使用透水混凝土管桩进行地基处理的方法 【技术领域】
本发明是一种地基处理方法， 属于土木工程技术领域。背景技术 在我国幅员辽阔， 分布大量的不良地基， 如软土地基和液化地基等， 故地基处理是 土木工程中经常遇到的问题。 目前常用的软土地基处理方法从作用机理上主要可以分为两 类： 排水固结法和复合地基法。排水固结法是在软土地基中设置排水通道， 如砂井、 排水板 等， 提高地基的渗透性能， 从而加速荷载在地基中引起的超静孔隙水压力的消散， 加速地基 的固结速率， 减小工后沉降。排水固结法的特点是处理费用较小， 但工期较长。复合地基法 是在地基中设置强度和模量相对较高的增强体 ( 桩体 )， 将部分荷载直接由增强体传到下 卧层， 从而减小地基中软土承担的荷载， 达到减小沉降、 提高承载力的目的。复合地基的特 点是造价相对较高， 但工期较短。所以， 如果能将排水固结法和复合地基法结合起来， 利用 这两类方法的优势互补， 可以达到同时节省造价和缩短工期的效果。
目前， 常用的排水固结法有塑料排水板、 砂井和碎石桩， 其中塑料排水板截面小， 无法起到复合地基增强体的作用， 砂井和碎石桩强度较低， 复合地基效果较差。 而常用的复 合地基中所采用的增强体大都为弱透水性材料， 如混凝土、 水泥土、 钢筋混凝土等， 减小了 地基的排水通道， 降低了整体渗透性能， 这对于复合地基的固结、 特别是下卧层的固结是不 利的， 工后沉降难以控制。
对于液化地基， 常用的处理办法是砂桩和碎石桩， 但由于砂桩和碎石桩本身强度 较低， 这两种方法处理的地基强度承载力不高， 沉降大。而一般的半刚性桩 ( 如水泥土搅拌 桩 ) 和刚性桩复合地基承载力高， 但由于复合地基的渗透性低， 缺乏排水通道， 地震中产生 超静孔隙水难以快速排出， 故抗液化的能力较低。
发明内容 技术问题 ： 本发明的目的是提供一种使用透水混凝土管桩进行地基处理的 方法， 本发明能够提高地基处理效果， 缩短工期， 从而降低处理成本。
技术方案 ： 一种使用透水混凝土管桩进行地基处理的方法 ：
选择在软土地基或液化地基上布置透水混凝土管桩， 所述的透水混凝土管桩为两 端封闭的闭口管桩， 桩身材料为透水混凝土， 沿着场地内窄边方向布桩， 将每排透水混凝土 管桩中心连成一条直线， 沿该直线铺设垫层， 垫层材料为砂或碎石， 垫层宽度与管桩直径相 等， 厚度为 20 ～ 40cm。
透水混凝土管桩地基处理中的作用包括两部分 ：
1) 强度较高的透水混凝土管桩作为软土地基中的增强体， 与软土地基一起形成复 合地基， 桩体直接承担部分荷载， 并将荷载传递到性质较好的下卧层， 从而减小复合地基沉 降和提高地基承载力。
2) 透水混凝土管桩作为地基中的竖向排水通道， 加固区和下卧层土体中由结构物
荷载或者地震作用引起超静孔隙水可直接通过桩壁流入管内， 然后向上排出地基， 并通过 地表设置的垫层作为水平排水通道排出 ( 见图 3)， 从而起到排水固结作用， 加速复合地基 的固结。
已有研究表明透水性混凝土的渗透系数随着试样的长度增加而降低， 而透水混凝 土的强度会随着渗透系数的增加有所降低。而本发明采用的透水混凝土桩为闭口管桩， 超 静孔隙水只需穿过较薄的桩壁， 然后通过中空的管道排出地基， 解决了渗透性与强度的矛 盾， 很容易通过调整骨料级配同时满足混凝土强度和渗透性要求。
