(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103741670 A(43)申请公布日 2014.04.23
(21)申请号 201410011644.0(22)申请日 2014.01.10
(71)申请人东南大学
地址211189 江苏省南京市江宁区东南大学
路2号(72)发明人储亚 蔡国军
(74)专利代理机构南京瑞弘专利商标事务所
(普通合伙) 32249
代理人杨晓玲(51)Int.Cl.
E02D 3/08(2006.01)
权利要求书1页 说明书5页 附图2页权利要求书1页 说明书5页 附图2页
(54)发明名称
一种消除负摩阻力的地基处理方法(57)摘要
本发明公布了一种消除负摩阻力的地基处理方法，采用散体桩和柔性桩相结合的方法对土体自重固结产生的负摩阻力进行处理，散体桩可以是碎石桩或砂石桩，散体桩和柔性桩成隔排间隔布置，并在上部的地基表面铺设有碎石土垫层。本发明通过散体桩的施工挤密和振密减小地基土自身的固结沉降，再通过柔性桩的施工使得荷载传递到基地持力层中，以减小加固区的应力和压缩变形，并且由于散体桩和柔性桩的共同作用，对桩间土产生“挤压”和“挟持”的效应，抑制地基土的固结沉降及其引起的负摩阻力。同时通过排水固结和柔性桩的置换作用，该复合地基处理方法还很大程度的提高了地基的承载力。CN 103741670 ACN 103741670 A
权 利 要 求 书
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1.一种消除负摩阻力的地基处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：首先通过振动沉管法进行施工，构造正方形阵列布置的多个散体桩（10），间隔至少7天后，再施工构造正方形阵列布置的多个柔性桩（11），所述柔性桩（11）的正方形阵列与散体桩（10）的正方形阵列在两边长方向均平行交错排列；最后在散体桩（10）和柔性桩（11）上部的地基表面铺设碎石排水垫层。
2.根据权利要求1所述的一种消除负摩阻力的地基处理方法，其特征在于，所述散体桩（10）为碎石桩或砂石桩；通过振动沉管法构造散体桩（10）的具体流程为：
1）移动装机及向导架，把桩管和桩尖垂直对准桩位后启动振动桩锤，将桩管振动沉入土中，直至加固区深度；
2）从上端的投料漏斗向桩管填充配置好的碎石料后，边振动边拔出桩管，每拔管50-80cm后即停止拔管，振动20-30s后继续拔管，直到钢管提升到桩顶设计标高为止；
3）在原桩位上多次重复步骤1）至步骤2）的操作流程，直至桩体内充填系数大于1.3为止。
3.根据权利要求2所述的一种消除负摩阻力的地基处理方法，其特征在于，所述步骤2）中，碎石料为粒径20-50mm的碎石块或卵砾石块，碎石料填充桩管的充盈系数不小于1.3。
4.根据权利要求2或3所述的一种消除负摩阻力的地基处理方法，其特征在于，所述步骤2）中，碎石料加水至饱和状态后再填充至桩管。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种消除负摩阻力的地基处理方法，其特征在于，所述柔性桩（11）为高压旋喷桩、水泥土搅拌桩或石灰桩。
6.根据权利要求1、2或3所述的一种消除负摩阻力的地基处理方法，其特征在于，所述柔性桩（11）为按照三重管法构造的高压旋喷桩，具体施工流程为：
首先将钻机移动至指定桩位，钻孔至加固区深度，孔径为15-20cm；将喷射管放置到钻孔底部后，打开喷灌开始喷射：三个喷射管的喷射物分别为水泥浆、水和空气；喷灌的三相混合物切削土体混合成桩，与此同时，并以0.1-0.2m/min的速度旋转提升喷射管，直至提升到桩顶设计标高为止，成桩完成。
7.根据权利要求6所述的一种消除负摩阻力的地基处理方法，其特征在于，所述按照三重管法构造高压旋喷桩的施工流程中，浆液喷射压力不小于30MPa，气体喷射压力不小于0.7MPa，水泥浆注入量不小于35%，喷射量不小于30L/min。
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说 明 书
一种消除负摩阻力的地基处理方法
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[0001]
技术领域
