專利名稱：在地基加強型基礎(chǔ)形成中的加強件布置方法和基礎(chǔ)體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑、土木用基礎(chǔ)的支持力強化措施。
背景技術(shù)：
建筑、土木用基礎(chǔ)的支持力是借助在對基礎(chǔ)施加外力時周圍地基對基礎(chǔ)的反力而得到的。在強化這樣的支持力的基礎(chǔ)形成方法及基礎(chǔ)體方面，已在本申請人的特公平5-40085號公報中提出了。
在基礎(chǔ)形成方法中，如圖8、9所示，基礎(chǔ)體1將型鋼加強件3設(shè)置在深基基礎(chǔ)本體2的周圍。加強件3從基礎(chǔ)本體2起水平且傾斜地成放射狀延伸，并且在軸向上也按照預(yù)定間隔地設(shè)置了許多根加強件，它們都固定在周圍的天然地基4中。
基礎(chǔ)體1是通過以下方法形成的。為了形成基礎(chǔ)本體2，按照預(yù)定直徑和預(yù)定深度垂直挖掘出天然地基4，用襯板6對挖掘面進行支承保護。接著，按照

圖10-圖14所示的順序，先將加強件3從設(shè)置在襯板6的預(yù)定位置上的開口部5處固定到天然地基4中。即，如圖10所示，從開口部5起在天然地基4內(nèi)切削孔，如圖11所示地先將內(nèi)插有加強件3的前端固定用內(nèi)空管9插入切削孔8。加強件3比切削孔8長并且前端成錐形擴大地形成了楔部10。另外，內(nèi)空管9由管體11和可自由拆卸地固定在管體前端上的固定管12構(gòu)成，固定管12如圖15-圖16所示地具有內(nèi)徑向前擴大的錐形部13和從錐形部13起軸向形成的多條縫隙14。插入加強件3和內(nèi)空管9后，當(dāng)如圖12所示地通過擠壓工具15擠壓內(nèi)空管9的基端側(cè)而給加強件3施加拉伸力時，加強件3的楔部10壓寬固定管12錐形部13而使固定管12咬入天然地基4中，使加強件3無法拔出。隨后，如圖13所示地一邊將內(nèi)空管9的管體11從固定管12上切開拔出，以便注入固化劑16。加強件3如圖13所示地只留下突向基礎(chǔ)本體2中心方向的基端部17地完全固著在切削孔8內(nèi)。這樣形成的加強件3成放射狀地水平且傾斜地固定在深度不同的地基中。
接著，避開突出到天然地基4外的加強件3的基端部17而進行基礎(chǔ)本體2的鋼筋安裝。隨后，如圖17、18所示的那樣，在鋼筋內(nèi)側(cè)將固定板18嵌裝到基端部17上，固定板18與軸向鋼筋19、箍筋20焊接在一起，通過錨定螺母將基端部17的頭部固定在固定板18上。另外，在如圖8所示地傾斜設(shè)置的加強件3中，代替固定板18地利用圖19所示的具有三角形斷面的固定件18A固定基端部17。這樣一來，在各加強件3的基端部17與鋼筋19、20固定在一起后，澆灌基礎(chǔ)本體2的混凝土，于是形成了如圖8、9所示的基礎(chǔ)體。
在這樣構(gòu)成的基礎(chǔ)體1中，周圍填充的固化劑16的附著力給予的楔部10的拉拔阻力作為固定到天然地基4中的固定力，使加強件3與天然地基4牢固地結(jié)成一體。一方面，加強件3周圍的地基強度高，另一方面，基端部17固定在基礎(chǔ)本體2的鋼筋19、20上，因而加強件也與基礎(chǔ)本體2剛性結(jié)合。
結(jié)果，基礎(chǔ)體1的機能就象是包含周圍地基33的一體基礎(chǔ)那樣，在對基礎(chǔ)本體2施加拉拔力Fv的場合下的剪斷阻力s的作用面如圖20所示的那樣是與各加強件3前端相關(guān)的大直徑假想支持面23。因此，剪斷阻力s的作用面積顯著增大，對拉拔力的支持力大幅度增加。
