一种强夯表层加固碎石桩的复合地基设计方法技术

本发明专利技术提供了一种强夯表层加固碎石桩的复合地基设计方法，属于地基设计领域。所述设计方法先获得碎石桩内摩擦角，桩间土粘聚力、内摩擦角和重度，桩间土地基承载力，强夯表层土体重度；预设桩径参数，将强夯表层厚度作为未知数，将一半破裂面深度处土的被动土压力作为桩围压，将此围压下碎石桩大主应力的1/2作为单桩承载力特征值；再将置换率作为未知数，得到强夯表层底面的承载力特征值；根据附加压力在强夯表层中产生应力扩散得到强夯表层底面的总应力；以底面承载力特征值大于等于底面的总应力为约束条件，根据工程需要指定表层厚度和置换率中的任一参数，确定另一参数。本发明专利技术为地基处理设计人员提供了地基设计所需方法。法。法。

【技术实现步骤摘要】
一种强夯表层加固碎石桩的复合地基设计方法


[0001]本专利技术属于地基设计领域，具体涉及一种强夯表层加固碎石桩的复合地基设计方法。

技术介绍

[0002]对于软土地基处理，目前工程中常用碎石桩打入软土中的方式进行地基处理，这种地基处理方式对于软土地基厚度较小时可以起到较好效果，但是当软土地基厚度较厚时，上述处理方式会使得碎石桩长度变得很长，成孔深度也会随之加深，导致碎石桩难以施工。

