倾斜基底软弱地基加固结构、地基系统、设计及施工方法与流程

本发明涉及建筑工程，具体涉及一种倾斜基底软弱地基加固结构、地基系统、设计及施工方法。

背景技术：

1、随着我国交通建设的高速发展，目前一些基础建设工程，如高速公路、高速铁路及机场等高填方工程有时不得修建在具有倾斜基底的斜坡软土地基上。软土含水量大、压缩性高、强度低，工程力学性质非常差，斜坡软土地基的倾斜基底面形成天然滑动面，对工程更为不利。当承受较大荷载时，斜坡软土地基往往会产生较大不均匀沉降和侧向变形，甚至会沿着倾斜基底产生侧向滑动而整体失稳，造成巨大人员伤亡和财产损失。斜坡软基的加固已引起业界的广泛关注。

2、授权公告号为cn212611712u的中国专利，提供了一种提高含倾斜嵌固层路堤稳定性的变桩长刚性桩复合地基，通过变桩长刚性桩加固软土层。所有刚性桩中包括长桩和常规桩，长桩的布置区域是软土厚度大的一侧坡面对应的区域，剩余的区域是常规桩的布置区域。常规桩的桩长是至深入嵌固层的2倍桩径为止，长桩的桩长是至深入嵌固层的5-7倍桩径为止。通过加长常长桩的桩长提高了路堤的稳定性。

3、授权公告号为cn206233257u的中国专利，公开了一种加固倾斜软基的组合型复合地基，包括布设在路堤坡脚外侧的多排正斜桩、布设在路堤坡脚正下方的垂直排桩、布设在路基正下部按一定间距施工的垂直桩群。主要通过正斜桩与垂直桩形成的斜直多排桩控制软土地基水平位移和滑动。

4、斜坡软基在上部荷载作用下，具有向软土层厚度较大一侧倾倒变形的趋势。cn212611712u提供的结构主要通过加大桩长，深入嵌固层，以维持路堤的稳定性。但实际工程中很多情况下嵌固层力学性质较好，加固桩难以深入，施工困难，且该结构的整体性较差；cn206233257u提供的结构主要通过倾斜桩抵抗斜坡软基的侧向变形，该结构存在的主要缺陷是倾斜桩施作困难，结构整体性不强。

5、总之，目前用于加固具有倾斜基底斜坡软基的结构整体性不强，各构件间的连接强度不够，结构难以整体受力和协同变形，抵抗侧向变形的能力有限，加固处理效果不理想。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术存在：倾斜基底斜坡软基的结构整体性不强，各构件间的连接强度不够，结构难以整体受力和协同变形的问题，提供一种倾斜基底软弱地基加固结构及其施工方法，以及一种倾斜基底软弱地基系统及其稳定性设计方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种倾斜基底软弱地基加固结构，包括水平注浆层和阵列布置的若干加固桩，所述加固桩贯穿连接所述水平注浆层，所述水平注浆层呈板状设置。

4、本发明所述的一种倾斜基底软弱地基加固结构，通过水平注浆层把各根加固桩联结在一起，形成三维空间整体结构，有效提高了整体稳定性，同时，由于所述水平注浆层呈板状设置，在施工时，所述水平注浆层为水泥土浆液会与周围土层经过一系列物理化学反应形成的水泥注浆土加固体，不仅大大增大周围土层侧向变形的难度，而且，由于土体侧向变形时多沿倾斜基底侧移，在此情况下，土体侧移方向与所述水平注浆层板面设置方向(水平设置)必然会存在夹角，使得水平注浆层能够协同加固桩来支撑部分土体，而且，呈板状设置水平注浆层能够有效限制桩间土沉降，可有效抵抗其上部荷载在地基中产生的部分侧向推力，而且能够将软土的部分松软土体变形破坏形式变成更偏向整体侧向变形破坏形式，有效增大周围土层侧向变形的难度，进而增强了地基的稳定性，达到地基加固处理的目的。

5、综上所述，本发明所述的一种倾斜基底软弱地基加固结构，利用水平注浆层把各根加固桩联结成整体，以及所述水平注浆层与周围土层形成的水泥注浆土共同协同作用，共同达到加强了抵抗软土地基侧向变形的能力，有效增强了倾斜基底斜坡软基的结构整体性，且有效增强了各构件间的连接强度，使得倾斜基底软弱地基加固结构能够配合周围土体进行整体受力和协同变形，从而有效提高了倾斜基底软弱地基的整体稳定性。

