[发明专利]地基的组合型复合地基处理法

说明书

本发明涉及一种地基的处理方法，特别是地基的复合地基处理方法。

复合地基一词源于我国，目前已逐渐被国外所接受，它的研究开始于六、七十年代，主要关键是要有效地解决地基的桩、土变形协调与共同工作问题。复合地基主要采用碎石子、砂子、水泥混凝土或其材料的混合形成桩来加固地基，根据材料的不同，复合地基分为刚性桩复合地基（以水泥混凝土桩为主）和柔性桩复合地基（以生石灰桩、灰土桩、碎石桩、砂桩为主）两类，刚性桩复合地基虽然有效桩长大，变形小，能调动深层桩端土承载力，但其对于桩间土变形协调困难，桩土应力比大，在深厚软土中有变形急进等缺陷。柔性桩复合地基虽然桩间土有充分的调动，桩土应力比小，变形呈渐进式，但其地基处理后的承载力小，有效桩长短，只适合加固浅层地基。近二十年来，人们对复合地基的研究一直局限在单一桩型的改进方面，如刚性桩对地基的桩与土的应力协调不理想，有些单位采取在刚性桩的地基表面增设褥垫层来解决桩与土的应力协调问题，但这种方法造价高。在柔性桩研究方面，人们又提出了粉喷桩、搅拌桩等各种桩型，以求解决加固较深层的地基及提高强度，但效果及应用范围受到不同的限制，强度提高不够。长期以来，国内外对各种地基的处理方法都一直围绕单一桩型来研究的，其规范也只有单一桩型的规范，由于传统理论的束缚，在复合地基研究方面也是如此，从未有过两种或两种以上桩型的组合型研究的报道及实际使用的先例。到目前为止，国内外在复合地基研究方面始终没有找到一个很好的理论和方法，也没有形成一种复合地基的系统的理论及规范。

本发明的目的就是为了解决上述问题，开辟复合地基研究的新领域，提出一种既能有效地解决地基的桩与土的应力协调问题，又能提高地基承载力的地基的组合型复合地基处理法。

本发明方法的技术解决方案是在同一块地基上将不同材料、不同刚度的桩共同混合布置，组成组合型复合地基，其最佳方案是在同一块地基上混合布置刚性桩和柔性桩，构成刚-柔组合型复合地基。组合型复合地基的不同材料、不同刚度的桩的混合布置最佳采用交叉布置或三角形布置。

在刚性桩与柔性桩组成的组合型复合地基中，采用粉煤灰刚性桩与生石灰柔性桩组成的组合型复合地基效果更佳，其中粉煤灰刚性桩的各成份及其相对百分比含量为：

水泥  5-15%

粉煤灰  8-20%

石屑+中碎石  60-80%

水  5-15%

U型膨胀剂  0-15%

生石灰柔性桩的各成份及相对百分比含量为：

生石灰  20-100%

粉煤灰（或火山灰、矿渣等工业废料）  0-80%

这种刚、柔桩组成的复合地基由于使用粉煤灰工业废料，省去了水泥混凝土，其造价大大降低，而桩与土的变形协调得到了很好的解决，桩间土的改善情况较好。

本发明方法是通过大量试验和非线性空间有限元计算对复合地基的桩土应力比、桩身刚度、置换率、有效桩长、传力特征、变形协调六项主要关键问题的研究而发现的。在本发明的组合型复合地基中，由于刚性桩桩距加大（刚性桩的置换率降低了，一般只有4%左右），不仅大幅度提高了桩侧摩阻力和桩端阻力，也更大程度调动了桩端土参加复合地基工作，而且由于刚性桩的存在，增加了有效桩长，调动了刚性桩下部的摩阻力及端阻力参加工作（这是柔性桩复合地基所不可能的），从而增加了复合地基的刚度（提高了加固区的综合当量压缩模量），使复合地基的应力扩散范围大大加大，降低了建筑变形。又由于柔性桩的存在，使复合地基形成了一个刚性桩-柔性桩-加固后的桩间土的不同刚度梯度，得以使刚性桩复合地基大幅度提高了土参与复合地基的工作状态，并且除其本身强度因素外，较大程度上依靠对土的挤密加固作用，提高了土体强度，这对于生石灰桩犹为突出。上部的柔性桩及加固后的桩间土的强度必然延迟了刚桩下部桩端土的塑性区的开展及贯通，这就提高了复合地基承载力，也使复合地基的破坏由刚性桩复合地基的急进式破坏变化为在出现拐点以后的渐进式破坏，组合型复合地基中由于刚性、柔性桩并存，从而使复合地基的应力场范围大大扩大，既不像柔性桩复合地基仅在浅层扩散，又不像刚性桩复合地基，大部分高应力区存在于刚性桩端。这样，组合型复合地基既调动了浅层也调动了深层土的应力，使之整个加固区的应力场分布均匀（这是目前任何一种复合地基所不可能达到的），从而大幅度提高了复合地基的承载力。并且，这些特点对于刚性桩复合地基而言是以降低造价而换来的。上述特点与用计算机采用有限元计算方法绘出的天然地基、柔性桩、刚性桩及组合型桩的应力场等值线图是相符合的。

附图说明：