專利名稱：一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地基處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路 基的方法，適用于路提修筑時處理天然軟弱地基，尤其適用于高填方路提下軟弱地基處理。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明方法之前，相接近的現(xiàn)有地基處理技術(shù)為樁承式加筋墊層法。樁承式加 筋墊層法復(fù)合地基由以下幾個部分組成路提填土、砂墊層、筋材、樁、樁帽、軟弱地基、持力 層。這一體系的核心部分為樁和由砂墊層與筋材形成的加筋墊層，樁打穿軟弱地基落入下 臥持力層，路基頂面設(shè)置加筋墊層。在路提填土荷載作用下，樁作為堅向增強(qiáng)體承擔(dān)大部分 荷載起支撐作用；筋材通過與砂墊層之間的界面摩阻力相互作用約束路提側(cè)向位移并通過 筋材的張拉膜效應(yīng)提高樁的荷載分擔(dān)比。但是，筋材是通過與砂墊層之間的界面摩阻力約束路提側(cè)向位移并將筋材上部路 提部分荷載傳遞到樁上，而筋材與土之間的界面摩擦力有限，當(dāng)達(dá)到極限界面摩阻力時，筋 材會發(fā)生相對滑動。近年來，許多專家學(xué)者證明了筋材的這種作用十分有限，且在樁承式加 筋墊層法中筋材受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其強(qiáng)度，這也是資源的一種浪費(fèi)。通過已有文獻(xiàn)研究綜合分 析，樁承式加筋墊層法應(yīng)用于修筑路提下軟土地基時存在以下具體缺點(diǎn)
(1)路提邊坡側(cè)向位移現(xiàn)象仍然明顯；
(2)筋材對路基深層的側(cè)向位移限制作用不明顯；
(3)筋材與土體的界面摩擦能力有限，其強(qiáng)度沒有得到充分發(fā)揮；
(4)不均勻沉降問題仍然顯著；
(5)筋材的張拉膜作用不顯著；
(6)砂墊層材料及鋪設(shè)費(fèi)用大。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是在于提供了一種新型樁承式加筋技 術(shù)處理軟土路基的方法，方法易行，操作簡便。該方法由埋設(shè)在樁帽上的鋼筋頭和現(xiàn)澆混凝 土固定端組成一個固定體系將筋材與樁帽固定在一起，這種筋材與樁帽固定的地基進(jìn)行加 固，改變了現(xiàn)有技術(shù)中通過筋材與砂墊層界面相互作用的加固機(jī)理，從而很好的解決了現(xiàn) 有技術(shù)中存在的路基和路提側(cè)向位移過大，沉降和不均勻沉降過大，筋材利用效率低，張拉 膜效應(yīng)不明顯以及砂墊層鋪設(shè)費(fèi)用大等不足。為了實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)措施 一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法，其步驟是
A、將樁打入需加固的地基，樁體彈性模量應(yīng)在5_30GPa，該樁可以是混凝土管樁，也 可以(或)是鉆孔灌注樁，樁徑和樁長應(yīng)根據(jù)承載力和地層分布情況確定，樁端應(yīng)穿透軟弱 土層至持力層，采用正方形布樁；
B、在樁頂支模，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽。樁帽截面形式采用正方形，邊長根據(jù)樁徑和樁距大小確定，采用70(Tl500 mm。樁帽的厚度不小于250 mm。鋼筋網(wǎng)應(yīng)按雙向均勻通長布 置，直徑不小于6 mm，間距不大于200 mm，鋼筋網(wǎng)保護(hù)層厚度不應(yīng)小于40 mm?；炷翉?qiáng)度 等級不小于C25，樁頂進(jìn)入樁帽長度不小于50 mm。樁帽設(shè)計應(yīng)滿足抗彎、抗沖切和抗剪要 求；且現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽時，埋設(shè)四根鋼筋頭于樁帽截面。鋼筋頭應(yīng)均勻分布于樁帽截面 四角，且距樁帽邊緣不應(yīng)小于100 mm，鋼筋頭所使用的鋼筋直徑應(yīng)不小于8 mm，埋設(shè)在樁身 部分與外露部分之比應(yīng)不小于2 :1，鋼筋頭外露部分應(yīng)在5-10 cm之間，且不應(yīng)小于5 cm ；
