【文章內(nèi)容簡介】 樁與承臺剛性連接，在正常情況下，受垂直荷載后樁頂 的沉降、樁間土 表面的沉降以及承臺的沉降都相等，樁頂以下樁各 部位的位移都大于相應(yīng)部位土的位移。樁側(cè)土體對樁產(chǎn)生與樁位移 方向相反的側(cè)阻力，即正摩擦力。樁的最大軸力發(fā)生在樁的頂部。 CFG 樁復(fù)合地基則不同，任一荷載下樁頂?shù)某两?、樁間土表面 的沉降以及基礎(chǔ)的沉降均不相同，如圖 17 所示。 在某一深度 q 范圍同內(nèi)，土的位移大于樁的位移（見圖 18)。 土對樁產(chǎn)生的摩擦力方向是與被沉降方向一致的，即所謂的負摩擦 不同（見圖 16), — 般是角樁受力最大，邊中樁次之，中心柱最 圖 17 樁、土及基礎(chǔ)PS 曲線 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 10 頁 力（見圖 19)。處駐的位移和土的位移相等，該斷面所處位置為 中性點。當(dāng)時，柱的位移大于土的位移，土對樁產(chǎn)生的是正 摩擦阻力 圖 18樁土位移示意圖 圖 19樁的軸力隨深度的變化示意圖 在中性點以上，樁的軸向應(yīng)力隨著深度的增加而增大，中性點以 下樁的軸向應(yīng)力隨著深度的增加而減小 9 樁的最大軸向應(yīng)力就在中 性點處。 由于禱塾層的設(shè)置，無論樁端落在軟土層還是硬土層上，從加 荷一開始樁就存在一個負摩擦區(qū)。樁基中，在某些特殊情況下，比 如樁穿越欠固結(jié)土層或由于土性的變化，也可以引起土對披的負摩 擦作用。對樁基，負摩擦對樁的承載能力產(chǎn)生不利的影響。而 CFG 樁復(fù)合地基土 對樁的負摩擦作用，對復(fù)合地基并非有害，它對提高 樁間土的承載力、減少復(fù)合土層的變形起著有益的作用。 . 柱間土應(yīng)力分布 剛性基礎(chǔ)下柱間土上的應(yīng)力分布如圖 110 所示。在基礎(chǔ)邊緣應(yīng) 力較大，在基礎(chǔ)中間部分比較小。如按圖 110 將樁間士的應(yīng)力分為 內(nèi)外區(qū)，用 0， 1 表示外區(qū)的平均應(yīng)力， 7 S2 表示內(nèi)區(qū)的平均應(yīng)力，則 0 0 ,2多在 ? 1,45 之間變化。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 10 頁 TTTT) 圖 111 復(fù)合地基變形示意圖 加荷后 （ P 0 )樁頂發(fā)生沉降 Sp， 樁間土表面發(fā)生沉降知，柱 端處扭的沉降為 s/ 由于抽體的模量很大，在通常荷載水平下， 軸向力引起樁的壓縮變形很小，可以忽略不計“這樣，樁任一斷面 處的位移可認為與樁頂?shù)奈灰葡嗟龋阌?s / = Sp。 樁端處土的位移 用 S.39。表示。由于樁間土表面的沉降大于樁頂?shù)某两?，樁頂?shù)囊徊? 分進入到禱塾層中，稱之為上刺 入變形，以表示： 圖 110 剛性基礎(chǔ)下樁間土應(yīng)力分布圖 .4. 2 復(fù)合地基變形特性 . 4. 2. 1 變形模式 圖 111 給出了復(fù)合地基變形示意圖。圖 1 1 1 (a )代表荷載 P^O 時酌狀態(tài)。 ________________西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第貢 A 上 =s?— Sp 在樁端處，樁的沉降大于土的沉降，即產(chǎn)生下剌入變形，用 At 表示： 柱長 （ 190。)范圍內(nèi)土的壓縮量 Si 等于上刺入量與下刺入量之和，即 Si=A 上 柱間 zt 表面總沉降量 amp。減去加固范圍 （ 190。) 土的壓縮量 Si,即為下 臥層的壓縮變 S2= S“一 Si 若用幻表示褥塾層壓縮量?