下的側(cè)摩阻力，稱之為負(fù)摩阻力(Negative skin friction,簡(jiǎn)稱NSF)。由于負(fù)摩阻力的存在及由此在樁身上產(chǎn)生的下拉荷載(負(fù)摩阻力的總和)，可能造成樁身破壞，樁端土屈服或基礎(chǔ)的不均勻沉降。如何在設(shè)計(jì)中合理的考慮負(fù)摩阻力對(duì)樁工作性狀的影響是工程界一直關(guān)注的一個(gè)問題。自從Terzaghi和Peck提出“負(fù)摩阻力”概念以來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)樁基負(fù)摩阻力進(jìn)行了大量的研究，取得了一定的成果。
[0005]樁基負(fù)摩阻力產(chǎn)生的本質(zhì)原因在于樁側(cè)土的固結(jié)沉降大于樁身沉降。樁基負(fù)摩阻力的誘發(fā)因素大致分為以下幾種情況:
(1)位于樁側(cè)的欠固結(jié)軟黏土或新近填土在自重作用下產(chǎn)生新的固結(jié)；
(2)大面積地面堆載使樁側(cè)土層壓縮固結(jié)；
(3 )靈敏度較高的飽和黏性土，受打樁等施工擾動(dòng)影響，使原地面壅高，樁間土內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓力，軟土觸變性增強(qiáng)，隨后又產(chǎn)生新的固結(jié)沉降；
(4)液化性土層在外動(dòng)力作用下發(fā)生液化導(dǎo)致地面沉陷而發(fā)生的負(fù)摩阻力；
(5)無節(jié)制地抽取地下水以及工程建設(shè)施工疏排水等，使土體有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致土體附加沉陷，從而對(duì)影響范圍內(nèi)的樁基產(chǎn)生負(fù)摩阻力；
(6)城市建設(shè)過程中出現(xiàn)的巖土工程問題引起的地面沉降也可能產(chǎn)樁基負(fù)摩阻力，
如:
1)深基坑開挖導(dǎo)致土體應(yīng)力釋放產(chǎn)生釋放變形，坑周的地面下沉作用在相鄰建筑物樁基上可能產(chǎn)生負(fù)摩阻力。另外，超深基坑開挖導(dǎo)致土體的深層位移等也可能產(chǎn)生負(fù)摩阻力；
2)隨著地下空間的開發(fā)利用，城市中地下工程越來越多，如地鐵、地下街、地下商場(chǎng)和地下污水合流工程等。這類工程往往是在淺層地下掘進(jìn)進(jìn)行的，開挖工作面不穩(wěn)定造成土體損失、土體應(yīng)力釋放及擾動(dòng)土體重新固結(jié)，導(dǎo)致地面土體大變形，也可能會(huì)對(duì)上部或相鄰建筑物樁基產(chǎn)生負(fù)摩阻力。
[0006]目前全國(guó)在欠固結(jié)軟土地層中進(jìn)行的施工建設(shè)在逐年增加，而由負(fù)摩阻力所引起的工程地質(zhì)問題屢見不鮮，因此如何解決由土體固結(jié)沉降而引起的負(fù)摩阻力問題也越來越被提到日程上來，由于缺乏相應(yīng)的工程經(jīng)驗(yàn)和深入的理論研究，而相應(yīng)的無論是國(guó)家、行業(yè)還是地方技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，尚缺少對(duì)“由土體固結(jié)沉降而引起的負(fù)摩阻力問題”勘察、設(shè)計(jì)、施工和檢測(cè)及監(jiān)測(cè)的相應(yīng)技術(shù)規(guī)定。在綜合安全、經(jīng)濟(jì)、可靠及工程要求等多種因素的基礎(chǔ)上，發(fā)明了散體樁和柔性樁相結(jié)合的地基處理方法來消除由土體固結(jié)而產(chǎn)生的負(fù)摩阻力，在此基礎(chǔ)上減小土體沉降，并大幅度地提高地基承載力。