[发明专利]建筑复合地基桩顶预刺入式褥垫层

说明书

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别是涉及一种建筑复合地基桩顶预刺入式褥垫层。

背景技术

复合地基与天然地基、桩基同为建筑工程常用的三种地基基础形式。复合地基的实质就是在地基土中设置桩体(也称增强体)，使桩与桩间土共同承担上部结构荷载的一种基础形式。

复合地基由桩、土两部分组成，桩、土两者材料强度、刚度差异很大，等荷载作用下，桩的变形远小于桩间土，两者的变形有较大差异。如图1所示若直接将桩体置于基础底面，则在上部建筑荷载1的作用下，因为桩体2、桩间土3之间的刚度差异，导致大部分上部建筑荷载1经由桩体传递到地基深处，桩间土难以发挥承载作用。因此，如何实现桩体2、桩间土3变形协调，是实现桩、土共同作用是必须解决的问题，这一问题对于桩体强度较高的刚性桩复合地基以及荷载较大的高层建筑，尤为重要。

如图2所示，目前，工程上对于桩、土变形协调问题的解决方法，通常是在基础底面4和桩体2顶部之间设置一个过渡的褥垫层5。褥垫层5一般由碎石、砂石等材料组成，厚度一般为100～300mm。褥垫层的基本原理在于，垫层由砂石等材料散粒材料组成，本身具有一定的流动性和可挤密性。如图3所示，在荷载作用下，桩体2因为刚度远大于桩间土3，桩体2顶部产生应力集中，桩体2的沉降小于桩间土，两者的变形差异形成一种桩顶相对于褥垫层5的“向上刺入”，通过桩顶的这种相对“刺入”，桩体与桩间土的变形得以协调，桩、土能够发挥各自的承载作用，实现桩、土共同作用。试验研究和工程实践表明，复合地基设置桩顶褥垫层，不仅可为桩与土的变形协调提供条件、形成复合地基，且具有对浅层软弱土加固、缓解桩顶基础底面应力集中、基础减振等作用。

褥垫层厚度，是复合地基设计的重要参数。研究和工程实践发现，通过改变垫层厚度，可以调节桩土应力比和桩、土荷载分担，一般情况下，垫层越厚，桩间土分担的荷载越多、桩土应力比越小，反之，垫层越薄，桩体分担的荷载越多、桩土应力比越大。近一二十年的工程实践证明，复合地基采用桩顶褥垫层技术，应用效果良好。

但是，工程设计与应用仍然存在以下问题：

通过改变桩顶褥垫层的厚度，虽然具有调节桩土应力比和桩、土荷载的作用，但这种调节作用也存在局限性：一方面，当土质较差时，一般设置较薄的垫层，以实现桩承担较高的荷载分担比例、保证桩的承载作用充分发挥，但垫层过薄，土的承载作用几乎不能发挥，经济性不好，且垫层难以达到对加固浅层软弱土的目的，不尽合理；另一方面，土质较好时，为充分发挥土的承载作用，一般设置较厚的垫层。然而，较厚的垫层使桩体的承载作用发挥滞后，桩、土之间为实现变形协调，桩顶需要产生较大的向上刺入量，这种桩顶刺入量是以复合地基整体沉降为代价的，因此，这种桩顶刺入降低增大复合地基的整体沉降。

发明内容

本发明解决上述问题的一个或多个，提供了一种建筑复合地基桩顶预刺入式褥垫层。

根据本发明的一个方面，提供了一种建筑复合地基桩顶预刺入式褥垫层，其包括褥垫层本体61，褥垫层本体61覆盖在基础底面和桩体顶部之间，褥垫层本体61的底部设有预刺入孔，预刺入孔的大小用于与桩体的顶部相吻合。

其有益效果是，相对于复合地基常规桩顶垫层做法，大多为“齐平式”，即桩顶、桩间土顶面垫层厚度只能相同。本发明的预刺入式褥垫层，预刺入孔的深度可根据具体工程的荷载大小、土质条件、垫层材料性质，按照设计所需要达到的桩土应力比要求灵活调节；也可在同一建筑的不同部位，结合采用不同的垫层厚度和预刺入深度，通过预刺入孔深度的差异化控制，合理调节复合地基刚度、减小地基的差异沉降。

在一些实施方式中，预刺入孔的预刺入深度Δ_t0，根据土力学中的梅耶霍夫(Meyerhoff)破坏机制，按极限平衡法计算得到。

在一些实施方式中，预刺入孔的预刺入深度Δ_t0的计算方法为：

确定复合地基的桩土应力比n值及实测的垫层材料摩擦角值，其中，桩土应力比n的值可以根据设计需要达到的要求进行确定，垫层材料摩擦角值可以实测得到；

取0.75～0.85倍n值作为预刺入桩土应力比初值n₀，按照公式：