适用于公路软土路基加固结构及加固处理的微型桩工法制造技术

本发明专利技术公开一种适用于公路路基工程中软基加固结构及加固处理的微型桩工法，微型桩由钢花管、钢花管中装砂或碎石和桩帽组成，加固结构为钢花管中装砂或碎石形成竖向排水通道，加速软土层排水固结；所有微型桩通过钢筋混凝土梁联结成整体；在微型桩上部依次设有排水砂垫层、褥垫层。本发明专利技术加固结构在于微型桩采用了常规钢花管便于工厂标准化定制，对施工场地、施工机械要求低，施工过程更便捷、安全可靠；与管桩相比，微型桩直径小，压桩过程中减少对软土层扰动，由于有竖向排水通道，上部填土荷载转化为软土有效应力，软土抗剪强度得到增长，大大增强软基在上部路堤填筑过程中的整体稳定性，加快前期路堤的填土速率，缩短工期，单根桩的造价低。根桩的造价低。根桩的造价低。

【技术实现步骤摘要】
适用于公路软土路基加固结构及加固处理的微型桩工法


[0001]本专利技术涉及公路工程领域，一种适用于公路软土路基加固结构及加固处理的微型桩工法。

技术介绍

[0002]在公路结构组成中，路基是最为基础，同时也是对整体质量影响较大的部分，此方面出现质量问题将直接导致公路整体品质的下降。公路工程中软土是指天然含水率高、天然孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高的细粒土，包含淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等，由软土层组成的地基称为软土地基。软土地基的物理性质大部分是饱和且含有机质，一般具有以下特点：含水量较高、孔隙比较大、抗剪强度低、压缩性较高、渗透性很小、有明显的结构性、有明显的流变性。
[0003]从软土层的特点来考虑，以其作为建(构)筑物的地基是十分不利的。由于软土的强度很低，承载力特征值的经验值一般为50～80kPa，不能承受较大的建(构)筑物荷载，否则就可能出现地基的局部破坏或整体滑动。并且软土具有较高的灵敏度，若在地基施工中产生振动、挤压和搅拌等作用，就可能引起软土结构的破坏，降低软土的强度。因此，在软土地基上建造建(构)筑物，就必须对软土地基进行处理。软土地基处理的目的主要是改善软土的物理力学性质，提高地基土的抗剪强度，降低软土的压缩性，减少工后沉降和不均匀沉降。
[0004]公路作为一种线性带状工程，软基处理方法有浅层处理法(挖除换填、浅层改良、抛石挤淤)、排水固结法(堆载预压、真空预压)、强夯和强夯置换法、粒料桩(碎石桩)、加固土桩(水泥搅拌桩、旋喷桩)、刚性桩(预制管桩、方桩，现浇混凝土桩)等。
[0005]浅层处理法适用于软土层厚度较小时，可将处理范围内的软土层部分或全部挖除，然后回填强度高的土或其它稳定性好、无侵蚀性的材料(通常是渗水性好的中粗砂、碎石等)。此法处理的高度一般为2～3m，如果软弱土层厚度过大，则会增大工程成本。通过换填具有较高抗剪强度的材料，从而达到增强地基承载力的目的，满足建(构)筑物对地基的要求。代表方法有换填、抛石挤淤、垫层法几种。
[0006]排水固结法基本原理是软土地基在附加荷载的作用下，逐渐排出孔隙水，使孔隙比减小，产生固结变形。在这个过程中，随着土体超静孔隙水压力的逐渐消散，土的有效应力增加，地基抗剪强度相应增加。堆载预压法可利用路堤填土作为荷载，造价低，是作为公路软土路基处理的理想方法。但是在实际公路建设领域中，应用的较少，主要原因是公路项目工期要求较高，特别是高等级公路；另一方面，单独采用堆载预压法进行软基处理时，工后沉降较大，沉降不均匀，易导致路面开裂或路面波浪起伏，严重影响道路的正常运营，且大大增加了后期的养护费用；最后在施工过程中，常因填土速率控制不规范而导致路基失稳滑塌。为防止软弱地基产生剪切、滑移，提高路堤的整体稳定性，可在路堤两侧设置反压护道，但这种方案会增加公路占地，特别是平原区可能压占基本农田，与公路设计节约用地的原则相违背，现已很少采用。
[0007]强夯置换法对处理3～7m软土层有一定的经济性及可靠性，其优点有：相对挖除换填，可减少弃土占用耕地面积，减少砂石料用量；相对其他软土路基处理方式，成本相对较低、操作简单；缺点是噪音和振动较大，不宜在人口密集的城市及居民区使用，同时施工质量难以控制，可能对下部软土层造成较大扰动。强夯机械进出场费用高，工程量较小时，从施工安排的合理性考虑，不建议使用。
[0008]粒料桩(碎石桩)是先采用振冲法或桩管振动法成孔，添入足够数量的碎石，振动密实形成桩体。设置碎石桩的目的是通过振动、挤密的成桩过程，将原地基土振动密实。一方面通过碎石桩形成竖向排水通道，防止或消散附加荷载所造成的超空隙水压力的增大，从而达到加快地基排水固结，增强地基强度的目的；另一方面，可形成复合地基，提高软土地基的承载力和抗变形能力。与强夯置换法相比，成桩深度大、质量可控；采用振冲置换法成桩时，高压水流下边振边冲在软弱粘性土地基中成孔，需要大量的水资源，冲出的泥浆易污染环境，同时如果软土的强度过于低弱(例如流塑状的淤泥)，以致土的约束力始终不能平衡使填料挤入孔壁的力，桩体无法成形，这样本法就不再适用。采用振动沉管成桩时，高频振动可能破坏软土层的结构，大大降低软土强度。
