强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构及施工方法与流程

1.本发明涉及建筑施工技术领域。更具体地说，本发明涉及一种强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构及施工方法。


背景技术：

2.在岩溶区域的山区，由于场地平整以及土石方挖填平衡的原因，势必形成高回填、强溶岩区。
3.膨胀土是高塑性黏土，具有吸水量大、塑性强、失水收缩及浸水膨胀软化等特性，受膨胀土胀缩特性影响，在膨胀土地基修建的建筑物安全性面临较大挑战。根据自由膨胀率、标准吸湿含水率以及塑性指数的不同，土质划分为非膨胀土、弱膨胀土、中膨胀土和强膨胀土，其中，弱膨胀土的膨胀率为40％～60％。以经济和实用为原则，常采用一些措施对弱膨胀土进行处理后，作为回填土回填溶岩区，得到膨胀土岩溶地基。在膨胀土岩溶地基上修建建筑，容易出现如地基不均匀沉降、承载力不足以及地基的塌陷或滑动等情况，必须对地基进行处理，以保证地基结构的长期稳定。
4.而高回填、强溶岩区常采用cfg桩、钢筋混凝土桩、预应力管桩等地基处理技术形成桩式地基结构，以增加强岩溶地区高回填弱膨胀土地基的稳定性和承载能力。如申请号为201710258547.5的专利公开了一种端承型刚性桩复合地基及其施工方法，通过调节桩顶褥垫层，单桩受力模式为端承桩，用以调节筏板基础沉降变形，以获得施工方便，节约工期和造价的目的，但此地基结构主要用于地下水位较高的强岩溶地区，并不适用于利用弱膨胀土回填的高回填、强溶岩区。因此，如何设计强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构，以获得地基结构稳定、减小地基变形、承载力足的有益效果是值得深思的。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
6.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构，包括：
7.岩溶层；
8.回填层，其设于所述岩溶层上方，所述回填层内间隔设有多组灌注桩组件，每组的灌注桩组件包括：
9.多孔管桩，其埋设于所述回填层内，所述多孔管桩的侧壁上开设有上下贯通的多组通孔，所述多孔管桩内部中空；
10.灌注桩，其间隙穿设于所述多孔管桩上，所述灌注桩与所述多孔管桩之间的间隙内设有弹性部；
11.混凝土层，其浇筑位于所述回填层上方；
12.其中，所述灌注桩上下端分别位于所述岩溶层和所述回填层内。
13.优选的是，所述灌注桩组件还包括多个侧面灌注管，多个侧面灌注管位于所述多
孔管桩与所述岩溶层之间，并设于所述灌注桩下端的周侧，所述侧面灌注管内灌注有混凝土。
14.优选的是，所述弹性部包括多个弧面形弹板，所述弧面形弹板的弧形开口端设于所述灌注桩的侧壁上，所述弧面形弹板的弧面朝向所述多孔管桩与所述通孔抵接。
15.优选的是，所述弧面形弹板与所述灌注桩间形成的弧形空腔内填充设有橡胶颗粒。
16.优选的是，所述回填层内的回填土为改性的弱膨胀土，所述改性的弱膨胀土包含质量比为3:7～10的石灰和弱膨胀土。
17.优选的是，所述多孔管桩埋设于所述回填土内的深度超过大气影响深度。
18.提供一种强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构的施工方法，包括以下步骤：
19.步骤一、于预制厂内预制形成内部空心的所述多孔管桩；
20.步骤二、将钢铁空心管插设于所述多孔管桩内，然后将所述多孔管桩的上下端浇筑封闭，其中，所述多孔管桩与所述钢铁空心管之间设有弧面形弹板，所述弧面形弹板与所述多孔管桩的通孔抵接；
21.步骤三、于所述岩溶层上预先钻孔，形成引孔后，吊放多孔管桩，直至钢铁空心管插设于引孔内后；
22.步骤四、回填回填土至一定高度后，于钢铁空心管上端多次浇筑混凝土，混凝土经侧面灌注管与回填土形成硬土层，钢铁空心管经灌注形成所述灌注桩，继续回填，并压实，形成所述回填层；
23.步骤五、于所述回填层上浇筑混凝土，直至覆盖所述灌注桩，形成所述混凝土层。
24.本发明至少包括以下有益效果：
