一种深厚软土三维复合地基及施工方法.pdf

本发明公开了一种深厚软土三维复合地基及施工方法。深厚软土三维复合地基由水泥土增强长桩、水泥土搅拌短桩、复合增强褥垫层三部分构成，其中水泥土增强长桩呈倒T型特征，由浅层和深层构成，其中深层内设CFG芯桩，浅层与水泥土搅拌短桩等径，且在长桩短层间隙设置素混凝土加强带；复合增强褥垫层由下而上为刚性褥垫层、中间水平增强层、上部柔性褥垫层；复合地基采用“隔行错位”进行桩位布置，施工顺序遵循“先长后短、先深后浅、由中间到四周”原则。本发明综合考虑了长短桩、刚柔桩、桩—网体系、水平格栅等多种复合地基的研究成果，能够有效控制水泥土搅拌桩沉降量、增强地基承载力、且工后可靠性高。

权利要求书
1.  一种深厚软土三维复合地基，其特征是：该深层软土三维复合地基由深层水泥土增强长桩、水泥土搅拌短桩、复合增强褥垫层三部分构成。

2.  根据权利要求1所述的一种深厚软土三维复合地基，其特征是：所述的复合增强褥垫层自下而上由刚性褥垫层、中间增强层和柔性褥垫层三部分组成。

3.  根据权利要求2所述的一种深厚软土三维复合地基，其特征是：所述的刚性褥垫层厚度为200mm~350mm，所属的柔性褥垫层厚度为150mm~200mm。

4.  根据权利要求2所述的一种深厚软土三维复合地基，其特征是：所述的中间增强层为双向水平格栅。

5.  根据权利要求1所述的一种深厚软土三维复合地基，其特征是：所述的深层水泥土增强长桩由整体呈倒T型的长桩深层和长桩短层组成，其中长桩短层与水泥土搅拌短桩同径等高齐端，且长桩深层中静压预制CFG芯桩。

6.  根据权利要求5所述的一种深厚软土三维复合地基，其特征是：所述的长桩深层桩径、桩长分别为100cm~160cm，5.0m~10.0m。

7.  根据权利要求5所述的一种深厚软土三维复合地基，其特征是：所述的长桩浅层桩径、桩长分别为50cm~80cm、7.0m~12.0m。

8.  根据权利要求5所述的一种深厚软土三维复合地基，其特征是：所述的长桩浅层间隙内，沿水泥土搅拌短桩平面轴线还设置有宽度不超过水泥土搅拌短桩直径的素混凝土加强带。

9.  根据权利要求8所述的一种深厚软土三维复合地基，其特征是：所述的素混凝土加强带深度为500mm~1000mm。

10.  一种深厚软土三维复合地基的施工方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
1）按照“先长后短”的布桩方式进行长、短桩的测量放线定桩位，桩位测放偏差控制在2cm以内；
2）水泥搅拌桩机就位，校正桩机的水平度和垂直度，桩身垂直度偏差小于1/300，应检查钻杆长度，钻头直径，连接好输浆管路，桩机就位；
3）桩机钻杆垂直下沉，下沉速度1.0m/min，设计停浆面宜高出基底控制标高至少300mm，钻至控制深度时旋转切片，同时水泥浆液高压旋喷扩孔切削；
4）长桩深层桩端加压搅拌喷浆30s后匀速搅拌缓慢提升，提升速度不超过0.5m/min，提升过程中保持送浆连续，最终停浆面不低于长桩深层桩顶设计标高500mm，长桩浅层施工方式与长桩深层相同；
5）水泥初凝后用静压桩机静压预制CFG芯桩于深层水泥土增强长桩控制标高，控制预制CFG芯桩的垂直度偏差小于1/300，接桩做法采用焊接或法兰连接；
6）水泥土搅拌短桩搅拌下沉完毕后重复前次作业，每根短桩均要进行复搅复喷，桩机移至下一短桩桩位重复进行上述短桩的施工步骤，最后进行桩头处理；
7）在水泥土搅拌短桩平面轴线处设置同短桩直径等宽，深度为不小于500mm的素混凝土加强带，素混凝土加强带通过插筋细部措施保持同水泥土搅拌短桩的有效连接；
8）在复合长短桩层上方由下至上依次设置刚性褥垫层、水平增强层和柔性褥垫层，其中刚性褥垫层为级配良好的夯实碎石，厚度不低于250mm，水平增强层为双向水平增强材料，柔性褥垫层为密实处理的回填素土回填，厚度不低于150mm。

