專(zhuān)利名稱(chēng)：短聚集體樁墩技術(shù)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及土壤工程，特別是涉及短聚集體樁墩(short aggregate pier)裝置。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及這樣的一些方法和裝置，這些方法和裝置用于提高短聚集體樁墩的可行性、提高短聚集體樁墩附近基土的強(qiáng)度和荷載支撐特性、減小短聚集體樁墩的構(gòu)建成本、改善短聚集體樁墩的結(jié)構(gòu)，以及把短聚集體樁墩用于包括控制沉降、提高支撐能力、提高側(cè)向荷載阻力、控制滑坡和對(duì)上升進(jìn)行固定的工程應(yīng)用中。
已經(jīng)知道，通過(guò)形成短聚集體樁墩如在US5,249,892中所公開(kāi)的方式對(duì)土壤的不足的荷載支撐能力進(jìn)行加強(qiáng)，在此引用US5,249,892中的整個(gè)主題以作參考。通常，通過(guò)對(duì)土壤中的孔內(nèi)的一系列薄的墩層(lifts)或多層聚集體分別進(jìn)行壓實(shí)，從而在就地形成短聚集體樁墩。當(dāng)每個(gè)墩層被壓實(shí)時(shí)，豎直壓實(shí)力就通過(guò)聚集體沿豎直方向和側(cè)向向外傳遞給周?chē)耐寥馈Ｒ恍┒諏迂Q直地“疊垛”在一起就形成了樁墩，其中的每個(gè)墩層都在形成后一個(gè)墩層之前被壓實(shí)，并且每個(gè)墩層包括一些沒(méi)有粘聚的聚集體單元，這種樁墩的特點(diǎn)是能把相當(dāng)大的一部分荷載沿著向外方向和側(cè)向傳遞到鄰近的經(jīng)預(yù)加應(yīng)力的土壤內(nèi)。在土木工程領(lǐng)域，短聚集體樁墩被認(rèn)為是一次革命，部分的原因是它們?cè)龃罅嗽谕寥拉h(huán)境內(nèi)的荷載支撐能力，如果不采用這種短聚集體樁墩，那么構(gòu)建具有足夠強(qiáng)度的地基就會(huì)非常昂貴的或是不可行的。
由于短聚集體樁墩是最近才發(fā)展起來(lái)的，因此，大量的精力被花在提高它們的可行性、減小它們的成本、擴(kuò)大它們的應(yīng)用范圍以及改善它們的結(jié)構(gòu)上。本發(fā)明提供了幾種獨(dú)特新穎的技術(shù)，包括一些新方法以及新裝置的使用，它們有利地提高了短聚集體樁墩的可行性，降低了成本，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍和/或改善了它們的結(jié)構(gòu)。
在某些土壤環(huán)境中，基土的荷載支撐特性限制了短聚集體樁墩的可行性。這些特性包括土壤的剪切強(qiáng)度，壓縮特性、壓實(shí)性、密度以及水滲透性或親水性。例如，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，尤其在松散或松軟的土壤環(huán)境中，根據(jù)已知的技術(shù)所構(gòu)建成的短聚集體樁墩，當(dāng)支撐荷載作用于短聚集體樁墩時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不期望程度的沉降。此外，還認(rèn)識(shí)到，在已知的短聚集體樁墩的構(gòu)建過(guò)程中，非常松軟的底土?xí)?dǎo)致材料建設(shè)成本過(guò)高，這是由于例如在搗實(shí)或壓實(shí)的構(gòu)建步驟期間，會(huì)有大量的聚集體石頭被收入短聚集體樁墩的底部球狀部分(bulb)內(nèi)。這些缺點(diǎn)會(huì)限制已知的短聚集體樁墩技術(shù)的可行性。因此，需要提供一些能有利地影響或改善基土和/或與短聚集體樁墩相聯(lián)系的、基土的荷載支撐特性的技術(shù)。此外，還需要提供能擴(kuò)大短聚集體在很寬范圍的土壤組成內(nèi)可行性的短聚集體樁墩的構(gòu)建技術(shù)。
自從目前已知的短聚集體樁墩的發(fā)展以來(lái)，另一個(gè)被認(rèn)識(shí)到的問(wèn)題是關(guān)于“塑性”或“鼓起”土壤環(huán)境的問(wèn)題。這些類(lèi)型的基土的特點(diǎn)是當(dāng)吸入水份時(shí)體積會(huì)發(fā)生很大的變化。這種土壤組成會(huì)產(chǎn)生一些不期望的作用在短聚集體樁墩和周?chē)辽系纳仙?。上升力是不期望其存在的，因?yàn)楸恢蔚慕Y(jié)構(gòu)元件如基腳、墊、橫梁和平板將會(huì)向上移動(dòng)，從而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)損壞和/或損壞地貌。因此需要提供一些能減小在塑性或鼓起的土壤環(huán)境中產(chǎn)生上升力的可能性的短聚集體樁墩技術(shù)。此外，另一種對(duì)已知的短聚集體樁墩的限制是與可液化的土壤環(huán)境(即當(dāng)受到足夠的動(dòng)態(tài)應(yīng)力時(shí)易液化的土壤)有關(guān)的。通常，工程法規(guī)要求在可液化的土壤環(huán)境中所構(gòu)建的結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)具有特定的聚集體排水級(jí)別。目前在薄的墩層內(nèi)沒(méi)有構(gòu)建聚集體排水結(jié)構(gòu)，于是，就不能象利用已知的對(duì)每個(gè)墩層進(jìn)行壓實(shí)的短聚集體技術(shù)(短聚集體樁墩技術(shù))那樣，有效地控制沉降或控制土壤液化。因此需要提供能滿足聚集體排水級(jí)別要求的短聚集體樁墩技術(shù)。
還認(rèn)識(shí)到，已知的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)的另一個(gè)問(wèn)題是由于是在施工現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)建樁墩，因此，在松軟或不穩(wěn)定的土壤環(huán)境中樁墩孔易歪曲、塌落或易被損壞。因此，需要提供在構(gòu)建樁墩期間能減小損壞樁墩孔的可能性的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)。
還認(rèn)識(shí)到，已知的短聚集體樁墩技術(shù)的另一個(gè)問(wèn)題是在構(gòu)建短聚集體樁墩期間，通常被用于對(duì)每個(gè)墩層進(jìn)行壓實(shí)的撞擊荷載，在敏感結(jié)構(gòu)(即較舊的建筑)或埋藏有物體如輸送管道，電纜管道或水管附近的區(qū)域會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。因此，需要提供不會(huì)對(duì)周?chē)舾薪Y(jié)構(gòu)造成危險(xiǎn)的短聚集體樁墩技術(shù)。
使用短聚集體是很理想的，其中的部分原因是它們比較經(jīng)濟(jì)，因此，需要提供與已知的構(gòu)建技術(shù)相比能減小成本的構(gòu)建技術(shù)。還希望提供在構(gòu)建期間能保持受到損害的基土的完整性的構(gòu)建技術(shù)。此外，由于認(rèn)識(shí)到了已知的短聚集體樁墩技術(shù)的一些優(yōu)越性，因此，希望把短聚集體樁墩的應(yīng)用范圍擴(kuò)大到土壤工程領(lǐng)域，包括諸如控制整體穩(wěn)定性，控制側(cè)向荷載阻力、控制滑坡以及控制上升鼓起。最后，還希望提供一些方法和裝置，用于從所構(gòu)建成的短聚集體樁墩獲得應(yīng)力分布和其它數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了前面提到的問(wèn)題，并獲得了所期望的優(yōu)點(diǎn)，本發(fā)明提供了幾種新穎獨(dú)特的方法和裝置，提高了短聚集體樁墩的可行性，增強(qiáng)了短聚集體附近的基土的荷載支撐特性和強(qiáng)度，降低了短聚集體樁墩的構(gòu)建成本，改善了短聚集體樁墩的結(jié)構(gòu)，并且把短聚集體樁墩應(yīng)用于土木工程方面的應(yīng)用，包括控制沉降、提高支撐能力，控制側(cè)向荷載阻力、滑坡以及上升的固定。
A. 改善土壤特性的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一些改善土壤荷載支撐特性的構(gòu)建短聚集體樁墩的方法，以及由這些方法所構(gòu)建的短聚集體樁墩結(jié)構(gòu)。這些技術(shù)包括1)用于對(duì)土壤和短聚集體樁墩進(jìn)行預(yù)先加載的方法和裝置；2)用于向短聚集體樁墩結(jié)構(gòu)提供化學(xué)添加劑的方法；3)用于在短聚集體樁墩內(nèi)采用加強(qiáng)網(wǎng)的方法和由這些方法構(gòu)建的短聚集體樁墩。這些技術(shù)使得短聚集體樁墩在不利的土壤環(huán)境中具有更大的可行性。
1.利用預(yù)先加載或預(yù)先負(fù)載的構(gòu)建技術(shù)a)短聚集體樁墩的預(yù)先負(fù)載或預(yù)先加載短聚集體樁墩是可壓縮的。當(dāng)施加一個(gè)荷載時(shí)，它們就會(huì)輕微膨脹，還會(huì)在聚集體內(nèi)隨著聚集體的壓實(shí)而豎直壓縮。當(dāng)附近的基土壓緊時(shí)，還會(huì)發(fā)生豎直變形，運(yùn)用側(cè)向摩擦力通過(guò)豎直剪切阻力形成荷載阻力。通過(guò)對(duì)一短聚集體樁墩進(jìn)行“預(yù)加載”，使得所發(fā)生的許多變形是不可逆的，并且被永久地消除。這是因?yàn)樵诙叹奂w樁墩本身內(nèi)的非彈性變形(聚集體的壓實(shí))，以及位于短聚集體樁墩周?chē)跋虏康幕恋姆菑椥宰冃蔚木壒?。新的效果就是樁墩“變硬”了，從而?duì)于與第一次被‘預(yù)先加載’時(shí)所產(chǎn)生的相同的變形來(lái)說(shuō)，能被施加更大的荷載。相反，第二次施加相同的荷載將會(huì)導(dǎo)致更小的變形，這是因?yàn)閷?duì)樁墩進(jìn)行了這種預(yù)先加載或預(yù)先負(fù)載，使得樁墩變硬的緣故。
這在用實(shí)物大小的短聚集體樁墩實(shí)驗(yàn)中已經(jīng)得到證實(shí)。在樁墩上已進(jìn)行了大量的荷載試驗(yàn)，在試驗(yàn)中，在施加了最大的所需荷載之后，把這些荷載除去，然后施加第二次荷載，該第二次荷載與前一次的最大荷載大小相同。在一些例子中，第二次加載是在緊接著第一次加載之后進(jìn)行。而在另一些例子中，第二次加載是在第一次加載一天至幾天之后進(jìn)行的。對(duì)于所有的荷增量，對(duì)初始周期和第二周期或預(yù)加載周期均測(cè)出變形。通常，當(dāng)進(jìn)行第二次加載時(shí)，總變形的大約50％被消除了。與因第一次最大加載而造成相同變形的其它荷載，大約為第一次最大加載數(shù)值的150％數(shù)量級(jí)。
