專利名稱：大面積地面堆載下軟土地基處理的減沉路堤樁及設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及土建工程領(lǐng)域，且尤其涉及一種新的應(yīng)用于大面積地面堆載下軟土地基處理的減沉路堤樁設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
大面積地面堆載下軟土地基處理是地基基礎(chǔ)學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)至今仍感到困惑的難題之一。地面堆載一般是由松散性材料組成的柔性荷載，而軟土地基又多具有高壓縮性、高靈敏度、低滲透性和低強(qiáng)度等不利的工程特性，在大面積地面堆載的作用下，軟土地基會發(fā)生量大面廣的長期沉降。長期來在深厚軟土地區(qū)的工程實(shí)踐中，較多是采用砂井、塑料排水板并聯(lián)合真空、 堆載等措施的排水預(yù)壓法或采用水泥攪拌樁、高壓旋噴樁等復(fù)合地基法，進(jìn)行大面積地面堆載下的軟土地基處理。上世紀(jì)70年代起，國外如北歐的瑞典和芬蘭等國，在軟土地區(qū)廣泛地對路堤地基采用樁頂設(shè)有獨(dú)立承臺的預(yù)制樁、樁身傾斜、外荷載全部由樁承擔(dān)傳統(tǒng)路堤樁技術(shù)，用以增加坡腳處有側(cè)向推力的路堤地基穩(wěn)定性和減少其沉降。參照上世紀(jì)90年代以來課題組在上海地區(qū)采用沉降控制復(fù)合樁基處理多層居住建筑地基取得普遍成功的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)進(jìn)一步研究改進(jìn)發(fā)展，本發(fā)明提出一種新的應(yīng)用于大面積地面堆載下軟土地基處理的減沉路堤樁設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容
如上所述，本發(fā)明的目的是提出一種新的應(yīng)用于大面積地面堆載下軟土地基處理的減沉路堤樁技術(shù)及設(shè)計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明首先提供了一種減沉路堤樁結(jié)構(gòu)，該路堤樁結(jié)構(gòu)采用樁間距較大、樁頂設(shè)有獨(dú)立承臺的豎直預(yù)制樁作為主要承重單元。其中，樁間距大于豎直預(yù)制樁的樁身截面邊長6倍以上。本發(fā)明還提供了減沉路堤樁技術(shù)的設(shè)計(jì)方法，提出了這種技術(shù)的主要設(shè)計(jì)步驟和方法，包括以下步驟步驟一，地面堆載與減沉路堤樁主要幾何參數(shù)的估算；步驟二，減沉路堤樁單樁所受荷載計(jì)算與承載力驗(yàn)算；步驟三，減沉路堤樁的承臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與群樁沉降驗(yàn)算。本發(fā)明具有工期短、造價(jià)低和質(zhì)量容易控制等顯著優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)能減少總地基沉降和工后沉降，同時(shí)具有沉降收斂快的特點(diǎn)。這種技術(shù)和長期以來在深厚軟土地區(qū)的大面積地面堆載工程中采用較多的排水預(yù)壓法和復(fù)合地基法等地基處理方法相比，該技術(shù)具有工期短、造價(jià)低和質(zhì)量容易控制等顯著優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)技術(shù)為解決大面積地面堆載下軟土地基處理這一工程疑難問題，提供了一種新的可供選擇的方案。