[0009]加固土桩(水泥搅拌桩、旋喷桩)是利用水泥作为固化剂，通过深层搅拌机械在地基将软土和固化剂强制拌和，使软基硬结而提高地基强度。该方法适用于软基处理，效果显著，处理后可成桩、墙等。其优点：施工工艺较简单，扰动小，施工工期短。缺点：软土有机质含量高或含水量大时效果差，处理深度有限，一般不大于15m；施工过程中泥浆易造成环境污染，水泥掺量高时，工程造价高；受施工单位管理水平限制，成桩质量难以保证；对地基承载力的提高有上限，根据相关文献资料结合现行规范中的计算公式，常规水泥搅拌桩处理后的地基承载力一般为120kPa～150kPa。
[0010]刚性桩(预制管桩、方桩，现浇混凝土桩)在处理软土地基时由桩本身、桩间土、褥垫层工程作用组合成复合地基,共同承担路堤填土及行车荷载作用。在外部荷载下,桩体本身承担大部分荷载,桩所承担的荷载可占到总体荷载的40％～90％,其单桩承载力主要由桩侧摩阻力和桩端阻力组成,随着荷载作用时间的增长,桩周摩阻力充分发挥,桩端阻力也逐渐加强。在外部荷载作用下，桩顶褥垫层发挥调节作用，将部分荷载转移桩间土承担,使桩间土和桩共同承担外部荷载。近年来，用于公路工程中软基处理的主要为预应力管桩。预应力管桩与其他桩基相比具有以下特点：
①
单桩承载力高，比一般素混凝土桩、粒料桩高很多，施工完成后工后沉降小；
②
工厂标准化生产，产量大，质量稳定，特别适用于工期较紧、沉降变形要求高的项目；
③
运输便利，施工便捷，施工质量也能较好控制。预应力管桩的施工方法很多，目前就公路项目来说主要采用锤击法和静压法，两者之间又以锤击法居多，静压法主要适用于市区或者施工条件受限区域。预应力管桩的优点虽然多，缺点也很明显，
①
因钢筋含量较少，抗剪能力弱；
②
造价高，路堤高度较小时，容易出现蘑菇状高低起伏；
③
由于管桩直径较大，在施工时无论是采用静压法还是锤击法，都会对软土层造成扰动，软土层内形成超孔隙水压力，超孔隙水压力消散前，大大降低了软土层的强度。相关的工程实践也表明，通车前期采用管桩复合地基处理施工的公路软土路基已有滑塌失稳的案例。
[0011]理论上，上述方法均可用于软基处理，但因公路为线性带状工程，其软基分布较为分散，单个桩号段落内的软基处理工程量不大，所以在公路实际工程应用中，常见软土地基处理方法有：
[0012]①
挖除换填，主要是针对厚度不大(H≤3m)的软基，全部清除后，采用路基合格土、片石、中粗砂等水稳性能好的材料,并尽可能利用隧道弃渣和路堑边坡开挖土石方，方案经济，效果好，施工方便快捷。
[0013]②
水泥搅拌桩，主要是针对厚度中等(3m＜H≤15m)且上部路堤填筑高度不大的软基。水泥搅拌桩的长度、直本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于公路路基工程中软基加固结构，包括若干微型桩(1)、钢筋混凝土梁(3)、排水砂垫层(4)、褥垫层(5)；其特征在于：所述微型桩(1)由钢花管、钢花管中装砂或碎石(2)和桩帽(6)组成，钢花管中装砂或碎石(2)形成竖向排水通道，加速软土层排水固结；所有微型桩(1)通过钢筋混凝土梁(3)联结成整体；在微型桩(1)的桩帽(6)依次设有排水砂垫层(4)、褥垫层(5)。2.根据权利要求1所述的一种适用于公路路基工程中软基加固结构，其特征在于：在微型桩(1)与钢筋混凝土梁(3)之间设置PVC套管(7)。3.根据权利要求1或2所述的一种适用于公路路基工程中软基加固结构，其特征在于：所述褥垫层(5)由铺设的级配碎石(8)和土工格栅(9)组成。4.根据权利要求1、2或3所述的一种适用于公路路基工程中软基加固结构的加固处理的微型桩工法，其特征在于按以下步骤进行：(A)、施工准备；(B)、压桩；(C)、现浇钢筋混凝土梁；(D)、预设桩顶标高及安装桩帽；(E)、铺设砂垫层；(F)、铺设褥垫层，经过上述步骤形成加固软基的微型桩结构后直接开始填筑路堤。5.根据权利要求4所述的一种适用于公路路基工程中软基加固结构的加固处理的微型桩工法，其特征在于具体按以下步骤进行：(A)施工准备：完成场地清理整平、桩位的测量放样、钢花管的定制、施工材料采购...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈学，肜増湘，王默，岳敏，王云安，王红明，侯东波，汤罗圣，
申请(专利权)人：湖北省交通规划设计院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：