同樣，可以利用一液壓千斤頂或其它設(shè)備來(lái)進(jìn)行預(yù)先加載，克服一重的反作用力，例如一重的設(shè)備，重的車(chē)輛或靜載荷。還可通過(guò)一個(gè)插入短聚集體樁墩孔的專(zhuān)門(mén)的裝置來(lái)進(jìn)行。這種裝置通過(guò)與孔周?chē)幕恋木o密接觸而獲得所需的反作用力，并向孔壁施加一個(gè)側(cè)向作用力，同時(shí)提供與基土接觸的一組剪切板。還可以通過(guò)動(dòng)力來(lái)進(jìn)行，例如通過(guò)受控爆炸或通過(guò)下落重物來(lái)進(jìn)行。
b)樁墩的預(yù)加應(yīng)力和預(yù)先加載，鉆進(jìn)樁墩(沉箱墩)，“石頭柱”，和其它的地基元件。
一類(lèi)似的第二次加載或多次再加載，同樣會(huì)對(duì)基土進(jìn)行預(yù)先加載和對(duì)地基元件-基土系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)先加載。對(duì)于不可壓縮材料如鋼和混凝土，元件本身沒(méi)有顯著的非彈性永久變形。然而，在附近的基土內(nèi)以及在下面的基土內(nèi)，這種加載會(huì)造成非彈性變形和預(yù)先加載，這會(huì)導(dǎo)致在相同的載荷下將來(lái)的變形會(huì)減小，或?qū)е驴梢允┘釉龃蟮暮奢d，從而導(dǎo)致與初始時(shí)產(chǎn)生相同大小的變形。
上面所討論的這些對(duì)樁墩、鉆進(jìn)樁墩和其它不可壓縮的地基元件進(jìn)行的預(yù)加應(yīng)力和預(yù)先加載的關(guān)系，在大量的特定種類(lèi)的聚集體樁墩荷載實(shí)驗(yàn)中已被證實(shí)了，在這些實(shí)驗(yàn)中，安裝了指示器。指示器(見(jiàn)下面的#14)是一些鋼板和桿裝置，被放置在被測(cè)的樁墩的底部，以便確定樁墩底部所發(fā)生的偏移值。樁墩底部的偏移值與樁墩頂部的偏移值之間的差，等于加載時(shí)樁墩內(nèi)的壓縮量。在再循環(huán)試驗(yàn)期間，可以看出，全部偏移的值(在短聚集體樁墩頂部測(cè)得的偏移)超出由樁墩本身的壓縮所造成的樁墩的壓縮變形值(等于在短聚集體樁墩頂部測(cè)得的偏移值減去所測(cè)得的值)。在再循環(huán)試驗(yàn)中所測(cè)得的全部偏移值與樁墩壓縮變形之間的差值表示被減小的偏移，這個(gè)偏移如果在短聚集體樁墩是不可壓縮的(與土壤相比)，如基本上是混凝土和鋼材的情況下是會(huì)產(chǎn)生的。這就表明在施加相同的荷載情況下，當(dāng)施加第二次荷載時(shí)，對(duì)其它的地基系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)先加載和預(yù)先負(fù)載會(huì)導(dǎo)致較小的豎直偏移，或者說(shuō)，施加第二次荷載時(shí)，要產(chǎn)生相同的偏移量，就需要獲得更大的荷載。預(yù)先加載可以通過(guò)支頂一重的反作用力或通過(guò)一專(zhuān)門(mén)裝置來(lái)進(jìn)行，這在上面的(a)中已經(jīng)描述過(guò)了。還可以通過(guò)動(dòng)力作用來(lái)施加，例如通過(guò)受控爆炸或通過(guò)一下落重物來(lái)進(jìn)行。
2.利用化學(xué)添加劑的構(gòu)建技術(shù)可將化學(xué)添加劑加入短聚集體樁墩內(nèi)的聚集體內(nèi)，可以通過(guò)與聚集體混合或通過(guò)放置在聚集體墩層之間，或通過(guò)放置在孔內(nèi)的聚集體周邊?；瘜W(xué)添加劑將與聚集體及附近的基土進(jìn)行反應(yīng)和化合。與基土的化學(xué)反應(yīng)是公知的，對(duì)于大多數(shù)化學(xué)添加劑來(lái)說(shuō)，這種方法中所用的化學(xué)添加劑包括水泥，熟石灰，生石灰，煙灰。例如，生石灰可以被加入聚集體樁墩，以提高剪切強(qiáng)度和改善附近土壤的壓縮特性。最終結(jié)果是增強(qiáng)了土壤的強(qiáng)度，提高了化學(xué)輔助的短聚集體樁墩系統(tǒng)的效率。
3.利用加強(qiáng)網(wǎng)或加強(qiáng)地纖維的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)可以把地柵或合成金屬網(wǎng)或地纖維水平地放置在聚集體墩層之間，以增大短聚集體的硬度，或者是，豎直地放置在短聚集體樁墩的周邊，以便減小樁墩在松軟的可壓縮的基土材料內(nèi)的膨脹。在短聚集體樁墩內(nèi)利用地柵或合成網(wǎng)或金屬網(wǎng)或地纖維材料，將會(huì)導(dǎo)致有效的和足夠的壓力阻力，以及有效地增大側(cè)向剪切阻力，使樁墩變硬。在一個(gè)試驗(yàn)性的短聚集體樁墩標(biāo)準(zhǔn)荷載試驗(yàn)中已采用了地柵。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)用沿著短聚集體樁墩周邊豎直放置的地柵包裹樁墩時(shí)，就能限制樁墩的膨脹和側(cè)向位移。
B.增大短聚集體樁墩可行性的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及用于構(gòu)建短聚集體的一些方法，用于增大短聚集體樁墩可行性。這些技術(shù)包括1)利用選擇級(jí)別的聚集體構(gòu)建短聚集體樁墩的技術(shù)；2)用于減小摩擦的短聚集體構(gòu)建技術(shù)；3)用于控制土壤液化的短聚集體構(gòu)建技術(shù)；4)非撞擊短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)；5)在短聚集體樁墩內(nèi)使用沙、土壤、低下沉或無(wú)下沉材料，“輥混凝土(roller concrete)”，或其它就地材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，這些實(shí)施短聚集體樁墩的技術(shù)使短聚集體樁墩的可行性擴(kuò)大到一個(gè)更寬的土壤范圍。
1.利用選擇級(jí)別的聚集體的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)本發(fā)明依據(jù)本發(fā)明人的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)為了增大作為土壤加強(qiáng)元件的有效性，構(gòu)建短聚集體樁墩需要使用不同級(jí)別的聚集體，把它們用于地下水位以下、和用于構(gòu)建作為短聚集體樁墩一部分的底部球(bulb)?！跋磧舻摹被颉案蓛舻摹笔^，如最大為1至1.5英寸的尺寸級(jí)別的石頭，其中的細(xì)沙，淤泥和泥土已被除去或被限制到很小的百分比，這些“洗凈的”或“干凈的”石頭通常用于制造底部墩層，形成一“底部球”。如果下面的土壤非常松軟，那么會(huì)由于相對(duì)于這些非常松軟的土壤而言，搗實(shí)器的能量過(guò)大，這些1至1.5英寸的洗凈的石頭會(huì)導(dǎo)致球狀部分太深。在現(xiàn)有技術(shù)中已用這些1至1.5英寸的洗凈的石頭來(lái)構(gòu)建底部球狀部分。對(duì)于這種情況，一種更大的石頭，用如3英寸或4英寸左右的石頭來(lái)代替1至1.5英寸直徑的石頭。結(jié)果會(huì)使得球狀部分較短，并且較大的石頭對(duì)搗實(shí)能量進(jìn)行了緩沖。另一種可以利用的技術(shù)是把兩個(gè)級(jí)別或更多個(gè)級(jí)別的石頭混合在一起，以形成一所期望級(jí)別的石頭。例如，#57石頭(最大尺寸為1至1.5英寸的洗凈的石頭)與#68石頭混合。另一技術(shù)是把不同級(jí)別的石頭進(jìn)行相互重疊。開(kāi)始也可以采用更大直徑的3英寸或4英寸(或6英寸)的石頭。在構(gòu)建成一個(gè)或多個(gè)這種石頭的墩層之后，可以加入1至1.5英寸的洗凈的石頭。在構(gòu)建成一個(gè)或多個(gè)這種石頭的墩層之后，可以增加高速公路用的優(yōu)良級(jí)別的基層石頭。
2.用于減小側(cè)面摩擦力的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)通常，短聚集體樁墩與附近的基土應(yīng)產(chǎn)生可能多的側(cè)面摩擦，以便幫助抵抗豎直壓縮力或豎直上升剪切力。然而，當(dāng)土壤會(huì)產(chǎn)生很大的體積變化時(shí)(也被稱(chēng)作“塑性”或“鼓起土壤”)，由于濕度的變化而體積發(fā)生變化的這些土壤的活躍的上部區(qū)域，易把聚集體樁墩拔出或提升起來(lái)。對(duì)于這部分樁墩(不是對(duì)于樁墩的下層的更下方的部分)，減小短聚集體樁墩與基土之間的側(cè)面摩擦是很有利的。根據(jù)本發(fā)明，這可通過(guò)利用太空時(shí)代(space-age)聚合物或膨潤(rùn)土或其它潤(rùn)滑材料來(lái)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還想到利用一些由紙板、塑料、或金屬制成的襯里來(lái)減小活躍區(qū)域內(nèi)的側(cè)面摩擦。
3.用于控制液化的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)短聚集體樁墩能被構(gòu)建成滿足聚集體排水級(jí)別的要求。它們還可以被構(gòu)建成使得可液化土壤內(nèi)的短聚集體樁墩的一部分滿足聚集體排水級(jí)別的要求，而鄰近不可液化土壤的其它部分不必滿足這些排水級(jí)別的要求。這種聚集體排水的獨(dú)特之處在于它是短聚集體樁墩的“聚集體排水”，因此，滿足短聚集體樁墩的所有要求，即，在孔內(nèi)構(gòu)建，用置于薄的墩層內(nèi)的粒狀材料構(gòu)建，通過(guò)對(duì)墩層進(jìn)行搗實(shí)壓實(shí)來(lái)構(gòu)建，對(duì)附近的和下層的土壤進(jìn)行預(yù)先加載和預(yù)加應(yīng)力。
利用特定級(jí)別控制液化是已知的控制液化的方法。然而，迄今為止，還沒(méi)有人利用薄的被壓實(shí)的聚集體墩層，來(lái)構(gòu)建出滿足聚集體排水級(jí)別要求的短聚集體樁墩。與通常的聚集體排水相比，這種聚集體排水的短聚集體樁墩強(qiáng)度更大，基土的強(qiáng)度更大，可壓縮性更小。通常的聚集體排水根本不被壓實(shí)，或是僅僅在厚的墩層(通常為6至10英尺厚或更厚)內(nèi)進(jìn)行壓實(shí)。已表明，聚集體排水壓實(shí)的增強(qiáng)使得聚集體排水更有效。這樣就提供了具有這種聚集體排水級(jí)別的短聚集體墩。