即先進(jìn)行散體樁施工處理，用以來置換和擠密、振密欠固結(jié)土或新近填土，消除欠固結(jié)土或新近填土自重固結(jié)和欠固結(jié)，一定程度上減少復(fù)合地基增強(qiáng)體的負(fù)摩擦效應(yīng)和尤其產(chǎn)生的工后沉降；之后，進(jìn)行柔性樁施工，通過散體樁和柔性樁的共同作用，對(duì)樁間土進(jìn)行再一次擠密，并通過兩種樁基間的相互作用對(duì)樁間土產(chǎn)生挾持和遮擋作用，從而進(jìn)一步的減少復(fù)合地基增強(qiáng)體的負(fù)摩擦效應(yīng)，另外由于柔性樁的較高承載力和置換作用使地基土承載力及土的壓縮模量得到很大的提高，從而達(dá)到處理目的，以滿足上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求和確保建設(shè)工程的質(zhì)量和安全。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)問題:本發(fā)明針對(duì)新近沉積的欠固結(jié)土場(chǎng)地中負(fù)摩阻力效應(yīng)產(chǎn)生的危害逐漸增多，但處理和解決的方法單一落后，難以在有效解決負(fù)摩阻力危害的同時(shí)保證地基沉降變形和承載力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的問題，提供了一種先施工散體樁，再施工柔性樁，兩種樁體聯(lián)合使用，可以很好地消除由于土體固結(jié)引起的負(fù)摩阻力效應(yīng)的消除負(fù)摩阻力的地基處理方法。
[0009]技術(shù)方案:本發(fā)明的消除負(fù)摩阻力的地基處理方法，包括以下步驟:
首先通過振動(dòng)沉管法進(jìn)行施工，構(gòu)造正方形陣列布置的多個(gè)散體樁，間隔至少7天后，再施工構(gòu)造正方形陣列布置的多個(gè)柔性樁，柔性樁的正方形陣列與散體樁的正方形陣列在兩邊長(zhǎng)方向均平行交錯(cuò)排列；最后在散體樁和柔性樁上部的地基表面鋪設(shè)碎石排水墊層。
[0010]本發(fā)明方法的一種優(yōu)選方案中，散體樁為碎石樁或砂石樁；通過振動(dòng)沉管法構(gòu)造散體樁的具體流程為:
1)移動(dòng)裝機(jī)及向?qū)Ъ?，把樁管和樁尖垂直?duì)準(zhǔn)樁位后啟動(dòng)振動(dòng)樁錘，將樁管振動(dòng)沉入土中，直至加固區(qū)深度；
2)從上端的投料漏斗向樁管填充配置好的碎石料后，邊振動(dòng)邊拔出樁管，每拔管50-80cm后即停止拔管，振動(dòng)20-30S后繼續(xù)拔管，直到鋼管提升到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為止；
3)在原樁位上多次重復(fù)步驟I)至步驟2)的操作流程，直至樁體內(nèi)充填系數(shù)大于1.3為止。
[0011]本發(fā)明方法的上述優(yōu)選方案的步驟2)中，碎石料為粒徑20_50mm的碎石塊或卵礫石塊，碎石料填充樁管的充盈系數(shù)不小于1.3。
[0012]本發(fā)明方法的上述優(yōu)選方案的步驟2)中，碎石料加水至飽和狀態(tài)后再填充至樁管。
[0013]本發(fā)明方法的一種優(yōu)選方案中，柔性樁為高壓旋噴樁、水泥土攪拌樁或石灰樁。
[0014]本發(fā)明方法的一種優(yōu)選方案中，柔性樁為按照三重管法構(gòu)造的高壓旋噴樁，具體施工流程為: 首先將鉆機(jī)移動(dòng)至指定樁位，鉆孔至加固區(qū)深度，孔徑為15-20cm ；
將噴射管放置到鉆孔底部后，打開噴灌開始噴射:三個(gè)噴射管的噴射物分別為水泥漿、水和空氣；噴灌的三相混合物切削土體混合成樁，與此同時(shí)，并以0.1-0.2m/min的速度旋轉(zhuǎn)提升噴射管，直至提升到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為止，成樁完成。
[0015]本發(fā)明方法的上述優(yōu)選方案中，按照三重管法構(gòu)造高壓旋噴樁的施工流程中，漿液噴射壓力不小于30MPa，氣體噴射壓力不小于0.7MPa，水泥漿注入量不小于35%，噴射量不小于30L/min。
