一种布袋桩、布袋桩复合地基及其构造方法

摘要

本发明公开了一种布袋桩，包括混凝土浇筑的柱形桩芯及包覆在桩芯外侧的纤维材料层；纤维材料层与桩芯通过水泥砂浆浇筑在一起。本发明还公开了一种布袋桩复合地基，该复合地基从上至下依次包括路堤层、混合桩基层及硬土层；混合桩基层包括布袋桩和普通桩；路堤层纵截面为梯形，被加固土体位于梯形斜边侧，布袋桩设置在梯形斜边下方靠近被加固土体的区域。本发明还提供了一种布袋桩复合地基构造方法。本发明降低路堤发生整体失稳破坏的风险，具有施工工艺简单易实施，安全性高、实用性强、经济性好的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种岩土工程复合地基技术领域，特别涉及一种布袋桩、布袋桩复合地基及其构造方法。

背景技术

目前，近年来随着我国经济快速发展，城市化进程不断加快，对工程的进度以及质量也提出了越来越高的要求，例如随着高速铁路的兴起及发展，高铁建设对于路堤沉降提出了非常严格的要求。在我国沿海地区，软土分布非常广泛，其天然含水量大、压缩性高、承载力低和抗剪强度很低，对工程建设提出较大的挑战。而在我国东南沿海地区，上层土大都为饱和软粘土，下层为相对工程性质较好的砂土，粉质黏土。上层土体的抗剪强度较低，排水能力较差，因而路堤容易发生失稳破坏。在这样的地质条件下，许多传统的地基处理方式很难满足沉降及稳定性的要求，而复合地基处理方式凭借其优秀的沉降控制效果及快速的施工过程得到了日益广泛的应用。

现有复合地基处理方式中，依据竖向加固体的黏结方式、施工工艺、强度、刚度、作用机理等差异分为散体桩、半刚性桩、刚性桩、组合桩四种。其中半刚性桩混凝土搅拌桩复合地基因为具有较大的抗压、抗剪强度及竖向刚度，相比于散体桩其承载力及变形控制能力较高，且施工相对简单，成桩技术较为成熟的特点，在工程中应用十分广泛。

但是由于混凝土搅拌桩抗拉强度普遍较低，所以当桩土水平相互作用显著时，桩体易发生受拉破坏。在路堤填筑及使用过程中，随着路堤的不断增高以及路堤上部的荷载不断增大，各桩的受力也显著增加，然而不同位置桩体的受力存在较大的差异：在路堤中心处，桩以承受竖向轴力为主，承受土体水平荷载较小；而在路堤边坡区域，桩承受竖向轴力较小，承受土体水平荷载较大。在较大水平荷载的作用下，路堤边坡处桩体由于抗拉强度较小，容易首先发生受拉破坏，造成应力重分布，从而导致其余桩体发生渐进破坏，进而引起路堤发生整体失稳破坏，路堤承载力大大降低。近年来，混凝土搅拌桩复合地基因为路堤边坡区域桩体首先发生受拉破坏，进而引发路堤整体失稳破坏的事故屡有发生，造成巨大人员、财产损失。然而现有的解决改进办法大都集中于改变桩型或者桩的材料，从而提高桩的抗拉强度，而采用布袋桩应用于复合地基设计中，以提高路堤整体稳定性的设计方法尚不存在。

综上所述，如何在建设混凝土搅拌桩复合地基时，在控制施工成本的基础上提高路堤边坡区域桩体的抗拉强度，使路堤边坡及中心区域桩体发挥各自作用，从而提高路堤稳定性成为了一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种布袋桩、布袋桩复合地基及其构造方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种布袋桩，包括混凝土浇筑的柱形桩芯及包覆在桩芯外侧的纤维材料层；纤维材料层与桩芯通过水泥砂浆浇筑在一起。

进一步地，纤维材料为土工布。

进一步地，桩芯为实心桩芯或空心桩芯。

进一步地，桩芯为变径桩芯或圆柱形桩芯。

本发明还提供了一种布袋桩复合地基，该复合地基从上至下依次包括路堤层、混合桩基层及硬土层；混合桩基层包括布袋桩和普通桩；路堤层纵截面为梯形，被加固土体位于梯形斜边侧，布袋桩设置在梯形斜边下方靠近被加固土体的区域。

进一步地，梯形斜边角度为15°～45°。

进一步地，布袋桩设置区域范围为1/2～2/3梯形斜边长度对应的区域。

进一步地，普通桩为实心桩或空心桩。

进一步地，普通桩为圆形桩或变径桩。

本发明还提供了一种布袋桩复合地基构造方法，在被加固土体一侧从上至下依次设置路堤层、混合桩基层及硬土层；混合桩基层包括布袋桩和普通桩；路堤层纵截面为梯形，被加固土体位于梯形斜边侧，布袋桩设置在梯形斜边下方靠近被加固土体的区域。