C、對現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。一般采用自然養(yǎng)護(hù)，采用蓬布、塑料布等進(jìn)行緊 密覆蓋，防止表面水分蒸發(fā)。鋼筋混凝土樁帽達(dá)到75%強(qiáng)度后，將樁帽間填充路提填土并進(jìn) 行場地平整；
D、鋪設(shè)筋材前應(yīng)將樁帽頂截面進(jìn)行清理，保持樁帽頂截面清潔。鋪設(shè)筋材時需將筋 材網(wǎng)孔穿過樁帽頂埋設(shè)的鋼筋頭進(jìn)行初步固定，鋪設(shè)的筋材應(yīng)緊貼于樁帽截面，筋材可采 用鋼筋網(wǎng)，也可以(或)采用高強(qiáng)度土工格柵和鋼塑格柵等。筋材搭接部分搭接長度不應(yīng)小 于50 cm，且應(yīng)采用U型釘固定，U型釘間距不應(yīng)大于3m。筋材抗拉剛度應(yīng)滿足抗剪切要求；
E、在樁帽頂截面上方支模，現(xiàn)澆混凝土固定端，將筋材固定于樁頂，支模的截面尺寸 與樁截面尺寸相同，混凝土材料、等級應(yīng)與樁帽一致，混凝土固定端高度應(yīng)在10-20 cm之 間，且不應(yīng)小于10 cm ；對現(xiàn)澆混凝土固定端進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，一般采用自然養(yǎng)護(hù)，采用蓬布、塑料 布等進(jìn)行緊密覆蓋，防止表面水分蒸發(fā)。達(dá)到75%強(qiáng)度后直接填筑路提填土。所述的預(yù)埋在樁頂上的鋼筋頭和在樁帽現(xiàn)澆一定高度的混凝土固定端組成一個 固定體系將筋材與樁體固定在一起。所述的加固地基的樁為高強(qiáng)度的剛性樁，樁端打穿軟弱地基，落入持力層。所述的筋材鋪設(shè)時，筋材應(yīng)緊貼于樁帽截面。所述的鋪設(shè)的筋材為鋼筋網(wǎng)，或是高強(qiáng)度土工格柵和鋼塑格柵，樁帽截面邊緣處 滿足抗剪切要求。所述的四根鋼筋頭埋設(shè)于樁帽截面，鋼筋頭均勻分布于樁帽截面四角。本發(fā)明方法具體的優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果如下
1、通過筋材直接將路提荷載傳遞至樁頂，提高了樁的荷載分擔(dān)比；
2、減小了路提沉降和不均勻沉降；
3、減小了路提側(cè)向位移，提高路提填土穩(wěn)定性；
4、減小了路基及路基深層側(cè)向位移，提高了路基穩(wěn)定性；
5、提高了筋材的張拉膜效應(yīng)以及筋材利用率。6、取消砂墊層鋪設(shè)直接填筑路提，節(jié)約砂墊層材料及鋪設(shè)費(fèi)用。


圖1為一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法剖面結(jié)構(gòu)圖。圖2為一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法受力傳遞示意圖。圖3為一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法對路基側(cè)向位移約束作用 示意圖。1、樁；2、筋材；3、樁帽；4、鋼筋網(wǎng)；5、鋼筋頭；6、混凝土固定端；7、路提荷載；8、路 基側(cè)向位移；9、筋材軸力。
具體實施例方式下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說明 根據(jù)圖1可知，一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法，其步驟是
A、將樁1打入需加固的地基，樁體彈性模量為10 GPa，該樁1為鉆孔灌注樁1，樁1 徑為500 mm混凝土灌注樁1，樁1長為10m，樁端應(yīng)落入持力層，樁1間距為3. 5m，采用正 方形布樁；
B、在樁1頂支模，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽3。樁帽3采用正方形，邊長為1000 mm。樁 帽3的厚度為250 mm，鋼筋網(wǎng)4采用雙向均勻通長布置，直徑為6 mm,間距為100 mm?；炷?土強(qiáng)度等級為C25，鋼筋網(wǎng)4保護(hù)層厚度為50 mm，樁1頂進(jìn)入樁帽3長度為50 mm ；且現(xiàn)澆 鋼筋混凝土樁帽3時，埋設(shè)四根鋼筋頭于樁帽3截面。鋼筋頭5均勻分布于樁帽3截面四 角，距樁帽3邊緣為100 mm，鋼筋頭5所使用的鋼筋直徑為8 mm，鋼筋頭5外露部分應(yīng)在5 cm，埋設(shè)在樁帽3部分與外露部分之比為2:1;