技术实现思路

[0003]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本专利技术旨在提供一种强夯表层加固碎石桩的复合地基设计方法，以准确计算地基处理设计时碎石桩单桩竖向承载力特征值、强夯表层厚度及碎石桩置换率，提高地基设计的参数准确性。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用如下技术方案：
[0005]一种强夯表层加固碎石桩的复合地基设计方法，所述复合地基的下部将碎石桩打入软土地基中，上部为碎石料回填后经强夯形成的强夯表层，所述设计方法包括如下步骤：
[0006]步骤S1，通过试验获得碎石桩材料的内摩擦角φ
p
，桩间土的粘聚力c
s
、内摩擦角φ
s
和重度γ
s
，桩间土地基承载力f
ak
，强夯表层土体重度γ；
[0007]步骤S2，预设碎石桩桩径为定值D，设强夯表层厚度为未知数h，将一半破裂面深度处土的被动土压力视为碎石桩的围压，将在此围压下碎石桩的大主应力作为单桩承载力极限值，单桩承载力特征值取为极限值的一半；所述单桩承载力特征值f
pk
通过式(5)计算：
[0008][0009]步骤S3，设置换率为未知数m，根据置换率m及单桩承载力特征值f
pk
计算强夯表层底面复合地基的承载力特征值；通过公式(6)计算强夯表层底面复合地基的承载力特征值为：
[0010]f
spk
＝mf
pk
+(1
‑
m)f
ak
ꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0011]将公式(5)代入公式(6)，得到公式(7)：
[0012][0013]步骤S4，获取复合地基所承载的基础尺寸和埋深，预设荷载传递至基底的附加压力为p0，附加压力在强夯表层中产生应力扩散作用，由基础尺寸、基础埋深、强夯表层应力扩散角计算扩散至强夯表层底面的附加应力P
z
，如公式(8)所示：
[0014][0015]作用于强夯表层底面的总应力P为：
[0016][0017]式(8)和(9)中，p0为上部荷载传递至基底的附加压力，b为基础宽度，l为基础长度，d为基础埋深，θ为强夯表层应力扩散角；
[0018]步骤S5，指定强夯表层厚度h和碎石桩置换率m两个设计参数中的任一个，以复合地基承载力特征值大于等于强夯表层底面的总应力P为约束条件，确定另一个未指定参数的最小值。
[0019]上述方案中，步骤S2中单桩承载力特征值f
pk
计算过程如下：
[0020]原始地层成孔阶段土体承受被动土压力，桩周土进入塑性状态，破裂面开展深度h
p
为：
[0021][0022]取一半破裂面深度处桩周土的被动土压力，将其视为碎石桩的围压即小主应力σ，由朗肯被动土压力得公式(2)：
[0023][0024]在此围压下碎石桩的大主应力即为单桩竖向承载力极限值f
p
，求解采用公式(3)：
[0025][0026]将公式(1)、(2)代入公式(3)可得公式(4)：
[0027][0028]碎石桩单桩竖向承载力特征值f
pk
取极限值f
p
的一半，即为：
[0029][0030]上述方案中，所述强夯表层应力扩散角，根据静载荷试验结果或地区经验确定。
[0031]上述方案中，步骤S5中约束条件表达式为公式(10)：
[0032][0033]若指定强夯表层厚度h，通过公式(11)解出置换率m：
[0034][0035]本专利技术实施例所提供的技术方案具有如下有益效果：
[0036]本专利技术实施例所提供的强夯表层加固碎石桩的复合地基设计方法，计算桩周土进入塑性状态时其对桩体的极限侧限力，将一半破裂面深度处桩周土的被动土压力视为碎石桩的围压即小主应力，将此围压下碎石桩的大主应力作为单桩承载力极限值，单桩承载力特征值取为极限值的一半；；对于强夯表层厚度h和碎石桩置换率m两个设计参数，指定其中一个，通过强夯表层底面地基承载力验算确定另一个参数，从而确定强夯表层厚度和碎石桩置换率两个设计参数，解决了地基处理设计时碎石桩单桩竖向承载力特征值、强夯表层厚度及碎石桩置换率的确定问题，提高了地基设计的参数准确性，为地基处理设计人员提供了设计所需方法。
[0037]当然，实施本专利技术的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0039]图1为本专利技术实施例中强夯表层加固碎石桩的复合地基设计剖面图；
[0040]图2为本专利技术实施例所述强夯表层加固碎石桩的复合地基设计原理示意图；
[0041]图3为本专利技术实施例所述强夯表层加固碎石桩的复合地基设计方法流程图。
具体实施方式
[0042]本申请专利技术人在发现上述问题后，针对软土厚度较厚的地基处理方式进行了细致研究。研究发现，对于软土层较厚的地基，可将上部一部分土挖除，并将碎石桩打入下部软弱土层形成复合地基，最后在复合地基上部填上块石并加以强夯夯实，形成强夯表层，可在显著提高地基承载力的同时兼顾经济性。但是，目前缺乏该种复合地基的设计方法，导致设计人员在设计该种复合地基时缺乏计算依据。
[0043]应注意的是，以上现有技术中的方案所存在的缺陷，均是专利技术人在经过实践并仔细研究后得出的结果，因此，上述问题的发现过程以及下文中本专利技术实施例针对上述问题所提出的解决方案，都应该是专利技术人在本专利技术过程中对本专利技术做出的贡献。
[0044]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征也可以相互组合。
[0045]应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本专利技术的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强夯表层加固碎石桩的复合地基设计方法，其特征在于，所述复合地基的下部将碎石桩打入软土地基中，上部为碎石料回填后经强夯形成的强夯表层，所述设计方法包括如下步骤：步骤S1，通过试验获得碎石桩材料的内摩擦角φ
p
，桩间土的粘聚力c
s
、内摩擦角φ
s
和重度γ
s
，桩间土地基承载力f
ak
，强夯表层土体重度γ；步骤S2，预设碎石桩桩径为定值D，设强夯表层厚度为未知数h，将一半破裂面深度处土的被动土压力视为碎石桩的围压，将此围压下碎石桩的大主应力作为单桩承载力极限值，单桩承载力特征值取为极限值的一半；所述单桩承载力特征值f
pk
通过式(5)计算：步骤S3，设置换率为未知数m，根据置换率m及单桩承载力特征值f
pk
计算强夯表层底面处地基的承载力特征值；通过公式(6)计算强夯表层底面处地基的承载力特征值为：f
spk
＝mf
pk
+(1
‑
m)f
ak
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)将公式(5)代入公式(6)，得到公式(7)：步骤S4，获取复合地基所承载的基础尺寸和埋深，预设上部荷载传递至基底的附加压力为p0，附加压力在强夯表层中产生应力扩散作用，由基础尺寸、基础埋深、强夯表层应力扩散角计算扩散至强夯表层底面的附加应力P
z
，如...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈志平，宋二祥，徐明，孙洪，许飞洲，杨欣，付君宜，刘欢，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：