【正文】 ） 復合地基樁、土垂直荷載分擔比可用樁、土應力比 n表示 n = δ p /δs 式中 ； δ p ——CFG 樁樁頂應力（ kPa） 。 δ s ——樁間土應力（ kPa） CFG樁復合地基中樁、土應力比 n多在 10～ 14之間變化，在 較軟的土中有的可達 100 左右，樁承擔的荷載占總荷載的百分比一般在 40﹪～ 75﹪。需要注意的是： CFG樁復合 地基樁土應力具有很大的可調性，當樁的其它參數(shù)（樁徑、樁距等）不變時，減小樁長 可減小單樁承載力，樁土應力比亦降低；同樣，增大樁長可使樁土應力比提高。當樁的 其它參數(shù)（樁徑、樁距、樁長等）相同時，增加褥墊層的厚度可以使樁土應力比減小， 減小褥墊層的厚度可以使樁土應力比增大，褥墊層厚度越大，樁土所承擔的荷載越趨均 勻，樁土應力比越接近于 1。 CFG樁主要是用來傳遞垂直荷載 的，而對于水平荷載而言，褥墊層厚度越達，樁頂 水平位移越小，即樁頂所承受的水平荷載越小。大量試驗結果表明，只要褥墊層厚度不 小于 10cm，樁體就不會發(fā)生水平折斷，樁在復合地基中就不會失去工作能力。 ③ 減小樁頂對基礎底面的應力集中 當褥墊層厚度 h=0時， CFG樁對基礎的應力集中和鋼筋混凝土樁對承臺或樁上基礎的 應力集中現(xiàn)象類似，需要考慮樁對基礎的沖切破壞。 總之若在基礎下設置一定厚度的墊層 (h0)，即使樁端落在好的土層上，也能保證 一部分荷載通過褥墊作用在樁間土上，使樁、土共同承擔荷載。樁土應力比 n逐漸減 小， 樁對基礎底面產(chǎn)生的應力集中也顯著降低，水平傳力方式改為摩擦傳力，樁承擔的水平 荷載較小。 但當墊層厚度過大時，會導致樁土應力比等于或接近 1，此時樁承擔的荷載非常小， 復合地基中樁的設置己失去了意義，復合地基的承載力較天然地基不會有太大的提高， 反而建筑物的變形會增大。根據(jù)大量的試驗研究、理論分析及數(shù)值計算分析，并結合大 量的工程實踐，考慮到技術上可靠，經(jīng)濟上合理，目前有一個共識，墊層的厚度一般取 10cm～ 30cm為宜。 若基礎下面不設置墊層 (h=0)，基礎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。由于樁的沉降很小，樁上的荷載向土上轉移數(shù)量很小，樁間土承 載力很少發(fā)揮，樁、土應力比很大，在軟土中 n可以超過 100，樁對基礎的應力集中很顯 19 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 著，和樁基一樣，需要考慮樁對基礎的沖剪破壞，水平荷載作用下，水平傳力方式為接 觸傳力，水平荷載主要由樁來承擔。 ⑵ CFG 樁工作機理 ① CFG樁的剛性樁性狀 對于像砂樁和碎石樁那樣的散粒材料樁，它們主要是通過有限樁長傳遞垂直荷載， 當樁長大于某一數(shù)值后，樁傳遞荷載的作用已顯著減弱。 CFG 樁不同于碎石樁，是具 有 一定粘結強度的樁在外荷載作用下樁身不會像碎石樁那樣出現(xiàn)鼓脹破壞，并可全樁長發(fā) 揮側摩阻力，樁落在好土層上具有明顯的端承力，樁承受的荷載通過樁周的摩阻力和樁 端阻力傳到深層地基中，其復合地基承載力可大幅度提高。 ② 單樁承載力的可調性 CFG 樁的樁長可根據(jù)實際工程要求和地質條件確定，從幾米到 20 多米，如前所說， CFG 樁能像剛性樁那樣全樁長發(fā)揮樁的側摩阻力。據(jù)統(tǒng)計資料表明，樁承擔的荷載占總 荷載的百分比可在 35%～ 70%之間變化，有的工程這個比例更高，使得復合地基承載力提 高幅度大并具有很大的可 調性。