减沉疏桩和加筋碎石结构应用于填土地层的地基处理方法与流程

1.本发明属于地基处理技术领域，尤其涉及一种基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基及其处理方法。


背景技术：

2.目前，针对以高、新填土为建筑地基的工程，由于填土回填时间短、厚度大、回填材料性质各异且无规律，填土厚度差异较大，物质空间分布不均匀，回填物质结构松散、孔隙率较大，而造成其地基承载力不足、沉降大和不均匀沉降的问题，需采用必要的地基处理措施以满足工程建设需求。高、新填方地基特指填土厚度大、差异大，回填物质结构松散、空隙率大且回填时间较短的地基。
3.现有地基处理方式仅仅是将填方土体按照一般软弱地层进行分析，无法解决填土深层沉降和不均匀沉降的问题，没有专门的针对性。减沉桩以减少地基沉降为目的设置的桩(一般为钻孔灌注桩、cfg桩、高压旋喷桩、碎石桩等多种结构形式)，特称为“减沉桩”。加筋土褥垫层以协调变形为目的，在浅基础下部设置的一定厚度的散体材料层(碎石土+土工格栅)，特称为“加筋土褥垫层”。现有的减沉桩地基处理技术及加筋褥垫层的地基处理技术只单独应用在软弱地基中，在填土中的应用少，两种技术的联合应用更是鲜有案例。
4.现有技术的减沉桩和专利中减沉疏桩概念有所差异，减沉疏桩的间距更大一些，更具有经济性；且采用钻孔灌注桩，强度更大，可处理的填土地基深度进而更大。将加筋土褥垫层调整为加筋碎石结构，加筋碎石结构采用1～3cm级配碎石和中粗砂按照7：3的比例拌合后与双向土工格栅分层铺筑而成，其协调变形的能力更大，能更好的减小不均匀沉降。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基及其处理方法。
6.本发明是这样实现的，一种基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基包括：
7.减沉疏桩，采用密度较小的钻孔灌注桩，桩间距6～8d(桩径)，设置在加筋碎石结构下侧，穿越填土层进入下伏性质较好岩土层，承受负摩阻力和部分建筑荷载，桩顶设置桩帽伸入加筋碎石结构一定深度，根据建筑物基础形式和上部荷载情况确定布置方式。
8.加筋碎石结构，在对地基土压实后，铺设在建筑物基础下部，厚度50cm，采用1～3cm级配碎石和中粗砂按照7：3的比例拌合后与土工格栅分层铺筑压实而成，压实度控制在0.95以上，中间根据需求设置两道双向土工格栅，格栅层间距15～20cm。
9.桩帽结构，设置在减沉疏桩桩顶，采用钢筋混凝土结构，圆形或方形截面，厚度20cm，截面面积为减沉疏桩截面积的2～3倍，旨在增加加筋碎石结构与减沉疏桩的接触面积，防止减沉疏桩刺穿加筋碎石结构层，达到协调变形的目的。
10.减沉疏桩深入填土地层下伏性质较好岩土层一定深度，承受上部建筑传递的荷载和软弱地层的负摩阻力。根据填土地层深度和地质特征，减沉疏桩直径400mm～1000mm。
11.进一步，所述建筑物基础为条形基础时，减沉桩采用钻孔灌注桩，沿基础中心布置；所述建筑物基础为筏板基础时，在筏板基础下部均匀布置。
12.进一步，所述减沉桩根据桩长的不同，桩径d为400mm～1000mm。
13.进一步，所述减沉梳桩的桩顶设置厚20cm的桩帽，根据桩径不同，桩帽采用方形截面时，尺寸为600mm
×
600mm～1500mm
×
1500mm；桩帽采用圆形截面时，直径600mm～1500mm。
14.进一步，当条形基础上墙体为承重墙时，条形基础下间隔5～6d布置减沉桩。
15.进一步，当条形基础上墙体是非承重墙体时，条形基础下间隔7～8d布置减沉疏桩。
16.进一步，所述加筋碎石结构厚度为50cm，中间通过两道土工格栅分为三层，厚度分别为15cm、15cm、20cm。
17.进一步，所述建筑物基础为筏板基础时，减沉疏桩在筏板面积范围内均匀布置，桩间距为6d
×
6d～8d
×
8d。
18.本发明的另一目的在于提供一种基于减沉疏桩和加筋碎石结构复合地基的处理方法，所述基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基处理方法包括：
19.(1)条形基础下减沉疏桩布置：减沉疏桩采用钻孔灌注桩，沿基础中心布置，根据桩长的不同，桩径确定为φ400mm～φ1000mm，桩间距5～8d，桩顶设置厚20cm的桩帽，根据桩径不同，桩帽采用方形截面时，尺寸为600mm
×
600mm～1500mm
×
1500mm；桩帽采用圆形截面时，直径600mm～1500mm；减沉疏桩按照桩端穿过填土层进入下伏性质较好岩土层不小于3.0m控制长度，桩顶伸入上部加筋碎石结构10cm，桩顶高程根据建筑物基底高程确定。