进一步地，构建布袋桩复合地基模型，根据模型计算布袋桩的设置区域范围。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明布袋桩复合地基设计方法解决了传统混凝土搅拌桩复合地基由于桩体抗拉强度较小，靠近路堤边坡区域桩体在较大土体水平荷载作用下容易发生受拉破坏，从而导致其余桩体发生渐进破坏，进而引起路堤发生整体失稳破坏，路堤承载力大大降低的工程问题，同时解决了改变桩型或者桩的材料，以此提高桩的抗拉强度所带来的资源浪费、造价较高、不经济的问题。由于本发明复合地基中的靠近路堤边坡区域的桩采用具有较大抗拉强度的布袋桩，可以充分发挥其桩体的抗拉作用，承担更大的土体水平荷载，减小桩后土体的水平流动，可以显著降低桩体发生受拉破坏，从而导致桩体发生渐进破坏，进而引起路堤发生整体失稳破坏的风险。除此之外，靠近路堤中心区域的桩体主要承受竖向轴力，桩后土体位移较小，承担的土体水平荷载较小，因而桩体承受较小的弯矩和较大的轴力，可以采用常规的混凝土搅拌桩即可满足承担轴力的要求。靠近路堤中心区域的桩体采用普通桩，可以在保证路堤稳定性的基础上控制成本，同时靠近路堤边坡区域的桩体采用布袋桩，发挥抗拉作用，且布袋桩成本较低，在保证路堤承载力的同时也有效控制了工程成本。本发明布袋桩采用与普通桩统一的桩径、桩间距及嵌固深度，设计工作简便，且布袋桩施工工艺简单易实施。

本发明布袋桩复合地基设计方法具有施工工艺简单易实施，安全性高、实用性强、经济性好的优点。

附图说明

图1是本发明的一种布袋桩复合地基结构示意图。

图2是图1的A向剖切示意图。

图3是本发明的一种布袋桩结构示意图。

图中：1-路堤层，2-被加固土体，3-硬土层，4-布袋桩，5-普通桩，6-桩芯，7、纤维材料层。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹列举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图3，一种布袋桩4，包括混凝土浇筑的柱形桩芯6及包覆在桩芯6外侧的纤维材料层7；纤维材料层7与桩芯6通过水泥砂浆浇筑在一起。

纤维材料层7可由抗拉强度大于2MPa的纤维织物构成。

优选地，纤维材料可为土工布。纤维材料层7也可选用其他抗拉强度大于2MPa的纤维织物。

进一步地，桩芯6可为实心桩芯或空心桩芯。

进一步地，桩芯6可为变径桩芯、圆柱形桩芯等其他形状的桩芯。

本发明还提供了一种布袋桩4复合地基，该复合地基从上至下依次包括路堤层1、混合桩基层及硬土层3；混合桩基层包括布袋桩4和普通桩5；路堤层1纵截面为梯形，被加固土体2位于路堤层1的梯形斜边侧，布袋桩4设置在路堤层1的梯形斜边下方靠近被加固土体2的区域。

普通桩5为现有技术中的常用桩。

进一步地，路堤层1的梯形斜边角度可为15°～45°。也就是路堤层1斜坡角度为15°～45°。

进一步地，布袋桩4设置区域范围可为1/2～2/3的路堤层1梯形斜边长度对应的区域。也就是梯形斜边距离梯形底部长度为1/2～2/3线段向下投影的区域。

进一步地，普通桩5可为实心桩或空心桩。

进一步地，普通桩5可为圆形桩、变径桩或其他形状的常用桩。

本发明还提供了一种布袋桩4复合地基构造方法，在被加固土体2一侧从上至下依次设置路堤层1、混合桩基层及硬土层3；混合桩基层包括布袋桩4和普通桩5；路堤层1纵截面为梯形，被加固土体2位于路堤层1的梯形斜边侧，布袋桩4设置在路堤层1的梯形斜边下方靠近被加固土体2的区域。

进一步地，可采用现有技术构建布袋桩4复合地基模型，根据模型计算布袋桩4的设置区域范围。

下面以本发明的一个优选实施例进一步说明本发明的结构及工作原理：

如图1和图2所示，本发明提出的一种布袋桩4复合地基设计方法，包括路堤层1、被加固土体2、硬土层3、布袋桩4以及普通桩5。其中，路堤层1的纵截面为梯形，其一侧为斜坡，斜坡对应梯形斜边。其下方为被加固土体2和硬土层3；布袋桩4与普通桩5的布置区域为路堤层1所覆盖的区域，并分为靠近路堤层1的斜坡侧的布袋桩4布置区域和靠近路堤层1中心侧的普通桩5布置区域；布袋桩4布置在路堤层1斜坡处桩体易发生受拉破坏的区域，通过数值模拟结果确定为路堤层1边坡坡脚向路堤层1中心线延伸的部分区域，剩余的区域为普通桩5的布置区域。

所述布袋桩4与普通桩5的桩径、桩间距及埋入硬土层3深度的取值均相同，具体数值依据《建筑地基处理技术规范》中复合地基承载力及变形要求，根据设计要求计算；普通桩5采用混凝土搅拌桩，布袋桩4的成桩材料采用水泥砂浆，外裹一层土工布，其抗拉强度相较于普通桩5更大。

仅在靠近路堤层1边坡区域采用具有较大抗拉强度的布袋桩4，可以充分发挥其桩体的抗拉作用，承担更大的土体水平荷载，减小桩后土体的水平流动，可以显著降低桩体发生受拉破坏，从而导致桩体发生渐进破坏，进而引起路堤层1发生整体失稳破坏的风险。除此之外，靠近路堤层1中心区域的桩体主要承受竖向轴力，桩后土体位移较小，承担的土体水平荷载较小，因而桩体承受较小的弯矩和较大的轴力，可以采用普通桩5即可满足承担轴力的要求。靠近路堤层1中心区域的桩体采用普通桩5，可以在保证路堤层1稳定性的基础上控制成本，同时靠近路堤层1边坡区域的桩体采用布袋桩4，发挥抗拉作用，且布袋桩4成本较低，在保证路堤层1稳定性的基础上也有效控制了工程成本。

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。