另一方面，對水平力Fh的支持結(jié)構(gòu)也如圖21所示地加強了。即，被動土壓力p1及彈性地基抗力p2的作用面在位于圖中的基礎(chǔ)本體2左半邊的各加強件3的前端連接而成的半圓形截面的假想支持面24上擴大了，因通過加強件3強化地基22而得到彈性地基抗力p2的地層B的范圍也向上方擴大了。而且，位于基礎(chǔ)本體2的圖中右半邊的加強件3的拉拔阻力a起到了支持力的作用。因此，基礎(chǔ)體1對水平力Fh也有極其強大的支持力。
但是，這樣的傳統(tǒng)基礎(chǔ)形成方法和基礎(chǔ)體，將加強件3設(shè)置到基礎(chǔ)體1中的方法中，即在加強件延伸方向等方面沒有明確標(biāo)準(zhǔn)的布置方法，通過加強件3實現(xiàn)的支持力強化作用必然沒有充分實現(xiàn)。即，例如在輸電鐵塔基礎(chǔ)等情況下，與其說是對壓縮力莫若說是對上拉力的支持力是成問題的。相應(yīng)地，至于使基礎(chǔ)體1保持抵抗向上拉力的強固支持力，對此的加強件設(shè)置方法說得并不明確。
本發(fā)明著眼于這樣的問題而進行了設(shè)計，它的目的是提供一種尤其是針對上拉力地獲得了強固支持力的地基加強型基礎(chǔ)形成中的加強件設(shè)置方法及基礎(chǔ)體。

發(fā)明內(nèi)容
一種在地基加強型基礎(chǔ)形成中的加強件布置方法，該方法從基礎(chǔ)挖掘面開始在天然地基內(nèi)切削孔并在切削孔內(nèi)固定了高剛性加強件之后，將加強件基端部固定在基礎(chǔ)本體內(nèi)而建造基礎(chǔ)本體，其特征在于，一方面通過使加強件利用自身結(jié)構(gòu)分擔(dān)一部分對天然地基的拉伸應(yīng)力及剪斷應(yīng)力而提高針對基礎(chǔ)體上拉力的抵抗力，另一方面，通過加強件使周圍天然地基被拉向基礎(chǔ)本體側(cè)而增大周圍的天然地基擠壓基礎(chǔ)本體壁面的約束壓力，以增大對基礎(chǔ)體上拉力的周圍天然地基抗力地設(shè)置加強件。
本發(fā)明是在從基礎(chǔ)挖掘面開始在天然地基內(nèi)切削孔，并在切削孔內(nèi)固定了高剛性加強件之后將加強件基端部固定在基礎(chǔ)本體內(nèi)地建造基礎(chǔ)本體的地基加強型基礎(chǔ)形成方法中，配置上述加強件由棒材制成并且使加強件設(shè)置方向與是在對基礎(chǔ)體施加上拉力時上述加強件拉伸軸向力最大的方向的天然地基最小主應(yīng)變方向一致。
另外，在本發(fā)明中，地基加強型基礎(chǔ)體是由挖掘天然地基而建成的基礎(chǔ)本體、在從上述基礎(chǔ)本體起成放射狀地延伸出去的同時，使其設(shè)置方向與是在對基礎(chǔ)體施加上拉力時上述加強件的拉伸軸向力最大的方向的天然地基最小主應(yīng)變方向一致，并且在基礎(chǔ)本體軸向上斜向下的棒狀加強件構(gòu)成的。
這樣一來，在通過固定在天然地基中的許多根加強件而強化地基的同時，因這些加強件的基端部固定在基礎(chǔ)本體上而使地基與基礎(chǔ)本體成為一體。在這種情況下，基礎(chǔ)體支持力由于加強材料自身通過結(jié)構(gòu)分擔(dān)了一部分對天然地基的拉伸應(yīng)力和剪斷應(yīng)力所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)效果，以及通過加強件約束在天然地基中發(fā)生的拉伸應(yīng)變來提高地基的整體剛性加強土體效果而增大了。該加強土體效果是因為由于加強件被拉向基礎(chǔ)體周圍的天然地基側(cè)，所以使天然地基剪斷破壞時的最小主應(yīng)變增量的絕對值以及天然地基膨脹被抑制到很小而使最小主應(yīng)力增大。