4.非撞擊短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)已知的制造短聚集體樁墩的方法是利用撞錘的撞擊作用所產(chǎn)生的動(dòng)力撞擊力。當(dāng)敏感結(jié)構(gòu)或物體；如埋藏的輸送管道，電纜管道或水管，古老的歷史建筑物等；位于地下，或部分地位于地下，或位于地面以上并位于短聚集體樁墩附近時(shí)，那么就可以構(gòu)建靜力樁墩或用振動(dòng)搗實(shí)器來(lái)構(gòu)建靜力樁墩。用這種方式所構(gòu)建成的短聚集體樁墩在控制沉降或控制上升鼓起或控制側(cè)向作用力方面的效果，通常不如用撞擊方式構(gòu)建的具有相同直徑和桿長(zhǎng)的短聚集體樁墩。然而，這些改進(jìn)的技術(shù)將能保護(hù)短聚集體樁墩構(gòu)建地點(diǎn)附近的敏感物體。雖然平面區(qū)域的每平方英尺的能力小一些，但是系統(tǒng)的總能力卻比得上撞擊短聚集體樁墩系統(tǒng)。這可以通過(guò)下面方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，即1)增大支撐相同結(jié)構(gòu)的樁墩數(shù)目；2)增大每個(gè)樁墩的平均直徑；3)減小樁墩墩層的厚度；4)利用地柵或網(wǎng)；或5)這些方法的組合。
把一有限幅度的振動(dòng)源應(yīng)用于進(jìn)行靜力加載的搗實(shí)器或搗實(shí)器桿上，通常會(huì)使短聚集體樁墩比僅用靜力加載的更豎硬，但不如用動(dòng)力撞擊力及撞擊作用的堅(jiān)硬。為了不損壞附近敏感的建筑結(jié)構(gòu)，墩層可以這樣來(lái)制作，即，與用動(dòng)力撞擊加載所形成的應(yīng)力相比，降低對(duì)附近敏感建筑結(jié)構(gòu)造成損壞的應(yīng)力。
5.在短聚集體樁墩內(nèi)使用沙、土壤，“輥混凝土”和其它的現(xiàn)場(chǎng)材料除了石頭聚集體、沙、土壤以外，還可以把經(jīng)化學(xué)處理的土壤或“輥混凝土”用作短聚集體樁墩的建筑材料。沙或其它土壤可以從商家引進(jìn)，或者是使用建筑地點(diǎn)或中間區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)的沙和土壤?！拜伝炷痢笨稍诂F(xiàn)場(chǎng)制作，或從混合工廠運(yùn)送到現(xiàn)場(chǎng)。在制作短聚集體樁墩過(guò)程中，還保留了基本的步驟，這些步驟為構(gòu)建一孔，對(duì)孔底的土壤進(jìn)行壓實(shí)和預(yù)先加載/預(yù)加應(yīng)力，通過(guò)把材料放入薄的墩層內(nèi)并進(jìn)行壓實(shí)來(lái)構(gòu)建短聚集體樁墩桿。不同點(diǎn)在于這些材料不必是石頭聚集體。實(shí)驗(yàn)室里做的小規(guī)模領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)驗(yàn)已表明，沙、經(jīng)化學(xué)處理的沙、和經(jīng)化學(xué)處理的土壤(淤泥和泥土)、和在沙中混合有合成物的或放入層中的土壤，能有效地用作短聚集體樁墩的建筑材料。在實(shí)驗(yàn)中最常用的且被認(rèn)為最適合于構(gòu)建短聚集體樁墩的化學(xué)物質(zhì)為水泥、熟石灰、生石灰和煙灰?！拜伝炷痢庇捎谑堑蜐穸取⒌统两祷驘o(wú)沉降混凝土，具有與土壤類(lèi)似的作用，因此，可以放置在或壓實(shí)在薄的墩層內(nèi)。
C.用于降低短聚集體樁墩制造成本的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)本發(fā)明的另一方面涉及用于降低短聚集體制造成本或改善它們的結(jié)構(gòu)的一些方法。這些技術(shù)包括1廿用不同直徑墩層的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)；2)利用回收利用的相互鎖緊的混凝土聚集體的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)；3)利用套管對(duì)樁墩孔進(jìn)行保護(hù)的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)；4)在短聚集體樁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部、附近或下部利用荷載傳感器、荷載光電元件或壓力光電元件(cell)的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)。這些技術(shù)降低了構(gòu)建成本，改善了短聚集體樁墩的結(jié)構(gòu)。
1.利用不同直徑的墩層的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)已知的短聚集體樁墩被制作成具有單一直徑或相同矩形橫斷面的形狀。通過(guò)把樁墩設(shè)計(jì)并構(gòu)建成具有兩個(gè)或更多個(gè)直徑，或兩個(gè)或更多個(gè)矩形橫斷面積，樁墩的下部的直徑或橫斷面積越小，而上部的直徑或橫斷面積越大，就可以更有效地利用石頭和搗實(shí)能量。已經(jīng)知道，結(jié)構(gòu)載體所形成的應(yīng)力隨著短聚集體樁墩單元內(nèi)的深度的增加而消失或減小。通過(guò)把短聚集體樁墩的下部的直徑構(gòu)建得更小，(或矩形橫斷面積做得更小)，就能在關(guān)于1)聚集體材料；(2)鉆進(jìn)；(3)進(jìn)行所需的壓實(shí)這些方面利用較小的應(yīng)力，并能節(jié)約時(shí)間和成本。
2.利用回收的或相互鎖定的混凝土聚集體在構(gòu)建短聚集體樁墩時(shí)，可以利用實(shí)用的回收來(lái)的被重?fù)v碎級(jí)別的混凝土，來(lái)代替商場(chǎng)上購(gòu)得的被分成級(jí)別的聚集體。它的優(yōu)點(diǎn)包括1)對(duì)于每噸材料的成本來(lái)說(shuō)，回收來(lái)的混凝土的成本要低于經(jīng)加工的市場(chǎng)上的分成級(jí)別的聚集體的成本。2)回收來(lái)的混凝土的邊緣通常是尖銳的，且通過(guò)比市場(chǎng)上分成級(jí)別的聚集體的相應(yīng)邊緣更尖銳。當(dāng)市場(chǎng)上的分級(jí)別的聚集體原材料為具有圓表面的堅(jiān)硬的或沖積的石頭時(shí)，情況就是這樣。較尖的邊緣會(huì)導(dǎo)致更大的摩擦剪切力，以及顆粒之間能更有效地相互結(jié)合鎖定。這又會(huì)使短聚集體樁墩更強(qiáng)；3)本發(fā)明認(rèn)識(shí)到的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，通常包括硅酸鹽水泥和石灰的原始混凝土內(nèi)所含的化學(xué)物質(zhì)，在混凝土使用許多年之后仍然具有部分活性。這些化學(xué)物質(zhì)通過(guò)形成在聚集體本身內(nèi)形成結(jié)合劑或進(jìn)行膠結(jié)作用，以及通過(guò)與附近土壤的化學(xué)化合，使聚集體得以改善。
3.利用套管保護(hù)樁墩孔的短聚集體構(gòu)建技術(shù)在構(gòu)建短聚集體樁墩期間，可以利用臨時(shí)套管來(lái)使短聚集體樁墩孔保持敞開(kāi)。使用套管的唯一要求是套管必須以短的豎直增量被提升，這個(gè)短的豎直增量基本等于設(shè)置的聚集體的墩層厚度，這樣在對(duì)每個(gè)墩層進(jìn)行壓實(shí)期間，就允許進(jìn)行側(cè)向土壤預(yù)加載、預(yù)加應(yīng)力和壓實(shí)。如果在對(duì)每個(gè)墩層進(jìn)行壓實(shí)期間，襯里不被提升，那么就不能進(jìn)行側(cè)向預(yù)加載和預(yù)加應(yīng)力。此外，提升襯里可以防止襯里包含被壓實(shí)的聚集體“塞”(plugs)，如果在臨時(shí)套管內(nèi)對(duì)這種聚集體進(jìn)行壓實(shí)，就會(huì)發(fā)生這種聚集體“塞”。這些“塞”不允除去或很難除去，這是因?yàn)樵诰奂w與襯里之間具有很高的摩擦系數(shù)和很高的側(cè)向作用力。套管可通過(guò)專(zhuān)門(mén)的提升裝置來(lái)提升，例如起重機(jī)，叉車(chē)，挖掘機(jī)，或其它的建筑設(shè)備。
4.在樁墩結(jié)構(gòu)內(nèi)利用荷載傳感器或壓力傳感器的短聚集體樁墩構(gòu)建技術(shù)根據(jù)本發(fā)明，荷載傳感器或荷載敏感元件可以被放置在短聚集體樁墩內(nèi)部，以便確定短聚集體樁墩不同深度內(nèi)的應(yīng)力大小。這些數(shù)據(jù)可用于評(píng)估短聚集體樁墩內(nèi)的應(yīng)力分布，這個(gè)應(yīng)力分布又可用于更好地弄清短聚集體樁墩是怎樣起作用的，以及更好的標(biāo)定樁墩的能力。此外，壓力光電元件可安裝在短聚集體樁墩內(nèi)一些部分內(nèi)。這些壓力光電元件可以被啟動(dòng)，產(chǎn)生壓力，使光電元件膨脹，并在短聚集體樁墩一些部分上向上和向下推動(dòng)。這就會(huì)使短聚集體樁墩發(fā)生移動(dòng)或變形。測(cè)量這些移動(dòng)就能提供關(guān)于樁墩硬度和樁墩支撐能力的數(shù)據(jù)信息，這些數(shù)據(jù)信息被用于樁墩設(shè)計(jì)。由一個(gè)固定在豎直元件上的底部元件構(gòu)成的指示器可以放置在短聚集體樁墩內(nèi)，以便在荷載測(cè)試或在實(shí)際的結(jié)構(gòu)加載期間對(duì)測(cè)量裝置下部所發(fā)生的移動(dòng)和變形進(jìn)行測(cè)量。這可用于更好地估算和弄清短聚集體樁墩的荷載-變形之間的特性。
5.測(cè)試短聚集體樁墩特性的技術(shù)根據(jù)本發(fā)明，還提供了用于測(cè)試短聚集體樁墩的諸如硬度的特性的技術(shù)，短聚集體樁墩也被稱(chēng)作地樁墩(GEOPIER)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，載荷傳遞元件(通常為搗實(shí)裝置)與一校準(zhǔn)的壓力或荷載測(cè)量裝置被一前一后地設(shè)置在樁墩上，以便確定所施加荷載的數(shù)值大小。一偏移測(cè)量裝置設(shè)置在荷載傳遞元件上，或設(shè)置在其它與短聚集體樁墩的頂部形成一個(gè)整體的參考位置處。當(dāng)荷載通過(guò)荷載傳遞元件施加到樁墩的頂部時(shí)，利用荷載測(cè)量裝置對(duì)荷載進(jìn)行測(cè)量，利用偏移測(cè)量裝置對(duì)向下的偏移進(jìn)行測(cè)量。從所測(cè)量到的荷載和偏移就可以計(jì)算出樁墩的硬度。
