專利名稱：用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復合地基的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種高速公路地基處理，尤其是軟土地基處理中的樁體復合地基。
背景技術：
目前，高速公路軟土地基處理中所釆用的樁體復合地基基本上分為三類 散體材料復合地基、柔性樁復合地基和剛性樁復合地基。散體材料復合地基，如碎石樁、灰土樁、砂石樁復合地基，其樁體是由散體材料組成，單獨不能形 成樁體，只能依靠周圍土體的圍箍作用才能形成樁體，承受豎向傳來的荷載； 柔性樁符合地基是以深層攪拌樁為樁體的復合地基；剛性樁復合地基有，CFG樁、 低強度混凝土樁、預應力管樁復合地基等。在傳統(tǒng)的樁體復合地基中，散體材料復合地基施工工藝復雜，而且無法很 好滿足高速公路軟土地基處理工后沉降的要求；單純深層撹拌樁柔性樁復合地 基由于其攪拌樁處理深度的限制，在深厚軟基處理中同樣不能滿足高速公路軟 基處理工后沉降的要求；剛性樁復合地基如CFG樁、低強度混凝土樁復合地基， 由于施工工藝的缺陷，對軟土地基影響較大，施工質量也不能完全有保障；而 預應力管樁剛性樁復合地基在深厚軟基處理中能滿足高速公路軟基處理工后沉 降的要求，但是其造價過高。 發(fā)明內容本發(fā)明所要解決的技術問題，在于克服現有技術存在的缺陷，提供一種用 于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復合地基，既可滿足高速公路軟基 處理工后沉降的要求，又可減小工程造價。
本發(fā)明用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復合地基，包括剛性 樁和柔性樁及褥墊層，其特征在于剛性樁和柔性樁在路面地基上交替分布設置；剛性樁為長樁，作為控沉樁控制沉降，剛性樁上端設置承臺(樁帽)；柔性樁為短樁，用于處理淺層軟弱土；在剛性樁和柔性樁之上設置褥墊層，調整和改善樁土應力分擔比。所述剛性樁和柔性樁在路面地基上交替分布設置，具體為樁位縱橫等間距設置，隔排設剛性樁且同排的剛性樁與柔性樁相互間隔設置。所述剛性樁和柔性樁的樁徑為30 ~ 50cm,樁位間距按樁徑的3~6倍確定。 所述柔性樁樁長為10 ~ 20m,若在此深度內有硬夾層土，則樁長至硬夾層土。 所述柔性樁可選用現有技術中的水泥攪拌樁、二灰土樁、石灰土樁或碎石樁。所述剛性樁可選用現有技術中的預應力薄壁管樁，低強度混凝土灌注樁樁， CFG樁。所述褥墊層，其材料采用中粗砂或碎石，厚度為3D 50cm。 褥墊層設置的主要作用包括a.保證樁、樁間土共同承擔荷載；b.調整樁、土荷載分擔比；c.減小基礎底面的應力集中；d.調整樁、土水平荷載的分擔。長短樁復合地基的承載力計算方法對于長短樁復合地基的承載力的計算可參照同一樁長復合地基承載力計算公式，按照短樁加固后的復合地基視為長樁復合地基的"樁間土"來進行，長樁和天然地基形成的復合地基承載力特征值為<formula>formula see original document page 4</formula>式中/、^為短樁復合地基承載力標準值，kPa; /d為樁間土天然地基承載力標準值，kPa;4'為短樁單樁截面面積，m2;Ri為短樁單樁承載力特征值，kN; A為樁端土體承載力影響系數，根據下臥層土體的強度取值，A為基礎剛度影響系數，當基礎為剛性時， 1;當基礎為柔性時，建議根據填土模量的大小，在1.2~2. 0之間取值，模量大者取小值，模量小者取大值，A為樁間土承 載力提高系數，建議根據復合地基置換率大小在1.1 1.6范圍取值，其余符號意義同前；處分別為短樁面積置換率。長樁再與承載力特征值為的等效天然地基復合后的承載力即為多樁型 復合地基承載力，即/、# =附2 f + "1"2 (1 -附2 )/、#1 = ^p2 爿pl尸屮為多元復合地基承載力標準值(kPa);處為長樁面積置換率；R2為長樁 單樁承載力特征值(kN) ; ^為長樁的樁截面積(m2) ; ", 、 "2為長樁的樁間土與樁端土發(fā)揮系數， 一般取"，=0.75~1.0，對高壓縮性土， ",0.75-1.0，對中壓縮性及低壓縮性土^=1. 0 ~ 1. 2。長、短樁單樁的承載力標準值，可由載荷試驗或由下兩式中計算中的小值確定 式中/d為與攪拌樁水泥土配方相同的立方體試塊(邊長為O. 7隱或50誦)在室內無側限抗壓強度平均值；,《，分別為樁在不同土層中的長度及樁周長； ⑥，，^分別為土層樁周土的摩阻力及樁端土地基承載力特征值，單位為^仏7 ，《為折減系數。