由于本發(fā)明的加強件設(shè)置在基礎(chǔ)體周圍天然地基的最小主應(yīng)變方向上，所以在上拉力作用于天然地基時最大地提高了加強件把周圍天然地基拉向基礎(chǔ)體側(cè)的效果。因此，根據(jù)本發(fā)明，通過加強件可獲得最有效地加強土體效果。促進了針對最大主應(yīng)力的剪斷強度的增大，并且強化了基礎(chǔ)體周圍的地基，對基礎(chǔ)體的約束壓力增大了，基礎(chǔ)體被牢固地支持在天然地基內(nèi)。
因而，本發(fā)明可以有效地用于對上拉力的支持力成問題的輸電鐵塔基礎(chǔ)等，在保持基礎(chǔ)體尺寸小的同時，顯著提高了由加強土體效果帶來的支持力，因此在能夠大幅度削減基礎(chǔ)工程成本并縮短工期的同時，可以減少挖掘出來的土。
另外，在本發(fā)明中，配備了許多個上述加強件，這些加強件大體上等間隔地設(shè)置在基礎(chǔ)本體外周的全周上，因而獲得了由加強件帶來的強支持力。
而且，在本發(fā)明中，上述加強件的長度大致等于基礎(chǔ)本體直徑的2/3，由加強件可獲得強支持力。
此外，在本發(fā)明中，按照大體上3平方米有一根的比例將上述加強件布置在基礎(chǔ)本體外周面上，因此能夠?qū)?yīng)于加強件數(shù)最有效地提高加強效果。
另外，在本發(fā)明中，在使用軸向長度短的上述基礎(chǔ)本體時，在上述基礎(chǔ)體軸向上設(shè)置了一段上述加強件。對于這樣的長度短的基礎(chǔ)來說，本發(fā)明也能夠給予充分的加強效果。
附圖簡介圖1是表示本發(fā)明實施例的垂直截面圖。
圖2是其水平截面圖。
圖3是表示其加強件設(shè)置密度與加強效果強弱的關(guān)系的曲線圖。
圖4是說明其基礎(chǔ)體支持力加強結(jié)構(gòu)效果與加強土體效果的垂直截面圖。
圖5是表示對該基礎(chǔ)體施加上拉力時的樣子的垂直截面圖。
圖6是說明加強效果計算方法的說明圖。
圖7是表示本發(fā)明其他實施例的垂直截面圖。
圖8是表示傳統(tǒng)基礎(chǔ)體的垂直截面圖。
圖9是其水平截面圖。
圖10是說明基礎(chǔ)體所用加強件被固定到天然地基中的工程的水平截面圖。
圖11是表示其加強件被固定到天然地基中的工程的截面圖。
圖12是表示其加強件被固定到天然地基中的工程的截面圖。
圖13是表示其加強件被固定到天然地基中的工程的截面圖。
圖14是表示其加強件被固定到天然地基中的工程的截面圖。
圖15是用于固定加強件前端的固定管的正面圖。
圖16是其固定管側(cè)面圖。
圖17是加強件基端部與基礎(chǔ)本體鋼筋的結(jié)合部的截面圖。
圖18是固定板的后視圖。
圖19是傾斜設(shè)置的加強件的基端部與基礎(chǔ)本體鋼筋的結(jié)合部的截面圖。
圖20是說明針對拉拔力的基礎(chǔ)體支持結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)體截面圖。
圖21是說明針對水平力的基礎(chǔ)體支持結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)體截面圖。
最佳實施例以下根據(jù)附圖來說明本發(fā)明的實施例。
本發(fā)明與圖8-圖21所示的傳統(tǒng)基礎(chǔ)形成方法及基礎(chǔ)體相比具有基本相同的結(jié)構(gòu)，以下重點描述與圖8-圖21所示的傳統(tǒng)基礎(chǔ)形成方法及基礎(chǔ)體不同之處。