圖I為本發(fā)明提出的一種軟土地基處理的減沉路堤樁結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本發(fā)明一種軟土地基處理的減沉路堤樁技術(shù)設(shè)計(jì)步驟的流程圖；圖3a、3b為本發(fā)明減沉路堤樁布置和樁頂承臺上覆荷載計(jì)算示意；圖4a、4b為本發(fā)明一種軟土地基處理的減沉路堤樁承臺結(jié)構(gòu)示意。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。本發(fā)明提供了一種新的大面積地面堆載下軟土地基處理技術(shù)，提出了減沉路堤樁結(jié)構(gòu)并給出了其主要的設(shè)計(jì)步驟和設(shè)計(jì)方法。參見圖1，所述減沉路堤樁以樁頂設(shè)有獨(dú)立承臺3的豎直預(yù)制樁2作為承重單元，且相鄰的兩個預(yù)制樁2之間具有一般在5倍甚至6倍樁身截面邊長以上的間距，其中樁身截面是指預(yù)制樁2在與其延伸方向垂直的截面上的投影的邊長。所述預(yù)制樁2形成在軟土地基中，承臺3形成在軟土地基上方、堆載I底部，所述承臺3形成對大面積地面堆載I的支承。需要指出，本發(fā)明提出的減沉路堤技術(shù)與上述國外針對路堤地基處理的傳統(tǒng)路堤樁技術(shù)以及近代的加筋墊層樁支承路基新技術(shù)相比，雖然在所采用的樁型上是相似的，但是在工程應(yīng)用范圍和設(shè)計(jì)方法上都有明顯區(qū)別，一方面，本發(fā)明的減沉路堤樁技術(shù)主要用于大面積地面堆載下的軟土地基處理，一般不考慮承受側(cè)向推力的作用，因此不需要采用樁身傾斜或其他抵抗推力的措施；另一方面，減沉路堤樁技術(shù)又吸取了沉降控制復(fù)合樁基的成功經(jīng)驗(yàn)，即在確保地基整體穩(wěn)定的前提下，增大樁距減少樁與樁之間的相互影響，既有利于樁與樁間土共同承擔(dān)外荷載能力的提高，又能充分發(fā)揮單樁能有效控制沉降的作用， 從而也可較大幅度減少用樁的數(shù)量。接著，請參考圖2，圖2為本發(fā)明一種軟土地基處理的減沉路堤樁技術(shù)主要設(shè)計(jì)步驟的流程圖，從圖2中可以看出，上述設(shè)計(jì)方法包括如下步驟步驟I :地面堆載與減沉路堤樁主要幾何參數(shù)的估算；(I)地面堆載材料的重度Y和內(nèi)摩擦角0估算當(dāng)?shù)孛娑演d是由單一材料或者多種材料分層堆筑組成時(shí)，可近似取一種或多種材料的重度和內(nèi)摩擦角按分層堆筑厚度的加權(quán)平均重度和加權(quán)平均內(nèi)摩擦角為地面堆載材料的重度和內(nèi)摩擦角。(2)地面堆載總高度H估算地面堆載總高度可按堆載工程使用要求和地區(qū)性工程經(jīng)驗(yàn)綜合控制的地面附加總荷載除以堆載材料的重度后估算確定。(3)承臺頂面以上堆載高度H1及卸載拱臨界高度H。估算承臺頂面以上堆載高度H1，可按地面堆載總高度H扣除承臺頂面以下堆載高度后估算確定。卸載拱臨界高度H。，根據(jù)地面堆載材料內(nèi)摩擦角￠,按下式確定Hc = 0. 85 (sa-a) ctg(4)減沉路堤樁主要幾何參數(shù)的估算減沉路堤樁的樁長1，宜按樁端穿過高壓縮性淤泥質(zhì)土層、且進(jìn)入壓縮性相對較低的持力層的要求予以確定；預(yù)制混凝土方樁截面邊長d宜為200mm-300mm。圖3為減沉路堤樁按間距為Sa的正方形布置示意，則其單樁所承擔(dān)的地基處理面積即為sa2，樁間距Sa的估算可先按承臺下單樁的極限承載力Rpk，按最大程度發(fā)揮承臺下單樁承擔(dān)外荷載能力要求的原則，參照下式估算樁間距Sa
權(quán)利要求
1.ー種大面積地面堆載下軟土地基處理的減沉路提樁，其特征在于包括豎直預(yù)制 樁，所述預(yù)制樁的樁頂設(shè)置有獨(dú)立承載臺，所述預(yù)制樁形成在軟土地基中，承臺形成在軟土 地基上方、堆載底部，所述承臺形成對大面積地面堆載的支承；并且，相鄰兩個預(yù)制樁之間 具有5倍樁身截面邊長以上的間距。
2.如權(quán)利要求1所述的減沉路提樁，其特征在于相鄰兩個預(yù)制樁之間具有6倍樁身 截面邊長以上的間距。
3.如權(quán)利要求1所述的減沉路提樁，其特征在于所述預(yù)制樁的截面為正方形。
4.如權(quán)利要求1所述的減沉路提樁，其特征在于所述路提樁以等間距正方形方式布樁。
5.如權(quán)利要求1所述的減沉路提樁，其特征在于所述承臺頂面為正方形。
