[发明专利]大面积地面堆载下软土地基处理的减沉路堤桩及设计方法

说明书

技术领域：

本发明涉及土建工程领域，且尤其涉及一种新的应用于大面积地面堆载下软土地基处理的减沉路堤桩设计方法。

背景技术：

大面积地面堆载下软土地基处理是地基基础学科领域内至今仍感到困惑的难题之一。地面堆载一般是由松散性材料组成的柔性荷载，而软土地基又多具有高压缩性、高灵敏度、低渗透性和低强度等不利的工程特性，在大面积地面堆载的作用下，软土地基会发生量大面广的长期沉降。

长期来在深厚软土地区的工程实践中，较多是采用砂井、塑料排水板并联合真空、堆载等措施的排水预压法或采用水泥搅拌桩、高压旋喷桩等复合地基法，进行大面积地面堆载下的软土地基处理。

上世纪70年代起，国外如北欧的瑞典和芬兰等国，在软土地区广泛地对路堤地基采用桩顶设有独立承台的预制桩、桩身倾斜、外荷载全部由桩承担传统路堤桩技术，用以增加坡脚处有侧向推力的路堤地基稳定性和减少其沉降。

参照上世纪90年代以来课题组在上海地区采用沉降控制复合桩基处理多层居住建筑地基取得普遍成功的经验，经进一步研究改进发展，本发明提出一种新的应用于大面积地面堆载下软土地基处理的减沉路堤桩设计方法。

发明内容：

如上所述，本发明的目的是提出一种新的应用于大面积地面堆载下软土地基处理的减沉路堤桩技术及设计方法。

为了实现上述目的，本发明首先提供了一种减沉路堤桩结构，该路堤桩结构采用桩间距较大、桩顶设有独立承台的竖直预制桩作为主要承重单元。其中，桩间距大于竖直预制桩的桩身截面边长6倍以上。

本发明还提供了减沉路堤桩技术的设计方法，提出了这种技术的主要设计步骤和方法，包括以下步骤：步骤一，地面堆载与减沉路堤桩主要几何参数的估算；步骤二，减沉路堤桩单桩所受荷载计算与承载力验算；步骤三，减沉路堤桩的承台结构设计与群桩沉降验算。

本发明具有工期短、造价低和质量容易控制等显著优点。该技术能减少总地基沉降和工后沉降，同时具有沉降收敛快的特点。这种技术和长期以来在深厚软土地区的大面积地面堆载工程中采用较多的排水预压法和复合地基法等地基处理方法相比，该技术具有工期短、造价低和质量容易控制等显著优点。该项技术为解决大面积地面堆载下软土地基处理这一工程疑难问题，提供了一种新的可供选择的方案。

附图说明：

图1为本发明提出的一种软土地基处理的减沉路堤桩结构的示意图；

图2为本发明一种软土地基处理的减沉路堤桩技术设计步骤的流程图；

图3a、3b为本发明减沉路堤桩布置和桩顶承台上覆荷载计算示意；

图4a、4b为本发明一种软土地基处理的减沉路堤桩承台结构示意。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明提供了一种新的大面积地面堆载下软土地基处理技术，提出了减沉路堤桩结构并给出了其主要的设计步骤和设计方法。参见图1，所述减沉路堤桩以桩顶设有独立承台3的竖直预制桩2作为承重单元，且相邻的两个预制桩2之间具有一般在5倍甚至6倍桩身截面边长以上的间距，其中桩身截面是指预制桩2在与其延伸方向垂直的截面上的投影的边长。所述预制桩2形成在软土地基中，承台3形成在软土地基上方、堆载1底部，所述承台3形成对大面积地面堆载1的支承。

需要指出，本发明提出的减沉路堤技术与上述国外针对路堤地基处理的传统路堤桩技术以及近代的加筋垫层桩支承路基新技术相比，虽然在所采用的桩型上是相似的，但是在工程应用范围和设计方法上都有明显区别，一方面，本发明的减沉路堤桩技术主要用于大面积地面堆载下的软土地基处理，一般不考虑承受侧向推力的作用，因此不需要采用桩身倾斜或其他抵抗推力的措施；另一方面，减沉路堤桩技术又吸取了沉降控制复合桩基的成功经验，即在确保地基整体稳定的前提下，增大桩距减少桩与桩之间的相互影响，既有利于桩与桩间土共同承担外荷载能力的提高，又能充分发挥单桩能有效控制沉降的作用，从而也可较大幅度减少用桩的数量。

接着，请参考图2，图2为本发明一种软土地基处理的减沉路堤桩技术主要设计步骤的流程图，从图2中可以看出，上述设计方法包括如下步骤：

步骤1：地面堆载与减沉路堤桩主要几何参数的估算；

(1)地面堆载材料的重度γ和内摩擦角φ估算：

当地面堆载是由单一材料或者多种材料分层堆筑组成时，可近似取一种或多种材料的重度和内摩擦角按分层堆筑厚度的加权平均重度和加权平均内摩擦角为地面堆载材料的重度和内摩擦角。

(2)地面堆载总高度H估算：