如圖1、2所示，在本發(fā)明中，對于垂直建筑的深基基礎(chǔ)本體2來說，向著在上拉力(拉拔力)作用于基礎(chǔ)體1上時的基礎(chǔ)體周圍的天然地基4的最小主應(yīng)變方向(圖1的箭頭方向)成放射狀地設(shè)置許多根棒狀加強件3。具體地說，各加強件3以相對水平面成θ＝π/4-φ/2(rad)角地斜向下設(shè)置。在這里，φ是建筑基礎(chǔ)體1的天然地基4的內(nèi)摩擦角，例如在天然地基4是細(xì)土?xí)r，φ一般等于40度。在這種情況下，加強件3的設(shè)置方向θ大約是25度。
根據(jù)模型實驗，加強件3如圖1所示的那樣最好建造在比天然地基深的位置上即基礎(chǔ)體1的下端側(cè)。這樣一來，得到了相當(dāng)高的加強效果。而且如圖2所示，由于大致等間隔地均勻設(shè)置在基礎(chǔ)體外周上，所以可以提高加強效果。另外，在加強件3的長度等于基礎(chǔ)本體2的直徑的2/3的情況下，發(fā)揮了強有力的加強效果。
而且根據(jù)模型實驗，由本發(fā)明加強件3產(chǎn)生的支持力相對于無加強基礎(chǔ)可大幅度提高到1.8倍的程度。因此，與例如如圖9所示地在傳統(tǒng)基礎(chǔ)中必須在基礎(chǔ)體1外周上設(shè)置八根加強件3相比，如圖2所示，在本發(fā)明中設(shè)置六根加強件3就行了，而且即使削減到四根，也能獲得強有力的支持。
另外，根據(jù)基于后述加強效果計算方法的模型實驗，當(dāng)在基礎(chǔ)本體外周面上按照大約3平方米設(shè)一根地比例設(shè)置加強件3時，對加強件3根數(shù)能有效獲得最大加強效果。例如，象圖3所示的模型實驗?zāi)菢?，?dāng)按照1根/122.5平方米、1根/6.8平方米、1根/3.4平方米、1根/1.9平方米的順序增加時，在超過大約3平方米設(shè)一根的密度后，加強效果大小的提高大體上起伏不穩(wěn)定，因此應(yīng)該知道，按照大約3平方米設(shè)一根的比例來設(shè)置加強件3是最有效的。
這樣一來，由于將加強件3建造在天然地基4的最小主應(yīng)變方向上，所以顯著提高了由加強件3產(chǎn)生的加強效果(約束力增強效果)，以下說明這種作用。
如圖4所示，我們認(rèn)為對基礎(chǔ)體1的加強效果有兩部分，即通過加強件自身利用結(jié)構(gòu)分擔(dān)一部分對天然地基4的拉伸應(yīng)力及剪切應(yīng)力而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)效果，以及通過加強件3約束出現(xiàn)在天然地基4中的拉伸應(yīng)變而提高了天然地基4的整體剛性的加強土體效果。在本發(fā)明中，由于確定了加強件設(shè)置方向，所以提高了周圍的天然地基4的力學(xué)性能并能夠提高加強土體效果。
具體地說，如圖5所示，當(dāng)上拉基礎(chǔ)體1時，存在著加強件3使基礎(chǔ)體1周圍的天然地基4(圖中虛線所示)被拉向基礎(chǔ)體1側(cè)的效果。因此，基礎(chǔ)體1周圍的天然地基4收縮，使在天然地基4的剪斷破壞時的最小應(yīng)變增量Δε3的絕對值(膨脹)受抑制變小，因此增大了最小主應(yīng)力σ3’。這樣就促進了對應(yīng)于最大主應(yīng)力σ1’的剪斷強度(σ1’-σ3’)/2的提高并強化了天然地基4。因此，加強土體效果會由于抑制正擴張(體積應(yīng)變)而產(chǎn)生的地基改良效果。