25.第一、本发明通过由多孔管桩和灌注桩组成的灌注组件从上至下连接混凝土层、回填层、岩溶层，实现减小地基结构沉降变形、增加地基承载力的有益效果。
26.第二、本发明通过在灌注桩和多孔管桩之间设置弧面形弹板，用以抵抗在膨胀土浸水或失水时产生的横向变形，减小地基结构的沉降变形，以及在弧面形弹板的弧形空腔内填充橡胶颗粒，在增加弹性部结构稳定性同时，不影响其压缩变形或回弹变形的性能。
27.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
28.图1为本发明的其中一种技术方案的所述建筑地基结构的侧面剖视图；
29.图2为本发明的其中一种技术方案的所述灌注桩组件的侧面剖视图；
30.图3为本发明的其中一种技术方案的所述灌注桩组件的侧视图。
具体实施方式
31.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
32.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语指示的方位
或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
33.如图1～3所示，本发明提供一种强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构，包括：
34.岩溶层1；所述岩溶层1为溶洞上方的可溶性岩石，其包括碳酸盐类岩石如石灰岩、石膏等，所述岩溶层1中可存在有溶洞；
35.回填层2，其设于所述岩溶层1上方，所述回填层2内间隔设有多组灌注桩组件3，每组的灌注桩组件3包括：
36.多孔管桩31，其埋设于所述回填层2内，所述多孔管桩31的侧壁上开设有上下贯通的多组通孔33，所述多孔管桩31内部中空；具体地，所述回填层2的回填土可为弱膨胀土或改性的弱膨胀土，所述多孔管桩31可为c30混凝土浇筑预制形成，并在其预制时，预制得到的多孔管桩31埋设于弱膨胀土回填的回填层2内，于所述多孔管桩31的侧壁上自上至下开设多组通孔33，相邻的两组通孔33相互贯通，且与所述多孔管桩31的内部连通，以便留有一定空间用于容纳回填土在浸水膨胀时增大的体积，抵抗所述回填层2在浸水膨胀时产生的横向变形；
37.灌注桩32，其间隙穿设于所述多孔管桩31上，所述灌注桩32与所述多孔管桩31之间的间隙内设有弹性部34；具体地，所述灌注桩32可由钢铁空心管多次浇筑混凝土形成，于所述岩溶层1通过钻孔机钻孔形成引孔后，将所述钢铁空心管设于所述引孔内，浇筑混凝土即可形成灌注桩32，而所述多孔管桩31间隙套设于所述灌注桩32上，并于所述间隙内设置弹性部34，且使得所述弹性部34横向抵接于所述通孔33上，且相邻的两个弹性部34上下相互抵接，用于抵抗膨胀土在浸水或失水时引起所述回填层2的横向变形；
38.混凝土层4，其浇筑位于所述回填层2上方；所述混凝土层4采用c30～c35混凝土浇筑形成，具有一定的强度，以便在所述地基结构以及所述混凝土层4上施工得到建筑物；
39.其中，所述灌注桩32上下端分别位于所述岩溶层1和所述回填层2内；具体地，所述岩溶层1和所述回填层2通过所述灌注桩32固定连接，以共同承受来自所述地基结构上层的动静荷载，以实现地基结构稳定的有益效果。
40.在上述技术方案中，于存在有溶洞的岩溶层1顶面钻孔，得到多个引孔，并将多个预制有多孔管桩31的灌注桩32分别固定于多个引孔中后，于所述岩溶层1上回填回填土并压实，得到所述回填层2，并于所述回填层2上浇筑混凝土形成所述混凝土层4，所述混凝土层4、所述回填层2、所述岩溶层1在所述灌注桩组件3的固定连接下形成桩式的所述地基结构，具有承载力大等优点；其中，所述回填土可为膨胀土或弱膨胀土，所述回填层2的高度位于所述多孔管桩31的高度和所述灌注桩32的高度之间，而回填有膨胀土的所述回填层2在浸水膨胀时，所述多孔管桩31上设置的通孔33和弹性部34，能抵抗膨胀土浸水导致的侧向膨胀变形问题，从而减弱所述回填层2的膨胀挤压隆起变形，进而减小所述地基结构发生变形；在所述回填层2失水收缩时，被压缩的弹性部34产生回弹变形，经所述多孔管桩31上的径向通孔33横向传递，能够使得膨胀土产生的侧向膨胀变形得以恢复，以减小所述地基结构的沉降变形。
