本發明涉及土木工程相關技術領域，具體的說，是涉及一種漸變式透水性混凝土—碎石樁、地基、建筑物及方法。

背景技術：

近二十年來，地基處理技術得到很大發展，其中就包括透水性混凝土樁—碎石樁新型復合地基技術。

復合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強或被置換。在復合地基技術中，透水性混凝土樁—碎石樁是較為常見的樁基。

在透水性混凝土樁—碎石樁新型復合地基中，碎石樁是透水的，可以加快地基的固結速度，也可減小砂土或粉土地基的液化勢；透水性混凝土樁剛度和強度高，具有剛性樁的優點，而且透水性強。因此，透水性混凝土樁-碎石樁新型復合地基技術使復合地基既具有高的承載能力，又具有強的透水能力，防止透水性混凝土樁流漿堵塞失效現象的發生。

現有技術中，存在部分關于透水性混凝土樁—碎石樁技術的相關研究。例如申請號為201310391291.7的中國專利文獻提供了一種透水性混凝土樁-碎石樁串聯型復合地基及處理方法。該方案中，上部為透水性混凝樁，下部為碎石樁，在施工透水性混凝土樁時，透水性混凝土樁內部的土漿可向下流入到碎石樁內，保證了透水性混凝土樁的高透水性。碎石樁置于樁的底部，底部圍壓較大，可防止碎石樁的膨脹破壞，提高了碎石樁的強度以及復合地基的承載能力。

但由于透水性混凝土樁和碎石樁材料不同，材料本身的彈性模量不同，導致兩種材料的接觸面上在承受相同的壓力的同時，產生的形變量不同，并且碎石樁的孔隙率大，顆粒間的粘結點和粘結面積減小，容易發生應力集中現象，從而導致樁體損傷破壞。

綜上所述，現有技術中對于復合樁基中存在的應力突變造成樁基損壞問題，尚缺乏有效的解決方案。

技術實現要素：

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種漸變式透水性混凝土—碎石樁。本發明所提供的樁體通過逐漸改變透水性混凝土樁的集料與水泥的用量比例，以此來避免材料突變面的出現，使樁體復合地基在保證高的承載力和強的透水能力的前提下，能預防應力集中和樁體損傷破壞的發生。

為了達成上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種漸變式透水性混凝土—碎石樁，包括：

樁體；

所述樁體上部為透水性混凝土樁，下部為碎石樁，透水性混凝土樁內部的土漿能夠向下流入到碎石樁內；

所述透水性混凝土樁自下至上集灰比逐漸降低。

優選的，所述透水性混凝土樁自下至上依次為第一樁身、第二樁身和第三樁身；

三個樁身的集灰比均不相同。依靠三個不同集灰比的樁身，可以保證樁體整體強度的同時還能夠逐步的降低相鄰樁身之間應力值變化，以避免從單一混凝土樁身直接過渡到碎石樁身所產生的巨大應力突變。

優選的，所述第一樁身的集灰比為6.2-8.6。

優選的，所述第二樁身的集灰比為大于等于4.9且小于6.2。

優選的，所述第三樁身的集灰比為0.4-0.6。

優選的，所述第三樁身的集灰比為0.49。

在提供上述樁體結構方案的同時，本發明還提供了一種新型復合地基，該地基內具有上述的漸變式透水性混凝土—碎石樁。

作為較佳的方案，本發明還提供了一種建筑物，該建筑物具有地基，該地基中具有上述的漸變式透水性混凝土—碎石樁。

上述的漸變式透水性混凝土—碎石樁，其施工方法為：

A、成型碎石樁；

B、澆筑第一樁身；

C、待第一樁身成型后再澆筑第二樁身；

D、待第二樁身成型后再澆筑第三樁身。

作為另一種情形，本發明還提供了基于上述的透水性混凝土樁-碎石樁新型復合地基處理方法，主要包括如下步驟：

(1)預置排水井排水管，排水管頂端連接自吸泵或真空泵，連接至排水管網，利用抽水使開挖區始終保持干燥狀態；

(2)根據地基沉降和承載力要求確定樁徑和樁距；

(3)根據樁徑、地下水位以及施工條件確定井點的平面布置，由計算或試驗確定排水井間距；

(4)在地基表面鋪設碎石墊層；

(5)先施工碎石樁，然后再在其上施工透水性混凝土樁；

透水性混凝土樁用長螺旋鉆孔管內泵壓混合料成樁或振動沉管灌注成樁方法施工；碎石樁采用振動沉管、錘擊沉管或沖擊成孔成樁的方法施工。

圖1所示為透水性混凝土抗壓強度與孔隙率的關系。由圖1可以看出，孔隙率越大，

抗壓強度越小。這是因為隨著孔隙率的增大，水泥漿量減少，骨料間的粘聚力減小，同時隨著孔隙率的增大集料間的粘結點和粘結面積減小，進而造成了混凝土強度的降低。

基于圖1所示的曲線，結合本發明的結構部分可以看出，與現有技術相比，本發明的有益效果是：

上部的透水性混凝樁的集灰比逐漸變化，避免了材料突變面的出現。另外，下部為碎石樁，在施工透水性混凝土樁時，透水性混凝土樁內部的土漿可向下流入到碎石樁內，保證了透水性混凝土樁的高透水性；碎石樁置于樁的底部，底部圍壓較大，可防止碎石樁的膨脹破壞，提高了碎石樁的強度以及復合地基的承載能力。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。

