[发明专利]一种强夯表层加固碎石墩的复合地基设计方法

权利要求书

1.一种强夯表层加固碎石墩的复合地基设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，通过试验获得碎石墩的粘聚力c_p、内摩擦角桩间土的粘聚力c_s、内摩擦角强夯表层重度γ及应力扩散角θ；

步骤S2，预设强夯表层厚度为h，根据基底应力扩散范围计算复合地基的平面范围大小，由基础尺寸、基础埋深及应力扩散角计算复合地基平面范围A，如式(1)所示：

A＝[b+2(h-d)tanθ][l+2(h-d)tanθ] (1)

式(1)中，b为基础宽度，l为基础长度，d为基础埋深；

步骤S3，在复合地基平面范围A内，设碎石墩置换率为未知数m，按公式(2)、(4)计算碎石墩与墩周围土的复合粘聚力c_c、复合内摩擦角

复合粘聚力c_c采用公式(2)进行计算：

c_c＝mc_p+(1-m)c_s (2)

复合内摩擦角采用公式(4)进行计算：

步骤S4，根据极限平衡状态时土压力计算方法，通过公式(7)计算碎石墩复合土体地基承载力特征值f_spk：

步骤S5，上部基础荷载传递至基底的附加压力为p₀，在强夯表层中产生应力扩散作用，由基础尺寸、基础埋深、强夯表层应力扩散角可得扩散至强夯表层底面处的附加应力P_z如公式(8)所示：

作用于强夯表层底面处的总应力P为：

式(8)和(9)中，p₀为上部荷载传递至基底的附加压力，b为基础宽度，l为基础长度，d为基础埋深，θ为强夯表层应力扩散角；

步骤S6，以强夯表层底面复合土体地基承载力大于等于强夯表层底面的总应力为约束条件，确定置换率m，从而确定碎石墩直径D。

2.根据权利要求1所述的强夯表层加固碎石墩的复合地基设计方法，其特征在于，步骤S3中复合土体粘聚力及复合土体内摩擦角的确定，采用复合土体综合强度指标计算方法，对于由碎石墩及周围土形成的复合土体，其抗剪强度根据碎石墩及周围土自身的抗剪强度，考虑置换率的影响采用面积比法计算，当碎石墩置换率为m时，复合内摩擦角满足公式(3)：

对公式(3)进行变换，得到复合内摩擦角公式(4)。

3.根据权利要求1所述的强夯表层加固碎石墩的复合地基设计方法，其特征在于，步骤S4中复合土体地基承载力的计算过程如下：

将复合土体看作一个整体进行分析，复合土体承受周围土体的静止土压力，为保守考虑，将复合土体顶部所受静止土压力视为复合土体围压即小主应力σ₃，由静止土压力表达式可得公式(5)：

由莫尔-库伦理论的破坏准则，黏性土达到极限平衡状态时大、小主应力σ₁、σ₃关系如公式(6)所示：

由复合土体受力分析可知，此时大主应力σ₁即为复合土体的承载力特征值，将公式(2)、(4)、(5)代入公式(6)可得复合土体的承载力特征值f_spk计算公式(7)：

4.根据权利要求3所述的强夯表层加固碎石墩的复合地基设计方法，其特征在于，步骤S6中约束条件表达式为公式(10)：

P≤f_spk (10)

将公式(7)、(9)代入公式(10)可得公式(11)：

5.根据权利要求4所述的强夯表层加固碎石墩的复合地基设计方法，其特征在于，所述确定置换率m，从而确定碎石墩直径D，包括：

通过不等式方程(11)解出置换率m的极限值，并通过公式(12)计算碎石墩横截面积A_p：

A_p=m[b+2(h-d)tanθ][l+2(h-d)tanθ] (12)

碎石墩直径D为：

6.根据权利要求1-5任一项所述的强夯表层加固碎石墩的复合地基设计方法，其特征在于，所述强夯表层应力扩散角θ，根据静载荷试验结果或地区经验确定。