20.(2)筏板基础下减沉疏桩布置：建筑物采用筏板基础时，在筏板面积范围内均匀布置φ400mm～φ1000mm的减沉疏桩，桩间距6～8d。其它结构形式与条形基础下的布置一致。
21.结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
22.第一、本发明是将减沉疏桩与加筋碎石结构结合，提出了一种新型的减沉疏桩+加筋碎石结构应用于填土地层的地基处理技术。该项地基处理技术解决了高、新填土区地基承载力不足、沉降大及不均匀沉降的难题，缩短了地基处理施工工期，具有较好的经济、社会效益。
23.本发明提出减沉疏桩+加筋碎石结构地基处理方法，通过布置减沉疏桩穿过填土层，能有效的连接上部加筋碎石结构和下伏性质较好岩土层，将上部荷载传递至下伏较好的岩土层，同时，上部加筋碎石结构层和压实的地基层作为建筑物基础持力层也能承受部分荷载，通过两者共同作用来有效地控制地基沉降和不均匀沉降。
24.第二，布置减沉疏桩后，在建筑荷载的作用下桩与桩间土共同承受荷载而形成复合地基，从而提高地基承载力，通过计算，减沉疏桩对地基承载力的提高值为20％～30％。同时，根据加筋碎石结构对地基承载力提高的试验结果，在减沉疏桩与加筋土共同作用下，地基承载力可由100kpa提高到250kpa以上。
25.第三，减沉疏桩的荷载传递，减沉疏桩连接上部加筋碎石结构和填土下部性质较好岩土层，能将部分荷载竖向传递至填土以下，减小填土地基承受的荷载。
26.第四，加筋碎石结构协调变形对不均匀沉降的作用，加筋碎石结构在减沉疏桩和建筑物基础之间形成了一层膜结构，在沉降差异的情况下，土工格栅受力形成差异，碎石结
构层形成与地基反向的差异变形，达到减小建筑物差异变形的效果。
附图说明
27.图1是本发明实施例提供的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基的结构示意图；
28.图2是本发明实施例提供的条形基础下减沉疏桩布置图；
29.图3是本发明实施例提供的筏板基础下减沉疏桩布置图；
30.图中：1、减沉疏桩；2、加筋碎石结构；3、桩帽。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
32.如图1所示，本发明实施例提供的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基包括减沉疏桩1和加筋碎石结构2。
33.对于填土厚度大于6.0m且回填物质杂乱的地基土，影响地基稳定性的因素主要为地基沉降(特别是不均匀沉降)和地基承载力不足的问题。因此，对于此类建筑物的地基问题，本发明实施例采用减沉疏桩+50cm厚加筋碎石结构进行地基处理。
34.1)对于条形基础下减沉疏桩布置：
35.减沉疏桩采用钻孔灌注桩，主要沿条形基础中心布置，根据桩长的不同，桩径确定为φ600mm或φ800mm，桩顶设置厚20cm的桩帽，φ600mm桩配套的桩帽截面尺寸分别为900mm
×
900mm，φ800mm桩配套的桩帽截面尺寸分别为1100mm
×
1100mm。
36.当条形基础上墙体为承重墙时，条形基础下间隔约5d(桩径)布置减沉疏桩；条形基础上墙是非承重墙体时，条形基础下间隔7～8d(桩径)布置减沉疏桩。
37.减沉疏桩按照桩端穿过填土层进入风积层或崩积层不小于3.0m控制长度，桩顶伸入上部加筋碎石结构20cm，
38.加筋碎石结构采用级配碎石和中粗砂混合，厚度为50cm，中间设置两道土工格栅，加筋碎石结构分为3层，从上到下厚度分别为15cm、15cm和20cm，桩顶高程根据建筑物基底高程确定，减沉疏桩布置图如图2所示。
39.2)筏板基础下减沉疏桩布置：
40.建筑物采用筏板基础时，在筏板面积范围内均匀布置φ600mm或φ800mm的减沉疏桩，减沉疏桩间距为6d
×
6d(桩径)。减沉疏桩按照桩端穿过填土层进入风积层或崩积层不小于3.0m控制长度，桩顶伸入上部加筋碎石结构20cm，桩顶高程根据建筑物基底高程确定，如图3所示。
41.本发明实施例的设计原理及优点的说明。
42.(1)复合地基理论
43.在通过地基处理后，减沉疏桩与地基土联合形成复合地基，同时减沉疏桩在施工过程中能对填土起到一定的挤密作用，增加填土力学强度，降低填土后期承载后的沉降量。
44.(2)加筋碎石结构的变形协调作用
45.加筋碎石结构属于柔性结构，上部传来的荷载作用于较软弱地基时，加筋碎石结构会产生较大变形，其中的土工格栅随着碎石结构层的变形而产生拉应力，约束碎石结构层的变形，也减小了软弱区的沉降，起到协调不均匀沉降的作用。
