自锚真空压密刚性桩复合地基综合处理法 本发明涉及一种地基处理方法。特别是刚性桩复合地基处理方法。
刚性桩复合地基是近年来研究开发的一种新型的地基处理方法，它具有有效桩长长，变形小，能充分调动桩间土及桩端土的承载力，复合地基承载力高，比桩基造价低较多等优点，因而得到迅速推广使用，但刚性桩复合地基在深厚软土层中有变形急进；刚性桩多为低标号素混凝土桩，在软弱土层中施工易使地面隆起而将桩拔断；刚性桩的打设对桩周软弱土层不但没有改良作用，反而有扰动作用等缺陷，因此在软弱地基中较少采用。
本发明的目的在于提供一种适合深厚软弱土地基处理，对桩间软弱土层有较好加固改良作用，施工不怕地面隆起，施工快捷，复合地基承载力高，造价相对更低的刚性桩复合地基处理方法。
本发明的特征在于：在需要处理的深厚软弱土层中打设一种“自锚加载真空降水刚性桩体装置”(见图一：自锚加载真空降水刚性桩体装置示意图)，该装置是利用刚性桩体在地层中的抗拔力作反力实施对桩间土层的预压，不需外加荷载物；该装置在地层中有抽排地下水和抽真空的功能，可快速强制降低桩间软弱土层的含水量及在地层中产生负压；通过对桩间土层的预压及降水作用，使桩间土强度提高及承载力增大，桩间土强度的提高又可转化为桩的承载力提高，这种相辅相成地作用使刚性桩复合地基承载力得以大大提高；该装置的拉杆和抽排水、抽真空装置均可在地基处理完后拆除重复利用，节省物质降低成本。
本发明的技术方案是这样的：一种“自锚真空压密刚性桩复合地基综合处理法”，本方法是在地层中打设“自锚加载真空降水刚性桩体装置”，(见图一)，该装置桩体为预制的透水混凝土管(4)和不透气混凝土管(7)，管内设置有拉杆(5)，拉杆(5)底端与传荷墩(1)内的固定螺母(2)连接，可传递桩体抗拔摩阻力，利用该摩阻力可形成对桩间土施加的压力，而实施对桩间土的预压；该装置用的透水混凝土管(4)可滤集地层中的地下水于桩体内，桩体内放入潜水泵(3)(或其它抽排水装置)抽排地下水；该装置桩体上部一定长度(根据具体地层情况而定)安装不透气混凝土管(7)，并在顶部安装密封盖板(8)，使桩体管上部密封，密封盖板(8)上设有真空抽气孔(6)，这样在抽排地下水的同时在桩体内抽排真空，其作用：1.加速孔隙水向桩体管内渗流，强制降低土体内的含水量(必要时还可辅以电渗方法)；2.在地层内形成负压，可转化为地层内部的有效应力，起到预压作用；3.地下水位降低也使土体内有效应力增大，形成部分预压荷载。通过对地层的降水及预压作用，使桩间土的含水量降低及密实度提高，桩间土密实度的提高，又使桩侧摩阻力增大而使刚性桩承载力变大，从而使刚性桩复合地基承载力得以进一步提高。预压完成后，该装置桩体内的拉杆(5)、抽排水设备及地面上的所有物品均可重复利用；对于上拔时提离持力层的传荷墩(1)下的空虚段，可用夯锤或用震动沉管将其夯击下沉与持力层紧密结合，然后在传荷墩与桩体管底部灌注少量混凝土使之连接传递荷载。
