一种桩承变刚度加筋垫层复合地基及其施工方法技术

本发明专利技术提供了一种桩承变刚度加筋垫层复合地基及其施工方法，通过成桩机具在软弱地基中完成刚性桩的桩体施工，平整地面，铺设150～300mm厚砂石层，平整压实后铺设第一层土工格栅，在第一层土工格栅上铺设150～300mm厚碎石层，平整压实后铺设第二层土工格栅，在第二层土工格栅上摊铺150～300mm厚水泥稳定碎石层；最后完成路堤填筑。本发明专利技术通过分层次调节加筋垫层刚度，达到充分发挥桩间土的承载力，减小路面不均匀沉降、突破上部填土限制等目的。该发明专利技术适用于处理黏性土、粉土、淤泥、淤泥质土地基，可用于填土路堤、柔性面层堆场、机场跑道、油罐、粮库等构筑物的地基加固与处理。

Pile bearing variable stiffness reinforced cushion composite foundation and construction method thereof

The invention provides a pile bearing stiffness of reinforced cushion composite foundation and its construction method, the pile construction, pile in soft foundation equipment complete rigid pile levelling floor, the laying of 150 ~ 300mm thick gravel compaction, flat after the laying of the first layer of geogrid, the laying of 150 ~ 300mm thick gravel layer in the first layer of geogrid, smooth after compaction of the laying of second layer of Geogrid in the second layer of geogrid laid on 150 ~ 300mm thick cement stabilized gravel layer; finally embankment. By adjusting the rigidity of the reinforcing cushion layer at different levels, the invention can fully exert the bearing capacity of the soil between the piles, reduce the uneven settlement of the road and break the limitation of the upper filling soil. The invention is suitable for treating cohesive soil, silty soil, silt and muddy soil foundation, and can be used for reinforcing and treating the foundation of filling embankment, flexible surface layer, storage yard, airport runway, oil tank, grain storage and other structures.

