[发明专利]潜孔冲击水泥土复合预制桩尺寸优化组合方法及其应用

说明书

潜孔冲击水泥土复合预制桩尺寸优化组合方法及其应用，包括：对潜孔冲击水泥土复合预制桩复合地基模型建立及模型可靠性评估；建立不同地层条件下潜孔冲击水泥土复合预制桩复合地基承载力作用机理；设置不同地层条件下潜孔冲击水泥土复合预制桩有效桩长、竖向抗压强度控制的潜孔冲击水泥土复合预制桩极限承载力表达式、不同地层条件下土极限侧摩阻力控制的潜孔冲击水泥土复合预制桩极限承载力表达式、潜孔冲击水泥土复合预制桩混凝土芯桩长度和截面积关系；判断混凝土芯桩尺寸是否满足验算要求等步骤。本发明是对不同地层条件下混凝土芯桩的长度和截面积进行优化组合，使得其竖向抗压强度与桩土极限侧摩阻力尽可能协调，以达到节省工程材料的目的。

技术领域

本发明涉及基础工程技术领域，具体涉及一种不同地层条件下潜孔冲击水泥土复合预制桩尺寸优化组合方法及其应用。

背景技术

我国幅员辽阔，高速铁路沿线地质条件多变，不可避免存在密实砂层、碎石土以及软土等复杂场地。为保证高铁列车高速、平稳、安全运行，轨道结构要具有高可靠性、高稳定性和高平顺性，因而对于下部地基沉降要求非常严格。传统的水泥土桩存在桩身强度低、控制沉降能力差的缺点；混凝土预制桩桩身强度较高，但往往在桩周土剪切破坏时，桩身强度远远没有得到发挥，造成材料的浪费，且目前多采用锤击或静压成桩方式成桩，在遇到局部密实砂层、碎石土等土层时，锤击施工困难，易造成桩身损坏；在软土地基中，混凝土预制桩为全挤土桩，挤土效应明显，对周围环境影响较大。

采用潜孔冲击水泥土复合预制桩进行地基处理和桩基础施工，可解决上述难题。潜孔冲击水泥土复合预制桩通过在水泥土外桩中插入混凝土芯桩，利用水泥土外桩较大侧表面积来提高侧摩阻力，同时利用高强度的混凝土芯桩降低桩身变形，充分发挥两种桩型的优势，有效地提高承载力，控制沉降量。现有的潜孔冲击水泥土复合预制桩主要是等芯桩(混凝土芯桩与水泥土外桩长度相等)，没有根据桩的受力机理进行设计，导致材料浪费。本发明对潜孔冲击水泥土复合预制桩中混凝土芯桩的长度和截面积进行优化组合，使得其竖向抗压强度与桩土极限侧摩阻力尽可能协调，以达到节省工程材料的目的，这对潜孔冲击水泥土复合预制桩在铁路、公路地基处理和桩基础中应用提供设计依据具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提出的一种不同地层条件下潜孔冲击水泥土复合预制桩尺寸优化组合方法，该方法是对不同地层条件下混凝土芯桩的长度和截面积进行优化组合，使得其竖向抗压强度与桩土极限侧摩阻力尽可能协调，以达到节省工程材料的目的。

一种不同地层条件下潜孔冲击水泥土复合预制桩尺寸优化组合方法，其特征为：包括如下步骤：

步骤1：对潜孔冲击水泥土复合预制桩复合地基模型建立及模型可靠性评估；

步骤2：建立不同地层条件下潜孔冲击水泥土复合预制桩复合地基承载作用机理；

步骤3：设置不同地层条件下潜孔冲击水泥土复合预制桩有效桩长；

步骤4：设置竖向抗压强度控制的潜孔冲击水泥土复合预制桩极限承载力Q_cu表达式；

步骤5：设置不同地层条件下土极限侧摩阻力控制的潜孔冲击水泥土复合预制桩极限承载力Q_su表达式；

步骤6：Q_cu＝Q_su时，设置潜孔冲击水泥土复合预制桩混凝土芯桩长度和截面积关系；

步骤7：判断混凝土芯桩尺寸是否满足验算要求，满足则进入步骤8，否则返回步骤6；

步骤8：完成不同地层条件下潜孔冲击水泥土复合预制桩尺寸优化结构。

本发明还公开一种将不同地层条件下潜孔冲击水泥土复合预制桩尺寸优化组合方法应用于水泥土复合预制桩设计中。

有益效果