【正文】 計(jì)（論文） 第二張 XXXX (4)排水固結(jié)作用 與一般的碎石樁復(fù)合地基一樣，采用沉管灌注施工 CFG 樁，在施工和成樁后的一段時間內(nèi)，都會在不同程度上降低地層中地下水的含量，最終達(dá)到改善地基土物理、力學(xué)性質(zhì)的目的。 在飽和的粉土和砂土中施工時，由于沉管和拔管的振動，會使土體產(chǎn)生超孔隙壓力。在上層有相對隔水層時，施工完畢的最初 CFG 樁因其本身材料的性質(zhì)決定了它將是一個良好的排水通道，如圖 23 所示，孔隙水將沿著樁體向上排出，直到 CFG 樁硬結(jié)為止。這樣的排水過程還包括 CFG 樁樁體坍落度小，含水量很小的混凝土類材料水解吸水的過程。有資料證明， 這一系列排水作用對減少孔壓引起地面隆起和沉陷，對增加樁間土的密實(shí)度和提高復(fù)合地基承載力極為有利。 圖 23 復(fù)合地基排水固結(jié)示意圖 CFG 樁各部分的作用 CFG 樁復(fù)合地基由樁、樁間土及褥墊層 3部分構(gòu)成。每個部分在受力時發(fā)揮了不同的作用： 1． CFG 樁的作用 （ 1）承擔(dān)基礎(chǔ)傳來的豎向荷載及小部分水平荷載； 復(fù)合地基河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二張 XXXX （ 2）對地基土產(chǎn)生一定的擠密作用，當(dāng)采用非排土工藝施工時，可使樁間土得到一定程度的擠密，加固后的地基土的含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)均有所降低，而土體的密度、壓縮模量均有所增加，從而改善土質(zhì)性能； （ 3）排水作用。在成樁初期，樁孔和周邊充填反慮性較好的粗顆粒填料，地基中形成了滲透性能良好的人工豎向排水、減壓的通道，可以有效地消散和防止振沖產(chǎn)生的超孔隙水壓的增高，從而加速地基的排水固結(jié)； （ 4）預(yù)震作用。在成樁過程中，振沖器以一定的振動頻率和沖擊力水平向加速激振土體，使填料和地基土在提高相對密實(shí)度的同時獲得強(qiáng)烈的預(yù)震，從而增強(qiáng)砂土抗液化的能力； 2．樁間土的作用 （ 1）承擔(dān)豎向，水平荷載。 （ 2）對樁體進(jìn)行約束，保證樁體正常工作。 3．褥墊層的作用 （ 1）保證樁與土共同承擔(dān)荷載。在 CFG 樁復(fù)合 地基中，路基通過一定厚度的墊層與樁間和樁間土相聯(lián)系，即指路基傳來的荷載，首先傳給墊層，再通過墊層傳給樁與樁間土。當(dāng)樁端位于堅(jiān)硬土層時，路基承受荷載后，樁頂沉降變形很小，絕大部分荷載由樁承擔(dān)，樁間土承載力很難發(fā)揮。當(dāng)樁端落在一般粘土層上時，路基承受荷載后，開始絕大部分荷載仍由樁承擔(dān)，隨著時間的增加，路基和樁的沉降不斷增加，同時路基下土分擔(dān)的荷載不斷增加，即存在一個樁所承擔(dān)的荷載逐漸向樁間土轉(zhuǎn)移的過程。路基和樁之間設(shè)置了一定厚度的墊層后，在上部荷載作用下，樁間土的抗壓剛度遠(yuǎn)小于樁的抗壓剛度，樁頂出現(xiàn)應(yīng)力集中，當(dāng) 樁頂壓力超過墊層局部抗壓強(qiáng)度時，墊層局部 (與樁接觸部分 )會產(chǎn)生壓縮量，路基和墊層整體也會產(chǎn)生向下位移壓縮樁問土，此時，樁間土承載力開始發(fā)揮作用，并產(chǎn)生沉降直至應(yīng)力平衡。由此可見，設(shè)置墊層后，可以保證路基通過墊層的塑性調(diào)節(jié)作用將部分荷載傳到樁間土上，從而達(dá)到樁間土共河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二張 XXXX 同承載荷載的目的。 （ 2）調(diào)整樁與樁之間的分配比例與置換率。樁類型和墊層厚度有很大關(guān)系，其中墊層厚度是最重要的因素。并在一定條件下，當(dāng)增加墊層的厚度時，根據(jù)前述原理，在樁頂應(yīng)力不變的情況下，可以使墊層和與樁頂接觸的局部產(chǎn)生更大的壓縮，路基和墊層整體 向下的移動位置和樁間土壓縮量便會加大，從而提高了樁間土的荷載分擔(dān)比例。若減少墊層的厚度時，則會提高樁的豎向荷載分擔(dān)比例。墊層厚度 H=0 時，樁土應(yīng)力比很大，此時的受力狀態(tài)如同樁基。如 H很大時，則樁土應(yīng)力比接近于 1，此時的受力狀態(tài)接近于無樁的受力狀態(tài)。所以當(dāng)墊層厚度越小，樁承擔(dān)的水平荷載的比例就越大，而墊層的厚度趙大，樁間土承擔(dān)的水平荷載比例也就越大。