C、對現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽3進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。采用自然養(yǎng)護(hù)，混凝土外露部分采用塑料布 等進(jìn)行緊密覆蓋，防止表面水分蒸發(fā)。鋼筋混凝土樁帽3達(dá)到75%強(qiáng)度后，將樁帽3間填充 路提填土并進(jìn)行場地平整；
D、鋪設(shè)筋材2前應(yīng)將樁帽3頂截面進(jìn)行清理，保持樁帽3頂截面清潔。鋪設(shè)筋材2 時將筋材網(wǎng)4孔穿過樁帽3頂埋設(shè)的鋼筋頭5進(jìn)行初步固定，鋪設(shè)的筋材2應(yīng)緊貼于樁帽 3截面，筋材2采用高強(qiáng)度土工格柵。筋材2搭接部分搭接長度為50 cm，且應(yīng)采用U型釘 固定，U型釘間距為2.5 m;
E、在樁帽3頂截面上方支模，現(xiàn)澆混凝土固定端6。支模的截面尺寸與樁截面尺寸相 同，混凝土材料、等級與樁帽3 —致，混凝土固定端6高度為10 cm，對現(xiàn)澆混凝土固定端6 進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，一般采用自然養(yǎng)護(hù)，采混凝土外露部分采用塑料布等進(jìn)行緊密覆蓋，防止表面水 分蒸發(fā)，達(dá)到75%強(qiáng)度后直接填筑路提填土。所述的預(yù)埋在樁1頂上的鋼筋頭5和在樁帽3現(xiàn)澆一定高度的混凝土固定端組成 一個固定體系將筋材2與樁1體固定在一起。所述的加固地基的樁1為高強(qiáng)度的剛性樁，樁1端打穿軟弱地基，落入持力層。所述的筋材2鋪設(shè)時，筋材2應(yīng)緊貼于樁帽3截面。 所述的鋪設(shè)的筋材2為鋼筋網(wǎng)，或是高強(qiáng)度土工格柵和鋼塑格柵，樁帽3截面邊緣 處滿足抗剪切要求。所述的四根鋼筋頭5埋設(shè)于樁帽3截面，鋼筋頭5均勻分布于樁帽3截面四角。根據(jù)圖2、圖3可知從荷載傳遞機(jī)理上分析本發(fā)明方法。當(dāng)路提荷載7作用在筋 材2上時，由于筋材2與樁帽3固定在一起，樁1約束筋材2受力變形，改變了筋材2的荷 載傳遞機(jī)理，筋材2通過自身的筋材軸力9將路提荷載7直接傳遞到樁帽3，充分發(fā)揮筋材 2的強(qiáng)度，提高了筋材2的張拉膜效應(yīng)及筋材2強(qiáng)度的利用率，達(dá)到提高樁1-土荷載分擔(dān) 比的作用，將更多路提荷載7傳遞到樁1端持力層。更重要的是本發(fā)明方法可以克服筋材 2與土界面摩擦力有限、筋材2的強(qiáng)度和剛度沒有得以充分發(fā)揮的致命性的缺陷，上部路提 荷載7是通過筋材2自身直接傳遞到樁1上，筋材2的強(qiáng)度、剛度越高，其作用越明顯，可 以通過增大筋材的強(qiáng)度、剛度來提高加固效果。采用本發(fā)明方法后，筋材2的荷載傳遞方式 改變?yōu)橹苯油ㄟ^筋材自身的筋材軸力9將路提荷載7傳遞到樁1上，代替了砂墊層與筋材2界面相互作用，從而可以取消砂墊層鋪設(shè)直接填筑路提，節(jié)約砂墊層材料及鋪設(shè)費(fèi)用。同 時，筋材2可以通過對樁1頂?shù)募s束作用，限制樁1體的位移，從而達(dá)到控制路基側(cè)向位移 8，提高了整體穩(wěn)定性。而且本發(fā)明方法改變了傳統(tǒng)樁承式加筋墊層法中筋材2與土體的界 面摩擦能力有限，其強(qiáng)度沒有得到充分發(fā)揮的缺陷，極大地提高了筋材2利用率。該方法應(yīng)用于長治_安陽高速公路長治東段某一路橋搭接段進(jìn)行地基處理，以減 小“橋頭跳車”現(xiàn)象。路提頂面寬34 m，填土高度5 m，路提坡率1:1. 5。根據(jù)地質(zhì)勘察資 料本試驗段橋臺臺背地基土自上而下含以下地層①種植土 褐黃色，稍濕，稍密，富含植 物根系，見少許鈣質(zhì)結(jié)核，厚度0.2-0. 