6、优选地，所述水平注浆层为至少两层，相邻所述水平注浆层沿竖向间隔设置，至少部分所述加固桩贯穿至少两层所述水平注浆层。

7、优选地，部分所述加固桩顶部连接有桩帽；

8、另有部分所述加固桩顶部连接有地梁，同一所述地梁下部连接有至少两根加固桩；

9、连接所述地梁的加固桩长度大于连接所述桩帽的加固桩。

10、本发明通过水平注浆层把各根加固桩联结在一起，形成三维空间结构，有效提高了整体稳定性，加强了倾斜基底软弱地基加固结构抵抗侧向变形的能力；连接所述地梁的加固桩长度大于连接所述桩帽的加固桩，通过地梁将软基较厚一侧的加固桩顶连接加固，进一步增强了结构的整体协同变形能力，可有效抵抗上部荷载在地基中产生的侧向推力，进而保证了地基的稳定性，达到地基加固处理的目的。

11、优选地，所述加固桩内沿所述加固桩长度方向设置有钢管。

12、沿所述加固桩轴线方向设置有钢管，从而有效提高加固桩能够承受的侧向压力，且可有效解决加固桩内钢筋笼难以下插的问题，提高施工效率。

13、本技术还公开了一种倾斜基底软弱地基系统，包括岩层和如本技术所述的倾斜基底软弱地基加固结构，所述岩层顶部具有倾斜基底，所述倾斜基底上具有软土层，所述水平注浆层位于所述软土层内，所述加固桩下部穿过所述软土层后嵌入所述岩层内。

14、本发明所述的一种倾斜基底软弱地基系统，所述加固桩下部穿过所述软土层后嵌入所述岩层内，作为承力基础，通过水平注浆层把各根加固桩联结在一起，形成三维空间整体结构，有效提高了整体稳定性，同时，由于所述水平注浆层呈板状设置，在施工时，所述水平注浆层的水泥土浆液会与周围软土层的土体经过一系列物理化学反应形成的水泥注浆土加固体，不仅大大增大周围土体侧向变形的难度，而且，由于土体侧向变形时多沿倾斜基底侧移，在此情况下，土体侧移方向与所述水平注浆层板面设置方向(水平设置)必然会存在夹角，使得水平注浆层能够协同加固桩来支撑部分土体，而且，呈板状设置水平注浆层能够有效限制桩间土沉降，可有效抵抗其上部荷载在地基中产生的部分侧向推力，而且能够将软土的部分松软土体变形破坏形式变成更偏向整体侧向变形破坏形式，有效增大周围土层侧向变形的难度，进而增强了地基的稳定性，达到地基加固处理的目的。

15、综上所述，本发明所述的一种倾斜基底软弱地基系统，利用水平注浆层把各根加固桩联结成整体，以及所述水平注浆层与周围土层形成的水泥注浆土共同协同作用，共同达到加强了抵抗软土地基侧向变形的能力，有效增强了倾斜基底斜坡软基的结构整体性，且有效增强了各构件间的连接强度，使得倾斜基底软弱地基加固结构能够配合周围土体进行整体受力和协同变形，从而有效提高了倾斜基底软弱地基的整体稳定性。

16、优选地，部分所述加固桩顶部连接有桩帽，另有部分所述加固桩顶部连接有地梁，同一所述地梁下部连接有至少两根加固桩，所述地梁位于所述桩帽靠近所述倾斜基底下游一侧。

17、本发明所述的一种倾斜基底软弱地基系统，通过水平注浆层把各根加固桩联结在一起，形成三维空间结构，有效提高了整体稳定性，加强了倾斜基底软弱地基加固结构抵抗侧向变形的能力；连接所述地梁的加固桩长度大于连接所述桩帽的加固桩，通过地梁将软土层较厚一侧的加固桩顶连接加固，进一步增强了倾斜基底软弱地基系统的整体协同变形能力，可有效抵抗上部荷载在地基中产生的侧向推力，进而保证了地基的稳定性，达到地基加固处理的目的。

18、优选地，本发明所述的一种倾斜基底软弱地基系统，还包括加筋垫层，所述桩帽和所述地梁均位于所述加筋垫层底部，且所述桩帽和所述地梁共同支撑所述加筋垫层。

19、所述加筋垫层可将上部荷载有效传递至加固桩，从而能够充分利用加固桩的支撑能力。

20、优选地，所述加筋垫层上部设置有填土。

21、本技术还公开了一种用于本技术所述的倾斜基底软弱地基系统的稳定性设计方法，包含以下步骤：

22、a1.拟定水平注浆层的位置、厚度和层数，基于水平注浆层的位置和厚度确定各土条宽度和各土条重力；

23、a2.建立倾斜基底软弱地基的整体稳定性系数模型，并将步骤a1中的各土条宽度和各土条重力输入所述倾斜基底软弱地基的整体稳定性系数模型，并求得对应的倾斜基底软弱地基的整体稳定性系数fs；

