專利名稱：砼芯水泥土攪拌樁高等級公路軟基處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及公路路基建設(shè)工程，具體地說是涉及高等級公路軟路基的處理方法。
背景技術(shù)：
高等級公路軟土基礎(chǔ)工程中一般采用原位的地基處理來改善軟土基礎(chǔ)的工程特性，以滿足設(shè)計所需的沉降和承載力要求。高等級公路常用的原位軟基處理方法有換填墊層法、預(yù)壓法、強夯法和強夯置換法、振沖法、水泥攪拌樁、土工合成織物等，這些軟基處理技術(shù)在已有的高等級公路建設(shè)實踐中被證明是行之有效的，但是由于這些軟基處理技術(shù)對軟土層加固后強度提高有限，其工后沉降的穩(wěn)定和變形已不能滿足工程建設(shè)的需要，因此，在近幾年的江浙一帶的高等級公路建設(shè)中，大量采用了預(yù)應(yīng)力混凝土管樁，很顯然，在軟土地基中采用樁身材料強度較大的預(yù)應(yīng)力混凝土管樁造價是十分昂貴的。軟土地基上地基處理的理想效果是在較小沉降時能提供足夠高的承載力，同時又能充分發(fā)揮基礎(chǔ)材料的強度，即用經(jīng)濟有效的處理方法滿足設(shè)計對沉降和承載力的要求。

發(fā)明內(nèi)容
1.發(fā)明目的本發(fā)明目的是提供一種控制變形、減小累計沉降(與采用一般的軟基處理方法比)；降低高等級公路造價(與采用預(yù)應(yīng)力管樁比)的高速公路軟基處理方法。
2.技術(shù)方案砼芯水泥土攪拌樁是在水泥土攪拌樁中及時(12小時內(nèi))插入小直徑混凝土預(yù)制樁復合而成，其樁身結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。
考慮到工程地質(zhì)情況的差異和不同等級公路的荷載要求，高等級公路工程中砼芯水泥土攪拌樁處理方法可采用一隔一布樁形式或滿堂布樁形式(見圖2-1～圖2-4)。
具體的處理方法步驟為
1.首先在軟土地基上按正方形或三角形布置好水泥土攪拌樁；2.其次是在12小時內(nèi)及時地把混凝土預(yù)制樁按一隔一或滿堂布樁形式插入到水泥土攪拌樁中，而構(gòu)成復合式的砼芯水泥土攪拌樁，且使預(yù)制樁與攪拌樁在同一軸心上，預(yù)制樁頭露出攪拌樁外；3.然后在砼芯水泥土攪拌樁頂用混凝土澆制樁帽，其直徑同攪拌樁徑，樁帽高度40～60cm；4.最后在樁帽之間用碎石填層，其厚度50～70cm，并填平壓實。
砼芯水泥土攪拌樁高等級公路軟基處理方法的設(shè)計原則如下砼芯水泥土攪拌樁的設(shè)計，包括水泥土攪拌樁的設(shè)計和砼芯的設(shè)計。水泥土攪拌樁的設(shè)計，主要是確定攪拌樁的置換率和長度，高等級公路工程中攪拌樁的置換率可為0.03～0.12，樁徑600-800mm，樁的長度應(yīng)根據(jù)承載力和變形的要求確定，并宜穿透軟弱土層到達承載力相對較高的土層，但一般加固深度不超過20m，現(xiàn)用10-20m。固化劑宜選用強度等級為32.5級及以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量可為被加固濕土質(zhì)量的12％～18％，一般為15％，水泥漿水灰比可選用0.45～0.55，外摻劑可根據(jù)工程需要和土質(zhì)條件選用。砼芯的高強度和低壓縮量的特性使我們愿意采用更大的樁徑和樁長來傳到上述功能，但是預(yù)制混凝土的高造價迫使我們對其樁徑和樁長的選取做出優(yōu)化選擇。砼芯的直徑能顯著的影響樁頂沉降，砼芯樁徑越大，同一荷載下單樁的沉降就越小，因而從沉降控制的觀點來看，砼芯的直徑是越大越好，但采用過大的砼芯直徑就失去了砼芯水泥土復合樁的經(jīng)濟廉價的優(yōu)點。我們可以選取一個最優(yōu)的砼芯直徑Dop，在這個Dop下，砼芯的極限抗壓強度和地基的對砼芯水泥土攪拌樁的極限承載力同時達到最大值。即π·(Dop/2)2f試塊＝π·D攪·L攪·f攪。
式中f試塊為砼芯試塊強度；D攪為攪拌樁的直徑；L攪為攪拌樁樁長；f攪為土層對攪拌樁的平均摩阻力。
為了減小樁身壓縮量從而減小樁頂沉降，以及提高單樁的極限承載力，有必要盡可能的增加砼芯的長度，但為了使砼芯樁端軸力經(jīng)過水泥土外芯傳遞到持力層時，能得到足夠的擴散，而且不至于使高強度的砼芯刺穿水泥土外芯的底端，可以在砼芯樁端和水泥土外芯端子之間留出1m左右的空隙，即使砼芯比水泥土攪拌樁短1m左右，砼芯直徑為200×200mm的方樁。
3、有益效果鋼筋混凝土、砼芯水泥土攪拌樁、水泥土攪拌樁及軟土可能的彈性模量為30000MPa、15000MPa、300Mpa和30Mpa。在同樣承載條件下，四種不同材料組成的結(jié)構(gòu)物的變形比將為1∶2∶100∶1000。換句話說，由于砼芯的插入，在同樣的載荷條件下砼芯水泥土攪拌樁的沉降將會是一般水泥土攪拌樁的1/50。
如果假定軟土地基所能提供的摩阻力為20～30kPa，那么一根造價2000元φ＝400mm，L＝20m長的預(yù)應(yīng)力管樁能提供的摩阻力為500～750kN，而提供同樣摩阻力的砼芯水泥土攪拌樁(砼芯200mm×200mm，L＝12m，水泥土攪拌樁φ600mm，L＝13m)造價僅為925元，不僅如此，在軟土地基中砼芯水泥土攪拌樁的加固面積大，協(xié)調(diào)變形能力強，應(yīng)力相對比較均勻(與預(yù)應(yīng)力管樁比)，所以采用砼芯水泥土攪拌樁的高等級公路路基造價也必然比采用預(yù)應(yīng)力管樁的路基造價大大降低。
四

