[發(fā)明專利]一種振沖樁復(fù)合地基均勻加固結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2022-01-10
• 公開（公告）號: CN114293533A
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 焦志朝;夏贊鷗;寇衛(wèi)鋒;毛暉;化要雨;劉敬源;趙文柱;曹寧;侯遠;張金良;張良;靳剛;冼文杰;賈曉冰;張軍;楊復(fù)前
• 申請（專利權(quán)）人: 北京宏創(chuàng)天業(yè)建設(shè)工程有限公司;北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司;北京昱海世紀建筑工程有限公司
• 主分類號: E02D3/054
• 分類號: E02D3/054;E02D3/08;E02D3/10
• 代理公司: 北京維正專利代理有限公司 11508
• 代理人: 鄭雷;莊博強

本申請涉及一種振沖樁復(fù)合地基均勻加固結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法，屬于振沖樁的技術(shù)領(lǐng)域，加固結(jié)構(gòu)包括碎石樁和在碎石樁頂部增加的一定厚度的碎石地表加固層。由于地表加固層內(nèi)具有天然排水孔隙，可在地震作用下與碎石樁共同快速消散地層內(nèi)超孔隙水壓力，降低地層液化風(fēng)險；同時地表加固層具有均勻承接上部荷載、避免振沖樁復(fù)合地基不均勻沉降作用。本申請的設(shè)計方法采用數(shù)值仿真分析得到碎石樁群最優(yōu)布置方案、所需最少樁數(shù)量和地表加固層最小厚度，該優(yōu)化后的設(shè)計方法科學(xué)合理，使實際施工的荷載符合設(shè)計荷載，達到精準管控施工成本的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及振沖樁的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種振沖樁復(fù)合地基均勻加固結(jié)構(gòu)及設(shè)計方法。

背景技術(shù)

振沖法，又稱振動水沖法，是指砂土等軟弱地基通過加水振動可以使之密實的原理發(fā)展起來的地基加固方法，后來又被用于黏性土層中設(shè)置振沖置換碎石樁。振沖法是為改善不良地基，以滿足建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)要求的地基加固處理方法。

振沖樁顧名思義就是運用振動的方式在那些存有過大的孔隙裂縫的軟弱地基中將砂粒、碎石、粘性土等擠壓進孔或裂縫中，與地基周圍的土相結(jié)合從而形成新的復(fù)合地基。這種振沖樁法適用于雜填土、疏松的砂土、粘性土和粉土等的地基。以振沖樁方法處理的地基，能夠充分利用天然地基的強度優(yōu)勢，使地基強度均勻。振沖法可快速的完成軟弱地基的排水固結(jié)，增強地基強度，提高承載力和抗液化能力來加大地基的穩(wěn)定性。

振沖砂礫樁復(fù)合地基加固技術(shù)于19世紀起源于歐洲，在法國 Bayonne地區(qū)加固兵工廠車間地基時曾使用過，當時只是應(yīng)用簡單的砂礫樁加固方法處理松散的砂石，由于沒有足夠的物理和力學(xué)理論支撐和先進的試驗設(shè)施，使得該技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用受到一定的限制。1936年，德國的S. Steuerman提出了用振動輔以壓力水加密砂土的概念。1937年，德國Johann Keller公司研制出世界上第一臺振沖器。在1930～1940時期，振沖法在德國廣泛應(yīng)用于砂地基的處理。由于早期在德國的實踐，證明了這一方法的優(yōu)越性，設(shè)備簡單、功效高，為之后的長足發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1950～1960年代，德國和英國相繼把振沖法推廣應(yīng)用于黏性土。德國紐倫堡某工程地基有軟粘土，Keller公司采用先振沖器造孔，再填入塊石加固的施工工藝，這即是今天的“碎石樁法”的萌芽。國外利用振沖法的案例較多，其中，日本十勝沖地區(qū)用振沖法處理了砂地基，在1968年的7.7級強烈地震中發(fā)揮了顯著的作用，有效的遏制了砂土地基的液化，證明了振沖法在砂地基處理中的有效性。此后，振沖法被列為一種有效處理砂地基抗震加固的措施。

我國巖土工程界在 20 世紀 70 年代中期開始了解并注意到國外振沖技術(shù)的應(yīng)用情況，我國開始重視對地基與基礎(chǔ)的抗震加固處理技術(shù)研究。我國振沖技術(shù)發(fā)展至今大體可分為引進試驗（1976～1983年）、推廣應(yīng)用（1984～1999年）、全面廣泛應(yīng)用（2000年～2011年）以及工藝及技術(shù)提升（2012年～現(xiàn)在）等四個階段。隨著近幾十年基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，我國振沖碎石樁施工技術(shù)和裝備獲得了快速發(fā)展和應(yīng)用。

振沖樁的加固機理如下：

砂土是單粒結(jié)構(gòu)，密實的單粒結(jié)構(gòu)已接近穩(wěn)定狀態(tài)，在荷載作用下不再會產(chǎn)生大的變形。而疏松的單粒結(jié)構(gòu)，顆粒間孔隙較大，顆粒位置不穩(wěn)定，在動載或靜載作用下很容易產(chǎn)生位移，因而會產(chǎn)生較大的變形。特別在振動荷載作用下更為顯著，體積可減少20%。所以疏松的砂性土不經(jīng)處理不能作為建筑地基。碎石樁（振沖法或干振法）加固砂性土地基的主要目的是提高地基土的承載力和模量，并增強抗液化性，其抗液化的加固機理有下列三方面作用：

（1）擠密效應(yīng)

對振沖擠密法，在施工過程中由于水沖使松散砂土處于飽和狀態(tài)，砂土在強烈的高頻強迫振動下產(chǎn)生液化，并重新排列致密，且在樁孔中填入大量的粗骨料后，被強大的水平振動力擠入周圍土中，使砂土的相對密實度增加，孔隙率降低，干密度和內(nèi)摩擦角增大，土的物理力學(xué)性能得以改善，使地基承載力大幅度提高，因而抗液化的性能得到改善。國內(nèi)報道中指出：只要小于0.074mm的細顆粒含量不超過10%，都可得到擠密效應(yīng)。

（2）排水減壓效應(yīng)