自锚加载真空降水刚性桩体装置是这样工作的：用沉管或钻孔的方式成孔，然后将传荷墩(1)、透水混凝土管(4)、不透气混凝土管(7)及拉杆(5)联接好后，放入孔内，拔出桩管(如果是沉管成孔)或用中粗砂填满桩体管与孔壁的间隙(如果是钻孔成孔)；将潜水泵(3)与排水管(11)(或其它抽排水装置)放入桩体内，在桩体管顶端安装密封橡胶垫(12)、密封盖板(8)、密封橡胶螺母(13)、压紧螺栓(9)，使桩体管内密封；将抽真空设备(15)联接到真空抽气孔(6)上，以便抽排地下水及抽吸真空；安装内圈压板(14)及外圈压板(19)，在外圈压板(19)上摆放反力梁架(17)，将拉杆(5)与反力梁架(17)用紧固螺母(16)连接压紧，用千斤顶(20)向外圈压板(19)施加确定的荷载，用力上紧反力梁架(17)上的4个支撑螺杆(18)牢固支撑在外圈压板(19)上，以便撤出千斤顶(20)后，仍向外圈压板(19)传递压力；内圈压板(14)由于其影响深度和范围都较小，可不作连续压载，可在浅层土体达到最佳含水量时作短时间的加载即可压密。
自锚加载真空降水刚性桩体装置主要部件的要求是这样的：传荷墩(1)可用混凝土或铁制作，尺寸及强度应根据选定的桩径和所承受的最大抗拔力计算确定，如用混凝土，其强度不应小于C25；透水混凝土管(4)和不透气混凝土管(7)采用钢筋混凝土制作，其混凝土强度和钢筋用量也须根据桩体承载力和抗拔力，按规范要求计算确定，每节管的制作长度，可根据制作、养护、运输、安装等条件综合确定；拉杆(5)选用后张法预应力混凝土构件使用的精轧螺纹钢筋或其它抗拉性能良好的材料，其截面尺寸须根据最大抗拔力选用；压板(19)、(14)选用混凝土或钢板制作均可，平面尺寸根据桩间距确定，板厚及配筋(如为混凝土构件)根据最大预压荷载及吊装运输状态进行结构计算确定；反力梁架(17)为钢结构构件，它的尺寸用料应根据最大反力计算确定；抽排地下水及抽真空所用的潜水泵(3)及抽真空设备(15)(也可用其它的装置)，其性能应满足降水及抽吸真空的要求；密封盖板(8)用钢板加工，安装及使用必须满足密封的要求；千斤顶(20)应有计量装置，能准确控制加载量。
本发明与一般刚性桩复合地基比较适合深厚软弱粘性土层，对桩间软弱土层有较好的加固改良作用，施工不怕地面隆起，施工快捷，复合地基承载力高，造价相对更低。
实施例：某工程在沿海软弱地基上建造50000m3钢制储油罐4座和20000m3钢制储油罐2座，油罐基础采用环墙式柔性基础，基础底部荷载为240kPa，其地层情况见下表：
地基土物理力学指标序号岩性厚度(m) 含水量 (％)重度(kN)孔隙比十字板(kPa)压缩模量(kPa)极限侧阻(kPa) 1粉质粘土1.5 30 18.6 0.901 20 5.1 26 2粘土0.6 40.1 18.1 0.952 29 3.5 30 3淤泥质粘1.3 52 17.6 1.349 15 2.65 13 4粉质粘土6.0 34 18.5 0.935 20 5.0 28 5淤泥质粉7.2 50 17.5 1.238 14 2.8 16 6粉质粘土2.4 33 19.1 0.85 21 7.1 65 7粉砂2.2 32 18.9 0.79 14.1 85 8粉质粘土11 31 19.2 0.86 10.5
本工程采用的是素混凝土刚性桩复合地基，后经建议将其中一个 20000m3原油罐用本发明“自锚真空压密刚性桩复合地基综合处理法”进行地基处理，取得了较好的效果，两种方法的技术经济比较如下表：
两种方法技术经济比较表
从以上比较中可看出：“自锚真空压密刚性桩复合地基综合处理法”有明显的优势，更为重要的是：本方法在整个施工过程中均由严格的计量观测数据控制进行，为智能化施工，处理过程及效果直观易控制，施工质量易保证。
本发明可因地制宜选用震动沉拔管桩机、回转钻孔机、螺旋钻孔机、柴油锤桩机等设备进行施工，所用的材料均为常用的建筑材料，施工工艺简单，易于推广。