一种适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础及其施工方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础及其施工方法，基础包括若干根预制空心管桩，以方形、梅花形或矩形竖向布置在软土地基中，且预制空心管桩插置后管内土取出，管顶和管底封闭；加固填筑层，铺设在所述软土地基的地面上。本发明专利技术通过大直径预制空心桩沉桩后采取桩内取土达到减小地基土自重应力目的，最终通过管间距、管径和沉管深度等参数调整使建筑附加应力控制在地基土允许承载能力范围内。

A Composite Caisson Foundation Suitable for Soft Soil Foundation Reinforcement and Its Construction Method

【技术实现步骤摘要】
一种适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础及其施工方法
本专利技术是一种地基处理的方法，适应于软土地基处理，属于土木工程

技术介绍
软土地基处理方法很多，水泥土搅拌桩，高压旋喷桩，预应力混凝土管桩，碎石桩，CFG桩，塑料排水板等。目前所有的方法都有各自的针对性和适应性，都有各自的优越性和局限性。相对与超深软土，水泥土搅拌桩和高压旋喷桩质量控制存在很难掌控，CFG桩桩长达到一定深度后，经常出现断桩现象，塑料排水板工期太长，使用后沉降很大，很难计算最终准确沉降，碎石桩只能在软土不深的情况下使量，混凝土管桩在软土达到一定深度后其造价非常昂贵等等。目前针对沿海很多超深软土地基处理还没有更好的使用方法。很多高填方路基地基处理设计在设计过程成了工程师头疼的事情，要么造价昂贵，要么计算工后沉降量巨大且沉降量大小不确定。工程建设过程出现滑移或垮塌现象频发。对于超深软土地基及高填方基础急需要一种更好的地基处理方法来很好地解决沉降变形及稳定问题。
技术实现思路
技术问题：针对上述技术问题，本专利技术提出一种适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础及其施工方法，该基础和方法通过大直径预制空心桩沉桩后采取桩内取土达到减小地基土自重应力目的，最终通过管间距、管径和沉管深度等参数调整使建筑附加应力控制在地基土允许承载能力范围内。为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础，包括：若干根预制空心管桩，以方形、梅花形或矩形竖向插置在软土地基中，且预制空心管桩插置后管内土取出，管顶和管底封闭，预制空心管桩的直径D最小值由以下公式获得：其中，K为预制空心管桩的材料比重；d为预制空心管桩的壁厚；M为软土比重为m。还包括加固层，所述加固层覆盖在插置完预制空心管桩后软土地基的上表面。所述加固层的材料为添加有固化剂的软土、发泡混凝土或发泡砂浆。所述预制空心管桩为钢筋混凝土管。一种基于所述适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础的施工方法，包括以下几个步骤：A、施工准备，包括预制空心管桩的制作、养护、运输进场、设备组织进场安装、场地平整和桩位放样；B、根据确定的桩位将预制空心管桩竖直下沉入软土地基中；C、预制空心管桩内取土，单根、批量或全部预制空心管桩下沉结束后将预制空心管桩内部的土取出；D、封闭预制空心管桩的桩底，单根、批量或全部预制空心管桩内取土结束后封闭桩底；E、封闭预制空心管桩的桩顶，单根、批量或全部预制空心管桩桩底封闭后进行封闭桩顶。若步骤E结束后，各预制空心管桩的桩顶高度和软土地基地面高度相同，则直接进行上部基础施工；若步骤E结束后，各预制空心管桩的桩顶高度高出软土地基地面高度，则，在软土地基地面上各空心桩桩顶之间的空隙中填充加固层。所述加固层用从预制空心管桩内取出的土加水泥或其它固化剂进行拌合，将拌合后的混合料填筑在场地地面以上的各管顶之间空隙。步骤C中，采用旋挖器分段旋挖或者用抓斗分段抓取。所述预制空心管桩内底部位置设有环形凹槽、或底部圆周间隔布置凹孔，封闭管底步骤使用混凝土浇筑一定厚度进行管底封闭。所述从预制空心管桩内取出的土加水泥或其它固化剂进行拌合的拌和装置包括：圆形拌合桶一端上部设置投料斗，另一端下部设置出料口，拌合桶内轴向上设置转动轴，拌合桶内设置围绕轴向转动且和转动轴转动方向相反的转动框，转动轴上连接多个轴搅拌叶片，转动框上连接多个框搅拌叶片；转动轴上垂直连接多个轴搅拌叶片，转动框上垂直连接多个框搅拌叶片；轴搅拌叶片与框搅拌叶片呈间隔状设置；轴搅拌叶片和框搅拌叶片的叶片面分别和拌合桶的轴向呈一定夹角；投料斗上设置旋转加料装置，包括螺旋旋转片和驱动装置，驱动装置转动连接螺旋旋转片；在进入拌合桶内的投料斗位置处并列设置副投料口。有益效果：第一.质量控制容易，主要钢筋混凝土管是有工厂化加工而成，质量保证容易做到，混凝土管下沉深度控制简单，管内取土简单，管底和管顶封闭也很容易制作，符合一体化装配式作业。第二.由于管径较大，管内土取出量也较大，地基自重应力减小幅度也很大，从而管下沉深度不深，施工简单，造价低。第三.通过计算将建筑附加荷载严格控制地基土允许承载能力以内，工后沉降易于掌控。第四.减少使用大量的填筑材料，对保护环境是一项非常有益的创举。第五.施工简单，施工速度快，工期短。附图说明图1为本专利技术施工过程简图；其中，1、预制空心管桩；2、预制空心管桩桩底的封板；3、预制空心管桩桩顶的封板；4、软土地基；5、桩位；图2为桩顶超出地面一定高度，桩顶间用轻质材料或用从庄内取出的土加固化剂拌合回填示意图；其中，6、预制空心管桩桩顶间回填；图3为桩顶以上加载示意图；其中，7、预制空心管桩桩顶与荷载间协调受力板；8、荷载。图4为计算单桩自重应力减小示意图；其中，D、预制空心管桩的直径；d、预制空心管桩的壁厚；H、预制空心管桩的长度，h、沉入深度；图5为一种管底设置凹槽的封闭管底方式示意图：其中，9为预留凹槽。图6为拌和装置的结构示意图。具体实施方式下面结合说明书附图以及具体实施例对本专利技术一种适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础及其施工方法的技术方案作进一步详细说明。实施例1我们就单根预制空心管桩来计算分析一下如何通过地基和基础自重应力的减小来实现地基土满足结构附加应力。将一根预制空心管桩下沉一定深度后将预制空心管桩内土取出来，预制空心管桩管底和管顶封闭后计算地基和基础自重应力变化，预制空心管桩的管径D，沉入深度H，管壁厚d(设定厚度10cm)，土的比重1.8吨每立方。本实施例中，所述预制空心管桩采用预制钢筋混凝土管桩，钢筋混凝土比重2.2吨每立方因为空心钢筋混凝土管比重k较大，一般为2.2吨每立方，天然土比重m取1.7吨每立方，这样管径就有一个最小值，当管径等于这个最小值时，从管内取土后地基土自重应力减小为零，只有设计管径大于最小值，从管内取土后地基土自重应力(地基土和管总重量)才会减小.直径越大，从管内取土后地基土自重应力减小幅度越大。空心钢筋混凝土管取土后取出土的重量为：空心钢筋混凝土管的重量：考虑最不利因素，如施工质量出问题，地下水进入沉管内水的重量：设管内取土后自重应力减小值为零推出：由公式(4)推导出预制空心管桩直径最小值天然土比重m为1.7吨每立方，钢筋混凝土比重K为2.2吨每立方，考虑钢筋混凝土管的制作，运输，经济，吊装等因素，取钢筋混凝土管壁厚0.1米，解方程得出D＝0.5642米。理论上只有设计管径大于这个这个直径值，从管内取土后地基自重应力才会减小，管径越大减小幅度越大。综合考虑各种因素，本专利技术提出管径大于800毫米。本实施例中，预制空心管桩的上部超出地面，再用轻质材料或用管内取出的土加固化剂拌合将管顶之间空间充填，也可以很容易计算出地面以上一定厚度的填筑层基础整体重量比较常规的整体填土基础的重量也是大幅度减小了，综合地基及上部填土基础自重应力的大幅度减小，导致最终的附加应力也大幅度减小。可以通过地基的各项参数，调整管径，管长和管壁厚度等参数，使得附加应力控制在下部地基允许承载范围。这是本技术的理论基础。本专利技术适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础的施工方法：包括以下步骤：预制空心钢筋混凝土管运到现场后通过静压或震动或回转加压下沉到地下一定深度，然后将预制空心钢筋混凝土管内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础，其特征在于，包括：若干根预制空心管桩，以方形、梅花形或矩形竖向插置在软土地基中，且预制空心管桩插置后管内土取出，管顶和管底封闭，所述预制空心管桩为圆柱形的空心管体，预制空心管桩的直径D最小值由以下公式获得：