[0016]本發(fā)明的地基處理方法為散體樁和柔性樁相結(jié)合的復(fù)合地基，包括散體樁和柔性樁，散體樁和柔性樁隔排布置，在散體樁和柔性樁上部的地基表面鋪設(shè)碎石排水墊層。
[0017]隔排布置的排列方式可以是:散體樁和柔性樁每一排前后對(duì)正，整體呈正方形布置。也可以是:每個(gè)柔性樁位于相鄰排中兩個(gè)相鄰的散體樁連線的中心線上，每個(gè)柔性樁與相鄰的兩個(gè)散體樁形成三角型布置。
[0018]地基處理方法先進(jìn)行振動(dòng)沉管法散體樁施工,散體樁施工完成后進(jìn)行三重管法高壓旋噴柔性樁施工，兩種樁體施工間隔時(shí)間不應(yīng)少于7天。
[0019]本發(fā)明的散體樁和柔性樁相互作用如圖2所示。施工工藝為先進(jìn)行散體樁施工，通過振動(dòng)沉管對(duì)樁周邊土體達(dá)到振動(dòng)，擠密，預(yù)振的效應(yīng)。使得樁間土顆粒重新排列，并產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，再通過自身良好的水平向排水能力是的土體加快固結(jié)速率，部分減小工后的固結(jié)沉降和其引起的負(fù)摩阻力效應(yīng)。但是由于散體樁的自身承載力受限于樁側(cè)土體的最大側(cè)限力，所以復(fù)合地基的承載力和沉降一般不能滿足設(shè)計(jì)要求，顧再進(jìn)行柔性樁施工，通過柔性樁施工對(duì)樁間土進(jìn)行再次擠壓，同時(shí)在加固區(qū)中對(duì)散體樁產(chǎn)生“護(hù)樁”的作用，提高散體樁的承載力；在散體樁和柔性樁共同作用下對(duì)樁間土產(chǎn)生擠壓、挾持和遮擋的效應(yīng)，可以明顯的抑制欠固結(jié)填土的固結(jié)沉降和其引起的負(fù)摩阻力。柔性樁自身的置換作用可以將上覆荷載傳遞到基地持力層中，以減小加固區(qū)的應(yīng)力和壓縮變形，大幅度提高地基承載力。本發(fā)明方法是可有效消除因土體自身固結(jié)沉降而引起負(fù)摩阻力，保證樁體安全。
[0020]有益效果:本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
本發(fā)明的地基處理方法有效的解決了新近沉積土地區(qū)由于土體的欠固結(jié)引起的負(fù)摩阻力危害，并在處理負(fù)摩阻力效應(yīng)的同時(shí)保證地基的沉降變形和承載力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。該方法的加固機(jī)理主要包括:
(I)通過散體樁的振動(dòng)沉管法施工對(duì)粉土或砂土地基產(chǎn)生擠密、振密和預(yù)震的作用，而對(duì)粘性土地基產(chǎn)生置換、排水以及一定的擠密作用。地基土由于散體樁施工的振動(dòng)，產(chǎn)生超靜孔隙水壓力和土顆粒重分布，隨著地基土中的孔隙水壓力消散，土中的水通過散體樁所形成的天然排水通道排出，使得地基土加快飽和固結(jié)，一定程度上減小了地基土的固結(jié)沉降和其引起的負(fù)摩阻力效應(yīng)。
[0021](2)再通過柔性樁施工對(duì)樁間土體進(jìn)行加強(qiáng)，同時(shí)和散體樁共同作用，對(duì)樁間土體再一次產(chǎn)生擠密、挾持和遮擋作用。樁間地基土通過散體樁和柔性樁的共同作用基本達(dá)到固結(jié)平衡狀態(tài)，基本消除了由于土體下沉對(duì)復(fù)合地基樁體產(chǎn)生的負(fù)摩阻力。
[0022]其中散體樁具有很好的擠密、振密、預(yù)振和排水的作用可以加快樁間土體的固結(jié)，初步減少由固結(jié)引起的沉降和負(fù)摩阻力效應(yīng)。同時(shí)布設(shè)的地基上部的碎石排水墊層和散體樁相結(jié)合組成了縱橫相連的排水體系，縮短排水距離進(jìn)一步加快了樁間土體的固結(jié)。再通過柔性樁和散體樁的相互擠壓作用再次提高了樁間土的性能，并且柔性樁具有較高的剛度和強(qiáng)度以及置換作用保證了地基的承載力。同時(shí)因?yàn)楸景l(fā)明僅采用部分柔性水泥土樁用來代替散體樁，使得處理負(fù)摩阻力效應(yīng)并提高復(fù)合地基承載力的基礎(chǔ)上，保持了散體樁復(fù)合地基成本低廉，利于推廣的優(yōu)勢(shì)。