圖1為透水性混凝土抗壓強度與孔隙率的關系曲線圖；

圖2為本發明中漸變式透水性混凝土—碎石樁的結構示意圖；

圖3為透水性混凝土抗壓強度與水灰比的關系曲線圖；

圖4為漸變式透水性混凝土—碎石樁新型復合地基結構示意圖；

圖中：

碎石樁1-1，第一樁身1-2，第二樁身1-3，第三樁身1-4；

樁體2-1，樁間土2-2，復合地區2-3，開挖區2-4；排水井2-5。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

實施例1：正如背景技術所介紹的，現有技術中存在透水性混凝土樁-碎石樁中存在材料相接截面因應力突變易造成樁身損壞的情況。為了解決如上的技術問題，本申請提出了一種漸變式透水性混凝土—碎石樁。

一種漸變式透水性混凝土—碎石樁，包括：

樁體；

所述樁體上部為透水性混凝土樁，下部為碎石樁1-1，透水性混凝土樁內部的土漿能夠向下流入到碎石樁1-1內；所述透水性混凝土樁自下至上集灰比逐漸降低。

作為一種結構，所述的透水性混凝土樁自下至上依次為第一樁身1-2、第二樁身1-3和第三樁身1-4；三個樁身的集灰比均不相同?？梢员ＷC樁體整體強度的同時還能夠逐步的降低相鄰樁身之間應力值變化，以避免從單一混凝土樁身直接過渡到碎石樁身所產生的巨大應力突變。

作為另一種結構，也可以選擇只有第一樁身1-2和第二樁身1-3的結構。

較佳的選擇中，第一樁身1-2集灰比為6.2-8.6；

所述第二樁身1-3的集灰比為大于等于4.9且小于6.2；

所述第三樁身1-4的集灰比為0.4-0.6。

優選的，所述第三樁身1-4的集灰比為0.49。

采用了上述結構后，本發明所提供的樁體結構可以實現多部分過渡受力，進而保證樁體強度。

本實施例中所提供的混凝土—碎石樁進行施工時：

最底層是碎石樁1-1，然后分層次地注入不同集灰比的透水性混凝土，

最開始向下注入的透水性混凝土的集灰比在0.62-0.86范圍內，孔隙率控制在20％-25％；實現第一樁身1-2的成型；

其次注入的透水性混凝土的集灰比在0.49-0.62范圍內，孔隙率控制在15％-20％；實現第二樁身1-3的成型；

最后注入的透水性混凝土的集灰比在0.49左右，保證透水性混凝土的孔隙率在15％左右，則第三樁身1-4成型。進而完成樁基的整體施工。

另外，對于透水性混凝土樁的透水性混凝土設計，根據水灰比與抗壓強度的關系，如圖3所示，所以施工過程中的水灰比選取最佳水灰比，即控制在0.34-0.36之間。

樁身中采用的透水性混凝土是由特定級配的集料、水泥、增強材料、外加劑和水等成型工藝制成的，集料骨架間含有大量貫通性孔隙(通常在5％～30％之間，并多為直徑超過1mm的大孔)的蜂窩狀結構的混凝土，在保證一定透水性情況下其抗壓強度一般在3.5MPa～28MPa，撓曲強度一般在1MPa～3.8MPa。透水混凝土的滲透系數一般介于2.0mm/s～5.4mm/s，有的甚至達到1.2cm/s。

透水混凝土的配比特點是采用單粒級粗骨料作為骨架，水泥凈漿或加入少量細骨料的砂漿薄層包裹在粗骨料顆粒的表面，作為骨料顆粒之間的膠結層，形成骨架-空隙結構的多孔混凝土材料。在工程設計中應根據具體要求，確定最佳的強度和滲透性組合。

透水性混凝土樁具有良好的透水性能，可用作豎向排水井對軟土地基進行井點降水，疏干基土中的水分、促使土體固結，提高地基強度，同時可以減少土坡土體側向位移與沉降，穩定邊坡，消除流砂，減少基底土的隆起，使位于天然地下水以下的地基與基礎工程施工能避免地下水的影響，提供比較干的施工條件，還可以減少土方量、縮短工期、提高工程質量和保證施工安全。

