一种振冲桩复合地基均匀加固结构及设计方法技术

本申请涉及一种振冲桩复合地基均匀加固结构及设计方法，属于振冲桩的技术领域，加固结构包括碎石桩和在碎石桩顶部增加的一定厚度的碎石地表加固层。由于地表加固层内具有天然排水孔隙，可在地震作用下与碎石桩共同快速消散地层内超孔隙水压力，降低地层液化风险；同时地表加固层具有均匀承接上部荷载、避免振冲桩复合地基不均匀沉降作用。本申请的设计方法采用数值仿真分析得到碎石桩群最优布置方案、所需最少桩数量和地表加固层最小厚度，该优化后的设计方法科学合理，使实际施工的荷载符合设计荷载，达到精准管控施工成本的效果。达到精准管控施工成本的效果。达到精准管控施工成本的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种振冲桩复合地基均匀加固结构及设计方法


[0001]本申请涉及振冲桩的
，尤其是涉及一种振冲桩复合地基均匀加固结构及设计方法。

技术介绍

[0002]振冲法，又称振动水冲法，是指砂土等软弱地基通过加水振动可以使之密实的原理发展起来的地基加固方法，后来又被用于黏性土层中设置振冲置换碎石桩。振冲法是为改善不良地基，以满足建（构）筑物基础要求的地基加固处理方法。
[0003]振冲桩顾名思义就是运用振动的方式在那些存有过大的孔隙裂缝的软弱地基中将砂粒、碎石、粘性土等挤压进孔或裂缝中，与地基周围的土相结合从而形成新的复合地基。这种振冲桩法适用于杂填土、疏松的砂土、粘性土和粉土等的地基。以振冲桩方法处理的地基，能够充分利用天然地基的强度优势，使地基强度均匀。振冲法可快速的完成软弱地基的排水固结，增强地基强度，提高承载力和抗液化能力来加大地基的稳定性。
[0004]振冲砂砾桩复合地基加固技术于19世纪起源于欧洲，在法国 Bayonne地区加固兵工厂车间地基时曾使用过，当时只是应用简单的砂砾桩加固方法处理松散的砂石，由于没有足够的物理和力学理论支撑和先进的试验设施，使得该技术的发展应用受到一定的限制。1936年，德国的S. Steuerman提出了用振动辅以压力水加密砂土的概念。1937年，德国Johann Keller公司研制出世界上第一台振冲器。在1930～1940时期，振冲法在德国广泛应用于砂地基的处理。由于早期在德国的实践，证明了这一方法的优越性，设备简单、功效高，为之后的长足发展奠定了基础。1950～1960年代，德国和英国相继把振冲法推广应用于黏性土。德国纽伦堡某工程地基有软粘土，Keller公司采用先振冲器造孔，再填入块石加固的施工工艺，这即是今天的“碎石桩法”的萌芽。国外利用振冲法的案例较多，其中，日本十胜冲地区用振冲法处理了砂地基，在1968年的7.7级强烈地震中发挥了显著的作用，有效的遏制了砂土地基的液化，证明了振冲法在砂地基处理中的有效性。此后，振冲法被列为一种有效处理砂地基抗震加固的措施。
[0005]我国岩土工程界在 20 世纪 70 年代中期开始了解并注意到国外振冲技术的应用情况，我国开始重视对地基与基础的抗震加固处理技术研究。我国振冲技术发展至今大体可分为引进试验（1976～1983年）、推广应用（1984～1999年）、全面广泛应用（2000年～2011年）以及工艺及技术提升（2012年～现在）等四个阶段。随着近几十年基础设施建设的发展，我国振冲碎石桩施工技术和装备获得了快速发展和应用。
[0006]振冲桩的加固机理如下：砂土是单粒结构，密实的单粒结构已接近稳定状态，在荷载作用下不再会产生大的变形。而疏松的单粒结构，颗粒间孔隙较大，颗粒位置不稳定，在动载或静载作用下很容易产生位移，因而会产生较大的变形。特别在振动荷载作用下更为显著，体积可减少20%。所以疏松的砂性土不经处理不能作为建筑地基。碎石桩（振冲法或干振法）加固砂性土地基的主要目的是提高地基土的承载力和模量，并增强抗液化性，其抗液化的加固机理有下列三
方面作用：（1）挤密效应对振冲挤密法，在施工过程中由于水冲使松散砂土处于饱和状态，砂土在强烈的高频强迫振动下产生液化，并重新排列致密，且在桩孔中填入大量的粗骨料后，被强大的水平振动力挤入周围土中，使砂土的相对密实度增加，孔隙率降低，干密度和内摩擦角增大，土的物理力学性能得以改善，使地基承载力大幅度提高，因而抗液化的性能得到改善。国内报道中指出：只要小于0.074mm的细颗粒含量不超过10%，都可得到挤密效应。
[0007]（2）排水减压效应对砂土液化机理的研究证明，当饱和松散砂土受到剪切循环荷载作用时，将发生体积收缩和趋于密实。在砂土无排水条件时，体积的快速收缩将导致超静孔隙水压力来不及消散而急剧上升，当砂土中有效应力降低为零时，便形成了完全液化。碎石桩加固砂土时，桩孔中充填反虑性好的粗颗粒料，在地基中形成渗透性能良好的人工竖向排水减压通道，可有效地消散超孔隙水压力的增高和防止砂土产生液化，并可加快地基的排水固结。
[0008]（3）预震效应试验证明，在一定循环次下，当两试样的相对密度相同时，要造成经过预震的试样发生液化所需施加的应力，要比施加未经预震的试样引起液化所需应力提高46%，从而得出了砂土液化的特性，除了与土的相对密实度有关外，还与其振动应变有关的结论。在某振冲法施工时，振动器以每分钟1450次振动频率，98m/s水平加速度和90kN激振力喷水沉入土中时，使填料和地基土在挤密的同时获得强烈的预震，这对砂土增强抗液化能力是极为有利的。
[0009]当前施工，振冲桩复合地基设计与施工仅考虑承载力、桩径、间距、数量等关键布桩方案和参数，相关技术规范对振冲复合地基施工检验检测采用小比例抽检方法，专利技术人在多次现场调研中发现，由于地质勘测的不全面性、振冲桩桩位点布设的随机性和施工检验检测的抽检随机性，在广阔的振冲施工场地内极容易出现局部软弱下卧层、局部空洞（隙）、局部软弱地层（地下水层）等常见不良地质情况，因此振冲桩施工后，在振冲复合地基上建设大型构筑物存在有容易出现不均匀沉降的问题，由此对“振冲复合地基的地上构筑物”体系存在极大的安全隐患。