【技术实现步骤摘要】
一种桩承变刚度加筋垫层复合地基及其施工方法
本专利技术涉及一种桩承变刚度加筋垫层复合地基及其施工方法，适用于土木工程-地基基础领域。
技术介绍
目前，土木工程中复合地基设计理论都是基于刚性基础下复合地基研究成果提出的，柔性基础下复合地基研究成果较少。刚性基础与柔性基础下的复合地基是不同的，存在着较大差异：1、桩荷载集中系数、桩土荷载比、桩土应力比等无论发展规律还是量值都有很大差异；桩对复合地基承载力的贡献，刚性基础要大于柔性基础。2、柔性基础与刚性基础下的复合地基的破坏机理不同。刚性基础下桩土变形一致，在相同的变形时，桩首先承受较大荷载，并首先进入极限状态，随总荷载的增加，桩土应力比先增大再减小；柔性基础下桩土变形可相对自由发展，土首先承担较大荷载，并随荷载增加率先进入极限状态，桩土应力比呈现先递减后上升的趋势。为了协调桩土受力，充分发挥两者的潜力，需要根据两种基础特点对垫层进行设计。与本专利技术最接近的是桩网复合地基和桩承式路堤(以下简称“桩承堤”)。在桩承堤中荷载通过土拱作用和土工格栅加筋垫层兜提作用传递到刚性桩上，桩间土不直接参与承担荷载，荷载全部由桩承担，因此桩承堤中的桩应是端承刚性桩。桩网复合地基中加筋垫层下桩间土直接参与承担荷载，荷载由桩和桩间土共同承担，桩网复合地基中的桩一般应是摩擦型桩，如采用端承桩则应根据加筋垫层的协调能力保守估计桩间土分担荷载。桩承式路堤在桩顶设置加筋体，上部路堤荷载通过加筋体传递到桩上，其实质是利用桩来承担上部路堤荷载，对于桩间土承载力基本不予考虑，因此用桩量非常大，不符合节能减排的趋势，此外该技术对上部路堤高度有最低要求，达不到此要求，就形不成土拱，随之而来的桩土差异沉降会导致路面结构发生破坏，限制了其应用。桩网复合地基在桩顶设置加筋碎石垫层，考虑利用桩间土承载力，用桩量虽然减少了，但仍存在桩间土承载力的发挥和路面工后差异沉降控制两者难以统一的问题：桩间土承载能力的发挥必然伴随着较大的沉降，会导致路面产生较大的差异沉降，影响车辆的安全运行。桩顶设置刚度较大的加筋垫层能够有效控制差异沉降，但其有限的协调变形能力反过来又影响了桩间土承载能力的发挥。这一矛盾使桩网复合地基的应用受到限制。桩网复合地基同样存在上部路堤填土高度限制的问题。综上，已有技术存在不足有：1、用桩量大；2、填土高度限制；3、桩间土承载力发挥不足；4、路面差异沉降不易控制。对于路堤、粮库、油罐、堆场、机场跑道等基础设施及构筑物来讲，这些问题直接影响到设施的正常使用，或是耗资较大。解决上述问题的关键环节在于提高加筋垫层的调节能力，目前已有技术均未解决此问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种桩承变刚度加筋垫层复合地基及其施工方法，通过分层次调节桩顶加筋垫层的刚度，解决用桩量大、路堤高度限制、桩间土承载力发挥不足、路面差异沉降不易控制等问题。本专利技术是这样实现的：一种桩承变刚度加筋垫层复合地基，包括刚性桩复合地基层、砂石层、加筋碎石层、水泥稳定碎石层；其中，所述刚性桩复合地基层包括地基土层以及设置在地基土层中的刚性桩；所述加筋碎石层包括第一层土工格栅、碎石层、第二层土工格栅。优选地，所述砂石层、加筋碎石层以及水泥稳定碎石层的厚度均为150mm～300mm，所述砂石层中粒料最大粒径不大于20mm，所述加筋碎石层和所述水泥稳定碎石层中的碎石的最大粒径不大于37.5mm，级配良好。优选地，所述加筋碎石层中的土工格栅为双向抗拉材料，其具有低蠕变性、耐老化的特点。优选地，所述水泥稳定碎石层水泥掺量为5％，水泥稳定碎石层压实度不低于95％，级配良好。优选地，所述刚性桩复合地基层中，刚性桩穿过压缩性较高土层，桩端进入压缩性较低、性质良好的土层，所述刚性桩桩体为预应力管桩，桩径300mm至500mm，桩间距5至8倍桩径。本专利技术进一步提供了一种桩承变刚度加筋垫层复合地基的施工方法，包括以下步骤：通过成桩机具在软弱地基中完成刚性桩的桩体施工；铺设150mm～300mm厚砂石层；平整压实后铺设第一层土工格栅；在第一层土工格栅上铺设150～300mm厚碎石层：平整压实后铺设第二层土工格栅，在第二层土工格栅上摊铺150～300mm厚水泥稳定碎石层。相比于现有技术的缺点和不足，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术中的变刚度加筋垫层包括砂石层、加筋碎石层、水泥稳定碎石层，其优点在于：其刚度自下而上是逐渐增加的，垫层刚度变化上分开层次，传力平稳。砂石层与桩间土接触，充分发挥桩间土承载力，减少用桩量，拉大桩间距(一般复合地基桩间距为3～4d，d为桩径，本专利技术桩间距可达到5～8d，有效减少了用桩量)；加筋碎石层刚度适中，允许变形，起到中间调节作用，既可减小路面差异沉降，又不影响垫层协调能力的发挥；水泥稳定碎石层因刚度大，起到了进一步减小路面差异沉降的作用。通过以上设计既可以发掘桩间土承载潜力，同时可以减小路面差异沉降，并且不受上部填土高度限制，相对于桩承堤和桩网复合地基来讲，应用上更为灵活自由，适用范围更广；此外本专利技术刚性桩体为预应力管桩，施工速度快，成桩质量有保证也是优点之一。附图说明图1是现有技术中桩网复合地基的结构示意图。图2是现有技术中桩网复合地基加固机理示意图。图3是现有技术中桩网复合地基的传力路线示意图。图4是现有技术中桩承式路堤的结构示意图。图5是现有技术中桩承式路堤的传力路线示意图。图6是本专利技术桩承变刚度加筋垫层复合地基的结构示意图。图7是本专利技术加筋碎石层的结构示意图。图8是本专利技术桩承变刚度加筋垫层复合地基的受力机理示意图。图9是实施例三中监测断面剖面示意图。图10是实施例三中a区、b区、d区的土压力盒埋设位置示意图。图11是实施例三中c1区的土压力盒埋设位置示意图。图12是实施例三中c2区的土压力盒埋设位置示意图。图13是实施例三中K12+469断面表面沉降曲线。图14是实施例三中各断面差异沉降曲线。图15是实施例三中K12+469土压力过程曲线。图16是实施例三中K12+504土压力过程曲线。图17是实施例三中K12+540土压力过程曲线。图18是实施例三中K12+579土压力过程曲线。图19是实施例三中四断面桩土应力比～时间曲线。图20是实施例三中K12+469断面侧向位移示意图。图21是实施例三中K12+504断面侧向位移示意图。图22是实施例三中K12+540断面侧向位移示意图。图23是实施例三中K12+579断面侧向位移示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式以及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式以及实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。现有技术中桩网复合地基的结构如图1所示，其中h为桩顶至上等沉面距离，L1为等沉面以上桩长，L为全部桩长，1为桩端至下等沉面距离；其设计原理为：桩土刚度不同，变形不协调，在路基填土及地基内部形成了三个等沉降面。上部荷载由桩土共同承担。土承担荷载越多，沉降越大，桩土之间的差异沉降也就越大，需设置一定刚度的加筋垫层进行调节；其加固机理示意图如图2所示，传力路线如图3所示。桩网复合地基的优点是垫层刚度需适当，桩土变形应协调，加固机理较复杂，缺点为存在桩间土承载力的发挥和路面工后差异沉降控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桩承变刚度加筋垫层复合地基，其特征在于，包括刚性桩复合地基层、砂石层、加筋碎石层、水泥稳定碎石层；其中，所述刚性桩复合地基层包括地基土层以及设置在地基土层中的刚性桩；所述加筋碎石层包括第一层土工格栅、碎石层、第二层土工格栅。

【技术特征摘要】
1.一种桩承变刚度加筋垫层复合地基，其特征在于，包括刚性桩复合地基层、砂石层、加筋碎石层、水泥稳定碎石层；其中，所述刚性桩复合地基层包括地基土层以及设置在地基土层中的刚性桩；所述加筋碎石层包括第一层土工格栅、碎石层、第二层土工格栅。2.如权利要求1所述的桩承变刚度加筋垫层复合地基，其特征在于，所述砂石层、加筋碎石层以及水泥稳定碎石层的厚度均为150mm～300mm，所述砂石层中粒料最大粒径不大于20mm，所述加筋碎石层和所述水泥稳定碎石层中的碎石的最大粒径不大于37.5mm。3.如权利要求1所述的桩承变刚度加筋垫层复合地基，其特征在于，所述加筋碎石层中的土工格栅为双向抗拉材料。4.如权利要求1所述的桩承变刚度加筋垫层复...

【专利技术属性】
技术研发人员：连峰，刘治，王明涛，胡现虎，翟午琛，张广龙，李乾龙，
申请(专利权)人：山东省建筑科学研究院，
类型：发明
国别省市：山东,37