因此，由加強土體效果帶來的支持力提高是不可能在加強件3設(shè)置方向與伸縮方向不一致時獲得的，而是加強件3設(shè)置在與因上拉力而剪斷破壞了天然地基4的最小應(yīng)變增量方向θ一致時，效果最大。
根據(jù)圖6來說明由這樣的加強件3產(chǎn)生的加強效果的計算方法。
為了計算出整個加強效果ΔP，先根據(jù)由結(jié)構(gòu)效果產(chǎn)生的抗力增量ΔPs、每根加強件的最大軸向力Nmaxi以及每根加強件的最大剪斷力Smaxi進行下式計算ΔPs＝∑(Smaxi×cosΘ+Nmaxi×sinΘ)———(1)其中，Θ是加強件灌注角?？偤褪窃O(shè)置在基礎(chǔ)本體2上的所有加強件即加強件3有n根且i＝1～n時之和。
另外，根據(jù)由加強土體效果產(chǎn)生的抗力增量ΔPr、每根加強件的最大軸向力Nmaxi以及每根加強件的最大剪斷力Smaxi進行下式計算ΔPr＝∑(Nmaxi×cosΘ+Smaxi×sinΘ)×tanφ———(2)其中，Θ是加強件灌注角，φ是地基內(nèi)摩擦角?？偤褪窃O(shè)置在基礎(chǔ)本體2上的所有加強件即加強件3有n根且i＝1～n時之和。
整個加強效果ΔP為根據(jù)由結(jié)構(gòu)效果產(chǎn)生的抗力增量ΔPs和由加強土體效果產(chǎn)生的抗力增量ΔPr并用下式計算出來的。
ΔP＝ΔPs+ΔPr———(3)根據(jù)這樣的計算方法算出的加強效果為正并通過采用一系列模型的實驗進行確認(rèn)。
借助本發(fā)明，通過使加強件3設(shè)置方向位于當(dāng)對基礎(chǔ)體1施加上拉力時的天然地基4的最小主應(yīng)變方向上，可在保持了基礎(chǔ)體1尺寸小的同時，能夠顯著提高加強土體效果的支持力。而且，由于顯著提高了每根加強件3的支持力，所以加強件3的數(shù)目例如可以成為在基礎(chǔ)體外周方向各段上的5根-9根的程度。因此，能夠大幅度削減基礎(chǔ)工程成本，并且在能夠縮短工期的同時，基礎(chǔ)體1可以變小且還可以減少挖掘出來的土。
本發(fā)明尤其是提高了對上拉力的支持力，因此，它有效地用于對與其說是壓縮支持力莫若說是由上部帶來的上拉力的支持力成問題的輸電鐵塔基礎(chǔ)等。
在圖7中示出了本發(fā)明的其他實施例。
如圖所示，在此實施例中，在基礎(chǔ)體1a中，加強件3只針對軸向長度短的基礎(chǔ)本體2a在基礎(chǔ)本體軸向上設(shè)置了一段。在這樣的覆土層厚度淺即直接基礎(chǔ)中，由于加強件3是面向天然地基4的最小主應(yīng)變方向θ設(shè)置的，所以能夠顯著提高加強效果。這也通過模擬和模型實驗得到了確認(rèn)。
如上所述，與本發(fā)明地基加強型基礎(chǔ)形成有關(guān)的加強件布置方法及基礎(chǔ)體作為與對上部上拉力的支持力成問題的基礎(chǔ)形成有關(guān)的加強件布置方法及基礎(chǔ)體是有用的。
權(quán)利要求
1.一種在地基加強型基礎(chǔ)形成中的加強件布置方法，該方法從基礎(chǔ)挖掘面開始在天然地基內(nèi)切削孔并在切削孔內(nèi)固定了高剛性加強件之后，將加強件基端部固定在基礎(chǔ)本體內(nèi)而建造基礎(chǔ)本體，其特征在于，一方面通過使加強件利用自身結(jié)構(gòu)分擔(dān)一部分對天然地基的拉伸應(yīng)力及剪斷應(yīng)力而提高針對基礎(chǔ)體上拉力的抵抗力，另一方面，通過加強件使周圍天然地基被拉向基礎(chǔ)本體側(cè)而增大周圍的天然地基擠壓基礎(chǔ)本體壁面的約束壓力，以增大對基礎(chǔ)體上拉力的周圍天然地基抗力地設(shè)置加強件。