這是因為當?shù)氐鼗休d力較高時，荷載又不很大，可將 樁長設計得短些，荷載大時，樁長可設計得長些。特別是天然地基承載力較低而設計要 求的地基承載力較高時，用柔性樁復合地基一般難以滿足設計要求，用 CFG 樁處理時， 復合地基承載力比較容易實現(xiàn)。 ③ 樁體的排水作用 CFG 樁在處理飽和粉土和砂土地基的施工中，由于成樁過程中的沉管和拔管的振動 作用，會使土體內產(chǎn)生較大的超靜孔隙水壓力。剛剛施工完的 CFG 樁將是一個良好的排 水通道，特別是在較好透水層上面還有透水性差的土層覆蓋時，這種排水作用更加明顯， 孔 隙水沿著剛完工的樁體向上排出，直到 CFG 樁體結硬為止。這種排水過程可延續(xù)幾個 小時。人們曾擔心這樣的排水現(xiàn)象是否會影響樁體的強度，通過施工后分層鑿樁體解剖 和靜載試驗，并沒有發(fā)現(xiàn)上述所擔心的問題發(fā)生。這種排水作用反過來對減小因孔壓消 散太慢引起地面隆起和增加樁間土的密實度大為有利。 ④ 時間效應 利用振動沉管法施工工藝施工，由于其振動作用，將會對樁間土產(chǎn)生擾動，特別是 對于高靈敏度土，會使其結構強度喪失，強度降低。成樁結束后，隨著恢復期的增長， 結構強度的逐漸恢復，新的結構強度的形成，樁間土承載力有所提 高。 ⑶ CFG樁復合地基承載特性 復合地基由于發(fā)揮了樁間土的承載力能力，在樁側產(chǎn)生一個較大的豎向增量，使得 20 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 復合地基中樁的承載特性與自由單樁不同。對 CFG樁復合地基，當基礎承受垂直荷載時， 由于基礎下設置了褥墊層，樁可以向上刺入，墊層材料不斷調整補充到樁間土上，使樁 和樁間土始終參與工作。給定荷載下，樁和土的荷載分擔均為一常值，它不隨時間變化 而改變。樁的荷載承擔比 Pp/P隨荷載的變化規(guī)律為 :復合地基上施加荷載 P后，隨著時間 的延續(xù)，樁頂和樁間土頂面的平均接觸應力有 一個調適過程，當 P小于復合地基的承載 力標準值人時，隨著時間的延續(xù)， Pp由上升趨勢逐漸趨于穩(wěn)定，而 Ps開始表現(xiàn)為下降 趨勢，這種現(xiàn)象說明，在復合地基受到荷載作用的初期，樁間土承擔的荷載有向樁體轉 移的現(xiàn)象，這種荷載向樁體轉移的現(xiàn)象與一般碎石樁復合地基的承載特性相似。當復合 地基承擔的荷載 Pp超過其標準承載力時，在施加荷載的短時間內，樁承擔的荷載略有向 樁間土轉移的現(xiàn)象，但轉移量較小，時間較短，樁土應力比很快就達到穩(wěn)定，但隨著荷 載的繼續(xù)增大，樁土應力比呈下降的趨勢，因此在復合地基中樁的承載能力和樁間土的 承載能力不能夠同時完全發(fā)揮。 ① 樁、土荷載分擔 : CFG樁復合地基，隨著荷載的增加，樁承擔的荷載占總荷載的 百分比逐漸增加，土承擔的荷載占總荷載的百分比逐漸減小。荷載較小時，土承擔的荷 載大于樁承擔的荷載，隨著荷載的增加，樁間土承擔的荷載占總荷載的百分比逐漸減少， 樁承擔的荷載占總荷載的百分比逐漸增大。在荷載一定，其它條件相同時，樁承擔的荷 載隨樁長、樁截面面積增加而增大；隨樁距減小而增大。 ② 樁傳遞軸向力的特征 :樁基中樁與承臺剛性連接，在正常情況下，受垂直荷載后 樁頂?shù)某两?、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 于相應部位土的位移，樁側土體對樁產(chǎn)生與樁位移方向相反的側阻力，即正摩擦力，樁 的最大軸力發(fā)生在樁的頂部。 