复合地基

复合地基（精选12篇）

复合地基 篇1

郑西客运专线位于我国黄土分布地区的东南部,沿线黄土分布广泛,约占线路总长的90%左右,其中湿陷性黄土区段长度占全线长度的65%。对线路平顺和路基工后沉降有特殊要求的客运专线来说,如何保证路基、桥涵、隧道等工程的安全、可靠、合理、可行,给工程设计理念和工程处理措施提出了新的要求。文中就利用桩网复合地基处理加固湿陷性黄土地基、控制路基沉降作了一些探讨,供设计时参考。

1 桩网复合地基

桩网复合地基(pile-net composite foundation),是指天然地基在地基处理过程中,下部土体得到竖直向增强体“桩”的加强,从而形成桩土复合地基加固区,并在该区上部铺设水平向增强体“网”,从而形成加筋土复合地基加固区,使桩—网—土协同作用,共同承担荷载的人工地基[1]。

桩网复合地基由四部分组成:1)拱上路堤填土;2)柔性拱区;3)桩土加固区;4)下卧层。

在地基部分土体中设置的竖直向增强体“桩”是受力主体,与桩间土形成桩土加固区,承担上部荷载,并传递到下部较为坚硬的持力层上。在该加固区上部铺设含高强度土工合成材料的加筋垫层“网”,形成柔性拱区(上部与下部之间的柔性土拱过渡区)。桩网复合地基中的桩起承载作用,是力学要求;而高强度网则是结构要求,目的是调整桩土竖向荷载分担比与桩土应力比,使桩—网—土协同作用,共同承担荷载以减小整体沉降及不均匀沉降。

2 桩网复合地基静力设计与计算

2.1 荷载

桩网结构地基荷载包括路基面荷载和路基土体自重,其中路基面荷载有钢轨荷载、扣件荷载、轨道板荷载、轨枕荷载和钢筋混凝土基础荷载。由于是静力计算,故不考虑列车荷载。计算式为:

W=w1+γ1H (1)

其中,w1为路基面荷载,kN/m2;γ1为路基填土容重,kN/m3;H为路基填土高度,m。

2.2 桩径

桩径的设计应与当地施工机械相适应。桩径过小,则桩数量增多,成孔和回填工作量增加;桩径过大,则对桩间土体挤密不够,同时对成孔机械能量要求较大,设备基本条件不易达到,过大的桩径也会影响挤密后土的均匀性。结合我国目前的施工机具和设备情况,桩径一般以300 mm～600 mm为宜,大多用400 mm。

2.3 桩距

桩距的设计一般通过试验和计算确定。桩距过大,承载能力不能满足;桩距过小,桩的承载能力不能充分发挥,且给施工造成困难。假设以桩体为中心,以桩距为边长的区域内的桩顶荷载全部由单桩来承载(最不利情况),则可由下式估算合理桩距。

$s=\sqrt{\sigma {}_a\cdot A{}_p/W}$ (2)

其中,σa为桩容许抗压强度,kPa;Ap为灰土桩截面面积,m2。

为了使桩间土挤密均匀,桩孔尽量采用等边三角形布置。

2.4 桩长

桩孔深度应按湿陷性黄土层的厚度、湿陷等级、湿陷类型及成孔设备的能力等方面考虑,对于湿陷性黄土地基,处理深度应为基础以下湿陷起始压力小于上部荷载传递给地基的附加压力和土层的饱和自重压力之和的所有黄土层。另外还要考虑加固层和下卧层土体的工后沉降是否能满足设计要求。

2.5 地基置换率

复合地基置换率为桩体的横断面积与该桩体对应的复合地基面积的比值,若桩体按等边三角形布置,则置换率为:$m=\text{π}d{}^2/(2\sqrt{3}s{}^2)$。一般要求地基置换率不小于10%。

2.6 地基承载力计算

2.6.1 单桩所承受的荷载

V=(w1+γ1H)×s2 (3)

2.6.2 单桩竖向承载力

1)国内计算法。

Rk=(πd∑qsikli+qpkAp)/K>V

(4)

其中,qsik为桩侧第i层土的极限侧阻力,kPa;qpk为极限端阻力,kPa;K为安全系数,一般取3.0。

2)日本桩网法。

Qa=(Qp+Qf)/Fs=(3quAp+πdquL/2)/Fs>V (5)

其中,Qp为灰土桩极限端阻力,kN;Qf为灰土桩桩周极限摩阻力,kN;d,L分别为桩径和桩长,m;Fs为安全系数,一般取3.0。

2.6.3 桩网结构承载力

根据桩网结构桩土分担荷载比原理,复合地基的承载力可按下式计算:

fck=mRk/Ap+αβ(1-m)fk>W (6)

其中,fk为天然地基承载力标准值,kPa;α为桩间土强度提高系数;β为桩间土强度发挥系数,硬土取0.1～0.4,软土取0.5～1。

2.7 桩网结构变形沉降

桩网结构地基的变形由加固区土层的变形和桩端以下土层沉降两部分组成。计算时不考虑加固区土体自重,桩顶平均应力按路基面荷载与路基土体自重之和计算,桩底附加应力计算考虑桩底提升1/3桩长,应力按30°角向下扩散后的附加应力。

2.7.1 加固区变形沉降

群桩压缩变形按下式计算:

$S{}_1=\frac{p{}_0+\text{Δ}p}{2E{}_{ps}}L$ (7)

式中:p0——桩顶处平均应力,kPa;

Δp——桩底处附加应力,kPa;

L——桩长,m;

Eps——桩网复合地基复合弹性模量,MPa。

2.7.2 下卧层变形沉降

下卧层计算采用分层总和法:

$S{}_2={\displaystyle \sum _{i=1}^n\frac{p{}_{i-1}+p{}_i}{2E{}_s}}{\rm H}{}_i$ (8)

式中:pi-1,pi——分别为第i层土上下面附加应力,kPa;

Hi——第i层土厚度,m;计算厚度至附加应力小于自重应力的10%。

2.7.3 总沉降

总变形沉降量为加固区变形量与下卧层沉降量之和,即:S=S1+S2。

3 工程实例

3.1 工程概况

郑西客运专线某试验段,位于渭河南岸Ⅲ级阶地后缘,线路大都以挖方形式通过,工点处地表广布第四系上更新统风积砂质黄土,厚度约30 m,Ⅱ级普通土,5 m以上σ0=130 kPa,5 m以下σ0=150 kPa。砂质黄土具Ⅱ级自重湿陷性,湿陷土层总厚度15 m,天然容重18 kN/m3。当垂直压力为0.1 MPa～0.47 MPa时,平均压缩模量介于11.18 MPa～24.2 MPa之间。当垂直压力为0.4 MPa～1.6 MPa时,其压缩模量介于42.44 MPa～23.67 MPa之间。

选取典型断面进行计算(如图1所示)。线路为双线无砟轨道,路基面宽度b1=13.8 m,路基坡度1∶1.5,路基高度H=1.2 m。路基为A组填料,γ1=20 kN/m3。

3.2 路基面荷载

包括钢轨、扣件、轨道板、双块式轨枕和钢筋混凝土基础在内的路面荷载w1=13.68 kN/m2。

3.3 桩设计参数

采用灰土桩,桩径d=0.4 m,桩距s=0.8 m,等边三角形布置,灰土配比2∶8,桩顶铺设0.5 m厚二八灰土垫层,在垫层顶面铺设一层二布—膜土工布。计算置换率m=22.7%>10%。桩距$s＜\sqrt{A{}_p\cdot \sigma {}_a/(w{}_1+\gamma {}_1{\rm H})}=0.81\text{m}$。

3.4 灰土桩桩网结构承载力计算

经计算单桩承受荷载V=19.67 kN,单桩竖向承载力标准值Rk=278 kN>V,日本桩网结构法得出的单桩竖向承载力容许值Qa=911 kN>V,实际上由V<Qa可解得桩长为负值,这说明在黄土地区,只要单桩承载力满足容许承载力,复合地基的承载力不是设计的控制因素,应该用沉降控制设计。

桩网结构的承载力fck=539.7 kPa。

3.5 桩网结构沉降变形计算

加固区变形:S1=(30.74+23.87)×13/64 000=0.011 m。

下卧层计算厚度为1 m,平均附加应力为23.29 kPa,取平均压缩模量为24 MPa,计算得下卧层沉降量为0.97 mm。

总变形沉降量S=0.012 m<0.015 m,符合设计要求。

4 结语

经计算,采用灰土桩桩网结构加固郑西客运专线湿陷性黄土地基,无论是桩网复合地基的承载力,还是工后变形沉降量,均能满足设计要求,故此方案是可行的。

参考文献

[1]饶为国.桩—网复合地基原理及实践[M].北京:中国水利水电出版社,2004:35.

[2]肖宏,蒋关鲁,魏永幸.遂渝线无碴轨道桩网结构地基处理技术[J].铁道工程学报,2006(4):22-25.

[3]乔国峰.浅谈湿陷性黄土地基加固施工技术[J].山西建筑,2007,33(12):119-120.

[4]龚晓南.复合地基理论及工程应用[M].北京:中国建筑工业出版社,2002:11.

[5]龚晓南.复合地基设计和施工指南[M].北京:人民交通出版社,2003:9.