41.在另一种技术方案中，所述灌注桩组件3还包括多个侧面灌注管35，多个侧面灌注管35位于所述多孔管桩31与所述岩溶层1之间，并设于所述灌注桩32下端的周侧，所述侧面
灌注管35内灌注有混凝土；其中，所述侧面灌注管35位于所述岩溶层1和所述多孔管桩31下端之间，所述侧面灌注管35经由所述灌注桩32一同灌注有混凝土，混凝土由所述侧面灌注管35灌注，并与位于所述回填层2底部的回填土结合固定，形成位于所述岩溶层1上的硬土层，使与所述岩溶层1接触的回填土变得更加挤密、减少缝隙，与回填土、所述岩溶层1的岩石形成一个整体，增大周围挤压凝固摩擦力，从而减少所述地基结构的沉降。
42.在另一种技术方案中，所述弹性部34包括多个弧面形弹板，所述弧面形弹板的弧形开口端设于所述灌注桩32的侧壁上，所述弧面形弹板的弧面朝向所述多孔管桩31与所述通孔33抵接；所述弧面形弹板的材质可为弹簧钢、橡胶或乳胶，所述弧面形弹板的弧形设置，能抵接膨胀土浸水膨胀后对于所述多孔管桩31的压力。
43.在另一种技术方案中，所述弧面形弹板与所述灌注桩32间形成的弧形空腔内填充设有橡胶颗粒；具体地，所述橡胶颗粒主要是通过各种废旧橡胶包括废橡胶、旅游鞋底、边角料、电缆皮、橡胶边角料、汽车垫带、汽车轮胎等废旧橡胶原料加工生产而来，具有一定的弹性，所述橡胶颗粒填充所述弧形空腔为所述弹性部34，在增加其结构稳定性的同时，不影响其压缩变形或回弹变形的性能。
44.在另一种技术方案中，所述回填层2内的回填土为改性的弱膨胀土，所述改性的弱膨胀土包含质量比为3:7～10的石灰和弱膨胀土；具体地，将石灰与常见的弱膨胀土或膨胀土以质量比为3:8的比例搅拌混合均匀，得到改性的弱膨胀土，其中，石灰能够有效抑制弱膨胀土的胀缩趋势，并提高土体强度，以减小所述回填层2的沉降变形。
45.在另一种技术方案中，所述多孔管桩31埋设于所述回填土内的深度超过大气影响深度；其中，所述大气影响深度是指在自然气候作用下，由降水、蒸发、地温等因素引起土的升降变形的有效深度，其数值应由各气候区土的深层变形观测或含水量观测及地温观测资料确定，如无资料时，可根据相关规范中的规定进行取值，常见大气影响深度的范围是3m～5m，所述多孔管桩31埋设于所述回填土内的深度大于大气影响深度，进一步保障所述回填层2在失水收缩情况下，能够承载建筑物传力的静荷载，并将其传递至大气影响深度以下。
46.提供一种强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构的施工方法，包括以下步骤：
47.步骤一、于预制厂内预制形成内部空心的所述多孔管桩31；具体地，用c30的混凝土支模浇筑预制得到空心的所述多孔管桩31；
48.步骤二、将钢铁空心管插设于所述多孔管桩31内，然后将所述多孔管桩31的上下端浇筑封闭，其中，所述多孔管桩与钢铁空心管之间设有弧面形弹板，所述弧面形弹板与所述多孔管桩的通孔抵接；具体地，所述多孔管桩31的上下端通过支模板浇筑封闭，所述弧面形弹板的弧顶抵接所述多孔管桩31的通孔，以便能抵接膨胀土浸水导致的侧向膨胀变形，还具有一定弹性用以在所述回填层2失水收缩时，产生回弹变形，恢复膨胀土的膨胀变形；
49.步骤三、于所述岩溶层1上预先钻孔，形成引孔后，吊放所述多孔管桩31，直至钢铁空心管插设于引孔内后；具体地，利用钻孔机于所述岩溶层1钻设多个引孔，吊放预制由多孔管桩31的钢铁空心管，直至其插入所述引孔内，并用打夯机将所述钢铁空心管牢固夯入所述引孔内，其中，所述钢铁空心管的与所述岩溶层1之间连通焊接设有多个侧面灌注管35；
50.步骤四、回填回填土至一定高度后，于钢铁空心管上端多次浇筑混凝土，混凝土经侧面灌注管35与回填土形成硬土层，钢铁空心管经灌注形成所述灌注桩32后，继续回填，并
压实，形成所述回填层2；其中，所述回填土为经石灰改性的弱膨胀土，回填回填土至覆盖所述侧面灌注管35后，于钢铁空心管上端多次浇筑混凝土，混凝土经侧面灌注管35流入蓬松的回填土内，与之固定形成硬土层，使与所述岩溶层1接触的回填土变得更加挤密、减少缝隙，与回填土、所述岩溶层1的岩石形成一个整体，增大周围挤压凝固摩擦力，从而减少所述地基结构的沉降，且钢铁空心管经灌注得到灌注桩32后，继续回填并压实，直至覆盖所述多孔管桩31，得到回填层2；