設(shè)計(jì)時應(yīng)適當(dāng)調(diào)整墊層厚度，以此控制 CFG樁承擔(dān)的水平荷載，提高樁在水平荷載作用下的安全度。 （ 3）減少和減緩路基底面的應(yīng)力集中，提高路基整體的穩(wěn)定性。墊層厚度H=0時，樁對路基基底的應(yīng)力集中很顯著。設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮樁對路基基底的沖切破壞。隨著厚度的增加，應(yīng)力集中現(xiàn)象越來越明顯，當(dāng)厚度增加至一定程度，基底反力即為天然地基的反力發(fā)布。 樁頂對應(yīng)的基礎(chǔ)底面測得的反力RP? 與樁間土對應(yīng)的基礎(chǔ)底面測得的反力 RS? 之比用 ? 表示（ ? ＝ RP? / RS? ）， ?值隨著褥墊層厚度 H? 的變化如圖 24所示。當(dāng)褥墊層厚度大于 10cm 時，樁對基礎(chǔ)產(chǎn)生的應(yīng)力集中已顯著降低，當(dāng) H?為 30cm 時， ? 值已經(jīng)很小了。 （ 4）調(diào)整樁、土水平荷載分擔(dān)比例。CFG 樁復(fù)合地基中，作用在基礎(chǔ)上的水平荷載將由 3 部分力來分擔(dān)：基底摩阻力、基礎(chǔ)兩側(cè)面的摩阻力以及荷載反方向圖2 4 β 值與褥墊層關(guān)系曲線Δβ河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二張 XXXX 的土抗力。而基底摩阻力與褥墊層的材料性質(zhì)以 及厚度有密切關(guān)系。當(dāng)褥墊層厚度增大到一定數(shù)值時，由于 CFG 樁復(fù)合地基置換率一般不大于 10％ ，作用在樁頂和樁間土的剪應(yīng)力 p? 和 s? 相差不大，樁頂受的剪力 pp mAQ ?? (m 為置換率； A為基礎(chǔ)面積；樁頂剪應(yīng)力 p? )占水平荷載的比例很小。水平荷載將主要由樁間土承受。另外，選擇不同褥墊層材料，可改變基底與褥墊層之間的摩擦系數(shù)，從而影響基底摩阻力大小。 4．褥墊 層技術(shù) 由級配砂石、粗砂、碎石等散體材料組成的褥墊層技術(shù)是 CFG 樁復(fù)合地基的一個核心問題，復(fù)合地基的許多特性都與褥墊層有關(guān)。 根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（ JGJ179－ 2020）要求樁頂和基礎(chǔ)之間應(yīng)設(shè)置褥墊層，厚度宜取 153～ 300mm，當(dāng)樁徑大或樁距大時褥墊層厚度宜取高值。 工程實(shí)踐表明，褥墊層合理厚度為 100～ 300mm，考慮施工時的不均勻性，褥墊層厚度取 150～ 300mm，當(dāng)樁徑大、樁距大時宜取高值。材料中的最大粒徑不大于 30mm。由于卵石咬合力差，施工時擾動較大，褥墊層厚度不容易保證均勻。 在前面 討論的褥墊層作用中可知，厚度過小，樁對基礎(chǔ)將產(chǎn)生很顯著的應(yīng)力集中，需考慮樁對基礎(chǔ)的沖切，這勢必導(dǎo)致基礎(chǔ)加厚，如果基礎(chǔ)受水平荷載作用，可能造成復(fù)合地基中樁發(fā)生斷裂。由于褥墊層厚度過小，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮，要達(dá)到設(shè)計(jì)要求的承載力，必然增加樁的數(shù)量或長度，造成經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。唯一的好處是建筑物的沉降量小。 褥墊層厚度大，樁對基礎(chǔ)產(chǎn)生的應(yīng)力集中很小，可不考慮樁對基礎(chǔ)的沖切作用，基礎(chǔ)受水平荷載的作用，不會發(fā)生樁的折斷。同時厚度大時，能夠充分發(fā)揮樁間土的承載能力。若其厚度過大，會導(dǎo)致樁、土應(yīng)力比等于或接近 1。此時 樁承擔(dān)的荷載太小，實(shí)際時復(fù)合地基中樁的設(shè)置已失去了意義。這樣的設(shè)計(jì)的復(fù)合地基承載力，不會比天然地基有較大的提高，而且建筑物的變形也大。 河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二張 XXXX 綜合以上分析，結(jié)合大量的工程實(shí)踐的總結(jié)，考慮到技術(shù)上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，褥墊層的厚度宜取 10～ 30cm。 CFG 樁地基工程特性 CFG 樁的地基處理在工程中應(yīng)用很廣泛。