膨胀土有限变形防上拱的地基结构和地基结构的施工方法
阅读说明：本技术 膨胀土有限变形防上拱的地基结构和地基结构的施工方法 (Expansive soil limited deformation anti-upwarp foundation structure and construction method of foundation structure ) 是由 陈远洪 曾长贤 刘国 廖进星 郭建湖 孟祥龙 袁丛军 骆斌 黄红华 顾成权 李巍 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种膨胀土有限变形防上拱的地基结构和地基结构的施工方法,所述地基结构包括柔性垫层、筏板和伸入地基土内的加固桩,所述柔性垫层设置在地基土的顶面上,所述筏板位于所述柔性垫层上方,且所述筏板同时与所述柔性垫层和所述加固桩连接。本发明实施例的地基结构不仅有效保证了承载和沉降控制效果,还避免了因地基土的膨胀导致路基结构产生上拱病害。(The invention discloses a foundation structure with expansive soil with limited deformation and anti-upwarp and a construction method of the foundation structure. The foundation structure of the embodiment of the invention not only effectively ensures the bearing and settlement control effects, but also avoids the upwarp disease of the roadbed structure caused by the expansion of the foundation soil.)
技术领域
本发明涉及地基处理技术领域，特别涉及一种膨胀土有限变形防上拱的地基结构和地基结构的施工方法。
背景技术
膨胀土具有失水较强烈收缩，吸水较强烈膨胀的特性，若因地基土中膨胀土吸水膨胀，会导致位于地基结构上的路基结构产生上拱病害，影响到高速铁路正常运营。
对于低路堤及挖方路堑，高速铁路具有膨胀土的地基结构通常采用以下方法进行处理：基床范围填筑合格填料，地基结构采用CFG(Cement Fly-ash Gravel，水泥粉煤灰碎石)桩及桩帽结合碎石垫层夹铺土工格栅结构处理，这种方法对防止路基沉降效果较好，费用较低，但CFG桩间的膨胀土易遇水产生膨胀变形，导致垫层、填土及路基面受膨胀作用产生上拱病害，不能满足较强膨胀情况下路基结构的防上拱要求。因此，上述方案虽然防止路基沉降效果较好，但抗上拱能力不足、措施偏弱。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种膨胀土有限变形防上拱的地基结构和地基结构的施工方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明实施例公开了一种膨胀土有限变形防上拱的地基结构，所述地基结构包括柔性垫层、筏板和伸入具有所述膨胀土的地基土内的加固桩，所述柔性垫层设置在地基土的顶面上，所述筏板位于所述柔性垫层上方，且所述筏板同时与所述柔性垫层和所述加固桩连接。
上述方案中，所述地基结构还包括加强结构，所述加强结构一端***所述加固桩内，另一端***所述筏板内。
上述方案中，所述加强结构与所述加固桩相连的一端为内径自上向下逐渐减小的锥形，所述加强结构与所述筏板相连的一端为内径自上向下逐渐减小的锥台形。
上述方案中，所述加强结构的长度小于所述加固桩的长度。
上述方案中，所述筏板为钢筋混凝土结构；和/或
所述加强结构为钢材。
上述方案中，所述筏板的钢筋与所述加强结构相连，且所述筏板的钢筋与所述柔性垫层相连。