51.步骤五、于所述回填层2上浇筑混凝土，直至覆盖所述灌注桩32，形成所述混凝土层4；具体地，于所述回填层2上支模板并浇筑c30混凝土，直至覆盖所述灌注桩32上端，待养护达到要求后，形成混凝土层4。
52.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

技术特征：
1.强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构，其特征在于，包括：岩溶层；回填层，其设于所述岩溶层上方，所述回填层内间隔设有多组灌注桩组件，每组的灌注桩组件包括：多孔管桩，其埋设于所述回填层内，所述多孔管桩的侧壁上开设有上下贯通的多组通孔，所述多孔管桩内部中空；灌注桩，其间隙穿设于所述多孔管桩上，所述灌注桩与所述多孔管桩之间的间隙内设有弹性部；混凝土层，其浇筑位于所述回填层上方；其中，所述灌注桩上下端分别位于所述岩溶层和所述回填层内。2.如权利要求1所述的强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构，其特征在于，所述灌注桩组件还包括多个侧面灌注管，多个侧面灌注管位于所述多孔管桩与所述岩溶层之间，并设于所述灌注桩下端的周侧，所述侧面灌注管内灌注有混凝土。3.如权利要求1所述的强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构，其特征在于，所述弹性部包括多个弧面形弹板，所述弧面形弹板的弧形开口端设于所述灌注桩的侧壁上，所述弧面形弹板的弧面朝向所述多孔管桩与所述通孔抵接。4.如权利要求3所述的强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构，其特征在于，所述弧面形弹板与所述灌注桩间形成的弧形空腔内填充设有橡胶颗粒。5.如权利要求1所述的强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构，其特征在于，所述回填层内的回填土为改性的弱膨胀土，所述改性的弱膨胀土包含质量比为3:7～10的石灰和弱膨胀土。6.如权利要求1所述的强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构，其特征在于，所述多孔管桩埋设于所述回填土内的深度超过大气影响深度。7.基于权利要求1～6任一项所述的强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、于预制厂内预制形成内部空心的所述多孔管桩；步骤二、将钢铁空心管插设于所述多孔管桩内，然后将所述多孔管桩的上下端浇筑封闭，其中，所述多孔管桩与钢铁空心管之间设有弧面形弹板，所述弧面形弹板与所述多孔管桩的通孔抵接；步骤三、于所述岩溶层上预先钻孔，形成引孔后，吊放多孔管桩，直至钢铁空心管插设于引孔内后；步骤四、回填回填土至一定高度后，于钢铁空心管上端多次浇筑混凝土，混凝土经侧面灌注管与回填土形成硬土层，钢铁空心管经灌注形成所述灌注桩，继续回填，并压实，形成所述回填层；步骤五、于所述回填层上浇筑混凝土，直至覆盖所述灌注桩，形成所述混凝土层。

技术总结
本发明公开了一种强岩溶地区高回填弱膨胀土建筑地基结构，包括：岩溶层；回填层，其设于岩溶层上方，回填层内间隔设有多组灌注桩组件，每组的灌注桩组件包括：多孔管桩，其埋设于回填层内，多孔管桩的侧壁上开设有上下贯通的多组通孔，多孔管桩内部中空；灌注桩，其间隙穿设于多孔管桩上，灌注桩与多孔管桩之间的间隙内设有弹性部；混凝土层，其浇筑位于回填层上方；其中，灌注桩上下端分别位于岩溶层和回填层内。本发明通过由多孔管桩和灌注桩组成的灌注桩组件从上至下连依次接混凝土层、回填层、岩溶层，实现减小地基结构沉降变形、增加地基承载力的有益效果。承载力的有益效果。承载力的有益效果。


技术研发人员：闫峰 李九超 尹敏 南志 王永利
受保护的技术使用者：中交第三公路工程局有限公司
技术研发日：2023.07.19
技术公布日：2023/9/23