桩顶设置完全柔性桩垫的复合地基和复合桩基及其施工方法.pdf

本发明公开了桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基及其施工方法，包括桩间土和设置在桩间土中的桩。桩的上端设置有桩顶柔性桩垫，桩顶柔性桩垫上设置有素混凝土垫层，素混凝土垫层上端设置有建筑物基础。桩顶柔性桩垫的材料为泡沫塑料等完全柔性材料。施工方法包括以下步骤，通过成桩机具在天然地基中完成桩的桩体制作；清理桩头和桩间土，在桩顶留出桩顶柔性桩垫的空间；在桩顶放置完全柔性桩垫；施工100mm厚素混凝土垫层，素混凝土垫层施工完毕后要保证桩顶上桩顶柔性桩垫的完好；最后完成建筑物基础1的施工。本发明的桩间土首先承担荷载，相当于荷载预压，实现了预固结，承载力高、沉降量小。

1.  一种桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基，包括桩间土和设置在桩间土中的桩，其特征是，所述桩的上端设置有桩顶柔性桩垫，桩顶柔性桩垫上设置有素混凝土垫层，素混凝土垫层上端设置有建筑物基础。

2.  根据权利要求1所述的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基，其特征是，所述的素混凝土垫层厚度为100mm。

3.  根据权利要求1所述的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基，其特征是，所述的桩顶柔性桩垫的材料为完全柔性材料。

4.  根据权利要求3所述的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基，其特征是，所述的完全柔性材料为柔性泡沫塑料。

5.  一种桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基施工方法，其特征是，包括以下步骤，
(a)通过成桩机具在天然地基中完成桩的桩体制作；
(b)清理桩头和桩间土，在桩顶留出桩顶柔性桩垫的空间；
(c)在桩顶放置完全柔性桩垫；
(d施工素混凝土垫层，素混凝土垫层施工完毕后要保证桩顶桩顶柔性桩垫的完好；
(e)最后完成建筑物基础1的施工。

6.  根据权利要求5所述的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基，其特征是，所述的素混凝土垫层厚度为100mm。

7.  根据权利要求5所述的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基，其特征是，所述的桩顶柔性桩垫的材料为完全柔性材料。

8.  根据权利要求7所述的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基，其特征是，所述的完全柔性材料为柔性泡沫塑料。