CFG樁復合地基在任一荷載下樁頂?shù)某两?、樁間土表面的 沉降以及基礎的沉降均不相同，在某一深度 Z0范圍內，土的位移大于樁的位移，上對樁 產(chǎn)生的摩擦力方向是與樁沉降方向一致的，即所謂的負摩擦力。 Z0處樁的位移和土的位 移相等，該斷面所處位置為中性點。當 Z＞ Z0時，樁的位移大于土的位移，土對樁產(chǎn)生的 是正摩阻力。在中性點以上，樁的軸向應力隨著深度的增加而增大，中性點以下樁 的軸 向應力隨著深度的增加而減小，樁的最大軸向應力就在中性點處。中性點位于樁頂下 ～ ，隨著褥墊層厚度增加，樁身軸力相應降低。由于褥墊層的設置，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)。 CFG樁復合地基 土對樁的負摩擦作用并非有害，它對提高樁間土的承載力、減少復合土層的變形起著有 益的作用。 ③ 不同部位樁的受力 :剛性基礎下群樁復合地基，樁所處的位置不同，受力的大小 21 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） 也不同，一般是角樁受力最大，邊中樁次之，中心樁最小。 ④ 樁間 土應力分布 :剛性基礎下樁間土，在基礎邊緣應力較大，在基礎中間部分比 較小。 ⑷ CFG樁復合地基變形特性 復合地基基礎總沉降 S由三部分組成，其一為樁長范圍土層的壓縮量 S1，其二為下臥 層的壓縮量 S2，其三為褥墊層的壓縮 S3，即 S=S1+S2+S3。復合地基的樁長、褥墊層的厚度 和彈性模量、基礎的寬度、下臥層土性、樁側阻力的分布等因素對基礎總沉降都有較大 的影響。在同一荷載水平下，樁越長、褥墊層越薄、下臥層越硬、上刺入量及下刺入量 越小，樁間土荷載分擔比越高，樁間土的壓縮變形越大。同一樁長在不同的荷載作用下， 加固區(qū)的壓縮變形和下臥層的壓縮變形占總壓縮變形的百分比基本不變、基礎寬度越 大，沉降變形越小。復合地基的沉降曲線與天然地基的沉降曲線相比較，復合地基沉降 曲線淺部比較平緩，但由于復合地基中樁將一部分荷載傳遞到深層，深部沉降相對于天 然地基沉降大。荷載相同時，復合地基中樁的變形比自由單樁的變形大，群樁復合地基 沉降曲線呈加工硬化型，有邊載的情況下，荷載板下部沉降小于無邊載情況，荷載板以 外則相反，同一深度的變形趨于均勻化。 ⑸ 單樁豎向荷載下的工作性狀 ① 隨著荷載的增加，樁土應力比不斷增大，基礎沉降也隨之 增大。 ② 隨墊層厚度增加，應力比不斷下降，但下降的趨勢逐漸減緩；隨褥墊層厚度增 加，樁頂沉降略有減小，而土表面的沉降加大；但當褥墊層厚度超過 40mm。樁頂、土表 面的沉降基本不變。褥墊層合理厚度為 10～ 30cm。 ③ 隨墊層模量的增加，應力比不斷上升，但上升的趨勢逐漸減緩；隨褥墊層模量 增加，樁頂沉降增加，而土體與承臺沉降減小。當模量超過一定水平，三者沉降變化梯 度減小。 ④ 隨樁長徑比的增加，應力比上升；隨樁長增加 (L≤Le)，樁頂、土表面、承臺沉 降都減小，沉降減小幅度不明顯 (Le——有效樁長 )；復合 地基的有效樁長遠超過工程使 用中的實際長度。 ⑤ 隨樁土模量比的增加，應力比不斷上升；土體模量越小，樁頂、土表面、承臺 三者沉降都增加 :樁體模量越大，三者沉降都減小。 ⑥ 隨置換率的增加，應力比不斷下降，這一結論對于兩種改變置換率的方法都成 立；增加樁數(shù) (或減小單根樁的承臺半徑 )沉降減小幅度遠大于增加樁徑時的沉降減小幅 度。 