46.(3)加筋碎石结构与表层压实土形成“硬壳层”47.由于场区表层在铺筑加筋碎石结构层之前进行了压实处理，土体强度得以加强，具备一定的承载能力，设置加筋碎石结构并碾压后能与表层压实后的地基土共同形成一个“硬壳层”，进一步加强地基土的强度，使得地基承载力满足要求同时也充分发挥了原有地基土的强度。
48.(4)“串葫芦”理论
49.地基处理设置减沉疏桩穿透了填土层，以下伏残坡积土层或风积层作为钻孔桩的持力层，减沉疏桩连接了上部“硬壳层”和填土以下的性质较好岩土层，将部分上部荷载直接传递至填土以下的土体，极大的降低了上部高、新填土承受的荷载。
50.(5)应力衰减理论
51.在上部荷载的作用下，作用于土体的附加应力随着深度的增加而减小，故表层“硬壳层”承受的应力较大，而下部松散填土承受的应力相对较小，强度大的土体承受的应力较大，而强度小的土体承受的应力较小，有利于减小土体的沉降。
52.(6)桩的土拱效应及土工格栅的膜效应
53.由于基础底部设置了一定数量的减沉疏桩，在减沉疏桩、桩间土和加筋碎石结构共同承载上部荷载的条件下，随着桩间土沉降的发生，减沉疏桩形成土拱，土拱效应将荷载向减沉疏桩转移，从而减小土体的进一步沉降。由于桩和桩间土承受的荷载和沉降存在差异，土工格栅会随着沉降的发生在桩之间进行应力的重新调整而出现膜效应，阻止土体发生进一步沉降。桩间土拱效应及土工格栅的膜效应能有效的将荷载传递至减沉疏桩，减小桩间土的沉降量。
54.本发明实施例依托巫山圣泉小区项目展开分析，该项目位于重庆市巫山县新县城东侧，项目区场地为新、高填方区，且回填物杂乱无章，地基条件较差。该小区靠近长江，三峡库区水位涨、落对地基沉降也存在一定的影响。为了防止地基承载力不足及地基沉降和不均匀沉降影响上部建筑的正常使用，根据建筑物地基填土厚度、性质及基岩深度，需要采用必要的地基处理措施对其进行处理。
55.针对类似巫山圣泉小区这类以高、新填土为建筑地基的工程，由于其地基处理回填时间短、厚度大、回填材料性质各异且无规律，填土厚度差异较大，物质空间分布不均匀，回填物质结构松散、孔隙率较大，而造成其地基承载力不足、沉降大，存在潜在变形和不均匀沉陷，需采用必要的地基处理措施以满足工程建设需求。
56.本发明实施例提出三种方案，减沉疏桩+加筋碎石结构方案、桩基方案、固结灌浆方案稳定性均较好，对施工场地要求均不高，对环境影响都不大，也无需后期维护，由于桩基方案中，桩基数量多，桩长较长，导致该方案工期较长，工程造价较高，固结灌浆方案中，填土密实度差，灌浆量大，灌浆效果难以保证，施工难度大的同时造价高，所以，减沉疏桩+加筋碎石结构地基处理技术具有极大的优势。
57.三种方案的比较见表1。
58.表1方案比选表
[0059][0060][0061]
(1)针对巫山圣泉小区地基处理工程高、新填土地质特征开展分析，综合采用了地质测绘、勘探取样，室内、室外试验等工作，查明了填土区的空间分布、物质组成及其物理力学性质等。
[0062]
(2)提出减沉疏桩+加筋碎石结构地基处理方法。对比分析论证了桩基设计方案、固结灌浆方案与减沉疏桩+加筋碎石结构三种地基处理方案，从技术可行性、经济合理性及施工可行性等方面论证了减沉疏桩+加筋碎石结构方案的优势。
[0063]
(3)开展减沉疏桩+加筋碎石结构地基处理方法的机理分析，定性的分析减沉疏桩、加筋碎石结构及其共同作用机理，定量的计算了建筑物的地基沉降量，验证了其作为地基处理方案的可行性。
[0064]
(4)开展地基土在各个阶段的地基承载力检测，分析差异，验证地基处理措施对地基承载力的影响；开展桩与桩间土之间的沉降差异监测，分析桩、土之间的受力状态；开展加筋碎石结构中土工格栅的应力应变监测，分析其对地基土协调变形的作用；开展建筑物在运行过程中的沉降差异监测，验证了地基处理工程的安全可靠性。
[0065]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基，其特征在于，包括：加筋碎石结构，在对地基土压实后，铺设在建筑物基础下部，采用1～3cm级配碎石和中粗砂按照一定比例拌合后与土工格栅分层铺筑压实而成，压实度控制在大于0.95，中间根据需求设置两道双向土工格栅，格栅层间距15～20cm；减沉疏桩，采用密度较小的钻孔灌注桩，桩间距6～8d，设置在加筋碎石结构下侧，穿越软弱土层进入下伏性质较好岩土层，承受负摩阻力和部分建筑荷载，桩顶设置桩帽伸入加筋碎石结构一定深度，根据建筑物基础形式和上部荷载情况确定布置方式；桩帽结构，设置在减沉疏桩桩顶，采用钢筋混凝土结构，圆形或方形截面，一定厚度，截面面积为减沉疏桩截面积的2～3倍；减沉疏桩深入填土地层下伏性质较好地层或基岩层一定深度，承受上部建筑传递的荷载和填土地层的负摩阻力；根据填土地层深度和地质特征，减沉疏桩直径400mm～1000mm。