说明书一种深厚软土三维复合地基及施工方法
一、           技术领域
本发明涉及一种建筑施工领域，具体说是一种深厚软土三维复合地基及施工方法。
二、           背景技术
软土具有抗剪强度低、压缩性大、孔隙比大、含水量高、流变性强等土工特性，因此目前在软土地基处理领域一般采用原位地基进行加固处理改善软土的工程特性，以满足设计和施工所需的沉降和承载力控制要求，常用的原位软基处理方法有强夯法、水泥土搅拌桩法、排水固结法、土工合成织物等多种方法，但是上述软基处理方法对于软土复合地基加固强度提高有限、并且沉降控制已经不能满足当前我国提倡的基于变形控制的软基设计要求，而且容易产生工后沉降， 而预应力混凝土管桩虽然强度理想、但造价昂贵也限制了它的推广应用，因此理想的软土复合地基应该在有效控制沉降同时提供较高的承载力、发挥材料强度的同时具有经济合理的特点，同时满足地基规范对于承载力和控制变形的要求。
三、发明内容
为解决现有技术结构的不足，本发明提供一种深厚软土三维复合地基及施工方法，在保证地基承载力满足的条件下，可以有效控制软土地基工后沉降、并能有效降低工程造价，减少后期维护费用。
本发明是通过下述技术方案来实现的：由深层水泥土增强长桩1、水泥土搅拌短桩2、复合增强褥垫层9三部分组成，其中水泥土增强长桩1和水泥土搅拌短桩2按照“隔行错位”布置，水泥土搅拌长桩1包括长桩深层6和长桩浅层4两部分，图1为“隔行错位”布置的平面图，其中深层水泥土增强长桩1和水泥土搅拌短桩2轴线间距分别为8D~12D（D为长桩浅层4的桩径），图2为深层水泥土增强长桩的结构示意图，其中长桩深层6桩径、桩长分别为100cm~160cm，5.0m~10.0m，长桩浅层4桩径、桩长分别为50cm~80cm、7.0m~12.0m，深层水泥土增强长桩1整体呈现倒T型特征，通过对深层水泥土增强长桩1进行深层变径扩孔，可以增大桩—土接触面积，并提供较大的桩侧摩阻力形成深层置换，能够有效控制长桩深层6影响区域的桩间土7沉降变形，在长桩深层6中静压预制CFG芯桩5加劲可以承担较大竖向荷载，充分发挥两种桩型的优势，有效提高长桩的承载力，保证复合地基的竖向增强作用。水泥土搅拌短桩2桩径、桩长与长桩浅层4相同，且和长桩浅层4端部平齐，如图3所示，同时沿水泥土搅拌短桩2平面轴线设置深度为500mm~1000mm的素混凝土加强带3，其宽度不超过水泥土搅拌短桩直径，如图1所示，素混凝土加强带3同复合地基共同形成协同受力体系，凸显围箍效应，有助于增强复合地基的承载能力。复合增强褥垫层9由刚性褥垫层10、水平增强层11、柔性褥垫层8三部分构成，刚性褥垫层10厚度控制在200mm~350mm，水平增强层11选材为双向水平格栅，材料规格参数依据设计确定，柔性褥垫层8厚度控制在150mm~200mm，通过复合增强褥垫层9的沉降补偿、双向增强，可以同竖向桩基构成三维复合地基，保证技术措施的可靠性，满足我国地基规范的承载力和变形控制要求。
本发明专利中公开的深厚软土三维复合地基的施工方法包括以下步骤：
1）按照“先长后短”的布桩方式进行长、短桩的测量放线定桩位，控制放线误差不超过1cm，桩位测放偏差控制在2cm以内。
2）水泥土深层搅拌桩机就位，校正桩机的水平度和垂直度，桩身垂直度偏差小于1/300，应检查钻杆长度，钻头直径，连接好输浆管路，桩机就位。
3）桩机钻杆垂直下沉，下沉速度1.0m/min，设计停浆面宜高出基底控制标高至少300mm，钻至控制深度时旋转切片，同时水泥浆液高压旋喷扩孔切削。
4）长桩深层6桩端加压搅拌喷浆30s后匀速搅拌缓慢提升，提升速度不超过0.5m/min，提升过程中保持送浆连续，最终停浆面应不低于长桩深层6桩顶设计标高500mm；长桩浅层4施工方法同普通水泥土搅拌桩（湿法）施工。
5）水泥初凝后用静压桩机静压预制CFG芯桩5于深层水泥土增强长桩1控制标高，控制预制CFG芯桩5的垂直度偏差小于1/300，接桩做法可采用焊接或法兰连接。
6）深层水泥土增强长桩1作业完毕后施工水泥土搅拌短桩2，具体施工措施参考水泥土搅拌桩（湿法）施工技术要求，并在水泥土搅拌短桩2搅拌下沉完毕后重复前次作业，每根短桩均要进行复搅复喷，桩机移至下一短桩桩位重复进行上述短桩的施工步骤，最后进行桩头处理。