【技术特征摘要】
1.一种适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础，其特征在于，包括：若干根预制空心管桩，以方形、梅花形或矩形竖向插置在软土地基中，且预制空心管桩插置后管内土取出，管顶和管底封闭，所述预制空心管桩为圆柱形的空心管体，预制空心管桩的直径D最小值由以下公式获得：其中，K为空心管体的材料比重为；d为空心管体的壁厚；M为软土比重为m。2.根据权利要求1所述的适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础，其特征在于，还包括加固层，所述加固层覆盖在插置完预制空心管桩后软土地基的上表面。3.根据权利要求2所述的适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础，其特征在于，所述加固层的材料为添加有固化剂的软土、发泡混凝土或发泡砂浆。4.根据权利要求1所述的适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础，其特征在于，所述空心管体为钢筋混凝土管。5.一种基于权利要求1～4中任一所述适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础的施工方法，其特征在于，包括以下几个步骤：A、施工准备，包括预制空心管桩的制作、养护、运输进场、设备组织进场安装、场地平整和桩位放样；B、根据确定的桩位将预制空心管桩竖直下沉入软土地基中；C、预制空心管桩内取土，单根、批量或全部预制空心管桩下沉结束后将预制空心管桩内部的土取出；D、封闭预制空心管桩的桩底，单根、批量或全部预制空心管桩内取土结束后封闭桩底；E、封闭预制空心管桩的桩顶，单根、批量或全部预制空心管桩桩底封闭后进行封闭桩顶。6.根据权利要求5所述适用于软土地基加固处理的组合沉箱基础的施工方法，其特征在于，若步骤E结束后，各预制空心管桩的桩...

【专利技术属性】
技术研发人员：丰土根，高玉峰，李平，宫能和，郑惜平，张箭，宋健，张福海，
申请(专利权)人：河海大学，宫能和，
类型：发明
国别省市：江苏,32