2.如权利要求1所述的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基，其特征在于，所述建筑物基础为条形基础时，减沉疏桩采用钻孔灌注桩，沿基础中心布置；所述建筑物为筏板基础时，在筏板下部均匀布置。3.如权利要求2所述的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基，其特征在于，所述减沉疏桩根据桩长的不同，桩径d为400mm～1000mm。4.如权利要求3所述的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基，其特征在于，所述减沉疏桩的桩顶设置厚20cm的桩帽，根据桩径不同，桩帽采用方形截面时，尺寸为600mm
×
600mm～1500mm
×
1500mm；桩帽采用圆形截面时，直径600mm～1500mm。5.如权利要求2所述的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基，其特征在于，当条形基础上墙体为承重墙时，条形基础下间隔约5～6d布置减沉疏桩。6.如权利要求2所述的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基，其特征在于，当条形基础上墙体是非承重墙体时，条形基础下间隔7～8d布置减沉疏桩。7.如权利要求1所述的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基，其特征在于，所述加筋碎石结构厚度为50cm，中间通过两道土工格栅分为三层，厚度分别为15cm、15cm、20cm。8.如权利要求1所述的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基，其特征在于，所述建筑物基础为筏板基础时，减沉疏桩在筏板面积范围均匀布置。9.如权利要求1所述的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基，其特征在于，所述减沉疏桩的桩径d为400mm～1000mm，减沉疏桩间距为6d
×
6d～8d
×
8d。10.一种用于权利要求1～9任意一项所述的基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基的处理方法，其特征在于，所述基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基的处理方法包括：(1)条形基础下减沉疏桩布置：减沉疏桩采用钻孔灌注桩，沿基础中心布置，根据桩长的不同，桩径确定为φ400mm～φ1000mm，桩间距5～8d，桩顶设置厚20cm的桩帽，根据桩径不同，桩帽采用方形截面时，尺寸为600mm
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600mm～1500mm
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1500mm；桩帽采用圆形截面时，直径600mm～1500mm；减沉疏桩按照桩端穿过填土层进入下伏性质较好地层不小于3.0m控制长度，桩顶伸入上部加筋碎石结构20cm，桩顶高程根据建筑物基底高程确定；(2)筏板基础下减沉疏桩布置：建筑物采用筏板基础时，在筏板面积范围内均匀布置φ400mm～φ1000mm的减沉疏桩，桩间距6～8d。其它结构形式与条形基础下的布置一致。

技术总结
本发明属于地基处理技术领域，公开了一种基于减沉疏桩和加筋碎石结构的复合地基及其处理方法，减沉疏桩设置在加筋碎石结构下侧，桩顶伸入加筋碎石结构，采用钻孔灌注桩，根据建筑物基础形式确定布置方式；加筋碎石结构铺设在建筑物基础下侧，采用1～3cm级配碎石和中粗砂按照7：3的比例拌合后分层铺筑而成，中间设置一道或多道土工格栅；本发明是将减沉疏桩与加筋碎石结构结合，通过布置减沉疏桩穿过填土层，能有效的连接上部加筋碎石结构层和下部性质较好的地基土，将上部荷载传递至下伏较好的土层，同时，加筋碎石结构层作为建筑物基础持力层也能承受部分荷载，通过两者共同作用来有效地控制地基沉降。有效地控制地基沉降。有效地控制地基沉降。


技术研发人员：李强 李会中 赵海丰 刘国栋 罗飞 叶子依 贾静 杨金保 肖术 杜金龙 杨威
受保护的技术使用者：长江三峡勘测研究院有限公司（武汉）
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/6