透水性混凝土樁不僅透水性強，而且強度高，這使得上覆荷載在樁體中力的傳遞和地基的排水固結過程耦合在一起，相互促進，既加快了地基固結速度，減小了工后沉降，又提高了地基承載力。根據有效應力原理，土體內超靜孔隙水壓力消散越快，土體的強度提高越快，地基土將承擔更多的附加應力，從而在復合地基設計時可以適當降低樁體的置換率。由透水性混凝土樁滲出的水將由復合地基上鋪設的碎石墊層排走，碎石墊層還可以調整樁土應力比。

實施例2：如圖4所示，一種新型復合地基，該地基內具有實施例1中記載的漸變式透水性混凝土—碎石樁。

本實施例所提供的地基，其具體結構包括:

一種漸變式透水性混凝土樁-碎石樁新型復合地基，包

括樁體2-1，樁體2-1上部為透水性混凝土樁，透水性混凝土樁具有良好的透水性能，可用作豎向排水井2-5對軟土地基進行井點降水，利用抽水設備抽水使開挖區2-4始終保持干燥狀態，下部碎石樁屬于離散體，與樁間土2-2形成復合地區2-3。

本實施例中的地基處理步驟為：

(1)預置排水井排水管，排水管頂端連接自吸泵或真空泵，連接至排水管網，利用抽水設備抽水使所挖的土始終保持干燥狀態。根據樁徑、地下水位以及施工條件等確定井點的平面布置，由計算或試驗確定排水井間距。如圖4所示。

(2)漸變式透水性混凝土樁-碎石樁新型復合地基的樁徑宜取350～600mm，樁距宜取3－5倍樁徑，樁距的確定需滿足地基沉降和承載力要求。對粉土和砂土地基，漸變式透水性混凝土樁-碎石樁新型復合地基的樁距不宜大于樁徑的4.5倍；對粘性土地基不宜大于樁徑的3倍。

(3)在地基表面鋪設碎石墊層，厚度為30-50cm。

(4)透水性混凝土樁宜用長螺旋鉆孔管內泵壓混合料成樁或振動沉管灌注成樁方法施工。碎石樁宜采用振動沉管、錘擊沉管或沖擊成孔等成樁等方法施工，根據地質條件選用。施工時，先施工碎石樁，然后再在其上分層次地施工透水性混凝土樁。透水性混凝土室內設計抗壓強度不低于20MPa，滲透系數不低于2mm/s。

本實施例中，碎石樁樁體屬于離散體，與樁間土形成復合地基，這種地基在剛性基礎作用下可變形并符合變形協調條件，因此用碎石樁加固過的地基較加固前的壓縮模量會有很大程度的增多，其在荷載作用下可承受較大的應力，可充分體現碎石樁體的應力分擔作用。由于碎石樁在選用碎石過程中應充分考慮級配，因而保證了樁體內部具有較大的空隙和良好的滲透性，整個碎石樁可形成地基中的排水通道，起到排水砂井的作用，大大縮短孔隙水的水平滲透路徑，從而加速軟土的排水固結，加強其沉降穩定性。

需要額外說明的是，在本處理技術中，井點降水是較為重要的一部分。井點降水用于地下水位比較高的施工環境中，是土方工程、地基與基礎工程施工中的一項重要技術措施，能疏干基土中的水分、促使土體固結，提高地基強度，同時可以減少土坡土體側向位移與沉降，穩定邊坡，消除流砂，減少基底土的隆起，使位于天然地下水以下的地基與基礎工程施工能避免地下水的影響，提供比較干的施工條件，還可以減少土方量、縮短工期、提高工程質量和保證施工安全。

應用例：

某項目位于珠江三角洲沖積平原，偶有微丘出露，海拔高度一般在1.5～3.8m之間。地質情況自上而下主要有雜填土、粉質粘土、含砂礫粉質粘土、全風化泥質粉砂巖及泥質砂巖，地下水位較高，地下水非常豐富。為減小工后沉降量，保證建筑物穩定，設計采用漸變式透水性混凝土樁-碎石樁新型復合地基對軟土地基進行處理。漸變式透水性混凝土樁-碎石樁新型復合地基樁體采用正方形布置。施工前先設置降水井降水，降水完成后，在地基表面鋪設碎石墊層，厚度為30-50cm。施工時，先施工碎石樁，然后再在其上分層次地施工透水性混凝土樁。所有樁體垂直度誤差不大于1.5％。所有樁體直徑相同，根據工程實際情況，樁徑宜取300－800mm；樁距的確定應滿足地基沉降和承載力要求。碎石樁施工可采用振動沉管、錘擊沉管或沖擊成孔等成樁法。當用于消除粉細砂及粉土液化時，宜用振動沉管成樁法。碎石含泥量不得大于5％，最大粒徑不宜大于50mm。透水性混凝土樁宜用長螺旋鉆孔管內泵壓混合料成樁或振動沉管灌注成樁方法施工。樁體室內抗壓強度不低于20MPa，滲透系數不低于2mm/s。施工前場地需清表處理，做好“三通一平”工作。

以上所述僅為本申請的優選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內。