复合地基 篇2

B、螺杆桩复合地基中形成了土的三维应力状态，使土的强度高于其自身承载力的基本值，从而使土的参与工作系数大于1，这是任何其它类型复合地基无法实现的。

C、螺杆桩复合地基中优化的竖向刚度，使之形成了三层地基，从而减小了复合地基的沉降。特别是它有效地解决了建筑物或构筑物的不均匀沉降问题。

D、螺杆桩复合地基的设计可以有效降低地震力对结构的影响，同时，即使在建筑物过大水平位移情况下，仍可以有效的传递垂直荷载，并由于加固后消除了可液化土层，从而可以广泛地应用于地震区，

E、螺杆桩复合地基可以采用国内具有的机械施工，因而具备了设备及工艺的广泛适应性。

F、螺杆桩复合地基适合需要人工方法提高 其承载力的土层。如：杂填土、大孔隙土、淤泥质土、膨胀土、湿陷性黄土、松散状粉砂土，各种陆相、海相沉积或其陆、海相沉积互层。

G、螺杆桩复合地基可以大幅度提高地基承载力、改善桩间土性能、减小沉降，因而可以广泛应用于高层建筑物以及机场、堆场、路基工程、桥梁基础、储油罐等工程的地基处理。

H、螺杆桩复合地基中螺杆桩可用常规的建材，因此有材料来源广泛、材料廉价的特点。

探讨长短桩复合地基的实际应用 篇3

【关键词】长短桩复合地基；高层建筑；液化地基；承载力；沉降

长短桩的复合地基指的是利用两种以上的不同长度竖向的增强体以及桩体来增强地基土层，提升地基荷载能力的一种地基处理措施。这种措施不但能够有效的解决土层液化现象严重的问题，还能够对复合地基的承载力以及沉降进行改善。这一施工技术是近新兴的复合地基处理技术。在使用长短桩复合地基技术进行施工的过程中，其长短桩主要是通过不同材料制造而成，再将不同桩体进行组合。下文主要对使用CFG桩体来与碎石桩进行长短不同的组合，将其应用到液化土层中的案例进行了研究。

0.工程概况

我国某处的商住楼整体的结构形式双子塔楼结构，这种结构美观别致，平面形状为矩形。每个塔楼的长度和宽度均为39米，地上部分为24层，其中四层办公楼，20层住宅楼，地下为1层。主楼的主要建筑结构形式为剪刀墙结构，以筏板为基础，板底较高。基础第三层为粘土层，主要是在这一层添加筏板，地下水约在地下一米处。由于这种地质结构本身的特点，天然的承载能力不能满足主楼的承重量，因此需要对整个地基进行加固处理，处理的方式是采用碎石桩和cfg桩相结合的复式地基形式。其中碎石桩的直接在40厘米，长度需达到9米左右，桩端处于粉砂层内，CFG桩的直径也在40厘米范围内，但长度需要达到13米，也处于粉砂层内。这两种桩体均采用三角形的布置结构，要形成一定的间距。

1.工程地质条件及长短桩复合地基设计

1.1工程地质条件

根据场地的具体情况和基本的勘查数据得知，这块场地地势平坦，适合用于塔楼的建筑，同时该场地的地势结构为冲击平原结构，受力程度比较均匀，承载能力较好。

1.2长短桩复合地基的设计计算

在桩体的长短设计上，首先需要对现场的环境进行勘查，提出合理的设计方案。需要注意的是，碎石桩复合地基的承载能力在120kpa范围内，而cfg桩的承载力的最大限度为550kN，碎石桩加CFG桩复合地基承载力特征值不小于308kPa。因此两者在复合时，需要考虑到极限设置。

1.2.1复合地基承载力设计计算

复合地基承载力计算公式为：

公式中：m1、m2分别指的是长桩体与短桩体这两者之间所存在的置换率；β1、β2则分别指的是端庄体桩体之间所存在的强度折减数值；Ra1、Ra2主要指的是长桩体、短单桩这两个竖向桩体承载能力的特征值，该数值主要是通过桩身的强度所决定的单桩承载力以及静载承载力来确定。Ap1、Ap2这两个数据主要指的是长桩体与短桩体这两者的截面面积；fspk、fsk主要指的是复合地基以及桩间土这两者自身所具有的承载力特性。

本工程中，经过优化设计，整个基础桩位平面布置为正三角形布置， 桩距均为1200mm，长桩、短桩的置换率均为m1=m2=0.101。

（1）CFG单桩竖向承载力特征值及单桩复合地基承载力特征值计算。

单桩竖向极限承载力公式为：

Ru=up∑qsili+Apqp （2）

相应的单桩竖向承载力特征值：

Ral=jRu/2=661.1 kN/2=330.6kN。

CFG单桩复合地基承载力特征值计算公式fspkl为：

fspkl=344.9kPa。

（2）碎石桩设计：设碎石桩复合地基承载力特征值f′spk=120kPa，

由式（4）计算得Ra2=26.3kN。

式中：f′spk为碎石桩处理后地基承载力特征值。

（3）长短桩复合地基承载力特征值计算：

将计算结果代入公式（1）得352.2kPa，此处β1、β2均取0.8。满足原设计要求。

1.2.2复合地基沉降计算

（1）计算简图。

沿竖直方向的计算沉降区域分为三部分：沿竖直方向的计算沉降区域分为三部分：长短桩区域H1、长桩区域H2、下卧层区域H3。基础底面处的附加压力为P0=283kPa。

（2）沉降计算。

长短桩复合地基的沉降由三部分组成，即S=S1+S2+S3。在工程实践中，对每部分的沉降计算可采用现行建筑地基基础设计规范中建议的方法进行计算。长短桩复合地基沉降公式为：

式中：Sc为计算沉降量；SH1为H1区域的计算沉降量；SH2为H2区域的计算沉降量；SH3为H3区域的计算沉降量；ψ为沉降计算修正系数；P0为基础底面处的附加压力（kPa）；Espi为天然土层与桩形成的复合模量或天然土的模量值；Zi、Zi-1分别为基础底面至第i、i-1层土底面的距离（m）；ai、ai-1分别为基础底面计算点至第i层土底面范围内平均附加应力系数；n1、n2、n3分别为H1区域、H2区域、H3区域内土层数。地基处理后的变形计算按现行国家标准《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）的有关规定执行。

H1区域的复合压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ倍，ζ值可按下式[3]确定：

H2区域内的复合压缩模量等于该层天然地基压缩模量的ζ1倍，ζ1值可按下式[6]确定：

式中：fak

为基础底面下天然地基承载力特征值；fspkl

为CFG单桩复合地基承载力特征值。地基沉降计算深度Zn根据规范应满足下列条件：

由该深度向上取1m所得的计算沉降量ΔS′n应满足下式要求：

ΔS′≤0.025ΔS′（8）

根据规范计算到第9-1层底满足沉降计算要求，得总沉降为：

SC=ψ（SH1+SH2+SH3）=0.2×251.05=50.2mm

式中：ψ为沉降计算经验系数，由压缩模量的当量值Es=25.74 MPa 查《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）中表确定。

1.3复合地基检测试验

1.3.1检测内容

（1）碎石桩桩体动力触探检验和桩间土标准贯入检验。

（2）CFG单桩竖向载荷试验。

（3）碎石桩复合地基载荷试验。试验载荷板尺寸为1.21m2，碎石桩单桩复合地基承载力p-s曲线。

1.3.2 检测结论

本文案例工程的碎石桩只要是在地面以下的6至7米左右，碎石桩的密度较低，而7至15米的桩体则具有较高的连续性以及密度。在对碎石桩采取一定的措施之后，桩间土所存在的液化现象已经完全解决掉。CFG桩的单桩竖向承载力特征数值达到了275kN之后，其极限值能够达到550kN，完全满足高层建筑的需求。其碎石桩的复合地基承重特征数值也达到了120kPa，复合工程设计需要。

1.4 实测沉降数据与理论计算的对比

通过对整个建成完成的住宅建筑外墙上所不知的15个沉降观测点回馈的数据来看，均匀铺设的观测点数据基本一致。通过多统计的数据图标可以明显看出，在整个住宅建筑的内部装修完毕之后，建筑所呈现出的平均沉降值为48mm，其计算结果完全符合工程设计要求。

2.结语

总而言之，从这个案例中得知，采用碎石桩和cfg桩结合的复合地基技术，可以解决高层建筑中的地基不稳和地基液化的问题，也满足了基本的沉降度。在施工的过程中，还需要考虑科学的方法，考虑到多种参数，提高复合地基的承载能力，确保施工能够保质保量的进行。

【参考文献】

[1]葛忻声，龚晓南，张先明.长短桩复合地基有限元分析及设计计算方法探讨[J].建筑结构学报，2003（04）.

[2]闫明礼，王明山，闫雪峰，张东刚.多桩型复合地基设计计算方法探讨[J].岩土工程学报，2003（03）.

复合地基浅释 篇4

相比之下, 理论的发展却大大落后于实践。自复合地基进入我国, 理论界即很重视, 对复合地基的理论研究投入了大量的人力、物力, 并结合生产实践取得了不少成果。先后有不少学者发表了论文和专著, 还召开了全国性的复合地基学术研讨会, 使人们对复合地基这一新事物有了进一步了解, 对复合地基的实践起着非常重要的指导作用。但是, 理论研究无论在深度和广度方面都不能完全满足实践的需要。深度方面, 理论界至今还不能对复合地基的荷载承受和传递机理进行定量分析。广度方面, 如何理解复合地基, 复合地基如何分类等理论界尚未达成共识。理论界的这种状况不仅不利于复合地基的应用和推广, 也不利于复合地理论的发展。为此, 笔者在研究总结前人研究成果的基础上进一步阐述了复合地基内涵和外延, 并在分析复合地基与地基处理、复合地基与复合桩基的区别和联系后, 对复合地基进行了分类、浅释。

1 从复合地基字面上释复合地基

复合———合在一起, 结合起来。

地基一一承受建 (构) 筑物重量的土层或岩层。详细解释为:承受建 (构) 筑物重量产生应力与应变所不能忽略的土层或岩层。

因此, 从字面上可以从下列三方面理解复合地基:首先.复合地基是一种地基, 属地基范筹, 不能与基础如复合桩基础混为一谈;其次, 复合即必须有一种或一种以上的区别于原土层或岩层材料与之结合在一起, 区别于均质地如天然地基;最后, 复合地基共同承受建 (构) 筑物重量, 区别于单一地基如桩地基。