本發(fā)明的這個(gè)獨(dú)特的特征能對(duì)短聚集體樁墩的諸如硬度系數(shù)的特性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。本發(fā)明能把偏移測(cè)量數(shù)據(jù)與荷載或壓力測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，用于在剛構(gòu)建之后就立即對(duì)短聚集體樁墩的系數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證。如果硬度不夠或不能被接受，那么就通過(guò)再施加壓實(shí)能量，包括可能的對(duì)樁墩進(jìn)行部分再鉆進(jìn)和再構(gòu)建來(lái)增大硬度?；蛘?，在設(shè)計(jì)中就對(duì)這種不夠的硬度進(jìn)行考慮，于是，保持樁墩的原狀，該樁墩的能力小于比原始設(shè)計(jì)的能力。
D.短聚集體樁墩用于側(cè)向荷載阻力，并用作上升固定器。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，短聚集體樁墩被用于對(duì)土壤進(jìn)行穩(wěn)定，側(cè)向荷載阻力，控制滑坡，并被用作上升固定器。
1.穩(wěn)定土壤，側(cè)向荷載阻力，控制滑坡短聚集體樁墩實(shí)物大小的剪切試驗(yàn)表明，短聚集體樁墩內(nèi)所獲得的剪切強(qiáng)度異乎尋常地高，利用高速公路用的基層石頭摩擦角在50度以上，對(duì)于1至1.5英寸直徑的石頭來(lái)說(shuō)摩擦角為48度。這種很高的剪切強(qiáng)度使得短聚集體樁墩能抵抗側(cè)向作用力，并能抵抗剪切作用力。結(jié)果是，短聚集體樁墩能非常有效地提供土壤穩(wěn)定性，以抵抗土壤或內(nèi)部的剪切損壞。例如，當(dāng)對(duì)由短聚集體樁墩支撐的地基進(jìn)行側(cè)向加載時(shí)，短聚集體樁墩能有效地防止滑坡和防止側(cè)向荷載壓縮。在后一種情況中的摩擦系數(shù)基本等于聚集體樁墩本身的摩擦角的正切值。另一個(gè)短聚集體樁墩對(duì)側(cè)向荷載阻力及土壤穩(wěn)定性作出貢獻(xiàn)的因素是，發(fā)生在樁墩內(nèi)的應(yīng)力集中。
2.上升固定器當(dāng)配備有用于把荷載從樁墩底部傳遞到受到上升力作用的結(jié)構(gòu)的“甲胄”(harness)或裝置時(shí)，短聚集體樁墩就作為很有效的上升固定器。該裝置或甲胄基本上包括一底板或一系列板，與把作用力傳遞到需要上升阻力的地腳、平板或橫梁的豎直棍或管固定在一起。短聚集體樁墩在它本身與基土之間具有很高的摩擦系數(shù)，從而在每英尺深度中提供了特別有效地上升固定器。另一個(gè)對(duì)有效抵抗短聚集體上升力作出貢獻(xiàn)的因素是，在短聚集體樁墩安裝期間所產(chǎn)生的側(cè)向土壤應(yīng)力。這些固定器可以是永久的或是臨時(shí)的，這取決于使用情況。大量的上升荷載測(cè)試實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，具有應(yīng)力傳遞機(jī)構(gòu)的短聚集體樁墩系統(tǒng)具有很高的下上升能力。
在后面的詳細(xì)描述中將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、新的特征、和應(yīng)用范圍，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員一旦查閱下面的描述之后更能清楚的理解，或者是通過(guò)實(shí)施本發(fā)明來(lái)了解。通過(guò)所附權(quán)利要求書(shū)中所指出的內(nèi)容和組合可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些優(yōu)點(diǎn)。


附圖與下面的描述結(jié)合在一起，構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，這些附圖與說(shuō)明書(shū)一起描述了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例，用于解釋本發(fā)明的原理。附圖只是用于描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的目的，不能被解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件圖1A-1D是根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的預(yù)加載裝置的前視圖、頂視圖、側(cè)視圖和剖面圖；圖2A-2C表示根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例的一種對(duì)短集體樁墩進(jìn)行預(yù)加載方法的一些步驟；圖3A-3C表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的外部預(yù)加載方法；
圖4A-4D表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的向短聚集體樁墩中的聚集體提供化學(xué)添加劑的方法；圖5A-5B表示根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的提供聚集體的分層的方法；圖6A-6B表示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于減小短聚集體樁墩結(jié)構(gòu)內(nèi)的摩擦的方法和裝置；圖7表示根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例的用于液化控制的短聚集體樁墩方法；圖8A-8B表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的一種采用網(wǎng)格插件來(lái)加強(qiáng)短聚集體樁墩和基土；圖9A-9B表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在短聚集體樁墩內(nèi)提供可變直徑提升機(jī)構(gòu)的方法，和利用可變直徑提升機(jī)構(gòu)的裝置；圖10A-10D表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，利用臨時(shí)套管構(gòu)建一短聚集體樁墩的方法；圖11A-11D表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，短聚集體樁墩的非撞擊壓實(shí)的方法；圖12A-12D表示根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，在短聚集體樁墩實(shí)施中利用回收的混凝土聚集體的方法；圖13A-13D表示根據(jù)本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例，在實(shí)施短聚集體樁墩的提升機(jī)構(gòu)內(nèi)利用沙、“輥混凝土”或其它材料的方法；圖14表示根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，利用短聚集體樁墩提供側(cè)向荷載阻力的方法和裝置；圖15表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，利用短聚集體樁墩提供滑坡控制的方法和裝置；圖16表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，利用短聚集體樁墩提供提升控制的方法和裝置；圖17表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，在短聚集體樁墩內(nèi)利用荷載傳感器，壓力傳感器，或應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器的方法和裝置；圖18A和18B表示確定短聚集體樁墩特性的技術(shù)；圖19表示可用于壓實(shí)一聚集體的壓實(shí)機(jī)構(gòu)的平面圖；和圖20是大致沿圖19中20-20線的壓實(shí)裝置的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1A至1D表示一在短聚集體樁墩孔內(nèi)對(duì)基土進(jìn)行預(yù)加載和預(yù)加應(yīng)力的裝置。圖1A是一頂視圖。預(yù)加載裝置100通常由一對(duì)半殼102A和102B組成，這一對(duì)半殼可移動(dòng)地相互連接，用于提供抵壓著短聚集體墩孔101的壁向內(nèi)和向外的移動(dòng)。半殼102A和102B完全相同，因此，在此只描述其中的一個(gè)半殼，應(yīng)當(dāng)知道，相對(duì)的半殼具有相同的部件。半殼102A通常由一圓筒外壁103A組成，該圓筒外壁103A設(shè)有一系列大致水平的突肋元件120。這些肋元件120的目的是提高傳遞給孔壁101的剪切阻力。利用一系列或一行列水平的和垂直的突緣來(lái)加強(qiáng)圓筒壁103A。上部突緣104A設(shè)有一大致呈圓形的周邊，該周邊的形狀與圓筒壁103A的內(nèi)側(cè)配合。上部突緣104A可通過(guò)傳統(tǒng)的方法，如焊接或螺紋連接器與圓筒外壁103相連。另外，參照?qǐng)D1B，下部突緣106A以與上部突緣104A類(lèi)似的方式固定在圓筒外壁103A的下部。上部和下部突緣104A，106A分別對(duì)圓筒外壁進(jìn)行加強(qiáng)，并提供一個(gè)表面，伸縮元件可以固定在這個(gè)表面上，以便當(dāng)外殼被插入短聚集體樁墩孔內(nèi)時(shí)引導(dǎo)和穩(wěn)定半殼102A和102B的相互移動(dòng)。
上部導(dǎo)向管108A通過(guò)適當(dāng)?shù)姆绞饺绾附又Ъ芎吐菁y連接器被固定在上部突緣104A的一下部表面上。類(lèi)似地，下部導(dǎo)管110A被固定在下部突緣106A的一上部表面上。每根導(dǎo)管與一導(dǎo)桿協(xié)作，進(jìn)行定位或伸縮移動(dòng)。就象從圖1B中最清楚地看到那樣，每根導(dǎo)桿112具有被插入相對(duì)的導(dǎo)管108A，108B內(nèi)的端部。在圖示實(shí)施例中，設(shè)置了四根導(dǎo)桿和四根導(dǎo)管，以便引導(dǎo)移動(dòng)和穩(wěn)定圓筒外壁103A。正如從圖1B中所看到的那樣，每根導(dǎo)桿112的端部被一彈簧裝置如一彈性或彈性材料緊靠著，當(dāng)圓筒壁半殼102A和102B相互向內(nèi)和向外相對(duì)移動(dòng)時(shí)，該彈性裝置具有對(duì)導(dǎo)桿相對(duì)于導(dǎo)管的移動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定的作用。