長短樁復合地基的設計原則 樁型號的確定長短樁復合地基中，短樁的主要目的是提高淺層地基土的承載力，可選用 水泥土樁、二灰土樁、石灰土樁、碎石樁等，由于在我國東南沿海的軟基處理 中，水泥土樁大量使用，成本低，技術相對成熟，設計和施工人員都積累了一 定的豐富經驗，建議首選水泥土樁。對于長樁的選取，在深厚軟土區(qū)，從地質 條件看，軟土埋深大，強度低，路堤荷載一般較小，釆用摩擦樁，可釆用強度 較低的預應力薄壁管樁，低強度混凝土灌注樁樁，CFG樁等。 樁長的確定長短樁加固深厚軟弱土層時，選用的短樁，其樁長一般在10-20米，若淺 層有硬夾層土，短樁的樁端放在硬夾層上比較理想，此時，短樁的長度可以按 硬夾層土上層面的埋深為控制標準；由于以控制沉降為主要目的，長樁的樁長 與現有技術中的樁長確定方法相同，應滿足沉降變形要求并結合地基地層情況 合理選用，原則上樁體應穿透軟弱土層達到持力層，對于深厚軟土，長樁按沉 降控制指標按照現行的樁長計算方法來確定，可不打穿軟土。 樁徑的確定方法在高速公路軟土地基的路提填土工程中由于荷載較小，樁徑一般取30~ 40cm,壁厚可取6 7cm。樁間距的確定方法目前，路提下復合地基的樁間距一般套用工業(yè)與民用建筑方面的設計，樁
間距取3-5D(D為樁徑)，路提下剛性樁的設計中，為了充分發(fā)揮剛性樁的作用， 多在剛性樁的樁頂上設置一塊1.0m2 1.5m2的承臺板，這樣大大擴大了剛性長樁的處理范圍，同時，根據本文前面分析，建議路提下長短樁的樁間距可放大到6D(D為樁徑)。褥墊層的設計對于長短樁復合地基，褥墊層的設置能夠充分發(fā)揮地基土和柔性樁的承載 力，而剛性樁則起著控制工后沉降和長期安全儲備的作用。墊層材料可取中粗 砂、碎石等，由于路提的剛度不太大(與碎石墊層的剛度較接近)，在深厚軟 土地基上的墊層厚度建議不宜太厚，以30 50cm為宜。與現有天然地基、全柔性樁復合地基、全剛性樁復合地基相比，本發(fā)明用 于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復合地基處理的路提下深厚軟土路 基的最大沉降量比前兩者小得多，比全剛性樁復合地基略大，但完全可以滿足 高速公路路基沉降的控制要求。本發(fā)明集合了長樁的控沉和短樁的擠密、置換 作用，即滿足了工后沉降控制要求，又大大降低了工程造價，尤其是在對工后 沉降控制要求較高的橋頭地段其優(yōu)勢更加明顯。


圖1、是本發(fā)明用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復合地基樁位設置示意圖；圖2、是本發(fā)明剛柔樁施工流程示意圖。圖中，箭頭為施工順序。
具體實施方式
實施例l、用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復合地基，包括剛 性樁(長樁)和柔性樁(短樁)及褥墊層，剛性樁和柔性樁樁位縱橫等間距設 置，隔排設剛性樁且同排的剛性樁與柔性樁相互間隔設置(如圖i所示)，長短樁在平面上呈正方形布置，樁間距2.1m (長樁之間的間距為4.2m)，在正方形
的四根樁內一根為預應力管樁，三根為水泥攪拌樁，橫向布置到坡腳。在剛性 樁和柔性樁之上設置褥墊層，調整和改善樁土應力分擔比。柔性樁為水泥攪拌樁，樁徑50cm，樁長16m。。剛性樁選用預應力薄壁管樁(PTC-AB400 (55)-12 )， 樁直徑40cm，壁厚65mm，打入持力層，作為控沉樁控制沉降。管樁頂部設置100cm x 100cmx 30cm鋼筋混凝土承臺。在樁的上部鋪設50cm厚的碎石褥墊層，用于 調整和改善樁土應力分擔比。 施工工藝施工順序長樁(預應力管樁)一~^短樁(水泥攪拌樁)~^長樁承臺(樁 帽)一~^褥墊層。預應力管樁施工方法如圖2所示，管樁施工采用"先里后外，先中間后兩邊"進行施工，從路 中縱向隔樁跳打，向兩側外移，循回進行。左幅采用錘擊成樁，縱向退打1排 移向第2排后(先打1.3.5.7.9，然后打8. 6.4.2移向第2排依次沉樁)，右幅 靜力壓樁開始成樁，兩機逐漸向兩側外移，減小互相干擾。水泥攪拌樁施工方法技術參數1 )水泥釆用海螺袋裝32. 5復合硅酸鹽水泥，水泥用量52kg/m，水灰比釆 用0.55，灰漿比重1.75;2) 下沉攪拌速度V《1. 5m/min;3) 提升噴漿速度V《1. Gm/min;4) 下沉復攪速度V《L 5m/min;5) 復攪提升速度V《1.5m/min;6 )供漿時的管道壓力0. 4Mpa〈 p <0. 6Mpa;7 )鉆桿速度為92R/min; 施工方法