2 从不同复合地基形式共性认识复合地基

目前, 在工程建设实践中, 被称为“复合地基”的形式非常多, 但能够被工程界和理论界公认的只有下列几种: (1) 砂桩复合地基。在地基中通过振冲 (干振、水冲) 法和填夯法植入砂桩; (2) 碎石桩复合地基。在地基中植入碎石桩。植入碎石桩的方法主要有:干振法、振冲法、强夯法; (3) 灰土桩复合地基。在地基中植入灰土桩。植入方法通常为填夯法; (4) 石灰桩复合地基。在地基中植入生石灰桩。通常采用填夯法植入; (5) 水泥土桩复合地基。在地基中植入水泥土桩。常见的植入方法:深层搅拌法和高压喷射注浆法; (6) 低强度混凝土桩复合地基。在地垫中植入强度不大于C10的混凝土 (包括由水泥、粉煤灰、碎石和石屑拌合而成CFG桩混合料) 桩。植入方法通常有:振动成桩法、填夯成桩法和静力压入成桩法; (7) 横向增强体复合地基。在地基中横向植入钢筋 (带) 或土工织物等材料。常见的植入方法为分层埋入和插入。

上述复合地基形式中不论植入体的材料、植入工艺还是植入体材料和植入工艺, 对原地基土的影响, 差别都很大。但它们都有一个共同的特点:植入体 (砂桩、水泥土桩、土工织物等) 与地基构成一个地基整体, 共同承受上部荷载, 改善了地基承受和传递荷载及变形性能。

3 复合地基的定义及其内涵与外延

通过上述分析, 笔者认为, 所谓复合地基就是由两种或两种以上力学性能不同的介质共同承受建 (构) 筑物荷载的地基。定义中的介质泛指竖、横向植入体、天然或人工压 (夯) 实地层, 它们的作用之一是传递荷载, 因而统称之为介质。

复合地基的内涵即定义的内容, 指由两种或两两以上力学性能不同的介质共同承受建 (构) 筑物荷载的地基。外延即定义的范围, 这里指各种形式的复合地基, 如碎石桩复合地基、CFG桩复合地基、深层搅拌桩复合地基、高压喷射桩复合地基等等。

4 两个与复合地基相关且易混淆的术语

4.1 地基处理与复合地基

地基处理与复合地基关系密切, 但有着本质的区别。首先, 从定义看, 地基处理是指提高地基土的强度、改善地基土的变形性质或渗透性的各种人工处理方法, 是对地基处理过程中各种工法的总称。而复合地基是由两种或两种以上力学性能不同的介质共同承受建 (构) 筑物荷载的地基, 是地基中的一种, 是建 (构) 筑物的组成部分 (其它两部分是基础和上部结构) 。其次, 从设计角度看, 复合地基的任务是设法使地基整体强度和压缩模量满足基础和上部结构的要求, 侧重点在于考虑植入体与基体的协调变形, 充分发挥基体的潜力。地基处理的任务是选择一种或多种地基处理工法, 使得经处理后的地基达到设计所需要承载力和压缩模量。侧重点在于该工法本身的处理效果, 如堆载预压法关注处理后的承载力和压缩摸量, 高压喷旋则关注“桩”本身的承载力和压缩模量。最后, 从它们的联系看, 复合地基通常要经过地基处理, 但经过地基处理的地基不一定是复合地基。例如, 深层搅拌桩复合地基就要采用深层搅拌工法进行地基处理, 而经过堆载预压处理的地基就不是复合地基。

4.2 复合桩基础与复合地基

传统桩基础由于不考虑桩间土分担荷载的作用, 因而不会与复合地基搞混。但自从《建筑桩基技术规范》实施以后, 情况就不同了。该规范中提出了复合桩基础的概念, 复合桩基础与传统桩基础不同之处在于考虑桩间土分担荷载的作用。因此复合桩基础与桩土共同承受荷载的复合地基表面上变得非常相似, 实践中不少人经常将二者混为一谈, 尤其是当桩的强度很髙 (如钢筋混凝土桩) 时, 工程界和理论界关于是复合桩基础还是复合地基的争论更趋激烈。有的认为桩的强度过高导致桩土应力比过大, 不能算做复合地基, 应归类于复合桩基础;有的则认只要考虑桩土共同承受荷载就该叫做复合地基。其实这两种说法都有其片面性。笔者认为是复合桩基础还是复合地基应该分两个层次进行判断:第一层次区别桩基础与地基, 第二层次分析“桩基础”和“地基”之前是否具备加上“复合”二字的条件。

区别桩基础与地基应该是不困难的。《建筑岩土工程勘察基本术语标准》和《建筑柱基技术规范》都对桩基础有明确的定义。前者定义桩基础为:达到地基深部用以支承上部结构物荷载的具有一定强度的长柱形构件或构件群。后者定义为:由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。二者在表述上虽有不同, 前者更强调桩的部分及其作用, 但表达的内容是一样的, 即桩和连接于桩顶的承台构成桩基础。地基的定义在前面已阐述, 不再赘述。按照桩基础和地基的定义, 再去研究上面提到的情况, 就不难判断是桩基础还是地基。判断的标准就是桩与承台是否连接, 连接则称之为桩基础, 不连接则应叫作地基。

能否在“桩基础”之前加上“复合”二字, 要看在设计时是否考虑承台底地基土分担荷载的作用, 如果回答是肯定的, 则称之为复合桩基础;否则只能称之为桩基础。同理, 是否称之为复合地基, 则要根据设计时是否考虑桩间土分担荷载作用。若回答是肯定的, 则称之为复合地基, 否则则应称之为桩地基。

除了根据桩是否与承台连接区别桩基础与地基之外, 二者的设计思路也是不同的。桩基础的设计思路是如何使上部荷载更快更直接地传递到地基深部或好土层, 避免地基土因附加应力过大而破坏或产生过大的压缩变形。地基的设计思路则是设法改善 (增加或减少) 地基土的强度和压缩模量, 以满足上部结构对地基承载力和变形的要求。另外, 复合桩基础与复合地基中的桩受力是不一样的。前者受力较复杂, 除受垂直 (压或拉) 和水平力外, 通常还要承受弯矩和扭矩。而后者受力简单, 只受压和很少一部分水平力。

5 结束语

本文阐述了复合地基、地基处理、复合桩基础以及它们的关系, 希望能为促进复合地基的进一步发展贡献一点力量。但限于笔者的水平, 不当或错误之处欢迎专家同仁批评指正。

参考文献

[1]龚晓南著.复合地基理论及工程应用.北京:中国建筑工业出版社, 2002.

[2]建筑岩土工程勘察基本术语标准 (JGJ84-92) .北京:中国建筑工业出版社, 1993.

复合地基 篇5

本文所建立的`粉喷桩移位后对复合地基承载力的影响系数,作为处理基础的设计依据,经过工程实践验证.处理后的基础均未见异常情况.

作 者：南莉珍 刘刚 阎爱静  作者单位：南莉珍(淄博市建筑设计研究院,山东,淄博,255000)

刘刚,阎爱静(淄博智达建筑设计有限公司,山东,淄博,255000)

复合地基 篇6

关键词：　沉降 软弱粘性土 水泥搅拌桩 复合地基

软弱粘性土（即我们俗称的软土）是淤泥、淤泥质粘土以及淤泥质亚粘土的总称。从软弱粘性土的组成结构方面上来说，这种土质最大的特性在于其有着极高的天然含水量，优越的压缩性能、较低的承载能力以及较少的腐殖质物质。从软弱粘性土的层次构造角度来说，其多为泻湖相、河相以及海相沉积层。在现阶段技术条件支持之下，相关工作人员在对复核地基沉降程度加以计算的过程当中所采取的计算方式多为：将总沉降分为包括下卧层以及加固层在内的两个部分。下卧层选用分层总和法对该层次结构的压缩模量以及压缩指数参数加以计算，而加固层则选用复合模量法对该层次结构的相关压缩指标参数进行计算。这种计算方式所得出计算结果指之所以与实际测定结果差异较大，其关键在于下卧层计算方式下沉降值测定误差，加固层现有运算方式的运算可靠性比较高且所计算结果与实际测定结果之间的差异性并不显著，再次不多做累述。由此可见，下卧层计算正是相关工作人员下一步研究的重点。笔者在对深厚软土水泥搅拌桩复合地基沉降以及相关控制方式加以分析的过程当中，一并提出了一种能够精确计算下卧层沉降参数的计算方式。现对其做详细分析与说明。

1　深厚软土水泥搅拌桩复合地基沉降及其计算分析

A城市位于我国东南部沿海地区，为我国最典型的深厚软土地区。从土层地质构造形式角度上来说，土层上部为滨海相淤积土土层，下部为湖海相沉积层。该市水利工程建设事业发展迅速。软土厚度参数基本可以达到30m左右。20世纪80年代后期，大量水利工程建设项目开始在应用单轴深层水泥搅拌桩对深厚软土地基进行加固的基础之上，成功构建了一批稳定性极高的水利装置设备。这部分装置设备在投入水利建设的过程当中由相关部门针对其沉降结构加以实时观测。对相关观测结果加以统计，可作出如下几点判定：（1）在应用深层水泥搅拌桩针对软土地基进行加固的背景之下，软土地基上部水利设备的沉降程度较小，沉降变化表现均匀且能够在较短时间内恢复稳定状态。该批水利建设项目在工程竣工时已基本完成了90％甚至以上指标的沉降量，符合相关标准规范当中有关水利建筑竣工期间沉降量指标的要求；（2）对于水利建设过程当中持续应用时间较长的水利建设设备而言，尽管其在建设施工过程当中所承受的载荷作用力较大，但在水泥搅拌桩桩体长度、桩径参数以及置换比率的调整作用之下，建筑物荷载对于软土地基基础的特殊性要求依然能够得到较好的满足，从而确保水利建筑地基沉降量能够始终控制在较低水平当中。

选取该批次水利建筑当中某建设单位在运行的水利装置为例，按照上文所述的传统计算方式，针对该水利建筑的沉降程度及指标参数进行运算可按照以下步骤实现：首先，对于加固层而言，我们可以将整个水泥搅拌桩桩群视作一个实体基础，该实体基础在建筑并接受载荷过程当中所产生的压缩变形量同加固层在深厚软土地基作用之下发生的沉降参数是均等的。根据相关实地测定结构可得知加固层　的　沉　降　为　33mm。其　次　，对　于　下　卧　层　而言，在分层总和法与水利建筑周边沉降程度实际观测点布置位置的作用之下，可参照压缩模量以及压缩指数对沉降程度的影响，得知下卧层的沉降为214mm。由此的推导出整个水利建筑物的总沉降参数为　加　固　层　沉　降　与　下　卧　层　沉　降　的　和　，即为247mm。然而这一计算结果与实际测定结构之间的差异可以达到3倍以上，并且由下卧层计算差异所导致的差异比重占到了85％以上，值得重视。