上述方案中，所述加固桩为CFG桩。
本发明实施例还公开了一种地基结构的施工方法，所述施工方法包括：
移除地基土至地基土的顶面位于加固桩的桩顶下方；
在所述地基土的顶面上铺设柔性垫层；
在所述柔性垫层上设置筏板，将所述筏板同时与所述柔性垫层和所述加固桩连接。
上述方案中，所述施工方法还包括：
在所述加固桩凝固前***加强结构，所述加强结构顶端显露在所述加固桩外。
上述方案中，所述施工方法还包括：
所述筏板为钢筋混凝土结构；
在所述柔性垫层上绑扎所述筏板的钢筋，并将所述筏板的钢筋与显露在外的所述加强结构连接；
浇筑所述筏板的混凝土，至显露在外的所述加强结构位于所述混凝土内。
本发明提供了一种膨胀土有限变形防上拱的地基结构和地基结构的施工方法，加固桩用于对地基土进行加固，保证地基土的强度，提高了对路基结构沉降控制的效果。路基结构位于筏板上，筏板用于承受来自路基结构的荷载，并将荷载传递给加固桩。位于筏板和地基土的顶面之间的柔性垫层通过发生变形抵消地基土的膨胀。综上所述，本发明实施例的地基结构不仅有效保证了承载和沉降控制效果，还避免了因地基土的膨胀导致路基结构产生上拱病害。
附图说明
图1为本发明实施例中地基结构一个可选的结构示意图；
图2为图1中A处的放大图。
附图标记：
加固桩10；柔性垫层20；筏板30；加强结构40；侧模50；路基结构100；斜坡110；流水坡120；地面线130。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系。
本发明实施例提供了一种膨胀土有限变形防上拱的地基结构，地基结构包括柔性垫层20、筏板30和伸入具有膨胀土的地基土内的加固桩10，柔性垫层20设置在地基土的顶面上，筏板30位于柔性垫层20上方，且筏板30同时与柔性垫层20和加固桩10连接。
如图1所示，非限制地，多个加固桩10以正方形或正三角形的桩群形式布置。加固桩10用于对地基土进行加固，保证地基土的强度，提高了对路基结构100沉降控制的效果。加固桩10的桩顶在地基土的顶面显露，筏板30为刚性结构，路基结构100位于筏板30上，筏板30用于承受来自路基结构100的荷载，并将荷载传递给加固桩10。当地基土中膨胀土发生吸水变形时，变形的地基土会压迫柔性垫层20产生变形，柔性垫层20的变形能够有效抵消地基土的变形，从而有效避免路基结构100产生上拱危害。
除了能够抵消一定的上拱作用产生的变形，柔性垫层20还能够产生因适应位于其上的筏板30等结构的自重而发生的少量变形。
优选地，柔性垫层20的压缩模量为1～3MPa，厚度为0.1～0.3m。柔性垫层20的材质包括但不限于疏松多孔材质，或者橡胶。例如，柔性垫层20为聚苯乙烯泡沫板、玻璃棉、丁苯橡胶等。
本发明实施例中“有限变形”指因膨胀土膨胀导致的路基结构100上拱变形量小于0.1m的情况。由于高速铁路对路基结构100变形要求较为严格，采用本发明实施例的地基结构能够满足相应的路基结构100要求。
在本发明的一些实施例中，地基结构还包括加强结构40，加强结构40一端***加固桩10内，另一端***筏板30内。
加强结构40进一步加强了地基结构的机械性能。具体地，加强结构40可以通过锚入的方式分别***加固桩10和筏板30内，增强了加固桩10、筏板30、柔性垫层20和加强结构40之间的整体性，进一步提高了地基结构的抗弯和抗压性能。
进一步地，加强结构40与加固桩10相连的一端为内径自上向下逐渐减小的锥形，加强结构40与筏板30相连的一端为内径自上向下逐渐减小的锥台形。
如图1和图2所示，加强结构40的锥形底部更易于***施工，加强结构40的上大下小的锥台形能够更好地锚入筏板30，增加了与筏板30之间的连接强度。
加强结构40的材质优选采用钢材，例如钢筋。可以理解的是，加强结构40还可以选用其他合金，或未来发展技术中可以替代钢筋的材质。例如：加强结构40可以选用玻璃纤维、碳纤维等。
非限制地，加强结构40为钢筋制成的笼状，即钢筋笼。
