【文章內容簡介】 合地基有無褥墊層，其 區(qū)別主要是樁間土的承載力發(fā)揮的過程不同。當設置褥墊層時，樁間土一開始就承擔了較大比例的荷載，在正常使用狀態(tài)下，建筑物荷載主要由樁和樁間土共同承擔；而不設褥墊層時，荷載一開始主要由樁來承擔，樁間土基本不承擔或承擔很少。在正常使用狀態(tài)下，建筑物荷載主要由樁來承擔。當復合地基承載力達到極限時，無論是其承載力的大小以及樁、土的荷載分擔比都是相同的，故可取消褥墊層。 (2)不設置褥墊層的情況 取消墊層讓樁頂直接與基礎接觸，實際上就是在正常使用狀態(tài)下充分發(fā)揮樁的承載力，使其接近極限，而讓樁間土強度為作安全儲備，這樣雖然 樁的安全系數 K 小于 2(一般 左右 )，但地基土的安全系數卻較高，復合地基總的安全度并沒有降低，就 像 樁基礎在正常使用狀態(tài)下，其摩阻力和端承力發(fā)揮程度不一樣、其各自的安全系數也不一樣，類似于復合樁基的設計思想。 CFG樁復合地基的優(yōu)點 (1)適用性廣，承載力提高幅度大 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)論文 3 CFG 樁復合地基技術適用于非飽和及飽和的粉土、粘性土、填土、砂土、淤泥質土等地質條件，處理后復合地基的承載力與原地基承載力相比可提高 25 倍。 (2)施工簡便，工期短 CFG 樁施工方法一般為長螺旋鉆成孔泵送混凝土法，施工時沒有鋼筋籠 制作等工序，成孔成樁一次完成減少了成樁時間加快了施工速度。 (3)保護環(huán)境 CFG 樁施工時，不需泥漿護壁沒有泥漿外運，既節(jié)約了資金又無環(huán)境污染，對市內施工非常適合。 CFG樁在復合地基中的優(yōu)勢 (1)承載力提高幅度大、可調性強 CFG 樁樁體可以從幾米到 20 多米，并且可全樁長發(fā)揮樁的側阻力，樁承擔的荷載占總荷載的百分比可在 40%75%之間變化，使得復合地基承載力提高幅度大并具有很大的可調性。當地基承載力較高時荷載又不大，可將樁長設計得短一點，荷載大時，樁長可設計得長一點 [3]。特別是天然地基承載 力較低而設計要求的承載力較高，用柔性樁復合地基一般難以滿足設計要求， CFG 樁復合地基則比較容易實現。 (2)適應范圍廣 對基礎形式而言， CFG 樁既可以適用于條形基礎、獨立基礎，也可以用于筏板基礎和箱型基礎。就土性而言 CFG 樁可用于飽和、非飽和粘性土，既可以用于擠密效果好的土，又可用于擠密效果差的土。 (3)樁體的排水作用明顯 CFG 樁在飽和粉土和沙土中施工時，由于沉管和拔管的振動，會使土體產生超孔隙水壓力。較好透水層上面還有透水性較差的土層時，剛剛施工完得 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，知道 CFG 樁體結硬為止。 (4)復合地基變形小 復合地基模量大、建筑物沉降量小事 CFG 樁復合地基重要特點之一，大量工程實踐表明，建筑物沉降量一般可控制在 24 厘米。對于上部和中間有軟土層的地基，用 CFG 樁加固，樁端放在下面好的土層上，可以獲得模量很高的復合地基，建筑物的沉降都不大。 CFG 樁體材料 20 世紀 80 年代末至 90 年代初， CFG 樁多用振動沉管打樁機施工，樁體材料多石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)論文 4 為水泥、碎石、石肩、粉煤灰組成。 