22 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） ⑦ 隨樁端土與樁間土模量比的增大，其應力比也增大，但基礎沉降隨之減小；當 樁端土與樁間土模量比增大到一定程度，基礎沉降減小很緩慢。 樁網(wǎng) 結構 （ 1）概述 迄今的文獻尚無關于 “樁 —網(wǎng)復合地基 ”的任何系統(tǒng)提法。 根據(jù)資料總結出的定義是：樁 —網(wǎng)復合地基，是指天然地基在地基處理過程中，下 部土體得到豎直向增強體 —“樁 ”的加強從而形成樁土復合地基加固區(qū)，并在該區(qū)上部 鋪設水平向增強體 —“網(wǎng) ”從而形成加筋土復合地基加固區(qū)，使網(wǎng) —樁 —土協(xié)同作用、 共同承擔荷載的人工地基。 “樁 —網(wǎng)復合地基 ”這種綜合地基處理方法所下的定義，其意圖是突出強調樁、網(wǎng)、 土三者在承擔荷載的過程中都起作用，都有貢獻，即三者協(xié)同作用，構成一個整體，共 同承載。雖然它們在承載過程中的 作用大小和方式可能不同，但無論從力學機理還是從 設計、施工方法上來講，都不能忽視，這與以往只過分強調某一部分，比如強調樁、輕 視網(wǎng)、忽視土的傾向是不同的。 （ 2）樁 —網(wǎng)復合地基的組成 綜合已有的研究成果，并考慮到普遍性，可見， “樁 —網(wǎng)復合地基 ”這一體系由以 下五部分共同組成： ⑴ 上部（路堤）填土。 ⑵ 上部網(wǎng)（一層或幾層，鋪設于樁頭之上）。 ⑶ 中間砂石褥墊層及可能存在于墊層中的網(wǎng)。 ⑷ 下部一般為非剛性樁（如散體材料樁或柔性樁、木樁，當然也可能會是剛性樁） 及樁間土（一般為天然軟粘土）。 ⑸ 下部樁土復 合地基加固區(qū)下的天然軟土層或持力層。 其中的核心部分是樁和網(wǎng)。 （ 3）樁 —網(wǎng)復合地基的優(yōu)點 ⑴ 樁 —網(wǎng)復合地基具有樁體、墊層、排水、擠密、加筋、防護等綜合效能。 ⑵ 比較容易實現(xiàn)在天然軟土地基上快速填筑穩(wěn)定的高路堤或堤壩。 ⑶ 布置成疏樁（或稱稀樁），采用減沉樁理論進行設計和施工，可大幅度降低工程 建設成本費用。 23 蘭州交通大學畢業(yè)設計（論文） ⑷ 沉降相對小而快，工后沉降較易控制，可縮短工期，相對加快工程進度。 ⑸ 不需預壓期，施工方便。 （ 4）樁 —網(wǎng)復合地基的協(xié)同作用 整個樁 —網(wǎng)復合地基體系由上 到下，分成加筋土（路堤）、褥墊層、樁土加固區(qū)三 部分，分別進行闡述。 ⑴ 加筋土（路堤） 網(wǎng) —土協(xié)同作用過程：網(wǎng)與土組成加筋土，也稱為水平向增強體復合地基。這種形 式的復合地基對鐵路、公路、城市道路和水利大壩來說可構成加筋土路堤（堤壩 ）；對 其他形式的建（構）筑物來說，則是加筋處理后的地基。 網(wǎng)與土之間存在著共同作用，網(wǎng)主要處于受拉狀態(tài)，這種共同作用是通過界面摩阻 力（界面摩阻力 =咬合力 +摩擦力 +粘著力）來實現(xiàn)的，也稱為 “張力膜 ”效應。在工作 過程中，網(wǎng)的拉力作用發(fā)揮不甚明顯，拉力的發(fā)揮往往還不到其極限抗 拉強度的 10%。 由于網(wǎng)的鋪加和張力膜效應，網(wǎng)將網(wǎng)上土體自重連同上部荷載傳遞給下部樁土復合地 基。又有于網(wǎng)自身的剛度較小，有時無法起到很好的傳遞作用，為此可把網(wǎng)加強成墊， 即用網(wǎng)與砂石墊層共同組成一個復合褥墊，使其具