24、a3.将步骤a2中倾斜基底软弱地基的整体稳定性系数fs与许用整体稳定性系数[f]相比较:

25、若fs≥[f]，则预设水平注浆层的层数、水平注浆层的厚度为最终设置值；

26、若fs＜[f]，则调整预设水平注浆层的层数、水平注浆层的厚度，并重复步骤a1-a3，直至fs≥[f]。

27、本技术所述的一种用于本技术所述的倾斜基底软弱地基系统的稳定性设计方法，基于水平注浆层的位置和厚度确定各土条宽度和各土条重力，在此基础上通过建立倾斜基底软弱地基的整体稳定性系数模型，能够使其满足输入各土条宽度和各土条重力输出对应的倾斜基底软弱地基的整体稳定性系数fs，从而为本技术所述的倾斜基底软弱地基系统的稳定性设计提出了快速、便捷的设计依据，从而能够更好地指导本技术所述的倾斜基底软弱地基系统的设计。

28、优选地，所述倾斜基底软弱地基的整体稳定性系数模型具体为：

29、

30、式中，fs—倾斜基底软弱地基的整体稳定性系数；i，j—土条编号，其中，i代表底部位于软土层的土条，j代表底部位于水平注浆层的土条；τp—加固桩桩身抗剪强度；a—加固桩桩身截面积；wi—土条i重力和土条宽度；wj—土条j重力和土条宽度；bi—土条i宽度；bj—土条j宽度；φqi—地基内软土层的内摩擦角；φqj—水平注浆层的内摩擦角；cqi—地基内软土层的粘聚力；cqj—水平注浆层的粘聚力；n—水平注浆层的层数；αi—土条i底部切线与水平之间夹角；αj—土条j底部切线与水平之间夹角；l—桩间距。

31、本技术公开了一种用于本技术所述的倾斜基底软弱地基加固结构的施工方法，包含以下步骤：

32、s1.施工加固桩桩体；

33、s2.在加固桩中插入钢管，并通过振动锤将钢管下放到设计位置；

34、s3.施工水平注浆层；

35、s4.现场浇筑桩帽和地梁；

36、s5.铺设加筋垫层；

37、s6.填筑填土。

38、本发明所述的一种用于本技术所述的倾斜基底软弱地基加固结构的施工方法，简单，方便，施工效率高，实用性强。

39、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

40、1、本发明所述的一种倾斜基底软弱地基加固结构，利用水平注浆层把各根加固桩联结成整体，以及所述水平注浆层与周围土层形成的水泥注浆土共同协同作用，共同达到加强了抵抗软土地基侧向变形的能力，有效增强了倾斜基底斜坡软基的结构整体性，且有效增强了各构件间的连接强度，使得倾斜基底软弱地基加固结构能够配合周围土体进行整体受力和协同变形，从而有效提高了倾斜基底软弱地基的整体稳定性。

41、2、本发明所述的一种倾斜基底软弱地基系统，利用水平注浆层把各根加固桩联结成整体，以及所述水平注浆层与周围土层形成的水泥注浆土共同协同作用，共同达到加强了抵抗软土地基侧向变形的能力，有效增强了倾斜基底斜坡软基的结构整体性，且有效增强了各构件间的连接强度，使得倾斜基底软弱地基加固结构能够配合周围土体进行整体受力和协同变形，从而有效提高了倾斜基底软弱地基的整体稳定性。

42、3、本技术所述的一种用于本技术所述的倾斜基底软弱地基系统的稳定性设计方法，基于水平注浆层的位置和厚度确定各土条宽度和各土条重力，在此基础上通过建立倾斜基底软弱地基的整体稳定性系数模型，能够使其满足输入各土条宽度和各土条重力输出对应的倾斜基底软弱地基的整体稳定性系数fs，从而为本技术所述的倾斜基底软弱地基系统的稳定性设计提出了快速、便捷的设计依据，从而能够更好地指导本技术所述的倾斜基底软弱地基系统的设计。

43、4、本发明所述的一种用于本技术所述的倾斜基底软弱地基加固结构的施工方法，简单，方便，施工效率高，实用性强。