2　软土结构性及建筑物沉降控制分析

何谓软土的结构性表现呢？一般来说，包括土层颗粒、空隙形状表现、颗粒之间的相互性作用力以及组构形式均属于软土结构性表现的研究范畴当中。根据有关A市土层相关实验结果所得出数据的分析，我们可以得知有关该城市深厚软土的几方面结构性表现：（1）空隙比高。对于薄壁土样而言，这种空隙比甚至可以达到1.9左右；（2）透水性好。同样是对于薄壁土样而言，其测定得出的竖向固结系数最大限度参数在正常情况下是同等测定状态下重塑土样竖向固结系数最大限度参数的9倍左右。

依照深厚软土地基当中薄壁土样实验中e-lgP的曲线表征及自适应矫正示意图来说，在相关曲线变化参数的作用之下我们可以对该深厚软土土体结构的屈服应力的一种新型确定方法加以研究与论证。首先，我们应当明确的问题在于——何谓土体屈服应力。对于深厚软土土体而言，其所表现出的结构屈服应力主要是指原状土在接受压缩作用力的过程当中，以土骨架弹性压缩为主的土体结构变形以基本结束，土体当中的粒间与组构联系位置开始呈现出破坏状态时所产生的应力。我们知道：对于深厚软土水泥搅拌桩所涉及到的复合型地基设计而言，为充分满足沉降及承载作用力的需求，且凸显沉降控制的重要意义，对于加固层及下卧层的沉降控制是极为关键的。由上述分析我们不难得知：在建筑物特别是水利建筑荷载作用力正常状态之下，加固层所表现出的沉降作用力是比较小的，一般而言其始终控制在30mm范围之内。针对e-lgP的曲线表征及自适应矫正示意图反映出的地基沉降会在固结压力大于土体结构屈服应力的状态之下发生严重变化，并给整个水利建设施工的正常运行造成严重危害，其关键在于针对水泥搅拌桩的相关设计参数加以合理调整与控制，始终确保土体结构屈服应力应当始终大于下卧层自重应力与附加应力的总和。以e-lgP的曲线表征及自适应矫正示意图为例，在这一条件作用之下，实际的压缩路径会较为精确的落在e-lgP曲线的平稳曲段当中，进而确保下卧层的沉降状态能够达到有效控制。经由沉降计算表明，这种以控制下卧层沉降测误差为主的计算方式能够最大限度的缓解传统计算方式之下计算结果与实际测定结果之间的误差，确保沉降控制的直接有效，值得大范围推广。

3　结语

伴随着现代科学技术的蓬勃发展与经济社会现代化建设进程日益完善，社会大众持续增长的物质文化与精神文化需求同时对新时期的水利建设事业提出了更为全面与系统的发展要求。本文针对深厚软土地基状态之下水利建设事业的关键——水泥搅拌桩复合地基沉降及控制分析这一中心问题展开了简要分析与说明，并据此论证了做好地基沉降控制工作在进一步提高水泥搅拌桩施工质量与施工效率的过程中所起到的至关重要的作用与意义。

参考文献

1吴海宝.　换填法建筑地基处理的工程实录[J].　有色冶金设计与研究，2004，03

2姜规模.　湿陷性黄土地区高层建筑地基处理方法探讨[J].　中国勘察设计，2009，02

复合地基面积置换率 篇7

在复合地基设计中, 需要确定一个非常重要的参数:面积置换率, 以估算复合地基的承载力特征值。但目前不少设计或审图人员在计算面积置换率时, 不论如何布桩均套用振冲碎石桩引入的等效圆直径的方法[1]来计算置换率。当复合地基设计的布桩形式不是等边三角形、正方形和矩形布桩, 或者布桩形式虽然为等边三角形、正方形和矩形布桩, 但每根桩分担的处理地基面积不等时, 运用等效圆直径的方法会得出错误的结果, 进而影响复合地基承载力和变形计算, 以致影响复合地基的设计。

因此, 理清什么情况下可以、什么情况下不可以按等效圆直径的方法来计算置换率, 以及如何正确理解、又该如何计算面积置换率, 是值得探讨的问题。

1 单一桩型复合地基面积置换率

1.1 面积置换率的定义

复合地基置换率:竖向增强体复合地基中, 竖向增强体的横断面积与其所对应的 (或所承担的) 复合地基面积之比[2]。

如图1所示, 设图中基础面积为A, 共有n根桩, 则单一桩型复合地基面积置换率为:

1.2 计算单一桩型复合地基面积置换率存在的问题

在估算振冲碎石桩复合地基承载力, 当每根桩分担的面积相等时, 引进一个等效圆直径de来计算单一桩型复合地基的置换率:

式中:m为桩土面积置换率;d为桩身平均直径 (m) ;de为一根桩分担的处理地基面积的等效圆直径 (m) 。

当为等边三角形布桩时, de=1.05s;正方形布桩时, de=1.13s;矩形布桩时, 。其中, s、s1、s2分别为桩间距、纵向间距和横向间距。

当每根桩分担的面积相等, 采用等边三角形、正方形和矩形大面积布桩时, 按式 (2) 计算单一桩型复合地基面积置换率方便可行。但目前不少设计或审图人员在计算单一桩型复合地基面积置换率时, 不论如何布桩形式均套用式 (2) 来计算面积置换率, 以致出现不少问题, 影响了复合地基的设计计算。

对面积较小的独立基础下进行布桩, 如图2所示, 设桩径为d=400mm, 基础长l=8d=3.2m, 基础宽b=8d=3.2m, 不少设计人员运用式 (2) 来计算, 即:

但运用式 (1) 计算时, 面积置换率为:

运用式 (1) 、式 (2) 计算相同条件下的面积置换率, 两者相对误差达21.20%。为什么会有这么大的差异呢?究其原因, 是由于在运用式 (2) 计算面积置换率时, 需要满足的前提条件为每根桩分担的面积相等。在图2中, 虽为正方形布桩, 但每根桩分担的面积并不相等, 因此得出错误的计算结果。

若基础面积大、布桩数量多, 设基础长l=24.8m, 基础宽b=24.8m, 桩径d=400mm, 桩间距s=3d=1.2m, 基础边缘离边桩中心的距离为d, 布桩形式与图2类似。

由式 (2) 得:

由式 (1) 得:

运用式 (1) 、式 (2) 计算相同条件下的面积置换率, 两者相差不大, 相对误差为3.33%。

因此, 大面积布桩条件下, 采用等边三角形、正方形和矩形的布桩形式, 初步设计时可按式 (2) 计算复合地基面积置换率。

此外, 独立基础下等腰三角形布桩 (见图3 (a) ) , 条形基础墙下单排布桩 (见图3 (b) ) , 均不能运用式 (2) 计算面积置换率。因此, 式 (2) 并不具有普遍性。

1.3 面积置换率在单一桩型复合地基承载力计算公式中的应用

(1) 单一桩型有粘结强度桩

单一桩型施工完成后, 由以集中力表示的静力平衡方程可知, 任一荷载水平下有:

式中:P为荷载 (k N) ;n为桩数;λ为单桩承载力发挥系数;Ra为单桩承载力特征值 (k N) ;β为桩间土承载力发挥系数;As为桩间土面积 (m2) ;fsk为处理后复合地基桩间土承载力特征值 (k Pa) [3]。

当荷载达到复合地基承载力特征值时:

式中:fspk为复合地基承载力特征值 (k Pa) ;A为基础面积 (m2) 。

将式 (3) 代入式 (4) 可得:

由式 (5) 即可计算有粘结强度桩复合地基承载力特征值。

若基础面积小、布桩数量少, 运用式 (5) 即可进行复合地基承载力计算。对于基础面积大、布桩数量多的情况, 可对式 (5) 进一步演绎。

由于A=As+n Ap, 则As=A-n Ap, 将As代入式 (5) 可得:

式中:Ap为桩截面积 (m2) 。

将式 (6) 右边第一项分子分母同乘以Ap, 可得:

令, 则式 (7) 为:

式 (8) 即为单一桩型有粘结强度桩复合地基承载力特征值普遍表达式。其中, 复合地基面积置换率为:

(2) 单一桩型散体桩

对于散体桩复合地基, 无法根据勘察报告来计算单桩承载力特征值, 因而不能根据式 (8) 来计算复合地基承载力特征值, 但其桩土应力比变化不大。设桩顶应力为σp、桩间土应力为σs, 则有:

将式 (9) 、式 (10) 代入式 (8) 可得:

令桩土应力比为n, 则有:

将式 (10) 、式 (12) 代入式 (11) 可得:

式 (13) 即为单一桩型散体桩复合地基承载力特征值普遍表达式。其中, 复合地基面积置换率为:

(3) 小结

由以上分析可知, 不论是单一桩型有粘结强度桩复合地基, 还是单一桩型散体桩复合地基, 其复合地基面积置换率均为:

2 多桩型复合地基面积置换率

2.1 多桩型复合地基面积置换率的普遍表达式

为研究方便, 本文将复合地基中荷载分担比较高的桩型定义为主桩, 其余桩型为辅桩。如工程中常采用碎石桩和CFG桩来处理可液化地基[4~6], CFG桩为主桩、碎石桩为辅桩 (见图4) 。

多桩型复合地基面积置换率, 应根据基础面积与该面积范围内实际的布桩数量进行计算。以两种桩型组成的复合地基为例, 如图4所示, 主桩的面积置换率m1为:

辅桩的面积置换率m2为:

式中:n1为主桩桩数;Ap1为主桩桩截面积 (m2) ;n2为辅桩桩数;Ap2为辅桩桩截面积 (m2) ;A为基础面积 (m2) 。

2.2 多桩型复合地基面积置换率的计算

当大面积布桩, 初步设计时, 可采用单元面积置换率估算。

(1) 当按图5 (a) 主辅桩间隔布桩时:

(2) 当按图5 (b) 主辅桩按排、按列间隔布桩时:

布桩完成后的面积置换率, 应根据基础面积与该面积范围内实际的布桩数量进行计算, 即按式 (14) 、式 (15) 进行计算。

当采用式 (16) 和式 (17) 计算主辅桩间隔布桩面积置换率, 或采用式 (18) 和式 (19) 计算主辅桩按排、按列间隔布桩面积置换率时, 若基础面积小、布桩数量少, 则其计算结果与采用普遍表达式式 (14) 和式 (15) 相差较大;若基础面积大、布桩数量多, 则相差较小。

以主辅桩按排、按列间隔布桩为例, 如图5 (b) , 设S1=S2=1.2m, 主辅桩桩径d1=d2=400mm:

1) 设基础长l=6m, 基础宽b=6m, 采用式 (18) 和式 (19) 计算得:

采用普遍表达式式 (14) 和式 (15) 计算得:

当基础面积小、布桩数量少时, 采用式 (18) 、式 (19) 计算主辅桩的面积置换率, 与采用普遍表达式式 (14) 、式 (15) 计算主辅桩的面积置换率, 虽然主桩的面积置换率相同, 但是辅桩的面积置换率相对误差达56.27%。

2) 设基础长l=60m, 基础宽b=60m, 采用式 (18) 和式 (19) 计算得:

采用普遍表达式式 (14) 和式 (15) 计算得:

当基础面积大、布桩数量多时, 采用式 (18) 、式 (19) 计算主辅桩的面积置换率, 与采用普遍表达式式 (14) 、式 (15) 计算主辅桩的面积置换率, 主桩的面积置换率相同, 辅桩的面积置换率相差不大, 相对误差仅为4.06%。

2.3 面积置换率在多桩型复合地基承载力计算公式中的应用

(1) 两种桩型均为有粘结强度桩

以两种有粘结强度的桩型 (如长短CFG桩) 组成的多桩型复合地基为例, 推导多桩型复合地基承载力计算公式。

两种桩型施工完成后, 由以集中力表示的静力平衡方程可知, 任一荷载水平下有:

式中:P为荷载 (k N) ;n1为主桩桩数;λ1为主桩单桩承载力发挥系数;Ra1为主桩单桩承载力特征值 (k N) ;n2为辅桩桩数;λ2为辅桩单桩承载力发挥系数;Ra2为辅桩单桩承载力特征值 (k N) ;β为桩间土承载力发挥系数;As为桩间土面积 (m2) ;fsk为两种桩型复合地基施工完成后桩间土承载力特征值 (k Pa) 。

当荷载达到复合地基承载力特征值时:

式中:fspk为多种桩型复合地基承载力特征值 (k Pa) ;A为基础面积 (m2) 。

将式 (20) 代入式 (21) 可得:

基础面积A为:A=n1Ap1+n2Ap2+As, 则桩间土面积为:

式中:Ap1为主桩桩截面面积 (m2) ;Ap2为辅桩桩截面面积 (m2) ;As为桩间土面积 (m2) 。

将式 (23) 代入式 (22) 可得:

将上式右边第一项分子分母同乘以Ap1、第二项分子分母同乘以Ap2, 可得:

式 (26) 即为两种有粘结强度组合形成的多桩型复合地基承载力特征值普遍表达式。其中, 主桩的面积置换率m1为:

辅桩的面积置换率m2为:

(2) 两种桩型中一种为有粘结强度桩、另一种为散体桩

设两种桩型中的有粘结强度桩为主桩、散体桩为辅桩。辅桩散体桩的单桩承载力特征值不能根据勘察报告来计算, 但其桩土应力比变化不大。设辅桩桩顶应力为σp, 桩间土应力为σs (同式 (10) ) , 则有:

将式 (27) 、式 (10) 代入式 (22) 中, 可得:

令辅桩桩土应力比n同式 (12) , 将式 (10) 、式 (12) 代入式 (28) 中可得:

式 (29) 即为有粘结强度桩和散体桩组合形成的多桩型复合地基承载力特征值普遍表达式。其中, 主桩有粘结强度桩的面积置换率m1为:

辅桩散体桩的面积置换率m2为:

(3) 小结

由以上分析可知, 不论多桩型复合地基是由两种有粘结强度桩组合形成, 还是由有粘结强度桩和散体桩组合形成, 其复合地基面积置换率均为:

主桩的面积置换率m1为:

辅桩的面积置换率m2为:

3 结论

通过以上对单一桩型和多桩型复合地基面积置换率的分析, 可以得出如下结论:

(1) 单一桩型复合地基面积置换率

1) 单一桩型复合地基面积置换率, 应根据基础面积与该面积范围内实际的布桩数量, 采用下式进行计算:

2) 当每根桩分担的处理地基面积相等, 采用等边三角形、正方形和矩形大面积布桩时, 可采用等效圆直径的方法估算面积置换率:

3) 当每根桩分担的面积虽然不等, 但基础面积大、布桩数量多, 初步设计时, 也可采用等效圆直径的方法估算, 布桩完成后应根据实际布桩数量来计算面积置换率。

(2) 多桩型复合地基面积置换率

1) 多桩型复合地基面积置换率, 应根据基础面积与该面积范围内实际的布桩数量进行计算:

主桩的面积置换率m1为:

辅桩的面积置换率m2为:

2) 当基础面积大、布桩数量多, 初步设计时, 可采用单元面积置换率估算:

主辅桩间隔布桩时:

主辅桩按排、按列间隔布桩时:

布桩完成后的多桩型复合地基面积置换率, 应根据基础面积与该面积范围内实际的布桩数量进行计算。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.建筑地基处理技术规范 (JGJ79-2012) [S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[2]中华人民共和国国家标准.建筑地基基础术语标准 (征求意见稿) .

[3]闫明礼, 申计春等.CFG桩复合地基承载力及施工检测[J].工程勘察, 2005, (5) :37~39, 57.

[4]闫明礼, 张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践 (第二版) [M].北京:中国水利水电出版社, 2006.

[5]陈磊, 闫明礼.组合桩复合地基在工程中的应用[J].工程勘察, 1999, (1) :24~26.

复合地基沉降控制研究 篇8

在软土地区采用天然地基不能满足建筑物沉降要求时,地基处理或桩基础等常被用来控制建筑物总沉降或差异沉降。在传统设计方法中由于计算手段的限制,通常假定上部结构和基础为绝对刚性,基底反力均匀分布。然而,实际的基底反力分布是随荷载条件、筏板形状、筏—土相对刚度等不同而变化的。因此,寻求符合基础实际受力状况且经济合理的基础优化设计方案是具有实践和理论意义的课题。实际工程中,在地基强度满足要求的前提下整体沉降对建筑物并不构成威胁,问题的关键是,基础基底压力分布不均匀、地基刚度分布不均匀导致地基土体内应力分布不均匀,从而使复合地基与基础的变形不协调,导致差异沉降的增加。对传统的均匀地基处理方案,为控制差异沉降和筏板内力差所产生的弯矩,不得不加大筏板厚度,增加筏板的配筋量,从而提高了工程造价,造成了新的材料浪费。因此,根据地基受力特性充分发挥地基基础承载作用,减小差异沉降已成为基础设计的优化目标,引起了国内外许多学者的研究兴趣[1]。

1 基础—垫层—复合地基相互作用原理[2]

1)基本假定。

基础、垫层、桩土复合地基的共同作用是非常复杂的,为了便于分析应用,特做出假定:a.基础底面积足够大,基底下分布着许多等间距的桩,桩和桩间土构成复合地基;b.垫层是可压缩(或流动)的均质体;c.复合地基桩间土为均质体,各桩的几何性质及工程性能是等同的,从而构成均质复合地基;d.垫层、桩、桩间土的力学性能均可用“压力=刚度系数×变形”的公式来表示;e.复合地基为非饱和,即不考虑孔隙水压力作用。

2)基本方程。

设上部结构荷载为P,则有:

PCP=KP·SP (1)

PCS=KS·SS (2)

PCP=KCP·SCP (3)

PCS=KCS·SCS (4)

其中,PCP为垫层和桩顶间的竖向接触压力;PCS为垫层和桩间土之间的竖向接触压力;SP为在PCP作用下,桩顶的沉降量;SS为在PCS作用下,桩间土的沉降量;SCP为由PCP引起的垫层竖向变形量;SCS为由PCS引起的垫层变形量;KP为在PCP作用下,桩顶沉降为SP时桩的刚度系数;KS为在PCS作用下,桩间土沉降为SS时桩间土的刚度系数;KCP为在PCP作用下,垫层竖向变形量为SCP时垫层的刚度系数;KCS为在PCS作用下,垫层竖向变形量为SCS时垫层的刚度系数。

3)力的平衡方程及变形协调方程。

在上部荷载作用下,设基础底面平均接触压力为P,基础均匀下沉量为S,取垫层为脱离体,则根据力的平衡条件和变形协调条件有:

P·A=PCP·AP+PCS·AS或P=m·PCP+(1-m)PCS (5)

S=SS+SCS=SP+SCP (6)

其中,A为基础底面积,A=AP+AS;AP为基础底面积范围内桩顶的总面积;AS为基础底面积范围内桩间土的总面积;m为基础底面积范围内复合地基的置换率,$m=\frac{A{}_{{\rm P}}}{A}$。

4)共同作用分析。

桩土应力比的表达式为:

$n=\frac{\frac{1}{{\rm K}{}_S}+\frac{1}{{\rm K}{}_{CS}}}{\frac{1}{{\rm K}{}_{{\rm P}}}+\frac{1}{{\rm K}{}_{C{\rm P}}}}(7)$

P和S的关系为:

${\rm P}=\frac{mS}{\frac{1}{{\rm K}{}_{C{\rm P}}}+\frac{1}{{\rm K}{}_{{\rm P}}}}+(1-m)\frac{S}{\frac{1}{{\rm K}{}_{CS}}+\frac{1}{{\rm K}{}_S}}(8)$

或${\rm P}=\frac{1}{\frac{1}{{\rm K}{}_{CS}}+\frac{1}{{\rm K}{}_S}}\cdot [1+m(n-1)]\cdot S(9)$

或${\rm P}=\frac{1}{\frac{1}{{\rm K}{}_{C{\rm P}}}+\frac{1}{{\rm K}{}_{{\rm P}}}}\cdot \frac{1+m(n-1)}{n}\cdot S(10)$

2 差异沉降控制的方式

控制差异沉降的途径有三种:1)加强上部结构的刚度;2)加大基础底板厚度和配筋量以增大筏板的整体强度和刚度;3)调整地基的刚度,使其刚度分布规律与基底压力分布规律相吻合。

增加上部结构的刚度可以使基础最终沉降差减小。上部结构的刚度越大,这种作用就越明显。但是由于上部结构的有限性,随着层数的增加,上部结构的刚度矩阵各分量几乎不再增加,趋于常数,因此对于基础底板不是绝对刚性的基础而言,由于群桩效应,必然使得中心桩的沉降大于边桩和角桩的沉降值,也就是说存在差异沉降。再加上受使用功能的约束,该方法是难以实现的。增加基础板厚度,其“跨越作用”加强,使荷载向筏板边缘转移,迫使基础沉降趋于均匀。但是加大筏板厚度后,虽然可以减小差异沉降和上部结构的次应力,但基础变得很敏感,微小的不均匀沉降将导致巨大的内力,而且会使基础的造价大幅度提高。因此,增加筏板的厚度并不是一种很好地减小基础差异沉降的方法。

调整复合地基刚度的方法主要是通过改变褥垫层的刚度、桩间土的模量、桩的设计参数、布桩方式等手段,使复合地基的刚度

摘要：从基础—垫层—复合地基相互作用的角度,分析了减小差异沉降的方法,给出了8种变刚度复合地基的处理方案,进一步指出变桩长、变桩距应是变刚度复合地基设计首先考虑的方法。

关键词：差异沉降,复合地基,变刚度

参考文献

[1]刘金励,迟铃泉.桩土变形计算模型和变刚度调平设计[J].岩土工程学报,2000,22(2):151-157.

[2]王长科,郭新海.基础—垫层—复合地基共同作用原理[J].土木工程学报,1996,29(5):30-35.

[3]乔京生,步启军,马卫华,等.变刚度复合地基的可行性研究[J].铁道建筑,2006(5):49-52.

[4]陈龙珠,梁发云,丁屹.变刚度复合地基处理的有限元分析[J].工业建筑,2003,33(11):18-20.

复合地基 篇9

木桩是历史最悠久的一种桩型, 然而随着各类新型软土地基处理方法的涌现, 木桩似乎已经过时。但事实并非如此, 在某些特定的情况下, 木桩仍具有优越性。由于现行结构设计规范及各结构计算手册中均未提及木桩的计算方法, 本文就笔者在某清水池地基处理中采用木桩复合地基的设计实例进行阐述, 以抛砖引玉。

1 工程概况

1.1 清水池概况

该清水池为地上式钢筋混凝土水池, 中间设变形缝一道, 池顶覆土厚度500 mm。清水池长35.6 m, 宽10.1 m, 高4.5 m, 地面标高2.80 m (黄海高程) , 底板底标高在地面以下0.8 m。

1.2 地质条件

拟建场地地处苏北里下河平原。根据地勘报告的结果, 各土层深度、地基承载力标准值及压缩模量如下:①杂填土:层厚0.6 m;②粉质粘土:层厚0.9 m, 承载力85 k Pa, 压缩模量4.2 MPa;③淤泥质粘土:层厚12 m, 承载力65 k Pa, 压缩模量2.5 MPa;④粘质粉土:层厚5.5 m, 承载力115 k Pa, 压缩模量6.0 MPa;⑤砂质粉土:层厚6.2 m, 承载力180 k Pa, 压缩模量14.5 MPa;⑥砂质粉土:层厚4.8 m, 承载力145 k Pa, 压缩模量9.5 MPa。

1.3 地基处理方案的选择

目前, 软土地基处理方法有多种, 且在实际工程中得到广泛的应用。笔者对多种方案作了认真比选, 方案有:1) 换填法;2) 水泥土搅拌桩复合地基;3) 预制桩基;4) 灌注桩;5) 木桩复合地基。最终择优选择了方案5:木桩复合地基。实践证明, 木桩复合地基处理软弱地基时, 有以下优点:1) 安全可靠;2) 对施工场地要求较低, 施工方便;3) 施工时振动小、噪声低、无尘土飞扬, 对周围建筑物的影响小;4) 工期短;5) 造价较低。

2 木桩复合地基计算分析

本例中木桩采用松木桩, 稍径不小于120 mm。呈矩形布置, 桩间距为500 mm×500 mm, 处理范围为37 m×11 m。木桩长6 m, 基底下淤泥质粘土层厚度达12 m, 桩端落在高压缩土层上。为了进一步保证木桩与土体的变形协调, 在桩顶和基础间设置250 mm厚的碎石褥垫层, 桩顶进入褥垫层50 mm。

2.1 木桩复合地基承载力的确定

由于目前木桩复合地基承载力计算尚无设计规范可循, 故参照有粘结强度增强体复合地基的承载力计算公式进行设计[2]。

其中, fspk为复合地基承载力特征值;λ为单桩承载力发挥系数, 取1.0;m为面积置换率;Ra为单桩竖向承载力特征值, k N;Ap为桩的截面面积, m2;β为桩间土承载力发挥系数, 可按地区经验取值, 本工程取0.9;fsk为处理后桩间土承载力特征值, k Pa。

本例中木桩未穿过软弱土层, 故木桩竖向承载力标准值不计桩端阻力, 则有[3]:

其中, up为桩的周长;qsi为桩周第i层土的侧阻力特征值, k Pa;lpi为桩长范围内第i层土的厚度。

计算桩径为d=120 mm, qs1=30 k Pa, lp1=0.4 m, qs2=9 k Pa, lp2=5.6 m。则按式 (2) 得Ra=23.5 k N。

面积置换率m=0.045, fsk=65 k Pa, 则复合地基承载力特征值为fspk=149.4 k Pa。

基底平均压力值为62.8 k Pa, 地基承载力满足设计要求。

2.2 木桩复合地基沉降计算

1) 未采取木桩处理时的地基沉降, 采用分层总和法计算[4]。

清水池底板尺寸为35.60 m×10.10 m, 在荷载准永久组合作用下, 基底附加压力为p0=48.40 k Pa, 底板中心处最终沉降量s'=∑Δsi'=186.66 mm。

0.025×∑Δsi'=4.67 mm>Δsn'=2.87 mm;取沉降经验系数Ψs=1.1, 地基最终变形量为s=Ψss'=205 mm, 不满足规范要求, 必须进行地基处理。

2) 木桩复合地基的沉降计算。

木桩复合地基的沉降量由褥垫层、复合土层和复合土层下卧层的变形量组成。其中, 褥垫层压缩量较小, 且多发生在施工期, 一般不予考虑。关于木桩复合地基的沉降计算, 目前规范中尚无明确的计算公式。本文参照CFG桩复合地基, 采用复合模量法结合分层总和法计算, 木桩复合地基的最终沉降量由复合层的沉降变形s1和下卧层的沉降变形s2组成, 沉降计算公式为:

其中, Espi为复合地基压缩模量, MPa;Esi为天然地基土层压缩模量, MPa。

底板中心处最终沉降量s'=∑Δsi'=138.08 mm;0.025×∑Δsi'=3.45 mm>Δsn'=0.79 mm;取沉降经验系数Ψs=1.0, 地基最终变形量为s=Ψss'=138 mm, 较处理前减小约1/3。

3 结语

到目前为止, 本工程竣工已有两年时间, 经现场观察沉降7 cm左右。实践证明, 木桩复合地基处理可使软土地基承载力有效提高, 地基变形量大为减小, 且具有施工操作过程简单、施工机具设备简易、工期短等优点。相对于预制桩、水泥土搅拌桩复合地基和CFG桩复合地基等其他地基处理方式而言, 具有工期短、造价低、施工操作简便等优势, 特别是在工期紧张、大型机械进场困难、木材来源丰富的情况下, 木桩复合地基优势尤为明显。

摘要：介绍了木桩复合地基的工作机理, 以木桩复合地基在某清水池中的应用为例, 就复合地基竖向承载力、沉降及有关质量控制问题进行了分析, 指出木桩复合地基能有效解决软土地基承载力不够、沉降量过大等问题, 应用前景广阔。

关键词：木桩,复合地基,地基处理,承载力,沉降

参考文献

[1]何剑波.木桩在给水工程软弱地基处理中的应用[J].市政技术, 2007, 25 (5) :392-393.

[2]JGJ 79—2012, 建筑地基处理技术规范[S].

[3]JGJ 94—2008, 建筑桩基技术规范[S].