邦 『 HO，則基礎(chǔ)總的沉降量為 S = S i + S 2 + S 3 (1 4) 這就是說，基礎(chǔ)總沉降 S 由三部分組成，其一為樁 長范圍土層的壓 縮量S 丨；其二為下臥層的壓縮量幻；其三為禱塾層的壓縮量幻“ 1 . 4 . 2 , 2駐長對變形的影響 如地質(zhì)條件相同，當(dāng)荷載一定時，樁越長，上刺入量 Ai 和下剌 入量 At 越小，樁長范圍內(nèi)土的壓縮變形量 st 也就越??；樁越短， A_t、AT、 SI 也就越大。樁長不同，同一荷載水平樁、土荷載分擔(dān) 比不同，樁越短，樁間土荷載分擔(dān)比越髙，柱間土受的荷載越大， 柱間土的壓縮變形越大，樁長范圍土的壓縮變形也越大：反之，柱 越長，土的荷載分擔(dān)比越小，土的壓縮變形越小， S|也越小?！? 當(dāng)然，影響和 At 大小的因素不僅僅是 樁長，褥塾層的厚度 和下臥層土性對上、下刺入變形均有很大影響。禱塾層越薄，駐承 擔(dān)的荷載越多，Ai 也就越小，下臥層土越硬，樁向下刺入越困難， 下刺入變形量 At 也越小，樁長范圍土的壓縮量 Si 也越小。 同樣，樁越長，總的沉降 S 也越小，下臥層壓縮變形幻也越 小， 令 5 i=si/s’ 5 2=S2/S, 6 3=S3/s； 171。2 , S3 分別表示駐長 范圍土的壓縮量、下臥層土的壓縮量和褥墊層的壓縮量占總壓縮 變形量的百分比。 當(dāng)樁長一定時、 52 隨荷載增加變化不大，即加固區(qū)的壓縮 變形和下臥層的壓縮變形占總壓縮變 形量的比例基本沒有大的變 化。當(dāng)荷載大小一定時，樁越長，加固區(qū)的壓縮變形量占總壓縮變 形量的比例越大，下臥層 壓縮變形量占總壓縮變形量的比例越小。 由于搏塾層的厚度一般均不大（ 30~60cm)， 壓縮變形量很小， _______________ 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 15 頁 通?？梢院雎圆挥?。這樣，總的沉降量為加固區(qū)和下臥層壓縮變形 之和，即 S=S|+S2 1 5) . 基礎(chǔ)寬度對變形的影響 復(fù)合地基與天然地基一樣，當(dāng)置換率、樁長及土性相同時，給 定荷載下加固區(qū)壓縮變形 S 丨、下臥層壓縮變形幻以及總壓縮量 S 都 隨基 礎(chǔ)寬度增加而增大。 綜合考慮樁長和基礎(chǔ)寬度兩個因素的影響，用 //6(/為樁長， b 為基礎(chǔ)寬度）作為參量，其它條件相同時， //A 越大，總的沉降變形 越小，當(dāng)//b 動時 ,下 amp。層壓縮變形量占總壓縮變形量的百分比很 小。 t . 4 . 2 . 4 深層變形性狀 將復(fù)合地基荷載試驗時測得的樁間土表面的平均應(yīng)力和士表面 的變形，與相同荷載下天然地基的土表面變形作一比較，結(jié)果無論 是單樁復(fù)合地基還是群樁復(fù)合地基，在荷載 0，較小時，復(fù)合地基樁 間土表面的變形都小于天然地基的變形。隨著荷載的增加，兩者的 變形相等，之后則有復(fù)合地基的 變形大于天然地基的變形。在樁端 處復(fù)合地基下臥層的壓縮變形大于同一深度天然地基的壓縮變形。 顯然，這是由于復(fù)合地基中扭將一部分荷載傳遞到深層的結(jié)果， 復(fù)合地基和天然地基 amp。曲線之間的差異，主要來自于樁的參 與。一般可以認為樁對樁間土變形的影響有兩個方面 1) 復(fù)合地基中樁的存在，使披間土的變形受到樁的約束，側(cè)向 變形受到限制，從而使土的垂直變形減小。樁對被間土的約束作用 與基礎(chǔ)下樁的數(shù)量有關(guān)。單柱復(fù)合地基，柱的約束作用最小，群樁 復(fù)合地基，樁數(shù)越多，約束作用越大。 2) 由于褥勢層的設(shè)置，復(fù)合地基中，樁存在 負摩擦區(qū)。在該區(qū)， 樁給樁間土一個向上的作用力，其作用是阻止樁間土的變形。當(dāng)荷 載較小時，被的端阻作用發(fā)揮較少，樁側(cè)阻力是主要的。 . 