設(shè)置在半殼102A和102B之間的是一水平支撐板118，該水平支撐板與每個(gè)半殼102A和102B上的槽元件116A和116B協(xié)作。每個(gè)槽元件116A和116B可以做成一矩形盒，該矩形盒連接到半殼102A和102B上，半殼102A和102B所具有的的內(nèi)部尺寸大小，能使支撐板118可滑動(dòng)地容納在其內(nèi)。彈性元件設(shè)置在支撐板槽元件116A和116B內(nèi)，并適合于緊靠著支撐板118的端部，以便對(duì)它的移動(dòng)進(jìn)行穩(wěn)定。彈性元件122的作用就是當(dāng)半殼102A和102B被強(qiáng)制向外相互移離時(shí)，防止槽116內(nèi)的支撐板的“卡死”。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，支撐板118提供一個(gè)支撐表面124，在這個(gè)支撐表面124上可以設(shè)置一驅(qū)動(dòng)器126，如液壓撞錘、千斤頂活塞或其它延伸元件，以提供向外的作用力，這個(gè)向外的作用力使得半殼102A和102B相互移離或移動(dòng)到一起，從而提供在短聚集體樁墩孔101的壁上提供預(yù)應(yīng)力。
在運(yùn)作中，首先，把前面所提到的裝置構(gòu)成使半殼102A和102B之間的距離達(dá)到最小，驅(qū)動(dòng)器126具有最小的長(zhǎng)度。然后，利用傳統(tǒng)的裝置如吊車(chē)或起重機(jī)把預(yù)加載裝置100下放到一短聚集體樁墩孔101內(nèi)。參照?qǐng)D2A，一旦把預(yù)加載裝置100插入到位，一側(cè)向應(yīng)力和一垂直應(yīng)力都作用在地墩上。側(cè)向應(yīng)力是由預(yù)加載裝置100通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)器126進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在半殼102A和102B之間形成向外的相對(duì)移動(dòng)而施加的。同時(shí)，一垂直荷載作用在臨時(shí)放在完成的短聚集體樁墩頂部的一鋼板上。當(dāng)在垂直方向和側(cè)向方向上都施加了適當(dāng)?shù)暮奢d之后，通過(guò)反向驅(qū)動(dòng)千斤頂活塞126縮回預(yù)加載裝置。然后，移去預(yù)加載裝置和臨時(shí)鋼板，參照?qǐng)D2B，現(xiàn)在預(yù)加應(yīng)力的孔就已準(zhǔn)備好來(lái)支撐結(jié)構(gòu)元件(如基腳)了。參照?qǐng)D2C，結(jié)構(gòu)基腳130作用在樁墩的上部表面上。于是在基部上構(gòu)建成了該構(gòu)件，該構(gòu)件通過(guò)基腳、通過(guò)樁墩來(lái)施加結(jié)構(gòu)荷載。
圖3A至圖3C表示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的外部預(yù)加載的方法。參照?qǐng)D3A，通過(guò)利用放置在一平面元件306頂部的一鋼板304，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)已形成的由附圖標(biāo)記302所表示的樁墩最上墩層進(jìn)行預(yù)加載。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，這個(gè)方法的執(zhí)行過(guò)程如下首先，把構(gòu)成每墩層的聚集體材料放到短聚集體樁墩孔301內(nèi)并將其壓實(shí)。然后，把元件306和鋼板304放在聚集體的頂部。接著，利用一傳統(tǒng)的加載裝置如液壓撞錘，或通過(guò)在地墩的頂部放一件大的機(jī)械設(shè)備，以便把向下的作用力集中在鋼板304上，從而把一個(gè)向下的作用力施加到該墩上。在對(duì)樁墩上進(jìn)行預(yù)加載之后，除去元件306中的鋼板。如圖3C所示，接著在樁墩上放置一基腳308。這樣，就通過(guò)該基腳向樁墩施加了結(jié)構(gòu)荷載。
圖4A和4B表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例在短聚集體樁墩結(jié)構(gòu)內(nèi)向聚集體提供化學(xué)添加劑的方法。如圖4A所示，在形成地墩的每一墩層期間，向聚集體加入化學(xué)添加劑。適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)添加劑可包括水泥，熟石灰，生石灰，煙灰等。參照?qǐng)D4B，最后形成的樁墩包括許多墩層，這些墩層中的每一墩層都包括化學(xué)添加劑與聚集體的適當(dāng)混合物，以便獲得適當(dāng)?shù)哪嗤恋膹?qiáng)化和穩(wěn)定特性。圖4C和4D表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例向樁墩孔提供化學(xué)添加劑的另一種方法。參照?qǐng)D4C，在把聚集體插入樁墩孔101內(nèi)之前，用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)添加劑對(duì)樁墩孔101進(jìn)行襯里，然后利用傳統(tǒng)的技術(shù)形成一墩層402。在放入用于第二最下墩層的聚集體之前，在放入用于構(gòu)建下一墩層的聚集體之前，再次加入適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)添加劑，對(duì)樁墩孔進(jìn)行襯里。這個(gè)過(guò)程的執(zhí)行直到地墩被構(gòu)建到一適當(dāng)?shù)母叨葹橹?，從而形成圖4D所示的結(jié)構(gòu)，在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，化學(xué)添加劑作為一周邊層，它環(huán)繞在每個(gè)墩層的地層周?chē)?br> 圖5A和5B表示根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，形成聚集體的分層的方法。參照?qǐng)D5A，圖中表示出了一短聚集體樁墩結(jié)構(gòu)，這種短聚集體在剛硬或稠密泥土中是特別有利的。一底墩層502是由干凈的或洗凈的石頭如57號(hào)石頭形成的。底部球狀部分是利用撞擊能撞擊而建成的。利用洗凈或干凈的石頭的優(yōu)點(diǎn)是，應(yīng)力能更有效地傳遞到下部的基土，這是由于粒與粒之間的接觸的緣故，從而最終形成的底部球狀部分也就更加穩(wěn)定。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是洗爭(zhēng)的或干凈的石頭在水下是穩(wěn)定的。后一個(gè)前部墩層504是用分級(jí)的基層石頭(graded base course stone)形成，它是采用與形成球狀部分502的類(lèi)似力來(lái)形成的一壓實(shí)的墩層。采用分級(jí)的基層石頭的優(yōu)點(diǎn)在于，與洗凈或干凈的石頭相比孔隙率較低，密度更高，硬度更大。位于壓實(shí)的墩層504頂部的是一松散的墩層506，通過(guò)采用與用于壓實(shí)的墩層504的相類(lèi)似的力，對(duì)該松散的墩層506進(jìn)行壓實(shí)。通過(guò)這種方式，就可以利用聚集體的分層來(lái)獲得樁墩在堅(jiān)硬或密實(shí)泥土中所期望的支撐特性。參照?qǐng)D5B，圖中表示出了一種在松軟或松散泥土中很有利的樁墩結(jié)構(gòu)。在這個(gè)實(shí)施例中，在樁墩球狀部分508內(nèi)采用更大級(jí)的石頭，如3英寸左右的石頭。位于這個(gè)更大石頭的球狀部分頂部的是，利用聚集體例如57號(hào)石頭并用傳統(tǒng)的技術(shù)和適當(dāng)?shù)牧M(jìn)行壓實(shí)所形成的壓實(shí)的墩層。位于壓實(shí)的墩層510頂部的是被分級(jí)的基層石頭形成的一松散的墩層512。這種結(jié)構(gòu)在松軟或松散泥土中是很有利的，這是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)能部分地減弱撞擊力的能量，從而導(dǎo)致底部球狀部分的體積減小。
圖6A和6B表示出了根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，用于減小短聚集體樁墩結(jié)構(gòu)內(nèi)的摩擦的方法和裝置。在基土602中所示出的虛線604表示泥土中的非活躍區(qū)域和活躍區(qū)域，其中的非活躍區(qū)域606位于活躍區(qū)域608下部。根據(jù)本發(fā)明，在樁墩孔的外周邊上提供化學(xué)潤(rùn)滑劑610。潤(rùn)滑劑610的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)活躍區(qū)域內(nèi)的泥土膨脹時(shí)，減小作用在樁墩600上部的剪切力。這種向上的剪切力的缺點(diǎn)是造成不穩(wěn)定，這是由于在泥土膨脹期間樁墩向上移動(dòng)所產(chǎn)生的膨脹和收縮力的緣故。圖6B表示出了本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中，潤(rùn)滑劑層610被用作塑性或紙板襯里，該襯里可以設(shè)有用于減小摩擦的化學(xué)涂層。圖6A所示的實(shí)施例是通過(guò)在墩層成形之前沿著樁墩孔的壁提供化學(xué)潤(rùn)滑劑層而構(gòu)成的。參照?qǐng)D6B，在壓實(shí)塑性或紙板襯里所包圍的墩層之前，把塑性或紙板襯里插入。
圖7表示根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例用于液化控制的方法。圖中參考線702是非溶解泥土704和可溶解泥土706之間的分界線。線708是可溶解泥土區(qū)域706和非溶解泥土710之間的分界線。根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，采用通常的方式來(lái)形成樁墩球狀部分712。然而，在溶解泥土區(qū)域706內(nèi)的一些墩層714，是用滿足例如由加州大學(xué)伯克利分校的Dr.H.Bolton Seed，Seed，H.B.和Booker，J.R.，于1976年4月所寫(xiě)的技術(shù)文章中所規(guī)定的聚集體排水等級(jí)的聚集體來(lái)構(gòu)建的。那些在非溶解泥土710內(nèi)位于分界線708之上的墩層可以用通常的方式來(lái)構(gòu)建。