[0002]
本发明属于岩土工程中特殊地基处理领域，涉及一种消除负摩阻力的地基处理方
法。
[0003]
背景技术
桩基础以其对地基土的适应性强、承载力高、沉降小等特点，在工程实践中得到广
泛应用。一般情况，桩在工作性状下，承担绝大部分的上部荷载，相对于土产生向下的位移，桩侧土对桩提供向上的抗力，称之为正摩阻力（Positive skin friction ，简称PSR）；然而在某些情况下，桩侧土会相对于桩产生向下的位移，从而对桩身产生向下的侧摩阻力，称之为负摩阻力（Negative skin friction，简称NSF）。由于负摩阻力的存在及由此在桩身上产生的下拉荷载（负摩阻力的总和），可能造成桩身破坏，桩端土屈服或基础的不均匀沉降。如何在设计中合理的考虑负摩阻力对桩工作性状的影响是工程界一直关注的一个问题。自从Terzaghi 和 Peck提出“负摩阻力”概念以来，国内外学者已对桩基负摩阻力进行了大量的研究，取得了一定的成果。
[0005] 桩基负摩阻力产生的本质原因在于桩侧土的固结沉降大于桩身沉降。桩基负摩阻力的诱发因素大致分为以下几种情况：
（1）位于桩侧的欠固结软黏土或新近填土在自重作用下产生新的固结；（2）大面积地面堆载使桩侧土层压缩固结；（3）灵敏度较高的饱和黏性土，受打桩等施工扰动影响，使原地面壅高，桩间土内产生超孔隙水压力，软土触变性增强，随后又产生新的固结沉降；
（4）液化性土层在外动力作用下发生液化导致地面沉陷而发生的负摩阻力；（5）无节制地抽取地下水以及工程建设施工疏排水等，使土体有效应力增加，导致土体附加沉陷，从而对影响范围内的桩基产生负摩阻力；
（6）城市建设过程中出现的岩土工程问题引起的地面沉降也可能产桩基负摩阻力，如：
1）深基坑开挖导致土体应力释放产生释放变形，坑周的地面下沉作用在相邻建筑物桩基上可能产生负摩阻力。另外，超深基坑开挖导致土体的深层位移等也可能产生负摩阻力；
2）随着地下空间的开发利用，城市中地下工程越来越多，如地铁、地下街、地下商场和地下污水合流工程等。这类工程往往是在浅层地下掘进进行的，开挖工作面不稳定造成土体损失、土体应力释放及扰动土体重新固结，导致地面土体大变形，也可能会对上部或相邻建筑物桩基产生负摩阻力。
[0004] [0006]
目前全国在欠固结软土地层中进行的施工建设在逐年增加，而由负摩阻力所引起
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说 明 书
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的工程地质问题屡见不鲜，因此如何解决由土体固结沉降而引起的负摩阻力问题也越来越被提到日程上来，由于缺乏相应的工程经验和深入的理论研究，而相应的无论是国家、行业还是地方技术规范和标准，尚缺少对“由土体固结沉降而引起的负摩阻力问题”勘察、设计、施工和检测及监测的相应技术规定。在综合安全、经济、可靠及工程要求等多种因素的基础上，发明了散体桩和柔性桩相结合的地基处理方法来消除由土体固结而产生的负摩阻力，在此基础上减小土体沉降，并大幅度地提高地基承载力。即先进行散体桩施工处理，用以来置换和挤密、振密欠固结土或新近填土，消除欠固结土或新近填土自重固结和欠固结，一定程度上减少复合地基增强体的负摩擦效应和尤其产生的工后沉降；之后，进行柔性桩施工，通过散体桩和柔性桩的共同作用，对桩间土进行再一次挤密，并通过两种桩基间的相互作用对桩间土产生挟持和遮挡作用，从而进一步的减少复合地基增强体的负摩擦效应，另外由于柔性桩的较高承载力和置换作用使地基土承载力及土的压缩模量得到很大的提高，从而达到处理目的,以满足上部结构设计要求和确保建设工程的质量和安全。[0007] 发明内容
技术问题：本发明针对新近沉积的欠固结土场地中负摩阻力效应产生的危害逐渐
增多，但处理和解决的方法单一落后，难以在有效解决负摩阻力危害的同时保证地基沉降变形和承载力结构设计要求的问题，提供了一种先施工散体桩，再施工柔性桩，两种桩体联合使用，可以很好地消除由于土体固结引起的负摩阻力效应的消除负摩阻力的地基处理方法。
[0009] 技术方案：本发明的消除负摩阻力的地基处理方法，包括以下步骤：