6.如權(quán)利要求1所述的減沉路提樁，其特征在于樁頂與承臺底連接處設(shè)置倒錐形樁帽。
7.—種如權(quán)利要求1所述的減沉路提樁的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟 步驟1 地面堆載與減沉路提樁主要幾何參數(shù)的估算；步驟2 減沉路提樁單樁所受荷載計(jì)算與承載カ驗(yàn)算； 步驟3 減沉路提樁的承臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與群樁沉降驗(yàn)算。
8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟1中包括地面堆載材料的重 度和內(nèi)摩擦角的估算；地面堆載總高度的估算；承臺頂面以上堆載高度及卸載拱臨界高度 的估算；減沉路提樁的樁長、樁間距的估算；樁頂承臺邊長的估算。
9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟2中包括樁頂承臺上覆荷載 的計(jì)算；樁身側(cè)面下拉荷載的計(jì)算；減沉路提樁單樁承載カ驗(yàn)算，當(dāng)承載カ低于樁頂承臺 上覆荷載與樁身側(cè)面下拉荷載之和吋，擴(kuò)大承臺面積。6.如權(quán)利要求I所述的減沉路堤樁，其特征在于:相鄰兩個預(yù)制樁之間具有6倍樁身所述預(yù)制樁的截面為正方形。:所述路堤樁以等間距正方形方式布所述承臺頂面為正方形。:樁頂與承臺底連接處設(shè)置倒錐形樁7.—種如權(quán)利要求I所述的減沉路堤樁的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟步驟I :地面堆載與減沉路堤樁主要幾何參數(shù)的估算；步驟2 :減沉路堤樁單樁所受荷載計(jì)算與承載力驗(yàn)算；步驟3 :減沉路堤樁的承臺結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與群樁沉降驗(yàn)算。8.如權(quán)利要求7所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟I中包括地面堆載材料的重度和內(nèi)摩擦角的估算；地面堆載總高度的估算；承臺頂面以上堆載高度及卸載拱臨界高度的估算；減沉路堤樁的樁長、樁間距的估算；樁頂承臺邊長的估算。9.如權(quán)利要求8所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于所述步驟2中包括樁頂承臺上覆荷載的計(jì)算；樁身側(cè)面下拉荷載的計(jì)算；減沉路堤樁單樁承載力驗(yàn)算，當(dāng)承載力低于樁頂承臺上覆荷載與樁身側(cè)面下拉荷載之和時(shí)，擴(kuò)大承臺面積。全文摘要
本發(fā)明提出一種新的大面積地面堆載下軟土地基處理的減沉路堤樁技術(shù)及設(shè)計(jì)方法，該技術(shù)是一種采用樁間距較大、樁頂設(shè)有獨(dú)立承臺的豎直預(yù)制樁作為主要承重單元，能明顯減少地基總沉降和工后沉降，本發(fā)明提出了這種技術(shù)的主要設(shè)計(jì)步驟和方法。該技術(shù)和長期來在深厚軟土地區(qū)的大面積地面堆載工程中采用較多的排水預(yù)壓法和復(fù)合地基法等地基處理方法相比，具有工期短、造價(jià)低和質(zhì)量容易控制等顯著優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)為解決大面積地面堆載下軟土地基處理這一工程疑難問題，提供了一種新的可供選擇的方案。
文檔編號E02D27/34GK102535500SQ20121005078
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者劉陜南, 岳建勇, 黃昱挺, 黃紹銘 申請人:上?，F(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)(集團(tuán))有限公司