(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211096696.3 (22)申请日 2022.09.08 (71)申请人 中铁二院工程 集团有限责任公司 地址 610031 四川省成 都市金牛区通锦路 三号 (72)发明人 曾小波　薛元　肖朝乾　王歆宇　 代伟　周波　王智猛　张硕　 (74)专利代理 机构 四川力久律师事务所 512 21 专利代理师 陈明龙 (51)Int.Cl. E02D 5/48(2006.01) E02D 5/52(2006.01) E02D 3/10(2006.01) E02D 5/72(2006.01) G06F 30/13(2020.01) (54)发明名称 一种抗地基胀缩变形的加固结构及设计方 法 (57)摘要 本发明属于岩 土工程地基处理技术领域， 特 别涉及一种抗地基胀缩变形的加 固结构及设计 方法。 加固结构为预制的凹凸型空心桩， 预制凹 凸型空心桩包括分段连接的桩头、 桩尖和至少一 节桩身， 桩身沿其长度方向间隔设置有凹型桩 身， 凹型桩身内沿周向设置有若干个透水孔； 凹 型桩身周向还设置有减胀透水层。 本发明提供的 加固结构， 通过设置多个凹型桩身使整个空心桩 呈现一个凹凸的结构， 在凹型桩身上设置有若干 透水孔， 凹型桩身的位置还设置一圈减胀透水 层； 该减胀透水层能够适应地基膨胀或收缩， 减 胀透水层的设置， 一方面起到支撑桩周土体作 用， 避免了塌孔， 另一方面， 又为地基的膨胀预留 了变形空间， 起到防止地基上 拱变形的目的。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115419056 A 2022.12.02 CN 115419056 A 1.一种抗地基胀缩变形的加固结构， 其特征在于， 所述加固结构为预制凹凸型空心桩， 所述预制凹凸型 空心桩包括分段连接的桩头(1)、 桩尖(2)和至少一节桩身(3)， 所述预制凹 凸型空心桩沿其轴线方向设置有空腔(4)， 每节所述桩身(3)沿轴线 方向分别包括凸型桩身 和凹型桩身(31)， 相邻所述凹型桩身(31)之间设置有凸型桩身， 所述凹型桩身(31)沿周向 设置有若干个透水孔(7)； 所述凹型桩身(31)周向还设置有减胀透水层(5)。 2.根据权利要求1所述的抗地基胀缩变形的加固结构， 其特征在于， 所述预制凹凸型空 心桩中， 所述凸型桩身包括第一凸出部(32)和第二凸出部(33)， 所述第一凸出部(32)位于 所述桩身(3)的端部， 所述第二凸出部(33)位于所述桩身(3)的中部， 所述第一凸出部(32) 与所述第二凸出部(3 3)之间为凹型桩身(31)。 3.根据权利要求2所述的抗地基胀缩变形的加固结构， 其特征在于， 每节所述桩身(3) 包括至少两个重复单元， 每个所述重复单元的高度为H0， 第二凸出部(33)的高度为H3， 凹型 桩身(31)的高度为H4， 三者之间的关系符合： H0＝H3+H4(a)； 其中， H3的范围为0.4～0.6m； H4的范围为0.4～0.6m。 4.根据权利要求3所述的抗地基胀缩变形的加固结构， 其特征在于， 所述桩头(1)的高 度为H1， 所述桩尖(2)的高度为H2； H1的取值范围为0.4 ‑0.5m； H2的取值范围为0.4 ‑0.5m； 所 述预制凹凸型空心桩的高度L 根据下式计算： L＝H1+H2+nH0(b)。 5.根据权利要求1所述的抗地基胀缩变形的加固结构， 其特征在于， 所述空腔(4)内设 置有排水管(6)， 所述排水管(6)一端连接至所述空腔(4)底部， 所述排水管(6)的另一端连 接至地面上的抽排水系统。 6.根据权利要求1所述的抗地基胀缩变形的加固结构， 其特征在于， 所述减胀透水层 (5)为柔性弹性体， 所述减涨透水层(5)绕着所述凹型桩身(31)包裹设置； 所述减胀透水层 (5)的截面厚度为0.2 ～0.8m。 7.根据权利要求1 ‑6任一项所述的抗地基胀缩变形的加固结构， 其特征在于， 所述加固 结构还包括减胀缓冲层(8)和加固层(9)， 所述加固层(9)设置于预制凹凸型空心桩的桩头 之上， 所述加固层(9)为钢筋混凝土板； 所述减胀缓冲层(8)设置于加固层(9)之下， 所述减 胀缓冲层(8)设置 于所述桩头(1)之间。 8.一种根据权利要求7所述的抗地基胀缩变形的加固结构设计方法， 其特征在于， 包括 如下步骤： 步骤1： 设计预制凹凸型空心桩的结构， 拟定所述预制凹凸型空心桩的结构参数包括： 凸型桩身外径D、 凹形桩身外径d、 空腔内径c， 规定以单节所述桩身中的最小重复单元作为 计算单元， 其中， 每个所述重复单元的高度为H0， 第二凸出部的高度为H3， 凹型桩身的高度为 H4； 步骤2： 以所述计算单元进行所述预制凹凸型空心桩抗胀缩变形验算， 确定合理范围的 桩间距S； 步骤3： 当桩间距S不符合合理值范围， 重新调整步骤1中的参数值进行计算直到桩间距 S确定； 步骤4： 根据所述预制凹凸型空心桩的上部荷载和所述桩间距S确定单桩允许承载力P；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115419056 A 2步骤5： 根据预制凹凸型空心桩的桩身尺寸参数、 单桩承载力验 算、 大气影响层深度L0综 合确定桩长L。 9.根据权利要求8所述的抗地基胀缩变形的加固结构设计方法， 其特征在于， 桩间距S 的具体计算过程包括： 步骤21： 确定桩身可压缩空间M： 步骤22： 确定计算单 元桩周土的体积N： 使预制凹凸型空心桩抗地基土的胀缩变形满足Mζ ≥Nα(e)得到所述预制凹凸型空心桩 的桩间距S满足： 其中， ξ为减胀排水网芯的压缩系数， 可根据材料性质取值为0.3～0.8， α为地基(膨胀 土)的体积膨胀率， 根据土 工试验确定 。 10.根据权利要求8所述的抗地基胀缩变形的加固结构设计方法， 其特征在于， 单桩允 许承载力[ P]计算公式为： 其中， U表示凸型桩身部分周长； qi表示凸型桩身桩周第i层土的容许侧阻力(kPa)； li表示凸型桩身部分在桩周第i层土中的总厚度； A表示桩尖垂向投影面积； Qp表示桩尖底层容许端阻力(kPa)； 所述单桩允许承载力P满足下式： [P]≥P(h)， 由此确定桩身节数n； 其中， P为单桩需承 担的上部荷载； 所述桩长L满足大于等于大气影响层深度L0； L≥L0(i) 当计算得到 的桩长L不满足公式(g) ‑(i)的要求时， 重新调整参数值进行(c) ‑(f)的验 算； 所述桩长L满足大于等于 大气影响层深度L0； 当计算得到的桩长L不满足公式(f) ‑(h)的 要求时， 重新确认参数值进行(c) ‑(e)的验算。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115419056 A 3