首先通过振动沉管法进行施工，构造正方形阵列布置的多个散体桩，间隔至少7天后，再施工构造正方形阵列布置的多个柔性桩，柔性桩的正方形阵列与散体桩的正方形阵列在两边长方向均平行交错排列；最后在散体桩和柔性桩上部的地基表面铺设碎石排水垫层。[0010] 本发明方法的一种优选方案中，散体桩为碎石桩或砂石桩；通过振动沉管法构造散体桩的具体流程为：
1）移动装机及向导架，把桩管和桩尖垂直对准桩位后启动振动桩锤，将桩管振动沉入土中，直至加固区深度；
2）从上端的投料漏斗向桩管填充配置好的碎石料后，边振动边拔出桩管，每拔管50-80cm后即停止拔管，振动20-30s后继续拔管，直到钢管提升到桩顶设计标高为止；
3）在原桩位上多次重复步骤1）至步骤2）的操作流程，直至桩体内充填系数大于1.3为止。
[0011] 本发明方法的上述优选方案的步骤2）中，碎石料为粒径20-50mm的碎石块或卵砾石块，碎石料填充桩管的充盈系数不小于1.3。[0012] 本发明方法的上述优选方案的步骤2）中，碎石料加水至饱和状态后再填充至桩管。
[0013] 本发明方法的一种优选方案中，柔性桩为高压旋喷桩、水泥土搅拌桩或石灰桩。[0014] 本发明方法的一种优选方案中，柔性桩为按照三重管法构造的高压旋喷桩，具体施工流程为：
[0008]
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说 明 书
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首先将钻机移动至指定桩位，钻孔至加固区深度，孔径为15-20cm；将喷射管放置到钻孔底部后，打开喷灌开始喷射：三个喷射管的喷射物分别为水泥浆、水和空气；喷灌的三相混合物切削土体混合成桩，与此同时，并以0.1-0.2m/min的速度旋转提升喷射管，直至提升到桩顶设计标高为止，成桩完成。[0015] 本发明方法的上述优选方案中，按照三重管法构造高压旋喷桩的施工流程中，浆液喷射压力不小于30MPa，气体喷射压力不小于0.7MPa，水泥浆注入量不小于35%，喷射量不小于30L/min。
[0016] 本发明的地基处理方法为散体桩和柔性桩相结合的复合地基，包括散体桩和柔性桩，散体桩和柔性桩隔排布置，在散体桩和柔性桩上部的地基表面铺设碎石排水垫层。[0017] 隔排布置的排列方式可以是：散体桩和柔性桩每一排前后对正，整体呈正方形布置。也可以是：每个柔性桩位于相邻排中两个相邻的散体桩连线的中心线上，每个柔性桩与相邻的两个散体桩形成三角型布置。
[0018] 地基处理方法先进行振动沉管法散体桩施工，散体桩施工完成后进行三重管法高压旋喷柔性桩施工，两种桩体施工间隔时间不应少于7天。
[0019] 本发明的散体桩和柔性桩相互作用如图2所示。施工工艺为先进行散体桩施工，通过振动沉管对桩周边土体达到振动，挤密，预振的效应。使得桩间土颗粒重新排列，并产生超静孔隙水压力，再通过自身良好的水平向排水能力是的土体加快固结速率，部分减小工后的固结沉降和其引起的负摩阻力效应。但是由于散体桩的自身承载力受限于桩侧土体的最大侧限力，所以复合地基的承载力和沉降一般不能满足设计要求，顾再进行柔性桩施工，通过柔性桩施工对桩间土进行再次挤压，同时在加固区中对散体桩产生“护桩”的作用，提高散体桩的承载力；在散体桩和柔性桩共同作用下对桩间土产生挤压、挟持和遮挡的效应，可以明显的抑制欠固结填土的固结沉降和其引起的负摩阻力。柔性桩自身的置换作用可以将上覆荷载传递到基地持力层中，以减小加固区的应力和压缩变形，大幅度提高地基承载力。本发明方法是可有效消除因土体自身固结沉降而引起负摩阻力，保证桩体安全。[0020] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
本发明的地基处理方法有效的解决了新近沉积土地区由于土体的欠固结引起的负摩阻力危害，并在处理负摩阻力效应的同时保证地基的沉降变形和承载力结构设计要求。该方法的加固机理主要包括：
（1）通过散体桩的振动沉管法施工对粉土或砂土地基产生挤密、振密和预震的作用，而对粘性土地基产生置换、排水以及一定的挤密作用。地基土由于散体桩施工的振动，产生超静孔隙水压力和土颗粒重分布，随着地基土中的孔隙水压力消散，土中的水通过散体桩所形成的天然排水通道排出，使得地基土加快饱和固结，一定程度上减小了地基土的固结沉降和其引起的负摩阻力效应。[0021] （2）再通过柔性桩施工对桩间土体进行加强，同时和散体桩共同作用，对桩间土体再一次产生挤密、挟持和遮挡作用。桩间地基土通过散体桩和柔性桩的共同作用基本达到固结平衡状态，基本消除了由于土体下沉对复合地基桩体产生的负摩阻力。[0022] 其中散体桩具有很好的挤密、振密、预振和排水的作用可以加快桩间土体的固结，初步减少由固结引起的沉降和负摩阻力效应。同时布设的地基上部的碎石排水垫层和散体桩相结合组成了纵横相连的排水体系，缩短排水距离进一步加快了桩间土体的固结。再通