[0023]
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1是本發(fā)明的散體樁施工及作用示意圖；
圖2是本發(fā)明的散體樁和柔性樁共同作用示意圖。
[0025]圖3是本發(fā)明的平面布置示意圖。
[0026]圖中有:1-成樁鋼管、2-投料漏斗、3-散體樁充填料、4-樁管放置階段、5-樁管振動(dòng)入土階段、6-投料階段、7-邊振動(dòng)邊拔管階段、8-再次振動(dòng)下壓并投料階段、9-振動(dòng)抬管階段、10-散體樁、11-柔性樁、12-碎石土墊層、13-加固區(qū)、14-下臥持力層。
[0027]
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明的地基處理方法為散體樁和柔性樁相結(jié)合的復(fù)合地基，包括散體樁和柔性樁，散體樁和柔性樁隔排布置，在散體樁和柔性樁上部的地基表面鋪設(shè)散體樁排水墊層。
[0029]隔排布置的排列方式可以是散體樁和柔性樁每一排前后對(duì)正，整體呈正方形布置；或者是每個(gè)柔性樁位于相鄰排中兩個(gè)相鄰的散體樁連線的中心線上，每個(gè)柔性樁與相鄰的兩個(gè)散體樁形成三角型布置。通過散體樁和排水墊層的縱橫交錯(cuò)的組合排水通道，使得樁間土迅速的排水固結(jié)，達(dá)到進(jìn)一步減小土體的固結(jié)沉降和負(fù)摩阻力效應(yīng)。
[0030]本發(fā)明的消除負(fù)摩阻力的地基處理方法的具體步驟為:
先通過振動(dòng)沉管法進(jìn)行施工，形成正方形排列的散體樁，間隔至少7天后，再通過三重管法進(jìn)行施工，形成正方形排列的柔性樁，柔性樁與散體樁每一排前后對(duì)正，整體呈正方形布置或柔性樁與相鄰的兩個(gè)散體樁形成三角型布置。最后在散體樁和柔性樁上部的地基表面鋪設(shè)散體樁排水墊層；
振動(dòng)沉管法構(gòu)造散體樁的具體流程為:
1)準(zhǔn)備好施工機(jī)械，并將目標(biāo)場(chǎng)地整平。將振動(dòng)沉拔樁機(jī)及向?qū)Ъ芤苿?dòng)設(shè)定位置，把樁管和樁尖垂直對(duì)準(zhǔn)樁位，閉合活瓣樁靴，確定地上、地下無障礙物后啟動(dòng)振動(dòng)樁錘，將成樁鋼管通過樁錘振動(dòng)沉入土中，直至加固區(qū)深度；
2)打開活瓣樁靴，從樁管上端的投料漏斗中開始加入配置好的碎石料，邊振動(dòng)邊拔出成樁鋼管，當(dāng)成樁鋼管拔起50-80cm后即停止投料和拔管，開始向下振動(dòng)20-30S，然后繼續(xù)拔管投料，重復(fù)拔起-振動(dòng)這一環(huán)節(jié)直到鋼管提升到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為止；
3)拔出成樁鋼管，繼續(xù)在原位置啟動(dòng)振動(dòng)樁錘，將成樁鋼管通過樁錘振動(dòng)沉入土中，直至加固區(qū)深度。后再次重復(fù)拔起-振動(dòng)這一環(huán)節(jié)將鋼管提升到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高，保證樁體密實(shí)度。直至樁體內(nèi)充填系數(shù)大于1.3為止。
[0031]三重管法構(gòu)造高壓旋噴柔性樁的具體流程為:
I)待場(chǎng)地散體樁施工完畢后，靜置7天以上，將成孔鉆機(jī)移動(dòng)至指定樁位，鉆孔至加固區(qū)深度，孔徑約15-20cm ；
2)將噴射管投入鉆孔中直至鉆孔底部，注入已配置好的水泥漿配合水和氣體同時(shí)噴射，并開始緩慢的旋轉(zhuǎn)提升，切削樁周土體混合水泥漿共同成樁，提升速度為0.1-0.2m/min ；
