[发明专利]一种桩承变刚度加筋垫层复合地基及其施工方法

说明书

本发明提供了一种桩承变刚度加筋垫层复合地基及其施工方法，通过成桩机具在软弱地基中完成刚性桩的桩体施工，平整地面，铺设150～300mm厚砂石层，平整压实后铺设第一层土工格栅，在第一层土工格栅上铺设150～300mm厚碎石层，平整压实后铺设第二层土工格栅，在第二层土工格栅上摊铺150～300mm厚水泥稳定碎石层；最后完成路堤填筑。本发明通过分层次调节加筋垫层刚度，达到充分发挥桩间土的承载力，减小路面不均匀沉降、突破上部填土限制等目的。该发明适用于处理黏性土、粉土、淤泥、淤泥质土地基，可用于填土路堤、柔性面层堆场、机场跑道、油罐、粮库等构筑物的地基加固与处理。

技术领域

本发明涉及一种桩承变刚度加筋垫层复合地基及其施工方法，适用于土木工程-地基基础领域。

背景技术

目前，土木工程中复合地基设计理论都是基于刚性基础下复合地基研究成果提出的，柔性基础下复合地基研究成果较少。刚性基础与柔性基础下的复合地基是不同的，存在着较大差异：1、桩荷载集中系数、桩土荷载比、桩土应力比等无论发展规律还是量值都有很大差异；桩对复合地基承载力的贡献，刚性基础要大于柔性基础。2、柔性基础与刚性基础下的复合地基的破坏机理不同。刚性基础下桩土变形一致，在相同的变形时，桩首先承受较大荷载，并首先进入极限状态，随总荷载的增加，桩土应力比先增大再减小；柔性基础下桩土变形可相对自由发展，土首先承担较大荷载，并随荷载增加率先进入极限状态，桩土应力比呈现先递减后上升的趋势。为了协调桩土受力，充分发挥两者的潜力，需要根据两种基础特点对垫层进行设计。

与本发明最接近的是桩网复合地基和桩承式路堤(以下简称“桩承堤”)。

在桩承堤中荷载通过土拱作用和土工格栅加筋垫层兜提作用传递到刚性桩上，桩间土不直接参与承担荷载，荷载全部由桩承担，因此桩承堤中的桩应是端承刚性桩。桩网复合地基中加筋垫层下桩间土直接参与承担荷载，荷载由桩和桩间土共同承担，桩网复合地基中的桩一般应是摩擦型桩，如采用端承桩则应根据加筋垫层的协调能力保守估计桩间土分担荷载。

桩承式路堤在桩顶设置加筋体，上部路堤荷载通过加筋体传递到桩上，其实质是利用桩来承担上部路堤荷载，对于桩间土承载力基本不予考虑，因此用桩量非常大，不符合节能减排的趋势，此外该技术对上部路堤高度有最低要求，达不到此要求，就形不成土拱，随之而来的桩土差异沉降会导致路面结构发生破坏，限制了其应用。

桩网复合地基在桩顶设置加筋碎石垫层，考虑利用桩间土承载力，用桩量虽然减少了，但仍存在桩间土承载力的发挥和路面工后差异沉降控制两者难以统一的问题：桩间土承载能力的发挥必然伴随着较大的沉降，会导致路面产生较大的差异沉降，影响车辆的安全运行。桩顶设置刚度较大的加筋垫层能够有效控制差异沉降，但其有限的协调变形能力反过来又影响了桩间土承载能力的发挥。这一矛盾使桩网复合地基的应用受到限制。桩网复合地基同样存在上部路堤填土高度限制的问题。

综上，已有技术存在不足有：1、用桩量大；2、填土高度限制；3、桩间土承载力发挥不足；4、路面差异沉降不易控制。对于路堤、粮库、油罐、堆场、机场跑道等基础设施及构筑物来讲，这些问题直接影响到设施的正常使用，或是耗资较大。

解决上述问题的关键环节在于提高加筋垫层的调节能力，目前已有技术均未解决此问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桩承变刚度加筋垫层复合地基及其施工方法，通过分层次调节桩顶加筋垫层的刚度，解决用桩量大、路堤高度限制、桩间土承载力发挥不足、路面差异沉降不易控制等问题。

本发明是这样实现的：一种桩承变刚度加筋垫层复合地基，包括刚性桩复合地基层、砂石层、加筋碎石层、水泥稳定碎石层；其中，所述刚性桩复合地基层包括地基土层以及设置在地基土层中的刚性桩；所述加筋碎石层包括第一层土工格栅、碎石层、第二层土工格栅。