5 m，平均0.35 m，且在施工時已全部清除；②粉質(zhì)粘 土褐色，可塑，土質(zhì)均勻，粘性中，蟲孔發(fā)育，含鈣化菌絲，厚度2. 9-4. 3 !11，平均3.5 m ；③ 粉土 褐黃色，稍濕，較為松散，土質(zhì)不均一，見圓礫及粗砂薄層，厚度5. 7-6. 3 m，平均6. 12 m;④砂卵石層灰黃色，稍濕，中密，含量約40%，粗砂充填，粒徑一般1-2. 5 cm，最大5 cm, 厚度3. 4-4. 7 m，平均4. 08 m ；⑤粘土褐紅色，稍濕，硬塑，蟲孔發(fā)育，土層較為致密，含礫 卵石少量，厚度10. 3-14. 9 m，平均12. 5 m。該區(qū)屬典型中溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，全 年冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑，雨熱同季。一般年降水量在537. 4-656. 7毫米，地質(zhì)勘察范圍內(nèi)未 發(fā)現(xiàn)地下水。根據(jù)實驗段具體地質(zhì)情況采用樁徑為500 mm混凝土灌注樁1，樁1長為10m，樁1 間距為3. 5m。樁頂設(shè)置樁帽3，樁帽3尺寸為IOOOmmX 1000 mmX250 mm，樁帽3四角上均 勻設(shè)置四根鋼筋頭5，鋼筋頭5埋入樁帽3深度為10 cm，露出部分為5 cm，鋪設(shè)筋材2前， 在樁帽3間填充路提填土，進(jìn)行場地平整，筋材2采用高強(qiáng)度土工格柵，抗拉模量為160 kN/ m。鋪設(shè)時土工格柵緊貼于樁帽3截面；樁帽3上方支模現(xiàn)澆100 mm混凝土固定端，支模寸 尺與樁帽3截面相同；采用塑料布養(yǎng)護(hù)7天達(dá)到75%強(qiáng)度要求后直接填筑路提填土。并在 同一實驗段另一截斷面處采用樁承式加筋墊層法現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行地基處理，對兩種工況分別 進(jìn)行監(jiān)測對比分析。采用土壓力盒監(jiān)測樁帽3頂土壓力和樁間土壓力；采用格柵位移計監(jiān) 測格柵應(yīng)力應(yīng)變。監(jiān)測結(jié)果表明與現(xiàn)有技術(shù)的樁承式加筋墊層法相比，采用該方法進(jìn)行地 基處理后各監(jiān)測點(diǎn)樁土應(yīng)力比提高40%以上，各監(jiān)測點(diǎn)格柵應(yīng)變量提高50%以上。并根據(jù)實 際工況采用有限元軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，與普通樁承式加筋墊層法相比，采用該方法進(jìn) 行地基處理后，路提頂面沉降減小25%，差異沉降減小35%，路提坡腳處側(cè)向位移減小30%。
權(quán)利要求
一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法，其步驟是A、將樁(1)打入需加固的地基，樁體彈性模量在5 30 GPa，樁(1)是混凝土管樁，或是鉆孔灌注樁，樁(1)徑和樁(1)長根據(jù)承載力和地層分布情況確定，樁(1)端穿透軟弱土層至持力層，采用正方形布樁(1)；B、在樁(1)頂支模，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽(3)，樁帽(3)截面形式采用正方形，邊長根據(jù)樁徑和樁距大小確定，采用700~1500 mm；樁帽(3)的厚度不小于250 mm，鋼筋網(wǎng)(4)按雙向均勻通長布置，直徑不小于6 mm，間距不大于200 mm，鋼筋網(wǎng)(4)保護(hù)層厚度不小于40 mm，混凝土強(qiáng)度等級不小于C25，樁(1)頂進(jìn)入樁帽(3)長度不小于50 mm，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽(3)時，埋設(shè)四根鋼筋頭(5)于樁帽(3)截面，鋼筋頭(5)均勻分布于樁帽(3)截面四角，距樁帽(3)邊緣不小于100 mm，鋼筋頭(5)所使用的鋼筋直徑不小于8 mm，埋設(shè)在樁(1)身部分與外露部分之比應(yīng)不小于21，鋼筋頭(5)外露部分應(yīng)在5 10 cm之間，不小于5 