90 年代中期，首先在北京開始應用長蟫旋鉆管內泵壓 CFG 樁混合料成樁工藝，并且迅速在全國推廣 。 CFG 樁混合料的水平運輸和垂直運輸較振動沉管打樁機施工發(fā)生了很大的變化。樁體配比和對混合料的要求也明顯不同。 CFG 樁的骨干材料為碎石，系粗骨料；石屑為中等粒徑骨料，當樁體強度小于5MPa 時，石屑的摻人可使樁體級配良好，對樁體強度起重要作用。相同的碎石和水泥摻量，摻入石屑可比不摻石屑的強度增加 50%左右。 粉煤灰既是細骨料，又有低標號水泥作用，可使樁體具有明顯的后期強度。振動沉管 CFG 樁與素混凝土樁的不同就在于樁體配比更追求經濟效益。在有條件的地方應盡量利用工業(yè)廢料做為摻和料 [4]。但不同地方的石屑粒徑的 大小和形狀以及含粉量不盡相同，粉煤灰的化學成分也各異。所以給出一個統一的精度很高的配比就比較困難。實際工程中樁體配比也要根據當地材料來源情況而定，對缺少粉煤灰的地區(qū)，可以少用或不用粉煤灰改用砂取代。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)論文 5 第 2 章 CFG 樁復合地基基本原理 在 CFG 樁復合地基中上部結構傳來的荷載是由 CFG 樁體、樁周土和褥墊層共同承擔的。褥墊層將上部基礎傳來的基底壓力或水平力通過適當的變形以一定的比例分配給樁及樁周土使二者共同受力 ， 同時土由于樁的擠密作用提高了承載力 ， 而樁又由于周圍土體的側應力的增加而改善了受力性能。下面就 CFG 樁 復合地基中的樁、樁周土和褥墊層的作用機理進行分析討論 。 樁的加固作用 (1)對地基土具有一定的擠密作用。對于散填土、松散粉細砂、粉土 ， 由于振動沉管 CFG 樁的振動和側向擠壓作用使樁間土孔隙比減小 ， 含水量降低土的干密度和內摩擦角有所增加 ， 土的物理力學性能得到改善 ， 從而提高樁間土的承載力。 (2)樁體的排水作用。 CFG 樁復合地基在成樁初期 ， 因樁孔內和周邊充填過濾性較好的粗顆粒填料 ， 在地基中就形成了滲透性能良好的人工豎向排水、減壓的通道 ,使孔隙水沿樁體向上排出 ， 可以有效地消散和防止振沖產生的超孔隙水壓力的增 高 ,加速地基的排水 ， 這種排水作用不但不會降低樁體強度 ， 而且可以使土體強度恢復并超出原土體天然承載力。 (3)預震效應。 CFG 樁復合地基成樁過程中 ， 振沖器以一定的振動頻率或沖擊水平向加速激振土體 ， 使填料和地基土在提高相對密實度的同時獲得強烈的預震。提高了砂土抗液化能力。 (4)樁的置換作用。 CFG 樁中的水泥經水解和水化反應以及與粉煤灰的凝硬反應 ，生成不溶于水的穩(wěn)定結晶化合物 ， 它能使樁體的抗剪強度和變形模量大大提高 ， 所以在荷載作用下 ， CFG 樁的壓縮性明顯比樁間土小。因此基礎傳給復合地基的附加應力 ， 隨地層的變形逐 漸集中到樁體上 ， 出現了應力集中現象 ， 大部分荷載將由樁周和樁端承受 ， 樁間土應力相應減小 ， 于是復合地基的承載力比原有地基承載力有所提高。 (5)對樁周土的約束作用在無側向約束的土體 。 受荷后其側向變形比有側向約束的大 ， 從而使垂直應力集中 ， 由于 CFG 樁對樁周土體側向變形的限制 ， 使側向變形減小 ， 相應地也減小了垂直變形。