3)旋噴樁施工時(shí)，噴射水泥漿壓力不小于30MPa，流量大于30L/min，氣流壓力0.7Mpa。噴射孔與高壓注漿泵的距離不大于50m，鉆孔位置與設(shè)計(jì)位置偏差不大于50mm，噴射管分段提升的搭接長(zhǎng)度不小于IOOmm ;噴漿應(yīng)連續(xù)，不得斷樁，噴漿因故停頓后的噴漿搭接長(zhǎng)度不小于100_。提升噴射孔直至樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為止，成樁完成。
【權(quán)利要求】
1.一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 首先通過振動(dòng)沉管法進(jìn)行施工，構(gòu)造正方形陣列布置的多個(gè)散體樁(10)，間隔至少7天后，再施工構(gòu)造正方形陣列布置的多個(gè)柔性樁(11 )，所述柔性樁(11)的正方形陣列與散體樁(10)的正方形陣列在兩邊長(zhǎng)方向均平行交錯(cuò)排列；最后在散體樁(10)和柔性樁(11)上部的地基表面鋪設(shè)碎石排水墊層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法，其特征在于，所述散體樁(10)為碎石樁或砂石樁；通過振動(dòng)沉管法構(gòu)造散體樁(10)的具體流程為: 1)移動(dòng)裝機(jī)及向?qū)Ъ?，把樁管和樁尖垂直?duì)準(zhǔn)樁位后啟動(dòng)振動(dòng)樁錘，將樁管振動(dòng)沉入土中，直至加固區(qū)深度； 2)從上端的投料漏斗向樁管填充配置好的碎石料后，邊振動(dòng)邊拔出樁管，每拔管50-80cm后即停止拔管，振動(dòng)20-30S后繼續(xù)拔管，直到鋼管提升到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為止； 3)在原樁位上多次重復(fù)步驟I)至步驟2)的操作流程，直至樁體內(nèi)充填系數(shù)大于1.3為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法，其特征在于，所述步驟2)中，碎石料為粒徑20-50mm的碎石塊或卵礫石塊，碎石料填充樁管的充盈系數(shù)不小于1.3。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法，其特征在于，所述步驟2)中，碎石料加水至飽和狀態(tài)后再填充至樁管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法，其特征在于，所述柔性樁(11)為高壓旋噴樁、水泥土攪拌樁或石灰樁。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法，其特征在于，所述柔性樁(11)為按照三重管法構(gòu)造的高壓旋噴樁，具體施工流程為: 首先將鉆機(jī)移動(dòng)至指定樁位，鉆孔至加固區(qū)深度，孔徑為15-20cm ； 將噴射管放置到鉆孔底部后，打開噴灌開始噴射:三個(gè)噴射管的噴射物分別為水泥漿、水和空氣；噴灌的三相混合物切削土體混合成樁，與此同時(shí)，并以0.1-0.2m/min的速度旋轉(zhuǎn)提升噴射管，直至提升到樁頂設(shè)計(jì)標(biāo)高為止，成樁完成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種消除負(fù)摩阻力的地基處理方法，其特征在于，所述按照三重管法構(gòu)造高壓旋噴樁的施工流程中，漿液噴射壓力不小于30MPa，氣體噴射壓力不小于.0.7MPa，水泥漿注入量不小于35%，噴射量不小于30L/min。
【文檔編號(hào)】E02D3/08GK103741670SQ201410011644
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】?jī)?chǔ)亞, 蔡國(guó)軍 申請(qǐng)人:東南大學(xué)