cm；C、對現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽(3)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，采用自然養(yǎng)護(hù)，采用蓬布、塑料布進(jìn)行覆蓋，防止表面水分蒸發(fā)，鋼筋混凝土樁帽(3)達(dá)到75%強(qiáng)度后，將樁帽(3)間填充路堤填土并進(jìn)行場地平整；D、鋪設(shè)筋材(2)前將樁帽(3)頂截面進(jìn)行清理，保持樁帽(3)頂截面清潔，鋪設(shè)筋材(2)時將筋材網(wǎng)孔穿過樁帽(3)頂埋設(shè)的鋼筋頭(5)進(jìn)行固定，鋪設(shè)的筋材(2)緊貼于樁帽(3)截面，筋材(2)采用鋼筋網(wǎng)，或采用高強(qiáng)度土工格柵和鋼塑格柵，筋材(2)搭接部分搭接長度不小于50 cm，采用U型釘固定，U型釘間距不大于3m；E、在樁帽(3)頂截面上方支模，現(xiàn)澆混凝土固定端，將筋材(2)固定于樁頂，支模的截面尺寸與樁截面尺寸相同，混凝土材料、等級應(yīng)與樁帽(3)一致，混凝土固定端(6)高度在10 20 cm之間，不小于10 cm；對現(xiàn)澆混凝土固定端(6)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，采用自然養(yǎng)護(hù)，采用蓬布、塑料布進(jìn)行覆蓋，達(dá)到75%強(qiáng)度后直接填筑路堤填土。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法，其特征在 于所述的樁(1)頂上的鋼筋頭(5)和在樁帽(3)上現(xiàn)澆混凝土固定端(6)組成一個固定體 系將筋材(2 )與樁(1)固定在一起。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法，其特征在 于所述的加固地基的樁(1)為高強(qiáng)度的剛性樁，樁(1)端打穿軟弱地基，落入持力層。
4.按照權(quán)利要求1所述的一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法，其特征在 于所述的所述的筋材(2)鋪設(shè)時，筋材(2)緊貼于樁帽(3)截面。
5.按照權(quán)利要求1所述的一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法，其特征在 于所述的鋪設(shè)的筋材(2)為鋼筋網(wǎng)，或是高強(qiáng)度土工格柵和鋼塑格柵。
6.按照權(quán)利要求1所述的一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法，其特征在 于所述的四根鋼筋頭(5)埋設(shè)于樁帽(3)截面，鋼筋頭(5)均勻分布于樁帽(3)截面四角。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型樁承式加筋技術(shù)處理軟土路基的方法，步驟是A、將樁打入需加固的地基，樁端穿透軟弱土層至持力層，采用正方形布樁；B、在樁頂支模，現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽，鋼筋網(wǎng)按雙向均勻通長布置，埋設(shè)鋼筋頭于樁帽截面，鋼筋頭分布于樁帽截面；C、對現(xiàn)澆鋼筋混凝土樁帽進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，將樁帽間填充路堤填土并進(jìn)行場地平整；D、鋪設(shè)筋材前將樁帽頂截面進(jìn)行清理，并保持樁帽頂截面清潔，鋪設(shè)筋材時將筋材網(wǎng)孔穿過樁帽頂埋設(shè)的鋼筋頭進(jìn)行固定；E、在樁帽頂截面上方支模，澆混凝土固定端，將筋材固定于樁頂。方法易行，操作簡便。解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的路基和路堤側(cè)向位移過大，沉降和不均勻沉降過大，筋材利用效率低的問題。
文檔編號E02D5/24GK101962929SQ20101053364
公開日2011年2月2日 申請日期2010年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月5日
發(fā)明者張軍, 鄭俊杰, 馬強(qiáng), 魯燕兒 申請人:華中科技大學(xué)