透水混凝土管桩可采用现有的现浇混凝土管桩的技术在场地内直接施工， 也可以 预制后再通过现有的打桩或压桩机械和方法进行施工。 透水混凝土管桩根据施工方法或者 设计要求选择是否需要配筋， 一般对于在场地内现浇施工的透水混凝土管桩可不配筋， 预 制的透水混凝土管桩需要配筋以满足打桩或压桩施工要求。因此， 透水混凝土管桩的施工 工艺与现有普通混凝土管桩的施工工艺相同， 施工质量能够得到保证。
当荷载为填土等柔性荷载时， 需要在透水混凝土管桩上安装圆形或正方形的桩 帽， 桩帽的材料为透水混凝土， 渗透系数大于 1mm/s， 强度大于 20MPa。桩帽的直径或边长为 透水混凝土管桩直径的 2 ～ 3 倍。并根据设计要求确定桩帽中是否需要配筋。 与现有技术相比， 对于软土地基处理， 本发明在达到相同处理效果 ( 承载力 和沉 降 ) 的前提下， 由于减少了水泥用量， 缩短了工期， 可节省 10 ～ 30％的地基处理工程造价。 对于液化地基处理， 本发明在相同的工程造价的前提下， 本发明液化处理效果与现有技术 相等， 但可同时提高 20 ～ 50％的地基承载力， 减小 20 ～ 50％的地基沉降。
附图说明
图 1 为透水混凝土管桩地基处理的剖面图， 图 2 为透水混凝土管桩地基处理的平 面布置示意图， 图 3 为超静孔隙水的排出路径。其中有 ： 软土地基 1 ； 透水混凝土管桩 2 ； 垫 层 3。 具体实施方式
实施例 1
一种使用透水混凝土管桩进行地基处理的方法 ：
选择在软土地基或液化地基上布置透水混凝土管桩， 所述的透水混凝土管桩为两 端封闭的闭口管桩， 桩身材料为透水混凝土， 沿着场地内窄边方向布桩， 将每排透水混凝土 管桩中心连成一条直线， 沿该直线铺设垫层， 垫层材料为砂或碎石， 垫层宽度与管桩直径相 等， 厚度为 20 ～ 40cm。
本实施例中
透水混凝土管桩采用梅花形布桩或正方形布桩， 桩身材料为透水混凝土， 桩体的 渗透系数大于 1mm/s， 桩身强度大于 20MPa。 管桩直径 ( 外径 ) 为 20 ～ 40cm， 壁厚 5 ～ 10cm， 管桩为两端封闭的闭口管桩， 桩顶、 桩端壁厚 10 ～ 20cm。
如图 1、 图 2 所示的透水混凝土管桩复合地基， 实施例采用现浇管桩， 在现场采用 振动沉模现浇薄壁混凝土管桩施工方法， 具体方法如下 ：
1) 平整场地→施工进场→现场装配→桩机就位→振动沉管→浇注透水混凝土→振动拔管→移机， 管桩直径 ( 外径 ) 为 20cm， 壁厚 5cm， 桩长 8m， 桩间距为 2m， 正方形布桩， 按照相同方法完成场地内所有单桩施工。
2) 沿着场地内窄边方向， 将每排透水混凝土管桩中心连成一条直线， 沿该直线开 挖深度为 20cm 的排水沟， 并在沟内铺设垫层， 形成地表水平排水通道。
实施例 2
如图 1、 图 2 所示的透水混凝土管桩复合地基， 实施例采用预制管桩， 在现场采用 静压施工， 具体方法如下 ：
1) 管桩直径 ( 外径 ) 为 20cm， 壁厚 5cm， 桩长 8m， 根据设计要求确定混凝土的配合 比和配筋， 管桩脱模、 养护到规定时间， 管桩在运往现场施工之前按要求进行质量检测。
2) 平整场地， 桩间距为 2m， 正方形布桩， 利用常规压桩机械进行压桩。如因透水混 凝土管桩强度较低， 桩体在压桩过程中破坏， 可采用振动沉管或长螺旋方法在桩位上预先 钻孔， 孔径、 孔深比桩径、 桩长稍小。 将透水混凝土管桩压入设计深度， 并保证桩顶低于地表 20cm。按照相同方法完成场地内所有单桩施工。
3) 沿着场地内窄边方向， 将每排透水混凝土管桩中心连成一条直线， 沿该直线开 挖深度为 20cm 的排水沟， 并在沟内铺设垫层， 形成地表水平排水通道。