水泥攪拌樁位間隔布置在管樁之間，橫向布置至路基坡腳。釆用"先里后 外，先中間后兩邊"進行施工，從路中縱向順序施打，向兩側外移。 施工工藝釆用四攪一噴的施工工藝方法，具體過程如下1) 預攪下沉啟動攪拌機電機，放松起重鏈條，使攪拌機沿導向架切土攪拌下沉，嚴格控制下沉速度應(V《1.5m/min)，使土體充分攪拌破碎。2) 制備水泥漿液攪拌機下沉時，后臺應根據要求(52kg/m的水泥用量及水灰比0. 55)配制 水泥漿液，每根樁配制二桶漿液。配制時每桶先加水228. 8kg(在攪拌桶上24cm 處做好刻度)，然后加入416kg水泥(先加入8袋水泥，再用臺秤稱取16kg)。3) 噴漿攪拌提升攪拌機下沉將要到達設計樁底標高前，開啟灰漿泵，提前送漿，提前時間 應根據輸漿線路長度按流速0.9m/s計算，漿液到達鉆頭進入土中后，此時應座 底噴漿30s,此后邊噴漿邊攪拌提升，使噴漿速度與攪拌提升速度同步進行，提 升速度V<1. Otn/min。4) 重復攪拌下沉攪拌機邊噴漿邊攪拌提升至地面標高以下50cm后(二桶配制水泥漿應正好 排空)，使軟土和水泥漿攪拌均勻，進行重復攪拌下沉至設計樁底標高，下沉速 度V《1.5m/min。5) 重復攪拌提升攪拌機下沉至設計樁底標高后，進行攪拌提升至設計樁頂標高(提升速度V 《1.5m/min)，使鉆頭攪拌出地面，然后人工壓實樁頭，成樁結東。 管樁承臺施工方法管樁頂部設置100cm x 100cm x 30cm鋼筋混凝土承臺，調整樁土荷載分擔比， 充分發(fā)揮管樁的高承載能力的特點。在水泥攪拌樁施工完成28天后開始進行承臺施工,承臺施工承臺置好以后，再在樁頂鋪設30 50cm厚的碎石褥墊層,
權利要求
1、一種用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復合地基，包括剛性樁和柔性樁及褥墊層，其特征在于剛性樁和柔性樁在路面地基上交替分布設置；剛性樁為長樁，剛性樁上端設置承臺；柔性樁為短樁；在剛性樁和柔性樁之上鋪設褥墊層。
2、 根據權利要求l所述的用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復 合地基，其特征是所述剛性樁和柔性樁在路面地基上交替分布設置，具體為 樁位縱橫等間距設置，隔排設剛性樁且同排的剛性樁與柔性樁相互間隔設置。
3、 根據權利要求1所述的用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復 合地基，其特征是所述剛性樁和柔性樁的樁徑為30 50cm，樁位間距按樁徑 的3~6倍確定。
4、 根據權利要求1所述的用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復 合地基，其特征是所述柔性樁樁長為10~20m，若在此深度內有硬夾層土，則 樁長至硬夾層土。
5、 根據權利要求1所述的用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復 合地基，其特征是所述柔性樁為水泥攪拌樁、二灰土樁、石灰土樁或碎石樁。
6、 根據權利要求l所述的用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復 合地基，其特征是所述剛性樁為預應力薄壁管樁、低強度混凝土灌注樁或CFG 樁。
7、 根據權利要求1所述的用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復 合地基，其特征是所述褥墊層，其材料釆用中粗砂或碎石，厚度為3Q 50cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于高速公路軟土地基處理中的剛柔性長短樁復合地基，包括剛性樁和柔性樁及褥墊層，其特征在于剛性樁和柔性樁在路面地基上交替分布設置；剛性樁為長樁，剛性樁上端設置承臺；柔性樁為短樁；在剛性樁和柔性樁之上鋪設褥墊層。本發(fā)明地基集合了長樁的控沉和短樁的擠密、置換作用，既滿足了工后沉降控制要求，又大大降低了工程造價，尤其是在對工后沉降控制要求較高的橋頭地段其優(yōu)勢更加明顯。
文檔編號E02D27/12GK101148891SQ20071013382
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月9日 優(yōu)先權日2007年10月9日
發(fā)明者寧 何, 劉慈軍, 葉偉健, 斌 婁, 炎 婁, 魯緒文 申請人:水利部交通部電力工業(yè)部南京水利科學研究院