复合地基 篇10

GB 50007-2002建筑地基基础设计规范 (简称地基规范) 和JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范 (简称地基处理规范) 已经颁布执行, 新规范的一个重要变化是强调了按变形控制进行地基设计的基本思想。应当指出, 地基变形计算远不如承载力计算研究的更深入、更成熟。

地基处理规范规定, 加固后的地基变形计算按GB 50007-2002建筑地基基础设计规范有关规定执行。即除了假定桩长范围内的复合土层为一等效天然地基, 它的压缩模量用复合模量来表示外, 其他计算与天然地基完全相同。

显然, 复合模量表达式的合理性, 对变形计算结果具有直接影响, 这也是广大工程技术人员关心的重要问题之一, 本文将对此进行一些分析和讨论。

用土模量的某一倍数来表达复合地基的复合模量, 称其为第二种表达式。具体为:

ESP=[1+m (n-1) ]Es′ (1)

其中, n为桩土应力比。

JGJ 79-2002建筑地基处理技术规范中, 水泥粉煤灰碎石桩和夯实水泥土桩复合地基, 复合模量表达式为:

ESP=ξEs (2)

其中, Es为天然地基土压缩模量;ξ为模量提高系数, ξ= fspk/fak, fspk为复合地基承载力特征值, fak为天然地基承载力特征值。

式 (2) 的推导如下:

当荷载接近或达到复合地基承载力时, 假定:

1) 桩土应力比等于桩土模量比, Ep/Es′=n (Es′为加固后桩间土模量, n为桩土应力比) , 即Ep=nEs′。

2) 加固后桩间土模量Es′是加固前天然地基模量Es的α倍, 即Es′=αEs (α为桩间土承载力提高系数, Ep=nαEs) 。

3) 复合模量按式 (3) 组合:

ESP=mEp+ (1-m) Es′[1+m (n-1) ]αEs (3)

令ξ=[1+m (n-1) ]α, 式 (3) 为ESP=ξEs。

又复合地基承载力表达式为:

fspk=[1+m (n-1) ]αfak (4)

则ξ=fspk/fak, ξ既是承载力提高系数, 也是模量提高系数。工程中, 根据地质报告提供的天然地基承载力fak和压缩模量Es, 由试验或计算求得fspk, 可得模量提高系数与式 (2) 完全相同。

ξ=fspk/fak, 则复合模量按式 (2) 求得。

需要指出, 式 (1) 和式 (2) 没有本质区别, 只是表达方法有所不同。

对式 (1) , 假定:Es′=αEs, 则有:

ESP=[1+m (n-1) ]αEs。

令ξ=[1+m (n-1) ]α, 则ESP=ξEs与式 (2) 完全相同。

1 工程实例

工程场地位于呈贡县吴家营乡, 拟建的2号, 3号地块总规划用地面积约67.68 hm2, 其中2号地块用地面积约36.55 hm2, 3号地块用地面积约31.13 hm2。拟规划建筑物主要有多层、高层及超高层。本设计为18层剪力墙框架结构。取每层平均压力为16 kPa, 故基底平均压力为304 kPa, 但是为了安全起见, 本计算按400 kPa计算 (见表1) 。

本地基处理先采用8 m的水泥搅拌桩处理, 再用15 m的素混凝土桩处理:

1) 水泥土搅拌法。

复合地基承载力的计算如下:

天然地基承载力:

$f{}_{sk}=\frac{1.2\times 140+2.4\times 175+1.4\times 170+3\times 170}{8}=167$kN。

据《建筑地基处理技术规程》计算水泥土搅拌桩的单桩竖向承载力:

Ra=ηfcuAp=0.5×1 500×0.237 8=178 kN。

复合地基承载力:$f{}_{spk{}_1}=m\frac{R{}_a}{A{}_p}+\beta (1-m)f{}_{sk}=0.059\times \frac{178}{0.2378}+0.75\times (1-0.059)\times 167=162$kN。

其中, 桩间距2 m, 桩直径0.55 m, 置换率$m=\frac{\text{π}d{}^2/4}{l{}^2}=\frac{3.14\times 0.55{}^2/4}{4}=0.059$。

2) 素混凝土桩法。

承台底标高4 m, 从承台底开始进行地基处理, 水泥土搅拌桩的长度为8 m, 素混凝土桩的长度为15 m, 故把土层分为两层, 第一土层为8 m, 第二土层为7 m, 经过搅拌桩处理之后, 搅拌桩处理范围8 m之内各层土的压缩模量如表2所示。

MPa

可以得到素混凝土桩法地基处理的第一土层8 m内的加权平均压缩模量:

据式 (3) 可得:;

fak为8 m的水泥搅拌桩处理之后的地基承载力 (fak=fspk1=162) ;

则第一层土的复合模量:

素混凝土桩法地基处理的第二土层7 m内的加权平均压缩模量:

天然地基承载力:

据式 (3) 可得:;

则第一层土的复合模量:

2结语

通过以上分析, 可以得到如下结论:1) 用土的模量某一倍数表征复合模量的表达式, 能综合反映土的性质、桩体材料性质、桩的平面布置、桩的几何尺寸、桩周桩端土对桩的作用。公式中的参数获取容易、使用方便, 公式计算结果符合工程实际。2) 用本文介绍的方法可以计算柔性桩及刚性桩共同作用下地基处理的情况, 并能较快、较准确的反映实际情况。

参考文献

[1]JGJ 79-2002, 建筑地基处理技术规范[S].

[2]闫明礼.地基处理技术[M].北京:中国环境科学出版社, 1996.

[3]闫明礼, 张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社, 2000.

[4]闫雪峰.复合地基设计若干问题和沉降计算[D].天津:天津大学硕士学位论文, 1999.

复合地基 篇11

关键词：复合地基；散体材料桩；沉降；荷载传递；鼓胀变形

中图分类号：U416.1 文献标识码：A

文章编号：1674-2974（2016）05-0120-05

Abstract：The granular material pile has its own deformation characteristics under vertical loads. The granular material pile shows not only a vertical compressive deformation but also a radial expansion near the top of the pile. According to the study of this load transfer mechanism， a new equation was developed to calculate the compressive deformation of a single granular material pile. On the basis of this investigation way， a new method to predict the settlement of the composite foundation reinforced by granular material piles such as stone columns was developed. In the analysis model， the granular pile was treated as an elastic material satisfying Hooke's law， and the lateral confining support provided by the surrounding soil was assumed as lateral soil pressure. Further， the beneficial influence of the lateral restraint of the reinforced cushion as well as its development within depth on restricting the lateral bulging of the granular pile was taken into account. Finally， a case study was performed to validate the proposed method. The foundation settlements predicted by the proposed model were close to those of existing calculation methods. The prediction results indicate that the proposed method based on the load transfer mechanism is more practical because the proposed method can consider the variation law that the depth of lateral deformation of the pile increases with the increase of the vertical load acting on the top of the pile.

Key words：composite foundation；granular material pile；settlement；load transfer；lateral bulging

以碎石桩为代表的散体材料桩及其与桩间土形成的复合地基已广泛地应用于地基加固工程.沉降计算是该复合地基设计理论的重要组成部分.尤其是复合地基按沉降控制设计时，沉降计算更为重要.有关散体材料桩复合地基的沉降计算国内外学者提出了理论或经验计算公式.其中较为常用的方法是采用复合模量法计算加固区的压缩量，再采用分层总和法计算下卧层的压缩量，进而得到整个复合地基的沉降量[1-3].该方法的假定之一是竖向荷载作用下桩与桩间土之间无侧向挤压作用，各自都不发生侧向变形[4].

然而，当桩体材料及桩周土条件不变时，桩体鼓胀变形应随桩顶竖向荷载的增加而逐渐向深处发展.故本文从散体材料桩的荷载传递机理出发，考虑鼓胀变形随荷载变化，提出一种计算散体材料桩桩身压缩量的新方法，进而获得散体材料桩复合地基的沉降量.

1 复合地基沉降计算新方法

1.1 桩、土受力变形分析

取散体材料桩复合地基中的某根单桩进行分析，桩顶作用荷载qp，桩间土作用荷载qs，qs=qp/n，其中n为桩土应力比.对于散体材料桩复合地基，在无测试资料时，对黏性土可取2～4，粉土和砂土n可取1.5～3.0.原地基土强度低者取大值，反之取小值[6].若复合地基上作用荷载为q，则qp=n1+（n-1）mq，m为复合地基置换率.为便于分析，沿桩长将桩划分为N段（图1）.并取其中第i段进行分析（图2）.

由前述推导可知，本文方法计算散体材料桩复合地基沉降时，桩土应力比需作为一已知参数，然而准确确定桩土应力比非常困难，盛崇文建议[2]对于该工程当设计荷载小于60 kPa时桩土应力比取3～5；大于60 kPa时取2～4.当沉降计算荷载为60 kPa时，已有文献[2，7-8]中桩土应力取值有两种情况n=3[7-8]和n=4[2]，为便于与其它文献计算结果对比分析，故本文方法计算沉降时，计算荷载亦取60 kPa，而桩土应力比取n=3和n=4分别加以计算.

本文方法计算时取桩土应力比n=3，经计算得整个桩身压缩量sp=28.9 mm，其中鼓胀段的压缩量为7.4 mm，非鼓胀段的压缩量为21.5 mm；鼓胀深度hb=0.9 m；下卧层压缩量ss=12.0mm；故整个碎石桩复合地基的沉降量为s=40.9 mm.若取n=4，得hb=1.6m；sp=40.2 mm；ss=12.0 mm；s=52.2 mm.

与其它方法计算结果的比较见表2.其中，盛崇文[2]是采用复合模量法计算加固区的压缩量，复合模量按式Esp=[1+（n-1）m]Es计算；邓修甫等[7]是将碎石桩简化成等体积墙体，再根据碎石桩与桩间土的变形协调作用分鼓胀段与非鼓胀段两部分计算加固区的压缩量；基于邓修甫等的计算方法，孙林娜等[8]将基桩与桩间土的相互作用视为空间问题来计算复合地基加固区的压缩量；各方法下卧层的压缩量均采用分层总和法得到.

由表2可见，采用复合模量法计算桩身压缩量较其它方法的计算结果偏大；邓修甫等方法[7]将复合地基沉降计算简化成平面问题，强化了桩体作用，所得的复合地基沉降量偏小；孙林娜等方法[8]计算复合地基沉降时，碎石桩的鼓胀深度为桩体极限受荷状态下的鼓胀变形深度，其中鼓胀段压缩量较本文方法（n=3）偏大，非鼓胀段压缩量因非鼓胀段长度减小而较本文方法（n=3）偏小；且孙林娜等方法[8]因夸大了实际工作荷载作用下侧向鼓胀变形对复合地基沉降的影响，使得整个桩身压缩量较本文方法偏大.而本文方法采用静止土压力计算桩周土提供的侧向约束力偏小，变形量略为偏大，但可反映碎石桩鼓胀变形随荷载发展变化的实际情况.