圖8A和8B表示出了根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，用于對(duì)短聚集體樁墩和基土進(jìn)行加強(qiáng)的方法和裝置。圖8A表示出了一系列地柵或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水平貼盤(pán)802。盤(pán)的材料包括如地柵(TENSAR地柵或MIRAFI地柵)，地纖維如MIRAFI或AMOCO或絲網(wǎng)。采用水平貼盤(pán)所具有的優(yōu)點(diǎn)是張力加強(qiáng)元件將允許形成更高的密實(shí)度，從而導(dǎo)致更堅(jiān)硬的短聚集體樁墩。參照?qǐng)D8B，在本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，地柵(GEOGRID)或網(wǎng)805被豎直地環(huán)繞在樁墩周邊。根據(jù)這個(gè)實(shí)施例的樁墩的構(gòu)成，包括在構(gòu)建墩層單元804之前對(duì)短聚集體樁墩孔進(jìn)行襯里從而形成所說(shuō)的網(wǎng)或地柵。利用地柵、地纖維(GIOFABRIC)或絲網(wǎng)來(lái)形成豎直加強(qiáng)部分的優(yōu)點(diǎn)在于，限制在非常弱的泥土如沼澤地中的側(cè)向膨脹。
圖9A和9B表示出了在短聚集體樁墩構(gòu)造中形成可變直徑墩層的方法和裝置。圖9A表示出了用于鉆出可變直徑的短聚集體樁墩孔的裝置。該裝置包括用于鉆進(jìn)到第一深度D1的一第一小直徑螺旋鉆頭902。該裝置還包括一第二螺旋鉆頭904，該螺旋鉆頭904的直徑大于螺旋鉆頭902的直徑，并用于鉆進(jìn)深度達(dá)D2的一部分地樁墩孔。螺旋鉆頭904的直徑大于螺旋鉆頭902的直徑。參照?qǐng)D9B，可變直徑地樁墩的構(gòu)建首先是在較小直徑部分構(gòu)建墩層，這部分墩層由附圖標(biāo)記906表示。然后在地樁墩孔的較大直徑部分內(nèi)構(gòu)建較大直徑的墩層908。對(duì)用反鏟挖掘來(lái)代替鉆進(jìn)所形成的地樁墩來(lái)說(shuō)，在樁墩的下部構(gòu)建較小的矩形區(qū)域，而在更高的部分內(nèi)構(gòu)建較大的矩形區(qū)域。
圖10A至10D表示根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，利用臨時(shí)套管來(lái)構(gòu)建短聚集體樁墩的方法。很弱的塌落泥土在鉆進(jìn)地樁墩孔期間不能保持穩(wěn)定，在這些塌落泥土附近鉆進(jìn)時(shí)，使用這些套管是特別有利的。參照?qǐng)D10A，通過(guò)提升纜繩932吊掛著一套管930，提升纜繩932可由一起重機(jī)或其它設(shè)備支撐著。位于套管930內(nèi)的是螺旋鉆頭934，該螺旋鉆頭934的直徑適合從套管930內(nèi)部鉆出泥土。隨著螺旋鉆頭934對(duì)泥土的繼續(xù)鉆進(jìn)，在墩層936的搗實(shí)階段，套管930保留在里面。套管930的底部最好豎直地移動(dòng)從墩層或球狀部分936的最端部移動(dòng)一些，以便在搗實(shí)階段允許膨脹到球狀部分外面。在球狀部分形成之后，些微地提升套管，然后向孔內(nèi)注入聚集體，以形成后一個(gè)墩層。套管930被撤出到一個(gè)適當(dāng)?shù)纳疃?，以便在搗實(shí)階段期間允許膨脹到每個(gè)墩層的外面。
圖10C和10D表示出了在由穩(wěn)定泥土層限制的塌落泥土環(huán)境中采用套管的裝置和方法。線940表示非塌落區(qū)域與塌落區(qū)域942之間的分界線。根據(jù)本發(fā)明，所鉆出的孔944的下端部分具有較小直徑，它比塌落區(qū)域942內(nèi)的直徑稍窄，以便允許套管能適當(dāng)?shù)陌卜?，從而防止塌落泥土進(jìn)入非塌落區(qū)域。參照?qǐng)D10D，樁墩946的下部是采用通常的方式來(lái)構(gòu)建的，其中套管930還保留就位。當(dāng)樁墩946的高度達(dá)到套管930的底端時(shí)，通過(guò)把套管930撤出到一個(gè)允許墩層單元可以向外膨脹到塌落區(qū)域內(nèi)的程度，形成連續(xù)的墩層單元。一旦地樁墩通過(guò)塌落區(qū)域942，套管就可以被撤出，也可以保留就位以便保持上部非塌落區(qū)域的穩(wěn)定性。
圖11A至11D表示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，短聚集體樁墩的非撞擊壓實(shí)方法。參照?qǐng)D11A，該方法首先利用適當(dāng)?shù)穆菪@頭952來(lái)形成一孔950。然后，如圖11B所示，把洗凈的或干凈的石頭或其它適合的聚集體放在孔950的底部。參照?qǐng)D11C，通過(guò)在搗實(shí)元件946上施加一個(gè)非撞擊作用力F，對(duì)墩層單元954進(jìn)行壓實(shí)。根據(jù)本發(fā)明，搗實(shí)作用力F是由一非撞擊裝置提供的，如頂壓一大件機(jī)械設(shè)備或建筑設(shè)備，或通過(guò)靠壓與搗實(shí)機(jī)相連的挖掘機(jī)上的搗實(shí)機(jī)。也就是說(shuō)，利用非撞擊能量，或是一個(gè)靜止作用力，它可以在有限期間內(nèi)被提供。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以施加可選擇的有限振動(dòng)與作用力F相結(jié)合，或用這個(gè)可選擇的有限振動(dòng)來(lái)代替作用力F。利用非撞擊能最后形成圖11所示的樁墩。
圖12A至12D表示出了在實(shí)施短聚集體樁墩中采用回收的混凝土聚集體的方法。參照?qǐng)D12A至12D，短聚集體樁墩的形成是這樣來(lái)進(jìn)行的，用螺旋鉆頭鉆進(jìn)地面中形成孔，然后把洗爭(zhēng)的或干凈的石頭放入孔的底部，隨后如圖12C所示那樣進(jìn)行搗實(shí)，從而形成一底部球狀部分。根據(jù)本發(fā)明，在洗凈的石頭中可混合一些回收的混凝土，或者是用單獨(dú)的回收混凝土來(lái)代替洗凈的石頭，以形成適當(dāng)大小的底部球狀部分?？梢杂没厥盏幕炷羴?lái)代替分級(jí)的聚集體，構(gòu)建后面的短聚集體樁墩的墩層。本發(fā)明中采用回收的混凝土的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)進(jìn)行壓實(shí)時(shí)，所使用鋸齒狀的塊片相互之間易形成更穩(wěn)定的連鎖界面。
參照?qǐng)D13A至13D，根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一種方法，可以采用沙或其它材料來(lái)代替洗爭(zhēng)的石頭或分級(jí)的基層石頭來(lái)構(gòu)建這些墩層?？梢圆捎玫母鞣N材料包括沙和現(xiàn)場(chǎng)的包括沙、淤泥、和粘土的泥土，經(jīng)化學(xué)處理的沙、淤泥和粘土。另一種可采用的材料是“輥混凝土”，也被叫做“不塌落混凝土”。
圖14表示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，利用短聚集體樁墩形成側(cè)向荷載阻力的方法和裝置。在這個(gè)實(shí)施例中，混凝土基腳960受到一側(cè)向荷載L，基腳960被嵌入基土962內(nèi)。根據(jù)這種樁墩結(jié)構(gòu)，由箭頭964所代表的并由N所表示的一個(gè)很高的豎直應(yīng)力，作用在樁墩單元的頂部，它表示豎直的應(yīng)力集中，該應(yīng)力集中產(chǎn)生一很高的正交應(yīng)力，其中的正交應(yīng)力造成很高的側(cè)向阻力。這個(gè)很高的正交應(yīng)力將作用在混凝土基腳的下側(cè)。用于抵抗側(cè)向作用力L的一剪切力S，將由下列基本方程來(lái)確定S＝Ntgφ.φ是短聚集體樁墩的頂部與基腳底部之間形成的摩擦角。通常假設(shè)φ等于短聚集樁墩的內(nèi)摩擦角，對(duì)于壓實(shí)的石頭聚集體來(lái)說(shuō)這個(gè)內(nèi)摩擦角為48度至52度。通過(guò)這種方式，與由短聚集體樁墩所形成的很大的豎直的應(yīng)力集中相結(jié)合，樁墩單元可以被用來(lái)提供相當(dāng)大的側(cè)向荷載阻力。
圖15表示出了根據(jù)本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例，利用短聚集體樁墩進(jìn)行滑坡控制的方法和裝置。一個(gè)土堆970，它可以是一山坡或是其它的土制結(jié)構(gòu)，該土堆970具有一斜坡972和一超載荷974，該超載荷載974作用在它的上部表面上。由于土堆的重量、土堆的形狀、重力荷載和任何的超載荷，在該土堆內(nèi)部會(huì)形成圓弧形或其它潛在的剪切表面976。這些剪切力的阻力是由被攔截的泥土內(nèi)在的剪切阻力提供的。短聚集體樁墩單元通過(guò)三種方式增大現(xiàn)有泥土所提供的剪切阻力——(1)通過(guò)具有很高的內(nèi)部剪切阻力的樁墩單元，(2)通過(guò)短聚集體單元的硬度與基土硬度的對(duì)比關(guān)系使應(yīng)力集中發(fā)生在短聚集體樁墩單元內(nèi)，(3)由于短聚集體樁墩的密度大于基土的密度，從而向經(jīng)短聚集體樁墩加強(qiáng)的土堆增加附加的靜重。
圖16表示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例，利用短聚集體樁墩控制上升的方法和裝置。根據(jù)本發(fā)明的這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，地樁墩單元990設(shè)有一系列上升連桿992，這些上升連桿是由鋼筋條、棍或管制成。這些鋼筋條、輥或管連接在一底板988上。作用在基腳上的上升荷載由上升連桿傳遞到底板。作用在底板上的上升力受到周向剪切阻力996的抵抗，這個(gè)周向剪切阻力996是由波形的短聚集體樁墩與基土之間的界面提供的，并且側(cè)向的基土應(yīng)力994提高了這個(gè)周向剪切阻力996，其中的側(cè)向的基土應(yīng)力994在短聚集體樁墩的安裝期間增大。通過(guò)種方式，樁墩的構(gòu)形可以抵抗上升荷載，從而就能把基腳或其它結(jié)構(gòu)元件固定在周?chē)哪嗤林小?br> 圖17表示出了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，在短聚集體樁墩中利用荷載傳感器、應(yīng)力傳感器或壓力傳感器的方法和裝置。從圖17中能看出，在樁墩的墩層單元之間放置一系列荷載光電元件、應(yīng)力傳感器或壓力光電元件999。這些荷載光電元件可以電連接到傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)裝置上，以便在對(duì)短聚集體樁墩進(jìn)行加載期間、或在把全部荷載加在樁墩上之后，確定出樁墩的墩層之間的荷載光電元件中具有的應(yīng)力大小，從而確定出樁墩內(nèi)的應(yīng)力集中和應(yīng)力分布。此外，可以向樁墩的墩層單元之間的壓力光電元件施加壓力，并測(cè)量由所施加的應(yīng)力所導(dǎo)致的變形。