2.一種在地基加強型基礎(chǔ)形成中的加強件布置方法，該方法從基礎(chǔ)挖掘面開始在天然地基內(nèi)切削孔并在切削孔內(nèi)固定高剛性加強件之后將加強件的基端部固定在基礎(chǔ)本體內(nèi)而建造基礎(chǔ)本體，其特征在于，上述加強件由棒材制成，并且使加強件設(shè)置方向與是在對基礎(chǔ)體施加上拉力時上述加強件的拉伸軸向力最大的方向的天然地基的最小主應(yīng)變方向一致。
3.如權(quán)利要求1或2所述的與地基加強型基礎(chǔ)形成有關(guān)的加強件布置方法，其特征在于，配備了許多根上述加強件，它們大體上等間隔地布置在上述基礎(chǔ)本體外周的整個周長上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的與地基加強型基礎(chǔ)形成有關(guān)的加強件布置方法，其特征在于，上述加強件具有大約等于基礎(chǔ)本體直徑的2/3的長度。
5.如權(quán)利要求1或2所述的與地基加強型基礎(chǔ)形成有關(guān)的加強件布置方法，其特征在于，按照大約三平方米內(nèi)設(shè)一根的比例將上述加強件設(shè)置在基礎(chǔ)本體外周面上。
6.如權(quán)利要求1或2所述的與地基加強型基礎(chǔ)形成有關(guān)的加強件布置方法，其特征在于，在使用軸向長度短的上述基礎(chǔ)本體時，上述加強件設(shè)置在基礎(chǔ)本體軸向一段上。
7.一種地基加強型基礎(chǔ)體，它是由挖掘天然地基而建成的基礎(chǔ)本體、在從上述基礎(chǔ)本體起成放射狀地延伸出去的同時其設(shè)置方向與是在對基礎(chǔ)體施加上拉力時上述加強件的拉伸軸向力最大的方向的天然地基最小主應(yīng)變方向一致的并且在基礎(chǔ)本體軸向上斜向下的棒狀加強件構(gòu)成的。
8.如權(quán)利要求7所述的與地基加強型基礎(chǔ)體，其特征在于，上述加強件有許多根，它們大體上等間隔地布置在上述基礎(chǔ)本體外周的整個周長上。
9.如權(quán)利要求7所述的與地基加強型基礎(chǔ)體，其特征在于，當(dāng)上述基礎(chǔ)本體軸向長度短時，上述加強件設(shè)置在上述基礎(chǔ)本體軸向一段上。
10.如權(quán)利要求7所述的與地基加強型基礎(chǔ)體，其特征在于，上述加強件具有等于基礎(chǔ)本體直徑大約2/3的長度。
11.如權(quán)利要求7所述的與地基加強型基礎(chǔ)體，其特征在于，以大約三平方米內(nèi)設(shè)一根的比例將上述加強件設(shè)置在基礎(chǔ)本體外周面上。
全文摘要
一種在形成地基加強型基礎(chǔ)時布置加強件的方法,其中尤其是可以對上拉力產(chǎn)生大支持力,本發(fā)明還涉及一種基礎(chǔ)體。許多根徑向伸離通過挖掘天然地基(4)而形成的基礎(chǔ)本體(2)的棒狀加強件(3)等間距地軸向設(shè)置,它們被固定在周圍的天然地基(4)內(nèi),如此布置這些加強件,即當(dāng)對基礎(chǔ)體(1)施加上拉力時,它們在天然地基(4)的最小主應(yīng)變方向上對準(zhǔn)了基礎(chǔ)體(1)附近的天然地基(4)。
文檔編號E02D5/54GK1254393SQ9718218
公開日2000年5月24日 申請日期1997年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月12日
發(fā)明者吉井幸雄, 田邊成, 飯島政義, 關(guān)野英男 申請人:東京電力株式會社, 大日本土木株式會社