优选地，加强结构40的长度小于加固桩10的长度。如图1所示，加强结构40设置在加固桩10的顶部，长度为2～5m。这种加强结构40能够在满足地基结构的机械性能的基础上，减少钢筋材料的使用量，具有更优的经济效果。
在本发明的一些实施例中，筏板30为钢筋混凝土结构。
进一步地，筏板30的钢筋与加强结构40相连，且筏板30的钢筋与柔性垫层20相连。具体地，施工时，先将筏板30的钢筋绑扎在柔性垫层20上，同时筏板30的钢筋也与位于加固桩10桩顶的加强结构40的钢筋连接，然后浇筑混凝土，形成筏板30。进一步提高了加固桩10、柔性垫层20、筏板30和加强结构40的整体性，保证了加固桩10、柔性垫层20、筏板30和加强结构40形成的整体结构的抗弯和抗压性能。
在本发明的一些实施例中，加固桩10采用钢筋混凝土钻孔桩。
本发明另一些优选实施例中，加固桩10优选采用CFG桩。相较上述钢筋混凝土钻孔桩，CFG桩间距通较小，CFG桩成本低，减少了钢筋用量，进一步降低了成本。CFG桩、筏板30和加强结构40共同承受弯矩，CFG桩的桩长一般为10～25m，筏板30厚度为0.4～0.6m。
本发明实施例还提供了一种地基结构的施工方法，该施工方法适用于上述任一种地基结构。施工方法包括：
移除地基土至地基土的顶面位于加固桩10的桩顶下方；
在地基土的顶面上铺设柔性垫层20；
在柔性垫层20上设置筏板30，将筏板30同时与柔性垫层20和加固桩10连接。
非限制地，以CFG桩的施工为例，现场测量放线，确定CFG桩及筏板30等各点定位及标高，初次挖除地基土至设计桩顶标高以下约0.15m处。采用长螺旋钻机成孔，孔径0.4～0.6m，桩间距1.5～2.0m，桩长一般为10～25m，正方形或正三角形布置，灌注CFG桩孔混凝土。
当地基结构还包括加强结构40时，在加固桩10凝固前***加强结构40，加强结构40顶端显露在加固桩10外。
具体地，加强结构40为钢筋笼。在混凝土初凝前按后插筋方式于CFG桩顶***钢筋笼固定，钢筋笼高2～5m，总体呈圆柱状。***钢筋笼后，采用振捣棒对CFG桩头部松散混凝土振捣密实，并将超出CFG桩顶标高的混凝土清除及平整桩头，养护混凝土至钢筋笼与加固桩10固结硬化为一体，然后铺设上述柔性垫层20。
铺设柔性垫层20的过程大致为：再次挖除部分地基土，具体地，清理和外运CFG桩成孔时带出的临时场地堆土，清理和挖除桩间地基土的顶面至CFG桩顶以下一定深度(约0.2～0.4m)。然后，在地基土的顶面铺设柔性垫层20，柔性垫层20厚0.1～0.3m，压缩模量为1～3MPa。
当筏板30为钢筋混凝土结构时，施工方法还包括：
在柔性垫层20上绑扎筏板30的钢筋，并将筏板30的钢筋与显露在外的加强结构40连接；
浇筑筏板30的混凝土，至显露在外的加强结构40位于混凝土内。
进一步地，在柔性垫层20底模上绑扎筏板30的钢筋，并于四周采用支架设置可拆除的侧模50，浇筑筏板30混凝土，筏板30厚0.4～0.6m。现浇混凝土时CFG桩顶部约0.1m及加强结构40的顶部锚入筏板30以形成整体结构，利用筏板30底部柔性垫层20的压缩性形成了一定的抗上拱效果。
上述过程完成后，可设置路基结构100。具体地，包括在筏板30上填筑路基填料。
具体地，以高速铁路的建设为例。依照高速铁路标准填筑路基填料。首先按照基床底层压实标准填筑基床底层填料，基床底层顶面向两侧设流水坡120，流水坡120的坡度系数优选为4％。接续按照基床表层层压实标准填筑基床底层填料，路基结构100顶面形状按照高速铁路轨道型式设置。
如图1所示，路基结构100为大致的梯形，路基结构100两侧的斜坡110的斜率优选为1:15。地面线130位于筏板30上。
本申请所提供的几个地基结构的施工方法或地基结构实施例中所揭露的特征，在不冲突的情况下可以任意组合，得到新的方法实施例或设备实施例。
根据本发明实施例的地基结构的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。