桩顶设置完全柔性桩垫的复合地基和复合桩基及其施工方法
技术领域
本发明涉及复合地基和复合桩基及其施工方法，尤其是一种桩顶设置完全柔性桩垫复合地基和复合桩基，适用于土木工程-地基基础领域。
背景技术
与本发明最接近的是利用桩土共同分担建筑物竖向荷载的复合地基和复合桩基。
常规的复合地基在桩顶与基础之间设置一层厚度100~300mm的级配碎石褥垫层，见图2；其工作原理是通过桩顶向褥垫层中的刺入来发挥桩间土承载力，且褥垫层又具有减小桩顶应力集中及桩顶分担水平荷载的能力。该类复合地基由于有褥垫层的存在，完成褥垫层的施工，一是既要有一定的经济支出，又要占用施工工期；二是建筑物竣工后，在地下水埋藏较深的场地，一旦有水渗入地基，水将沿褥垫层四处漫延，浸泡地基，致使复合地基强度下降，易产生地基事故。
常规的复合桩基是桩顶嵌入建筑物基础内，桩和桩间土共同承担建筑物的竖向荷载，见图3。其受力特点是通过桩和桩间土同步变形，为建筑物的上部结构提供承载力。其缺点为桩间土的承载力与桩的承载力不容易同步发挥，一般认为桩先发挥其极限承载力，桩在极限承载力下工作，然后桩间土才能有效发挥分担作用。
利用桩土共同分担建筑物竖向荷载的复合地基或复合桩基，其相关资料在现行规范、规程及有关复合地基和复合桩基内容的论文中均可查到。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种由桩间土首先承担载荷的桩顶设置完全柔性桩垫的复合地基和复合桩基。本发明所要解决的另一技术问题是，提供一种由桩间土首先承担载荷的桩顶设置完全柔性桩垫的复合地基和复合桩基施工方法。为解决上述技术问题，本发明的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基，包括桩间土和设置在桩间土中的桩，其特征是，所述桩的上端设置有桩顶柔性桩垫，桩顶柔性桩垫上设置有素混凝土垫层，素混凝土垫层上端设置有建筑物基础。
所述的素混凝土垫层厚度为100mm。
所述的桩顶柔性桩垫的材料为完全柔性材料。所述的完全柔性材料为柔性泡沫塑料。
为解决上述技术问题，本发明的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基施工方法，包括以步骤，通过成桩机具在天然地基中完成桩的桩体制作；清理桩头和桩间土，在桩顶留出桩顶柔性桩垫的空间；在桩顶放置完全柔性桩垫；施工素混凝土垫层，素混凝土垫层施工完毕后要保证桩顶上桩顶柔性桩垫的完好；最后完成建筑物基础1的施工。
所述的素混凝土垫层厚度为100mm。
所述的桩顶柔性桩垫的材料为完全柔性材料。所述的完全柔性材料为柔性泡沫塑料。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)土可明确首先承担荷载，解除设计人员顾虑，有利于推广技术先进、又兼具较大经济效益的复合地基与复合桩基；(2)由于桩间土明确首先承担荷载，而建筑物全部荷载的施加往往需较长时间，因此，桩间土相当于了荷载预压，实现了预固结；复合地基和复合桩基承载力比常规的复合地基和复合桩基承载力高、沉降量小；(3)节约了复合地基褥垫层费用；以300mm厚褥垫层为例，天津市场价为150元/m³，每平方米褥垫层造价45元。如在复合地基领域大面积推广，将产生显著经济效益，并可节约大量原材料；(4)节约褥垫层施工工期。
附图说明
图1本发明的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基示意图；
图2现有技术中常规复合地基示意图；
图3现有技术中常规复合桩基示意图；
附图标记：1建筑物基础    2 100mm厚素混凝土垫层    3桩顶柔性桩垫
          4桩            5桩间土                  6复合地基褥垫层
具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细描述。
图1为桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基，该图表示出了桩顶柔性桩垫的特点，反映了本发明中桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基的设计思想。图2为常规复合地基，反映了目前现有技术中普遍采用的有褥垫层的复合地基设计思想。图3为常规复合桩基，反映了目前现有技术中普遍采用的复合桩基设计思想。
图1所示，本发明的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基，包括桩间土5和设置在桩间土中的桩4。桩4的上端设置有桩顶柔性桩垫3，桩顶柔性桩垫3上设置有厚度为100mm的素混凝土垫层2，素混凝土垫层2上端设置有建筑物基础1。桩顶柔性桩垫3的材料为柔性泡沫塑料等完全柔性材料。
本发明的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基施工方法，包括以步骤，通过成桩机具在天然地基中完成桩的桩体制作；清理桩头和桩间土，在桩顶留出桩顶柔性桩垫的空间；在桩顶放置完全柔性桩垫；施工素混凝土垫层，素混凝土垫层施工完毕后要保证桩顶上桩顶柔性桩垫的完好；最后完成建筑物基础1的施工。素混凝土垫层厚度为100mm。桩顶柔性桩垫的材料为完全柔性材料，如柔性泡沫塑料等。
本发明用一种全新的复合地基和复合桩基设计理念，实现了桩顶设置完全柔性桩垫复合地基或复合桩基的设计，取消了常规复合地基所采用的褥垫层。与常规复合地基及复合桩基相比，其设计理念为以天然地基土承载力首先明确发挥为原则，当桩顶与基础(承台)接触上后再有桩主要承担增加的荷载并控制沉降。可用国家规范或地方规程中规定的地基沉降计算方法完成桩顶预留完全柔性桩垫(即其弹性模量可近似认为为零)高度的计算，用国家规范或地方规程中复合地基和复合桩基承载力公式计算复合地基和复合桩基承载力；该复合地基和复合桩基的施工流程为成桩、清理桩头和桩间土、完成桩顶柔性桩垫的预留净空、桩顶上方放置柔性桩垫、浇注100mm厚素混凝土垫层、浇注混凝土基础。本发明实现了桩间土的预固结，提高了桩间土的强度；同时，由于桩间土首先承受荷载而在桩侧产生的法向压力会大幅度提高桩的侧阻，从而提高桩的极限承载力。使用本方法完成的桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基设计，桩间土受力大小明确；解决了桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基的设计与施工；减小了桩顶应力集中和桩顶承担的水平力；给出了桩顶设置柔性桩垫复合地基和复合桩基的检测方法。
本发明桩顶预留柔性桩垫高度的确定：
根据建筑场地地岩土工程勘察资料、国家规范或地方规程，确定复合地基和复合桩基设计时地基土承载力的拟发挥值f_as，以此值作为建筑物下天然地基沉降计算中的基底附加压力p₀，计算出此附加压力下天然地基的沉降量s，s值即为桩顶预留柔性桩垫的高度H。
本发明复合地基和复合桩基承载力设计与沉降计算：
复合地基和复合桩基承载力计算采用国家规范或地方规程中的复合地基和复合桩基承载力计算公式。
复合地基和复合桩基的沉降计算采用国家规范或地方规程中复合地基和复合桩基沉降计算公式；若复合地基为刚性桩复合地基，复合地基沉降计算亦可按国家规范或地方规程中桩基础沉降计算中低承台桩的沉降计算公式进行计算，桩顶荷载为复合地基中桩所承担的荷载。
本发明复合地基和复合桩基检测：
复合地基和复合桩基检测方法与现行的国家规范或地方规程相同，所不同的是在进行复合地基静载荷试验时，要先在载荷板上加载预压，当预压后载荷板的下沉量达到桩顶预留柔性桩垫的高度时，将千斤顶卸荷，再按正常的复合地基检测方法进行检测。
本发明减小桩顶应力集中及桩所承担的水平力：
由于桩受力前桩间土可明确承担一部分荷载，另外，会在桩侧上部产生一定负摩阻力，将使桩身的最大轴力位于桩顶一下一定深度，这两个因素均会减小桩顶的应力集中。
当复合地基和复合桩基遭受水平荷载作用时，复合地基和复合桩基顶面与基础底面之间产生摩擦力，由于桩间土在复合地基和复合桩基顶部平面上所占的面积较大，且桩顶上有柔性桩垫的减摩作用存在，因此，桩顶承受的水平荷载会减小。
本发明的有益效果：
(1)土可明确首先承担荷载，解除设计人员顾虑，有利于推广技术先进、又兼具较大经济效益的复合地基与复合桩基。
(2)由于桩间土明确首先承担荷载，而建筑物全部荷载的施加往往需较长时间，因此，桩间土相当于了荷载预压，实现了预固结；复合地基和复合桩基承载力比常规的复合地基和复合桩基承载力高、沉降量小。
(3)节约了复合地基褥垫层费用。以300mm厚褥垫层为例，天津市场价为150元/m³，每平方米褥垫层造价45元。如在复合地基领域大面积推广，将产生显著经济效益，并可节约大量原材料。
(4)节约褥垫层施工工期。