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)論文 6 褥墊層的作用 減小和減緩基礎底面的應力集中 當樁頂與基礎間不設褥墊層 ， 樁頂直接與基礎接觸 ， CFG 樁對基礎的應力集中和鋼筋混凝土對承臺或樁上基礎應力集中現象類似。設計時需要考慮樁對 基礎的沖切破壞。造成基礎尺寸的增加如果設置一定厚度的褥墊層 ， 由于褥墊層產生應力擴散作用 ， 使基底的應力擴散范圍增大相應應力集中減小 ， 有試驗研究表明 ： 當厚度等于零時樁對基礎的沖切相當明顯隨著褥墊層厚度的增加 ， CFG 樁對基礎的沖切逐漸減小 ，當厚度大于 300mm時應力集中已經很小 ， 設計時不考慮樁對基礎的集中應力。 調整樁、土荷載分擔比 (1)調整豎向荷載在樁、土分擔比。 CFG 樁復合地基中樁與土的荷載分擔可以用樁、土應力比 n 來表示 ： n=p/s (21) 式中 ， p 為樁頂應力 ； s 為樁間土應力。 當褥墊層厚度增加樁土應力比減小 ， 即樁間土承載力發(fā)揮的水平增高。當褥墊層厚度為零時樁土應力比最大 ， 受力狀況與樁基相同 ， 但當厚度很大時 ， 受力狀況與天然地基時的受力狀況相似。通過改變褥墊層的厚度 ， 可以調整和改善水平荷載在樁、土的分擔比例。 (2)調整水平荷載在樁、樁間土的分擔比。 CFG 樁復合地基由于褥墊層的作用 ，樁體本身與承臺板沒有連接 ,基礎受水平荷載作用力由基礎底面土抗力、側摩阻力及基底摩阻力來平衡 ， 當基 礎承受一水平荷載時 ， 樁頂和樁間土分別承受荷載 ， 并導致樁頂產生一水平位移。墊層厚度對樁頂水平位移的影響 :當基礎承受垂直荷載、基礎埋深、置換率都相同的條件下 ， 墊層越厚樁頂水平位移越小 ； 反之 ， 樁頂水平位移越大。樁土水平荷載分擔比越小 ， 樁土水平荷載分擔比越大通過下式看出 ： Q=Qp+Qs (22) Qs=uPs (23) 式中 ， Q 為水平荷載 ； Qp 為傳到樁上的水平荷載 ； Qs 為傳到樁周土上的水平荷載 ； Ps 為樁間土分擔的豎向荷載 ； 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)論文 7 u 為基礎和土之間的摩擦系數。 當褥墊層厚度為零時 ， 基礎傳來的荷載幾乎全部由樁來承擔 ， 當隨著褥墊層厚度的增加 ， 樁周土承擔一定的荷載 ， 相應承擔豎荷載逐漸增大 ， 樁間土水平荷載和其豎向荷載成正比例關系 [5]。 保證 CFG樁共同承擔荷載 在 CFG 樁復合地基中 ， 由于基礎是通過褥墊層與樁和樁周土進行聯系 ， 故當基礎承受荷載時先傳給褥墊層 ， 通過褥墊層傳 給樁和樁周土 。 由于褥墊層的存在 ， 樁可以向上刺入 ， 樁頂上的墊層材料在受壓的同時會擠向周圍樁間土 ， 以保證在任一荷載下樁和樁間土始終參與工作 ， 樁間土首先承受較多荷載并發(fā)生沉降變形。隨著樁周土沉降的增大 ， 樁周土會不斷地將荷載通過樁側摩阻力傳遞給樁。因此 ， 褥墊層能保證樁間土在任意荷載作用下都始終參與工作 ， 并最大限度地發(fā)揮其承載力。 當樁頂與基礎間不設褥墊層 ， 樁頂直接與基礎相接觸時 ， 樁與樁間土的變形相同 ，由于樁的變形模量遠大于土的變形模量 ， 受荷后絕大部分荷載由樁承擔 ， 樁間土承擔的荷載很少隨著荷載的增加 ， 樁的沉降增加 。 此 時 ， 樁間土也承擔了一定的荷載增量。 