技术实现思路

[0010]为了有效减弱局部软弱地层带来的复合地基不均匀沉降的现象，本申请提供一种振冲桩复合地基均匀加固结构及设计方法。
[0011]第一方面，本申请提供一种振冲桩复合地基均匀加固结构，采用如下技术方案：一种振冲桩复合地基均匀加固结构，包括碎石桩和经碾压的用透水材料制作的地表加固层，碎石桩位于复合地层内，地表加固层覆盖于复合地层地表上，地表加固层与碎石桩顶部相连接。
[0012]通过采用上述技术方案，地表加固层犹如“桌面”，碾压是为了增加地表加固层的密实度，增强碎石桩与土的咬合作用，提升承载力。碎石桩犹如支撑的“桌柱”，地基上部同样的荷载作用经过“桌面”传递给“桌柱”，即经过地表加固层传递给碎石桩，相比于直接作用在碎石桩上，“桌柱”越多地基受力越均匀、承载力越大，地基整体沉降更趋协同一致，可
有效避免或减弱局部软弱层带来的复合地基不均匀沉降的现象。
[0013]可选的，所述地表加固层由碎石制成，经碾压的碎石地表加固层天然具备排水通道，能够快速消散其下可液化地层在地震作用下产生的超孔隙水压力，降低地层液化风险。
[0014]通过采用上述技术方案，碎石形成的地表加固层，不影响碎石桩地震作用下抗液化性能，与传统筏板基础相比，可在地震作用下快速消散地层内超孔隙水压力，降低地层液化风险；碎石形成的地表加固层较筏板等刚性基础具有良好的排水通道，地震作用下地基中局部迅速聚集的超孔隙水可以通过碎石桩和碎石形成的地表加固层向外扩散，消散地基中超孔隙水压力，有效降低地层液化风险。且碎石地表加固层与碎石桩材料相同，施工完成后形成一体，透水系数相同，更方便孔隙水的扩散。
[0015]可选的，所述碎石桩设置数量不少于4根。
[0016]通过采用上述技术方案，不少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种振冲桩复合地基均匀加固结构，其特征在于：包括碎石桩(2)和经碾压的用透水材料制作的地表加固层(3)，碎石桩(2)位于复合地层内，地表加固层(3)覆盖于复合地层地表上，地表加固层(3)与碎石桩(2)顶部相连接。2.根据权利要求1所述的一种振冲桩复合地基均匀加固结构，其特征在于：所述地表加固层(3)由碎石制成，经碾压的碎石地表加固层(3)天然具备排水通道，能够快速消散其下可液化地层在地震作用下产生的超孔隙水压力，降低地层液化风险。3.根据权利要求1所述的一种振冲桩复合地基均匀加固结构，其特征在于：所述碎石桩(2)设置数量不少于4根。4.一种振冲桩复合地基均匀加固结构的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、拟振冲软弱地层：拟采用振冲工艺，基于地勘资料获取相关地层参数；S2、振冲碎石桩...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦志朝，夏赞鸥，寇卫锋，毛晖，化要雨，刘敬源，赵文柱，曹宁，侯远，张金良，张良，靳刚，冼文杰，贾晓冰，张军，杨复前，
申请(专利权)人：北京城建设计发展集团股份有限公司北京昱海世纪建筑工程有限公司，
类型：发明
国别省市：