圖18A和18B表示出了根據(jù)本發(fā)明，測(cè)試短聚集體樁墩特性如硬度的技術(shù)。參照?qǐng)D18A，在載荷傳遞元件上，荷載傳遞元件180，如一搗實(shí)裝置，設(shè)有一校準(zhǔn)過(guò)的壓力或荷載測(cè)量裝置184，用于確定所施加的荷載的數(shù)值大小。在荷載傳遞元件180上還設(shè)置有一偏移測(cè)量裝置182。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，荷載測(cè)量裝置184可以包括一應(yīng)變儀或其它用于確定搗實(shí)裝置的桿上或荷載傳遞元件180上的荷載的儀器。偏移測(cè)量裝置182測(cè)量荷載傳遞元件180的位移，從而測(cè)量出短聚集體樁墩190相對(duì)于周?chē)嗤恋奈灰?。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道，偏移測(cè)量裝置182可包括用來(lái)測(cè)量相對(duì)偏移的激光測(cè)量裝置。或者是，偏移測(cè)量裝置182可包括第一壓力元件和一第二壓力元件，其中的第一壓力元件連接在荷載傳遞元件180上，第二壓力元件固定在地面上并與樁墩190相距足夠遠(yuǎn)，以便防止由荷載傳遞元件180所造成的地面偏移。壓力裝置測(cè)量相對(duì)偏移。偏移測(cè)量還可包括水準(zhǔn)測(cè)量裝置或其它裝置。參照?qǐng)D18B，圖中表示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，在這個(gè)實(shí)施例中，荷載測(cè)量裝置被用作荷載或壓力光電元件186，它被放置在搗實(shí)裝置180與短聚集體樁墩190之間。
樁墩硬度可以從所測(cè)的荷載和偏移計(jì)算出來(lái)。根據(jù)下面公式用荷載和偏移的測(cè)量值來(lái)計(jì)算校驗(yàn)系數(shù)Kv＝P/Ay (1)式中，Kv表示校驗(yàn)系數(shù)P表示所施加的荷載；A表示短聚集體樁墩的頂部面積；y表示樁墩的向下的垂直偏移。這樣所確定 出的校驗(yàn)系數(shù)用于表示樁墩的硬度系數(shù)，它對(duì)應(yīng)于通過(guò)外推法所得出的樁墩項(xiàng)目設(shè)計(jì)應(yīng)力，并與在樁墩系數(shù)荷載試驗(yàn)相同的應(yīng)力強(qiáng)度下所測(cè)得的樁墩硬度系數(shù)進(jìn)行比較。
圖19和20表示本發(fā)明的另外的一些實(shí)施例和一些附加的技術(shù)特征。正如前面所討論的那樣，在泥土中形成孔200.，孔200通常是通過(guò)諸如鉆進(jìn)的技術(shù)來(lái)形成的。因此，孔200通常包括向下伸入泥土內(nèi)的圓筒形豎直通道。一般來(lái)說(shuō)，在鉆進(jìn)期間，切割出來(lái)的物質(zhì)或挖出的泥土和巖石被送到地面并被移走。然而，如果泥土被污染了，那么移走這些泥土是不合適的。例如，可能會(huì)遇到禁止把從地面下的污染泥土移走的規(guī)定。即使允許把這些泥土移走，也需要在現(xiàn)場(chǎng)采取補(bǔ)救措施或采用一些改善措施。這就會(huì)導(dǎo)致費(fèi)用增大。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，可采用直徑特別大的鉆具，這種鉆具能把切割出來(lái)的物質(zhì)或挖出的泥土巖石沿側(cè)向擠入孔200周?chē)膫?cè)壁202內(nèi)。這種鉆具將不會(huì)把切割下來(lái)的物質(zhì)送到地面，而是會(huì)把切割下來(lái)的物質(zhì)側(cè)向壓入側(cè)壁內(nèi)。信息資料可以表明或可以相信，具有這種一般特性的鉆具是為深的混凝土樁墩開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的。這種鉆具需要改變螺旋鉆頭的間距并進(jìn)行反向鉆進(jìn)，以便沿側(cè)向驅(qū)動(dòng)切割下來(lái)的物質(zhì)或石屑。
在任何情況下，在形成孔200之后，把聚集體放入孔200內(nèi)，并利用前面所述的方式對(duì)這些聚集體進(jìn)行適當(dāng)?shù)膿v實(shí)或壓實(shí)。然而，壓實(shí)可以利用如圖19和20所示的搗實(shí)裝置或搗實(shí)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種搗實(shí)裝置包括一豎直驅(qū)動(dòng)桿204，可以用不同的裝置來(lái)使該豎直驅(qū)動(dòng)桿204往復(fù)驅(qū)動(dòng)或往復(fù)振動(dòng)。驅(qū)動(dòng)桿204連接有一下部壓實(shí)腳206.壓實(shí)腳206包括一系列豎直通道208、210、212和214通過(guò)。豎直通道208、210、212和214形成使聚集體216從腳206的頂部流動(dòng)到腳206的下部的通道。桿204往復(fù)移動(dòng)，從而允許聚集體216的流動(dòng)，同時(shí)桿204還可以轉(zhuǎn)動(dòng)，例如，如圖19和20中箭頭所示表示的那樣進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)。通過(guò)這種方式，聚集體從通道208，210，212和214送進(jìn)，并以前面所述的方式緊緊地被壓實(shí)或搗實(shí)，從而形成樁墩。對(duì)聚集體216的送進(jìn)或壓實(shí)可以連續(xù)地進(jìn)行或間歇地進(jìn)行。如果操作是間歇性的，那么腳206被抬起一個(gè)增大的距離，以允許聚集體216通過(guò)通道208，210，212和214，然后往復(fù)地驅(qū)動(dòng)并轉(zhuǎn)動(dòng)桿204，以便對(duì)聚集體材料進(jìn)行搗實(shí)或壓實(shí)。然后以增大的步距重復(fù)這個(gè)過(guò)程。
或者，桿204可以以更小的增距被升起，并同時(shí)或間歇地轉(zhuǎn)動(dòng)桿204，以便當(dāng)聚集體落入通過(guò)通道208，210，212和214并移動(dòng)時(shí)，對(duì)聚集體216進(jìn)行壓實(shí)。為了適應(yīng)各種聚集體材料，可以改變通道的數(shù)目和通道的結(jié)構(gòu)及其布置方式。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在沒(méi)有脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和所附權(quán)利要求所限定的范圍的條件下，可以對(duì)這些優(yōu)選的實(shí)施例進(jìn)行改變或修改。
權(quán)利要求
1.一種構(gòu)建對(duì)泥土上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐的短聚集體樁墩的方法，包括步驟a)在泥土中形成一用于放置短聚集體樁墩的孔；b)通過(guò)構(gòu)建一系列聚集體墩層在所述孔內(nèi)形成一短聚集體樁墩；c)加強(qiáng)短聚集體樁墩的支撐特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加強(qiáng)支撐特性的步驟是選自下面一組步驟，即對(duì)泥土進(jìn)行預(yù)先加載，向泥土添加化學(xué)添加劑，向聚集體添加化學(xué)添加劑，利用網(wǎng)狀纖維對(duì)泥土進(jìn)行加強(qiáng)，利用網(wǎng)狀纖維對(duì)短聚集體樁墩進(jìn)行加強(qiáng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加強(qiáng)支撐特性的步驟包括對(duì)泥土進(jìn)行預(yù)先加載的步驟，還包括利用一裝置向孔壁施加作用力的步驟，所說(shuō)裝置包括一對(duì)大致呈半圓筒形的外殼，該外殼與一可擴(kuò)張?jiān)浜?，從而?dāng)可擴(kuò)張?jiān)诳變?nèi)向外膨脹時(shí)，向孔壁施加一作用力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加強(qiáng)支撐特性的步驟包括，通過(guò)在孔內(nèi)形成短聚集體樁墩之前，向泥土添加化學(xué)添加劑來(lái)加強(qiáng)泥土的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中化學(xué)添加劑是選自下面一組物質(zhì)，即水泥，熟石灰，生石灰和煙灰。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加強(qiáng)支撐特性的步驟包括，通過(guò)在由聚集體形成墩層之前，向聚集體添加化學(xué)添加劑來(lái)加強(qiáng)聚集體的步驟。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中化學(xué)添加劑是選自下面一組物質(zhì)，即水泥，熟石灰，生石灰和煙灰。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加強(qiáng)支撐特性的步驟包括，通過(guò)在孔壁內(nèi)設(shè)置網(wǎng)狀纖維，利用網(wǎng)狀纖維加強(qiáng)泥土的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中網(wǎng)狀纖維是選自下面一組物質(zhì)，即金屬網(wǎng)，合成網(wǎng)，地網(wǎng)和地纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加強(qiáng)支撐特性的步驟包括，通過(guò)在短聚集體樁墩的墩層之間設(shè)置網(wǎng)纖維，利用網(wǎng)纖維加強(qiáng)短聚集體樁墩，從而增大短聚集體樁墩的硬度的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中網(wǎng)狀纖維是選自下面一組物質(zhì)，即金屬網(wǎng)，合成網(wǎng)，地網(wǎng)和地纖維。