基礎和樁之間設置一定厚度的褥墊層 ， 在上部荷載作用下 ， 樁間土的抗壓強度小于樁的抗壓強度 ， 樁頂出現應力集中 ， 由于褥墊層在受壓時具有塑性 ， 褥墊層中與樁接觸的部分產生壓縮量 ， 其他部分也向下移動 ， 壓縮樁間土 ， 使其發(fā)揮作用。褥墊層的作用就在于使基礎傳遞的荷載通過其塑性調節(jié)作用將傳到樁間土 ， 達到共同承擔荷載的目的。 褥墊層的合理厚度 由前的討論可知，褥墊層厚度過小，樁對基礎將產生很顯著的應力集中，需考慮樁對基礎的沖切，這勢必導致基礎加厚。如果基礎承受水平荷載作用，可能造成復合地 基中樁發(fā)生斷裂。 由于褥墊厚度過小，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮，要達到設計要求的承載力，必然要增加樁的數量或長度，造成經濟上的浪費。唯一帶來的好處是建筑物的沉降量小。 褥墊層厚度大，樁對基礎產生的應力集中很小，可不考慮樁對基礎的沖切作用，基礎受水平荷載的作用，不會發(fā)生粧的折斷。 褥墊厚度大，能夠充分發(fā)揮樁間土的承載能力。若褥墊厚度過大，會導致樁、土應力比等于或接近 1[6]。此時樁承擔的荷載太少，實際上復合地基中樁的設置已失去石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)論文 8 了意義。這樣設計的復合地基承載力，不會比天然地基有較大的提高，而且建筑物的變形也大。 結合大量的工程實踐的總結即考慮到技術上可靠、經濟上合理，褥墊層厚度取 ? 倍樁徑為宜 [7]。 樁間土的作用 (1)承擔豎向、水平荷載。 (2)對樁具有約束的作用 ： 可以提高樁的承載力 ,有試驗表明 ， 樁頂荷載相同時 ,復合地基中單樁的沉降量要大于自由單樁。其原因是 ， 樁間土所承擔的荷載使樁間土產生沉降 ， 而樁的端阻和側摩阻都需依靠樁和土的相對位移來共同承擔 ， 樁間土的沉降加大了復合地基樁的沉降量 ； 另一方面 ， 樁身一定范圍的負摩阻力以及群樁效應 ， 也增大了復合地基樁的沉降量。同時 ， 復合地基中單樁的承載力要高 于自由單樁。復合地基由于樁間土承受荷載產生 v 的正向壓力 ， 增大了樁周的摩阻力 ， 從而樁端處圍壓增加 ， 樁承受荷載的能力增加。 石家莊鐵道大學四方學院畢業(yè)論文 9 第 3 章 CFG 樁復合地基的工程特性 承載力提高幅度大、可調性強 CFG 樁粧長可以從幾米到 20 多米，并且可全樁長發(fā)揮樁的側阻力，樁承擔的荷載占總荷載的百分比可在 40%? 75%之間變化，使得復合地基承載力提高幅度大并具有很大的可調性。當地基承載力較高時荷載又不大，可將樁長設計得短一點，荷載大時樁長可設計得長一些。特別是天然地基承載力較低而設計要求的承載力較高，用柔性樁復合地基一般難以 滿足設計要求， CFG 粧復合地基則比較容易實現。 適應范圍廣 對基礎形式而言， CFG 樁既可適用于條形基礎、獨立基礎。也可用于筏基和箱形基礎。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 CFG 樁用于擠密效果好的土時，承載力的提高值既有擠密分量，又有置換分量；當 CFG 粧用于不可擠密土時承載力的提髙只與置換作用有關。當土的承載力特征值時， CFG 樁的適用性值得研究。當土是具有良好擠密效果的砂土、粉土時 .振動可使土擠密，樁間土承載力可有較大幅度的提高， C