其工程的特性也很顯著。下面對其主要特性的有以下幾點(diǎn)。 1．載力提高幅度大、可強(qiáng)調(diào)性強(qiáng) CFG 樁樁長可以從幾米到 20多米，并且可全長發(fā)揮樁的側(cè)阻力，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比可在 40～ 75％之間變化， 使得復(fù)合地基承載力提高幅度大并具有很大的可調(diào)性。當(dāng)?shù)鼗休d力較高時，荷載又不大，可將樁長設(shè)計(jì)得短一點(diǎn)，荷載大時樁長可設(shè)計(jì)得長一些。特別時天然地基承載力較低而設(shè)計(jì)要求得承載力較高，用柔性樁復(fù)合地基一般難以滿足設(shè)計(jì)要求， CFG 樁復(fù)合地基則比較容易實(shí)現(xiàn)。 2．適應(yīng)范圍廣 就基礎(chǔ)形式而言， CFG 樁既適合條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)，也適合筏形和箱形基礎(chǔ)。就土性而言， CFG 樁可用于填土、飽和及非飽和粘性土，既可用于擠密效果好的土，又可用于擠密效果差的土。當(dāng)其用于擠密效果好的土?xí)r，承載力的提高既有擠密分量，又有置換分量；當(dāng)其用于 不可擠密土?xí)r，承載力的提高只與置換作用有關(guān)。當(dāng)土的承載力標(biāo)準(zhǔn)值 kf ≤ 50kPa 時， CFG 樁的適用性值得研究。 當(dāng)土是具有良好擠密效果的砂土、粉土?xí)r，振動可使土擠密，樁間土承載力可有較大幅度的提高， CFG 樁是適合的。而塑性指數(shù)高的飽和軟粘土，成樁時土的擠密分量為零。承載力的提高唯一取決于樁的置換作用。由于樁間土的承載力太小，土的荷載分擔(dān)比太低，因此不適合做復(fù)合地基。 3．剛性樁的性狀明顯 對柔性樁，特別時散體樁，如碎石樁、砂石樁，它們主要是通過有限的樁長來傳遞垂直荷載 。當(dāng)樁長大于某一個數(shù)值后，樁傳遞荷載的作用已顯著減小。 CFG 樁象剛性樁一樣，可全長發(fā)揮側(cè)阻，樁落在好的土層是時，具有明顯的河南理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二張 XXXX 端承作用。對于上部軟下部硬的地質(zhì)條件，碎石樁將荷載向深層傳遞非常困難，而 CFG 樁因?yàn)榫哂袆傂詷兜男誀?，向深層土傳遞荷載時其重要的工作特性。 4．樁體的排水作用 CFG 樁在飽和粉土和砂土中施工時，由于沉管和拔管的振動，會使土體產(chǎn)生超孔隙水壓力。較好透水層上面還有透水性較差的土層時，剛剛施工完的 CFG樁將是一個良好的排水通道，孔隙水將沿著樁體向上排出，直到 CFG 樁體結(jié)硬為止。這樣的排水過程 可延續(xù)幾個小時。 5．時間效應(yīng) 利用振動沉管施工，將會對周圍土產(chǎn)生擾動，特別是對靈敏度較高的土，會使結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低。施工結(jié)束后，隨著恢復(fù)期的增長，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會有所恢復(fù)。在復(fù)合地基的承載力提高期間，既包含了樁間土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的恢復(fù)，也包括了樁、土間相互作用的加強(qiáng)。加固后地基土的含水量、孔隙比、壓縮系數(shù)均有減小，重度和壓縮模量有所增大。對于粉砂層振密效果比較明顯，可大幅度提高樁間土的承載能力，有松散狀態(tài)變?yōu)橹忻懿⒔咏軐?shí)狀態(tài)。 6．復(fù)合地基變形小 復(fù)合地基模量大、建筑物沉降量小時 CFG 樁復(fù)合地基重要特點(diǎn)之一。對于上部和中間有軟弱土的地基，用 CFG 樁加固，樁端放在好的土層上，可以獲得模量很高的復(fù)合地基，上部建筑物的沉降不大。 樁復(fù)合地基計(jì)算 樁體間距的設(shè)計(jì)計(jì)算 CFG 樁處理軟弱地基，應(yīng)以提高地基承載力和減少地基沉降為其主要加固目的。其途徑是發(fā)揮 CFG 樁的樁體作用。對松軟土地基，可考慮其施工時的擠密效應(yīng)，但若以擠密松散砂土為其主要加固目的，則采用 CFG樁是不經(jīng)濟(jì)的。 CFG 樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)參數(shù)共 5個，分別為樁長、樁徑 、 樁