復(fù)合地基中樁的變形性狀 群樁復(fù)合地基靜載試驗表明，剛性基礎(chǔ)下不同位置樁的沉降變 形基本相等。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 16 貢 荷載相同，復(fù)合地基中樁的變形比自由單樁的變形大，除了復(fù) 合地基群樁效應(yīng)，其它樁的樁荷載對該樁的影響外，由于褥塾層的 設(shè)置而始終存在的土對樁的負摩擦作用導(dǎo)致樁沉降加大，也是一個 重要頂因。 復(fù)合地基中樁數(shù)越少，這些作用的影響越小 。單樁復(fù)合地基沒 有其它樁荷載應(yīng)力疊加的影響，負摩擦對被的作用是主要的。 在群樁復(fù)合地基中，隨著荷載的增加，樁間土分擔(dān)的荷載增加， 樁間 db 應(yīng)力 a ,在不同深度產(chǎn)生的附加應(yīng)力使樁周圍正應(yīng)力有較大 的增量，柱側(cè)阻力相應(yīng)增大。樁的端阻作用加強。 CFG 樁復(fù)合地基褥塾層技術(shù) 禱塾層技術(shù)是 CFG 樁復(fù)合地基的核心技術(shù)，復(fù)合地基的許多特 性都與禱塾層有關(guān)。 CFG 樁復(fù)合地基的褥塾層是指由粒秋材料經(jīng)級 配組成的散體塾層。 . 1 褥塾層的作用 1) 保證樁、土共同承擔(dān)荷載 . 若基礎(chǔ)下面不設(shè)置禱塾層，基礎(chǔ)直接與樁和樁間土接觸，在垂 直荷載作用下承載特性和樁基差不多。在給定荷載作用下，樁承受 較多的荷載，隨著時間的增加，柱發(fā)生一定的沉降，荷載逐漸向土 體轉(zhuǎn)移。其時程曲線的特點是：土承擔(dān)的荷載隨時間增加逐漸增加； 樁承擔(dān)的荷載隨時間增加逐漸減少。 如果樁端落在堅硬土層或巖石上，樁的沉降很小，柱上的荷載 向土上轉(zhuǎn)移數(shù)量很小，樁間土承載力很少發(fā)揮。在基礎(chǔ)下設(shè)置一定 厚度的禱墊層，情況就不同了，即使樁端落在好的土層上，也能保 證一部分荷 載通過褥塾作用在樁間土上，借助褥塾層的調(diào)整作用， 使給定荷載作用下樁、土受力時程曲線均為常值。 2) 調(diào)整柱、土荷載分擔(dān)比 復(fù)合地基樁、土荷載分擔(dān)，可用樁土應(yīng)力比 n 表示，也可用樁、土 荷載分擔(dān)比 Sp、 表示。 當(dāng)褥塗層厚度 AH=()時，樁、土應(yīng)力比很大，在軟土中，樁、 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 17 頁 土應(yīng)力比 n 可以超過 100，樁分擔(dān)的荷載相當(dāng)大。在 AH 很大時， 樁、土應(yīng)力比接近于 1 “此時樁的荷載分擔(dān)比很小，并有 m 187。 樁、丄荷載分擔(dān)與褥墊層厚度密切相關(guān)。 3) 減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中 當(dāng)禱塾層厚 度 AH=O 時，樁對基礎(chǔ)的應(yīng)力集中很顯著，和柱基 礎(chǔ)一樣，需要考慮樁對基礎(chǔ)的沖切破壞。當(dāng) AH 大到一定程度后， 基底反力即為天然地基的反力分布 樁頂對應(yīng)的基礎(chǔ)底面測得的反力 0 iip 與樁間土對應(yīng)的基礎(chǔ)底面 測得的反力 OR,之比用 e 表示 （ 0Ij^p/OR,)。 當(dāng)褥墊層厚度大于 10cm時，樁對基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的應(yīng)力集中己顯著降低，當(dāng) AH為 30cm 時，P 值已經(jīng)很小， 4) 調(diào)整樁、土水平荷載的分擔(dān) (1)樁、土水平荷載時分擔(dān) 當(dāng)褥墊層厚度 AH=0 時，樁在垂直荷載 P 作用下荷載分擔(dān)比很大， 而土的荷載分擔(dān)比 5 s 很小 。