7）在水泥土搅拌短桩2平面轴线处施工素混凝土加强带3，通过插筋等细部措施保持素混凝土加强带3同水泥土搅拌短桩2的有效连接。
8）在复合长短桩层上方由下至上依次设置刚性褥垫层10、水平增强层9和柔性褥垫层8，其中刚性褥垫层10为级配良好的夯实碎石，水平增强层11应保持同刚性褥垫层10及素混凝土加强带3的可靠固定，柔性褥垫层8为密实处理的回填素土回填。
本发明专利的有益效果是：不仅可以显著提高深厚软土地基的承载力，而且可以有效的控制复合地基的沉降变形，提高了复合地基的安全性和稳定性，发挥了材料的强度特点，同预应力管桩相比节约了工程造价，并且技术可靠，便于推广使用。
四、附图说明
图1为本发明的复合地基“隔行错位”桩位平面布置示意图。
图2为本发明的水泥土深层加强长桩剖面示意图。
图3为本发明的复合地基剖面示意图。
图中：1、深层水泥土增强长桩；2、水泥土搅拌短桩；3、素混凝土加强带；4、长桩浅层；5、预制CFG芯桩；6、长桩深层；7、 桩间土；8、柔性褥垫层；9、复合增强褥垫层；10、刚性褥垫层；11、中间增强层。              
五、具体实施方式
唐山市曹妃甸地区建设项目，项目红线范围地质为软土，结构形式为剪力墙结构，筏板基础，根据工程地质勘查报告描述，其平均极限摩阻力为20kpa，平均弹性模量为25Mpa，地基的主要土层构成为典型的淤泥质粘土和淤泥质粉质粘土，现采用本发明公开的深层软土三维复合地基施工方法按如下步骤施工：
1）首先在软土地基按照“先长后短”原则进行长、短桩的测量放线定桩位，长桩之间、短桩之间以及长短桩之间轴心距均为5.0m，桩位测放偏差控制在2cm以内。
2）深层水泥搅拌桩机就位，校正桩机的水平度和垂直度，桩身垂直度偏差小于6cm，检查钻杆长度，钻头直径，连接好输浆管路，桩机就位。
3）桩机钻杆垂直下沉，下沉速度1.0m/min，设计停浆面为-5.20m（坑底设计标高为-5.50m），钻至—25.5m时旋转切片，同时水泥浆液高压旋喷扩孔切削。
4）长桩深层（6）截面直径为100cm，桩长为10.0m，桩端加压搅拌喷浆30s后匀速搅拌缓慢提升，提升速度为0.5m/min，提升过程中保持送浆连续，停浆面为-15.0m；长桩浅层（4）截面直径为50cm，桩长为10.0m，施工方法为搅拌，其他施工要求同长桩深层（6）要求，停浆面为-5.20m。
5）水泥初凝后用静压桩机静压预制CFG芯桩（5）于深层水泥土增强长桩1桩底，预制CFG芯桩（5）的截面直径300mm，有效桩长20m，施工时控制桩顶标高为-5.0m，控制预制CFG芯桩（5）的垂直度偏差小于6cm，接桩做法为焊接。
6）水泥土搅拌短桩（2）直径为50cm，桩长10m，施工作业要求同常见水泥土搅拌桩施工措施，桩身垂直度偏差小于3cm，最终停浆面为-5.0m，水泥土搅拌短桩（2）搅拌下沉完毕后重复前次作业，每根短桩均要进行复搅复喷，桩机移至下一短桩桩位重复进行上述短桩的施工步骤，最后进行桩头处理。
7）在水泥土搅拌短桩（2）平面轴线处设置宽度为300mm，深度为500mm的素混凝土加强带（3），素混凝土加强带（3）通过插筋实现同水泥土搅拌短桩（2）的有效连接。
8）在复合长短桩层上方由下至上依次设置刚性褥垫层（10）、水平增强层（11）和柔性褥垫层（8），其中刚性褥垫层（10）为级配良好的夯实碎石，厚度为250mm，水平增强层（11）为同刚性褥垫层（10）固定的双向玻纤土工格栅，柔性褥垫层（8）为密实处理的回填素土回填，厚度为150mm。
根据有限元比较分析结果，在相同地质条件，并满足典型水泥土搅拌桩（湿法）桩长、桩径等同于本发明中涉及到的水泥土搅拌短桩（2），同时上部桩端铺设200mm厚的级配砂石褥垫层条件时，典型水泥土搅拌桩复合地基承载力标准值为172.6kPa，而本次发明提出的深厚软土三维复合地基承载力标准值达到370.1kPa，提高幅度达214%，在不做深度修正的情况下即可满足设计要求；按照有限元分析得到两种不同类型复合地基p-s结果，不考虑影响复合地基工后沉降的软土次固结、蠕变特性及软弱下卧层等因素，典型水泥土搅拌桩（湿法）最大沉降量为65mm，平均沉降量为42mm，而本次发明提出的深厚软土三维复合地基最大沉降量为38mm，平均沉降量仅为19mm，变形控制效果显著。