12.一種構(gòu)建對(duì)泥土上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐的短聚集體樁墩的方法，包括步驟a)在泥土中形成一用于放置短聚集體樁墩的孔；b)通過(guò)構(gòu)建一系列聚集體墩層在所述孔內(nèi)形成一短聚集體樁墩；c)增加短聚集體樁墩的可行性。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中增加可行性的步驟是選自下列一組步驟，即利用可選擇級(jí)別的聚集體，減小樁墩與孔壁之間的側(cè)摩擦，在樁墩內(nèi)構(gòu)建聚集體排水系統(tǒng)，利用非撞擊作用力來(lái)壓實(shí)墩層，利用除石頭聚集體以外的材料來(lái)構(gòu)建短聚集體樁墩。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中增大可行性的步驟包括，在墩層中利用可選擇級(jí)別的聚集體，還包括把兩種或更多種不同聚集體混合在一起以形成墩層。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中增大可行性的步驟包括，減小樁墩與孔壁之間的側(cè)摩擦，還包括在短聚集體樁墩與孔壁之間設(shè)置減小摩擦力的材料。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中減小摩擦力的材料選自于下列一組物質(zhì)，即紙板襯里，塑料襯里，金屬襯里，聚合物襯里和膨潤(rùn)土。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中增大可行性的步驟包括，通過(guò)在墩層內(nèi)設(shè)置粒狀材料并形成薄的墩層，從而在短聚集體樁墩內(nèi)構(gòu)建聚集體排水系統(tǒng)的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中增大可行性的步驟包括，利用非撞擊作用力來(lái)壓實(shí)墩層的步驟，還包括在構(gòu)建短聚集體樁墩期間向每個(gè)墩層施加靜止荷載的步驟。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中還包括在構(gòu)建短聚集體樁墩期間向每個(gè)墩層施加有限幅度的振動(dòng)力的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中增大可行性的步驟包括利用當(dāng)?shù)夭牧蟻?lái)構(gòu)建墩層。
21.一種構(gòu)建對(duì)泥土上的結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐的短聚集體樁墩的方法，包括步驟a)在泥土中形成一用于放置短聚集體樁墩的孔；b)通過(guò)構(gòu)建一系列聚集體墩層在所述孔內(nèi)形成一短聚集體樁墩；c)增強(qiáng)短聚集體樁墩的結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中增強(qiáng)短聚集體樁墩的結(jié)構(gòu)的步驟是選自下列一組步驟，即構(gòu)建具有不同尺寸大小墩層的短聚集體樁墩，利用回收的相互鎖定的混凝土聚集體，設(shè)置一套管以保護(hù)樁墩孔，在樁墩結(jié)構(gòu)內(nèi)采用一荷載傳感器。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中增強(qiáng)短聚集體樁墩的結(jié)構(gòu)的步驟包括，構(gòu)建具有不同尺寸大小墩層的樁墩的步驟，其中形成孔的步驟還包括以下步驟i)在泥土中形成具有第一側(cè)向尺寸的一第一孔ii)在泥土中形成具有第二側(cè)向尺寸的一第二孔，第二側(cè)向尺寸大于第一側(cè)向尺寸；從而這些較小的側(cè)向尺寸導(dǎo)致了構(gòu)建短聚集體樁墩成本的減小。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中增強(qiáng)短聚集體樁墩的結(jié)構(gòu)的步驟包括，利用回收相互鎖定的混凝土聚集體來(lái)構(gòu)建墩層，其中相互鎖定的聚集體是回收混凝土。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中增強(qiáng)短聚集體樁墩的結(jié)構(gòu)的步驟包括，設(shè)置一套管以保護(hù)墩孔的步驟，還包括在構(gòu)建短聚集體樁墩期間，在對(duì)每個(gè)墩層進(jìn)行壓實(shí)之前，大致根據(jù)墩層的厚度以短的豎直增量對(duì)套管進(jìn)行提升。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中增強(qiáng)短聚集體樁墩的結(jié)構(gòu)的步驟包括，在墩層結(jié)構(gòu)內(nèi)采用一荷載傳感器或壓力光電元件的步驟，還包括構(gòu)建期間在短聚集體樁墩的墩層之間放置一荷載傳感器的步驟。
27.一種側(cè)向荷載限制系統(tǒng)，包括a)一側(cè)向荷載支撐元件，它具有一荷載支撐表面和與其基本上垂直延伸的一支持表面；b)至少一個(gè)設(shè)置在側(cè)向荷載支撐元件下部的泥土中的短聚集體樁墩，至少一個(gè)與支持表面接合的短聚集體樁墩；由于短聚集體樁墩的硬度相對(duì)于附近基土的硬度之間的關(guān)系，造成在短聚集體樁墩上豎直的應(yīng)力集中，從而使所說(shuō)的至少一個(gè)短聚集體樁墩提供很高的摩擦剪切阻力。
28.一種對(duì)不穩(wěn)定的土堆進(jìn)行限制的側(cè)向荷載限制系統(tǒng)，包括a)一側(cè)向荷載支撐元件，其具有一荷載支撐表面和與其基本垂直的一支持表面，b)至少一個(gè)設(shè)置在泥土中和一部分不穩(wěn)定的土堆中的短聚集體樁墩；該短聚集體樁墩或受壓力剪切變形或在將來(lái)會(huì)受應(yīng)力剪切變形；從而在所說(shuō)的至少一個(gè)短聚集體樁墩內(nèi)所形成的很高的摩擦剪切阻力，對(duì)不穩(wěn)定土堆的位移進(jìn)行限制。
29.一種豎直上升荷載限制系統(tǒng)，用于限制受到豎直上升作用力的重疊構(gòu)件，如一基腳、底板或等級(jí)橫梁的向上移動(dòng)，該限制系統(tǒng)包括a)一短聚集體樁墩，其設(shè)置在泥土中，并具有一系列墩層和一縱向長(zhǎng)度；b)至少一個(gè)上升荷載傳遞元件，其基本平行于短聚集體樁墩的縱向長(zhǎng)度，并適合與重疊構(gòu)件可操作地相連；c)一底部元件，設(shè)置在短聚集體樁墩的底部區(qū)域內(nèi)并可操作地與上升荷載傳遞元件管或螺紋棍相連，并通過(guò)或鄰近于短聚集體樁墩，并連接進(jìn)去，從而底部元件把上升荷載傳遞到短聚集體樁墩，在短聚集體樁墩與鄰近泥土之間的摩擦剪切阻力抵抗了上升荷載。
30.一種向泥土施加預(yù)荷載的裝置，包括一對(duì)半殼，每個(gè)半殼具有一外部表面，用于與設(shè)置在泥土中的孔壁相接合；一驅(qū)動(dòng)器，配合地連接半殼上，用于沿向外的方向上施加一個(gè)作用力從而把半殼移入相互縮回的位置，以便允許把該裝置插入設(shè)置在泥土中的孔內(nèi)，然后把外殼相互向外移動(dòng)，以便向孔壁施加一預(yù)加載荷作用力。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，其中通過(guò)至少一個(gè)導(dǎo)管與一導(dǎo)桿協(xié)作，把半殼可移動(dòng)地相互連接。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，還包括一系列突緣，用于對(duì)半殼進(jìn)行加強(qiáng)。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，還包括一系列設(shè)置在外表面上的肋，用于抵抗當(dāng)基土被預(yù)加應(yīng)力時(shí)在基土中所產(chǎn)生的剪切力。
34.根據(jù)權(quán)利要求30所述的裝置，還包括一水平支撐板，該水平支撐板可移動(dòng)地安裝在半殼上，用于支撐驅(qū)動(dòng)器。
35.一種在泥土中構(gòu)建用于支撐一結(jié)構(gòu)的短聚集體樁墩的方法，包括步驟a)在泥土中形成一用于放置短聚集體樁墩的大致豎直的孔；b)通過(guò)用一搗實(shí)裝置對(duì)一聚集體進(jìn)行壓實(shí)從而在孔內(nèi)形成一樁墩，其中的這種搗實(shí)裝置具有一些通道，用于當(dāng)搗實(shí)裝置被放置在孔內(nèi)時(shí)把聚集體送入到孔內(nèi)；c)通過(guò)搗實(shí)來(lái)增強(qiáng)樁墩的支撐特性；d)通過(guò)所說(shuō)通道向孔內(nèi)添加聚集體，以便進(jìn)行增強(qiáng)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，其中搗實(shí)裝置包括搗實(shí)器，該搗實(shí)器具有一往復(fù)驅(qū)動(dòng)桿和一搗實(shí)腳，其中的搗實(shí)腳至少具有一條用于讓聚集體通過(guò)的周向通道，所說(shuō)的搗實(shí)腳還可繞桿的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聚集體進(jìn)行搗實(shí)。
37.根據(jù)權(quán)利要求1，12或35所述的方法，其中形成孔的步驟包括通過(guò)用鉆具進(jìn)行鉆進(jìn)來(lái)形成孔，其中的這種鉆具使泥土沿側(cè)向位移，并在鉆進(jìn)期間迫使鉆進(jìn)所切割下來(lái)的物質(zhì)進(jìn)入所形成的孔的側(cè)壁內(nèi)。
全文摘要
用于增強(qiáng)荷載支撐特性,增大可行性及加強(qiáng)短聚集體樁墩結(jié)構(gòu)的方法包括,預(yù)先加載(100),添加化學(xué)添加劑及對(duì)基土采用網(wǎng)狀加強(qiáng)物(802,805);在構(gòu)建樁墩過(guò)程中,利用各種級(jí)別的聚集體(502,504,506,508,510,512),利用襯里(610),利用聚集體排干系統(tǒng)(714),利用非撞擊力,和在樁墩結(jié)構(gòu)中利用當(dāng)?shù)夭牧?利用不同尺寸大小的墩層,利用相互鎖定的回收材料,利用臨時(shí)套管(930),和在樁墩構(gòu)建中利用荷載傳感器(999)。短聚集體樁墩的構(gòu)建技術(shù)用于對(duì)側(cè)向荷載進(jìn)行穩(wěn)定和對(duì)上升隆起進(jìn)行固定。一種具有一對(duì)半殼(102A,102B)的裝置,其中的殼被迫使朝外向樁墩孔壁(101)施加預(yù)荷載作用力。
文檔編號(hào)E02D3/00GK1352718SQ00803602
公開(kāi)日2002年6月5日 申請(qǐng)日期2000年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年2月9日
發(fā)明者納撒尼爾·S·?？怂?申請(qǐng)人:土工技術(shù)強(qiáng)化公司