在無埋深條件下，荷載 Q 傳到樁上的 水平力為 （ 190。，傳到土上的水平力為 Q,， 并有 Q^Qp +Q, (16) (1 7) 式中 — 樁間土分擔(dān)的荷載； U — 基礎(chǔ)和土之間的摩擦系數(shù)， 11 多在 ~ 之間變化。 由于 AH=0 時 P， 較小，則 CJ， 也很小，此時水平荷載主要由樁來分擔(dān)， A 很大。當(dāng)褥墊層厚度 ah 增大到一定數(shù)值時，作用在樁頂和樁間 土上的剪應(yīng)力 Tp 和 T， 相差不大，樁頂受的剪力為置 換率： A 為基礎(chǔ)面積；Tp 為樁頂剪應(yīng)力）占水平荷載的比例大體與 . 面積置換率 m 相當(dāng)，即此時樁受的水平荷載很小，水平荷載 主要由 樁間土承擔(dān)。 (2)單樁水平荷載試驗分析 根據(jù)靜載試驗，在樁頂無垂直荷載條件下，當(dāng)水平荷載 Q 達到 某一數(shù)值時，（比如 4? 5kN)， 樁的水平位移急劇增加，此時樁已破 壞。而在樁頂施加一較小（如 30kN)垂直荷載，當(dāng)水平荷載加到 4~5kN 時，樁并未發(fā)生破壞。 .隨著水平荷載的增加，水平荷載 Q 與 樁頂水平位移間呈非線性發(fā)展關(guān)系。由此可知， CFG 樁復(fù)合地基 _______________ 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第頁 中的枯由于柱頂作用著垂直荷載，柱抵抗水平荷載的能力要比自由 單柱大得多。 (3)復(fù)合地基水平荷載試驗 試驗表明， 搏塾層厚度越大，樁頂水平位移越小，即柱頂承受 的水平荷載越小 .大量工程實踐和室內(nèi)外試驗表明，禱塾層厚度不 小于 lOOmm,樁體不會發(fā)生水平折斷，樁在復(fù)合地基中不會失去工 作能力。 . 2 褥墊層的合理厚度 由前面的討論可知，搏墊層厚度過小，棟對基礎(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)承受水平荷載作用，還可能造成復(fù)合地基中樁發(fā)生斷裂。 由于搏墊層厚度過小，樁間土承載能力不能充分發(fā)揮，要達到 設(shè)計要求的承載力，必然要增加樁的數(shù) 量或長度，造成經(jīng)濟上的浪 費。 .若褲塗層厚度過大，會導(dǎo)致樁、土應(yīng)力比等于或接近 1。此時 樁承擔(dān)的荷載太少，實際上復(fù)合地基中柱的設(shè)置己失去了意義。這 樣設(shè)計的復(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， 綜合以上分析，結(jié)合大量的工程實踐的總結(jié)，即考慮到技術(shù)上 可靠、經(jīng)濟上合理，搏塾層厚度取 100? 300mni 為宜，如在本工程中 褥墊層厚度取 300inm。 幾種典型樁型復(fù)合地基的特性比較 碎石樁復(fù)合地基是散體樁復(fù)合地基的代表，樁體材料由碎石組 成。按成樁工藝可分為以下幾種： U 振沖碎石柱，■ 2) 振動沉管擠密碎石樁。 3) 干法振動擠密碎石樁。碎石樁樁體及復(fù)合地基有如下的主 要特點： (1)柱體本身沒有粘結(jié)強度，圍壓對碎石樁體破壞時的主應(yīng)力 差有著顯著的影響，圍壓越大，樁體傳遞垂直荷載的能力越強。 ________________西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 19 頁 (2) 試驗表明，駐頂承受垂直荷載后，樁頂以下一個不大的 范圍產(chǎn)生壓脹 E， 壓脹區(qū)的大小與基礎(chǔ)尺寸有關(guān) .當(dāng)樁長大于壓脹 區(qū)深庋后，靠增加樁 長來提高單樁承載力是很困難的。 (3) 施工一般采用振動成樁工藝，主要靠施工設(shè)備產(chǎn)生的振 動力，