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过柔性桩和散体桩的相互挤压作用再次提高了桩间土的性能，并且柔性桩具有较高的刚度和强度以及置换作用保证了地基的承载力。同时因为本发明仅采用部分柔性水泥土桩用来代替散体桩，使得处理负摩阻力效应并提高复合地基承载力的基础上，保持了散体桩复合地基成本低廉，利于推广的优势。 [0023] 附图说明
图1是本发明的散体桩施工及作用示意图；图2是本发明的散体桩和柔性桩共同作用示意图。[0025] 图3是本发明的平面布置示意图。[0026] 图中有：1-成桩钢管、2-投料漏斗、3-散体桩充填料、4-桩管放置阶段、5-桩管振动入土阶段、6-投料阶段、7-边振动边拔管阶段、8-再次振动下压并投料阶段、9-振动抬管阶段、10-散体桩、11-柔性桩、12-碎石土垫层、13-加固区、14-下卧持力层。[0027]
[0024]
具体实施方式
[0028] 本发明的地基处理方法为散体桩和柔性桩相结合的复合地基，包括散体桩和柔性桩，散体桩和柔性桩隔排布置，在散体桩和柔性桩上部的地基表面铺设散体桩排水垫层。[0029] 隔排布置的排列方式可以是散体桩和柔性桩每一排前后对正，整体呈正方形布置；或者是每个柔性桩位于相邻排中两个相邻的散体桩连线的中心线上，每个柔性桩与相邻的两个散体桩形成三角型布置。通过散体桩和排水垫层的纵横交错的组合排水通道，使得桩间土迅速的排水固结，达到进一步减小土体的固结沉降和负摩阻力效应。[0030] 本发明的消除负摩阻力的地基处理方法的具体步骤为：
先通过振动沉管法进行施工，形成正方形排列的散体桩，间隔至少7天后，再通过三重管法进行施工，形成正方形排列的柔性桩，柔性桩与散体桩每一排前后对正，整体呈正方形布置或柔性桩与相邻的两个散体桩形成三角型布置。最后在散体桩和柔性桩上部的地基表面铺设散体桩排水垫层；
振动沉管法构造散体桩的具体流程为：1）准备好施工机械，并将目标场地整平。将振动沉拔桩机及向导架移动设定位置，把桩管和桩尖垂直对准桩位，闭合活瓣桩靴，确定地上、地下无障碍物后启动振动桩锤，将成桩钢管通过桩锤振动沉入土中，直至加固区深度；
2）打开活瓣桩靴，从桩管上端的投料漏斗中开始加入配置好的碎石料，边振动边拔出成桩钢管，当成桩钢管拔起50-80cm后即停止投料和拔管，开始向下振动20-30s，然后继续拔管投料，重复拔起-振动这一环节直到钢管提升到桩顶设计标高为止；
3）拔出成桩钢管，继续在原位置启动振动桩锤，将成桩钢管通过桩锤振动沉入土中，直至加固区深度。后再次重复拔起-振动这一环节将钢管提升到桩顶设计标高，保证桩体密实度。直至桩体内充填系数大于1.3为止。
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三重管法构造高压旋喷柔性桩的具体流程为：1）待场地散体桩施工完毕后，静置7天以上，将成孔钻机移动至指定桩位，钻孔至加固
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区深度，孔径约15-20cm；
2）将喷射管投入钻孔中直至钻孔底部，注入已配置好的水泥浆配合水和气体同时喷射，并开始缓慢的旋转提升，切削桩周土体混合水泥浆共同成桩，提升速度为0.1-0.2m/min；
3）旋喷桩施工时，喷射水泥浆压力不小于30MPa，流量大于30L/min，气流压力0.7Mpa。喷射孔与高压注浆泵的距离不大于50m，钻孔位置与设计位置偏差不大于50mm，喷射管分段提升的搭接长度不小于100mm；喷浆应连续，不得断桩，喷浆因故停顿后的喷浆搭接长度不小于100mm。提升喷射孔直至桩顶设计标高为止，成桩完成。
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说 明 书 附 图
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