圖1砼芯水泥土攪拌樁結(jié)構(gòu)示意2高速公路軟基處理時砼芯水泥土攪拌樁布樁示意2-1 一隔一正方形布置2-2 一隔一三角形布置2-3 滿堂正方形布置2-4 滿堂三角形布置圖附圖中1----水泥土攪拌樁 2----混凝土預(yù)制樁 3----軟土 4----砼芯水泥土攪拌樁五、實施例某軟土地基，其平均極限摩阻力為25kPa，平均彈模為30Mpa，該地區(qū)原建有雙向四車道高等級公路，原路基采用Φ600mm水泥土攪拌樁處理，水泥土攪拌樁平均樁長10m，水泥摻入比為15％，彈性模量約300Mpa，中心距1.5×1.5m2正方形布置，置換率為0.12。根據(jù)建設(shè)規(guī)劃的要求，擬在老路的基礎(chǔ)上，向兩邊各拓寬12m，變成雙向8車道高等級公路，為控制新建路基的累計沉降，盡量縮小與老路基的沉降差異，采用常規(guī)的軟基處理技術(shù)顯然已不能滿足變形的要求。針對這種情況，目前高等級公路工程中常采用預(yù)應(yīng)力管樁，很顯然，在軟土地基中采用樁身材料強度較大的預(yù)應(yīng)力管樁是不經(jīng)濟的。砼芯水泥土攪拌樁處理方法是用經(jīng)濟有效的處理方法滿足設(shè)計對沉降和承載力要求的一種途徑。
現(xiàn)將砼芯水泥土攪拌樁高速公路軟基處理方法的步驟為1.首先在軟土地基上按1.5×1.5m2的正方形用鉆機打水泥土攪拌樁，樁徑為600mm，樁長13m；2.其次是在打攪拌樁后6小時及時地按滿堂形式將混凝土預(yù)制樁插入水泥土攪拌樁中，預(yù)制樁為200×200mm的方樁，樁長為12mm，且使預(yù)制樁與攪拌樁在同一軸心上，預(yù)制樁頭露出攪拌樁外；3.然后在在砼芯水泥土攪拌樁頂用混凝土澆制樁帽，其直徑為600mm，高度為50cm；4.最后在樁帽之間用碎石填層填平壓實，填層厚度60cm。
在上述軟土地基情況下，用相同布樁形式(中心距1.5×1.5m2，正方形布置時)，水泥土攪拌樁、預(yù)應(yīng)力管樁和砼芯水泥土攪拌樁的沉降及造價對比見下表

權(quán)利要求
1.一種砼芯水泥土攪拌樁高等級公路軟基處理方法，其處理方法的步驟為(1)首先在公路軟土地基上用正方形或三角形的布樁形式用鉆機打水泥土攪拌樁；(2)其次是及時把混凝土預(yù)制樁以一隔一或滿堂式插入水泥土攪拌樁中，從而構(gòu)成復合式的砼芯水泥土攪拌樁；(3)然后在砼芯水泥土攪拌樁頂用混凝土澆制樁帽；(4)最后在樁帽之間用碎石填層鋪平、壓實。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路軟基處理方法，其特征是所述的水泥土攪拌樁的置換率為0.03～0.12，樁徑為600～800mm，樁長10～20m，固化劑用強度等級為32.5級以上的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量為被加固濕土質(zhì)量的12-18％，水泥漿水灰比為0.45-0.55；
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路軟基處理方法，其特征是預(yù)制樁在12小時內(nèi)及時插入水泥土攪拌樁中，且使預(yù)制樁與攪拌樁在同一軸心上，預(yù)制樁為200×200mm的方樁，樁長比攪拌樁短1米，樁頂露出攪拌樁外。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路軟基處理方法，其特征是所述的樁帽直徑同攪拌樁徑，高度為40～60cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的公路軟基處理方法，其特征是所述的碎石填層厚度為50～70cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種砼芯水泥土攪拌樁高等級公路軟基處理方法，該方法是先在軟土地基上按正方形或正三角形方式布置水泥土攪拌樁，并及時地將混凝土預(yù)制樁插入水泥土攪拌樁中，從而構(gòu)成砼芯水泥土攪拌樁，并根據(jù)土質(zhì)狀況及不同等級公路的荷載要求確定采用一隔一或滿堂式的砼芯水泥土攪拌樁，并在攪拌樁頂用混凝土澆制樁帽，樁間用碎石填層填平壓實。本發(fā)明的軟基處理方法具有加固面積大，協(xié)調(diào)變形能力強，應(yīng)力相對比較均勻，與一般的軟基處理方法相比可以控制變形，減小累計沉降，與預(yù)應(yīng)力管樁相比降低了造價，所以是一種既能滿足設(shè)計對沉降和承載力的要求，又能達到經(jīng)濟有效目的的處理方法。
文檔編號E01C3/04GK1563584SQ20041001459
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月9日
發(fā)明者董平, 陳征宙, 張伯友, 秦然 申請人:南京大學