3 结 论

1） 基于桩体受荷发生竖向压缩变形及侧向鼓胀变形的特性，提出一新的散体材料桩复合地基加固区压缩量计算公式，进而可得整个复合地基的沉降量.

2） 与常规计算方法相比，本文方法从荷载传递规律出发，更符合散体材料桩复合地基的实际受力变形状况.

3） 利用本文方法对某一具体工程实例进行了计算，经与其它方法及实测值的比较分析，本文所得结果具有其合理性.

4） 本文方法计算散体材料桩复合地基沉降时，桩土应力比需是已知参数，而桩土应力比对复合地基沉降有一定程度影响，实际设计中如何正确合理的选取散体材料桩复合地基桩土应力比仍有待进一步的深入研究.

参考文献

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[2] 盛崇文.碎石桩复合地基的沉降计算[J].土木工程学报，1986，19（l）：72-80.

[3] 曹文贵， 唐旖旎， 王江营. 基于孔隙介质模型的散体材料桩复合地基沉降分层总和分析方法[J]. 湖南大学学报：自然科学版， 2014，41（11）：87-95.

[4] 张定. 碎石桩复合地基的作用机理分析及沉降计算[J]. 岩土力学， 1999， 20（2）：81-86.

[5] 张定. 散体材料桩复合地基的沉降分析与计算[J]. 铁道学报，1998，20（6）：98-104.

[6] 龚晓南.复合地基设计和施工指南[M].北京：人民交通出版社，2003：109-110.

[7] 邓修甫，刘新华，张琳.碎石桩复合地基沉降计算方法[J].湘潭矿业学院学报，2003，18 （4）：55 -57.

[8]孙林娜，龚晓南. 散体材料桩复合地基沉降计算方法的研究[J]. 岩土力学， 2008，29（3）：846-848.

[9] B.A.弗洛林.土力学原理（第一卷）[M] 徐志英，译. 北京：中国建筑工业出版社， 1973：87-88.

带帽载体桩复合地基设计 篇12

复合地基通常由增强体(桩)、桩间土、褥垫层和足够刚度的基础组成。根据增强体(桩)的性状不同,冠以不同名称的复合地基,如增强体为碎石称为碎石桩复合地基,增强体为水泥和土组成称为水泥土桩复合地基,等等。

载体桩复合地基是由载体桩、桩间土、褥垫和足够刚度的基础组成,如图1所示。与前述复合地基的不同在于,增强体是由载体和混凝土桩组成,载体由低坍落度混凝土、夯实充填料和挤密土体组成。夯实充填料由块状或粒状为主的材料夯实而成,当被加固土为挤密效果好的土时,夯实充填料周围土被挤密,形成挤密土体。低塌落度混凝土做成直径自上而下逐渐增大的夯扩体,对桩身传来的荷载向下扩散起着重要作用。

当单桩承载力较高时,为了较充分地发挥桩的承载力,有时在桩顶做一较桩身断面大的桩帽(图1)。

由于载体桩的构成、施工方法与等直径刚性桩不同,使得复合地基设计思想、设计参数和它的适用条件都有所不同。本文将就带帽载体桩复合地基设计做一些分析和讨论。

1 载体桩承载性状

等直径刚性桩的单桩承载力可以用式(1)表示:

式中:qsa一桩侧阻特征值;qpa一桩端阻特征值;L—桩长;d—桩径;C—桩身强度。

即单桩承载力与桩侧桩端土的性状、桩的几何尺寸(桩长桩径)和桩身强度相关。

夯扩桩的单桩承载力可以用式(2)表示:

式中:D—夯扩桩桩端扩大头直径。

即单桩承载力与桩身强度、桩侧桩端土的性状和桩的几何尺寸相关,桩的几何尺寸包括桩长、桩径和桩端扩大头直径。夯扩桩是靠增加桩端的断面面积提高单桩承载力,由于桩端断面增加量有限,单桩承载力增加量不大。

载体桩的单桩承载力可以式用(3)表示:

式中:ZT—载体性状。

即单桩承载力与桩身强度、桩侧桩端土的性状和桩身几何尺寸、载体性状密切相关。载体性状包括被加固土挤密性、持力层土承载力、充填料材料组成及填料量、夯击能大小,低塌落度混凝土投入量。

由于载体具有加固土体和应力扩散作用,使得桩长、桩径大体相同条件下,载体桩比等直径直杆件桩和夯扩桩的承载力高许多。

载体桩单桩承载力可参照《载体桩设计规程》(JGJ 135-2007)确定。应当指出,由于载体桩单桩承载力与载体性状密切相关,而载体性状由被加固土、持力层土、充填料材料构成及填料量、夯击能大小,低坍落度混凝土投入量及形状等多种因素所决定。《载体桩设计规程》给出的计算表达式,只是供初步设计时的估算值,与实测值相比给出很高精度的计算值是困难的。或者说,载体桩单桩承载力主要靠现场静载试验确定。

2 复合地基承载力表达式

复合地基承载力可用如下表达式表示:

式中:fspk—复合地基承载力特征值;Ra一单桩承载力特征值;Ap一桩的断面面积;fsk—加固后桩间土承载力特征值;A—根桩承担的面积;As一桩间土面积;m—面积置换率;λ1、λ2一分别为单桩承载力、桩间土承载力发挥系数,并有:,其中pp、ps分别为复合地基达到承载力时桩受的集中力和桩间土受的应力。

由(4)式可知,复合地基承载力由桩承载力和桩间土承载力组成。它的大小取决于桩和桩间土承载力的发挥。在荷载作用下,复合地基达到承载力时,桩、桩间土同时达到各自的承载力是最理想的。此时λ1=λ2=1。问题是什么条件下才能保证桩、桩间土同时达到各自的承载力,单桩承载力发挥系数λ1、桩间土承载力发挥系数λ2与哪些因素有关?

试验表明,对刚性桩复合地基,λ1、λ2与复合地基设计参数即:桩长、桩径、桩距、褥垫厚度、桩间土性状和基础刚度有关。其中,褥垫厚度与桩径之比(简称厚径比)和基础刚度最为显著。其它条件不变时,基础刚度越小λ1越小,厚径比越小λ1越大,见图2。

表1、表2给出了不同情况下夯实水泥土桩、CFG桩复合地基荷载达到复合地基承载力时桩、土承载力发挥系数。

注:表中试验编号为工程试验中的桩的编号。

由表1、表2和图2可以看出:

(1)厚径比大于0.5时桩间土承载力能充分发挥(由于桩对土的侧向约束作用,负摩擦区桩阻止桩间土向下的变形,桩间土承载力发挥系数大于1是正常的)。

(2)厚径比越小、桩承载力发挥系数越大,当厚径比小于0.133时,桩承载力发挥系数为2.07,即桩分担的荷载达到极限承载力。

(3)厚径比小于0.333时桩间土不能充分发挥,发挥系数λ2只有0.37,而桩承载力发挥系数远大于1。

综合考虑,厚径比取0.45～0.5,桩承载力发挥系数为0.9左右,桩间土发挥系数0.95～1.1。

3 载体桩复合地基承载力和带帽桩选用的条件

足够刚度基础下的载体桩复合地基,当λ1=const,λ2=const时,载体桩无需在桩顶设桩帽。因为设置桩帽不能提高复合地基承载力。下面分别对带帽和无帽载体桩复合地基承载力公式进行推导。

令一根桩分担的面积为A,桩的断面面积为Ap,置换率m=Ap/A;桩帽的断面面积为Ap1,置换率m1=Ap1/A,载体桩单桩承载力为Ra,桩间土承载力为fsk,无帽时载体桩复合地基承载力为:

带帽载体桩复合地基承载力为：

由式(5)、式(6)可知,当λ1=const时,有帽和无帽载体桩复合地基承载力是相同的。即载体桩设置桩帽不能提高复合地基承载力。必须指出,刚性桩设置桩帽也不是增加面积置换率,从而提高复合地基承载力。载体桩设置桩帽的目的旨在减小褥垫厚度与桩径的比值(厚径比),使桩分担更多的荷载,从而使复合地基承载力提高。

有如下情况时宜选用带帽载体桩复合地基:

(1)单桩承载力高,常用褥垫厚度条件下,厚径比偏大,λ1小,桩承载力发挥不充分,可保持褥垫层厚度不变,增加桩顶直径,以获取较小的厚径比,使单桩承载力充分发挥;

(2)基础刚度较差,基础向桩上转移荷载的能力弱,可选用带帽桩;

(3)单桩承载力高,桩间土较差,可选用带帽桩和适度减少褥垫层厚度,更多地发挥桩的承载力,少发挥桩间土承载力,减少复合地基变形;

(4)单桩承载力高、桩距大,桩距与桩径之比偏大(大于规范规定限值5),选用带帽桩可使桩距与桩径之比在3～5的范围之内,保证桩、土共同工作。

4 结语

(1)载体桩由于采用锤击振动成桩工艺,具有挤密桩间土和夯实被加固土的作用,加上载体的应力扩散效应,载体桩具有较等直径桩和夯扩桩承载力高的特点。

(2)载体桩复合地基由载体桩、桩间土、褥垫层和足够刚度的基础组成。足够刚度的基础具有向桩上转移荷载的能力;褥垫层厚度对桩、土承载力的发挥具有显著影响。厚径比越小,单桩承载力发挥系数越大。

(3)当单桩承载力发挥系数等于1时,载体桩设置桩帽不能提高复合地基承载力。

(4)采用带帽桩,在褥垫厚度不变条件下,通过增加桩帽的断面面积减小厚径比,增大单桩承载力发挥系数λ1,可提高复合地基承载力。

(5)带帽桩复合地基设计褥垫厚度与桩帽直径之比可参照CFG桩复合地基的研究成果,选用0.45～0.5。

参考文献

[1]中华人民共和国行业标准.建筑地基处理技术规范(JGJ 79—2002)[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.

[2]中华人民共和国行业标准.载体桩设计规程(JGJ 135-2007)[S].北京:中国建筑工业出版社,2007.