復(fù)合地基在我國形成于上世紀(jì)八十年代初,當(dāng)時主要以碎石樁(散體材料樁)復(fù)合地基為主[1]。散體材料樁(碎石樁)主要包括振沖碎石樁、振動沉管碎石樁和柱錘沖擴碎石樁等,三種成樁加固機理均屬擠密置換效應(yīng)[1、2]。碎石樁復(fù)合地基承載力計算通過以基體土承載力特征值的某一倍數(shù)(樁土應(yīng)力比)表達(dá),即碎石樁復(fù)合地基承載力(剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用建議_1)計算公式:剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用建議_2(式中符號意義解釋詳見文獻(xiàn)【3】)。由于碎石樁單樁豎向承載力特征值是依靠增強體樁周土體的側(cè)限阻力保持其形狀并提供抗力,其相應(yīng)的樁土應(yīng)力比(n)一般在1.5~4之間[3],致使碎石樁復(fù)合地基承載力特征值(剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用建議_3)相比天然地基承載力特征值(剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用建議_4)的提高幅度和降低地基壓縮變形量均較小。
不難理解,較大幅度地提高復(fù)合地基承載力的關(guān)鍵是在改善增強體和樁間土的承載性能,提高樁土應(yīng)力比(n)。有鑒于此,科研和工程技術(shù)人員通過向樁體碎石材料中加入少量的水泥、粉煤灰、石屑( 或中砂) 和水,按一定比例進(jìn)行攪拌后,用與振動沉管碎石樁同樣的機械施工成一種高粘結(jié)強度樁(剛性樁),工程上稱其為水泥粉煤灰碎石樁法( 簡稱cfg 樁;僅以水泥為膠凝材料時,稱為素混凝土樁) ,其提高復(fù)合地基承載力的途徑是發(fā)揮cfg 樁(或素混凝土樁)的樁體作用和振動沉管成樁工藝對樁間土的擠密效應(yīng)[1~6]。理論分析和工程設(shè)計實踐表明,由振動沉管施工工藝形成的cfg 樁(或素混凝土樁)復(fù)合地基,其地基加固處理效果明顯優(yōu)于振動沉管碎石樁復(fù)合地基[1~6]。但受振動沉管施工工藝振動和噪音污染影響,難以在城市人口密集區(qū)實施,且振動沉管施工工藝僅適用于加固處理深度較淺的松散和軟弱土等構(gòu)成的地基土層。對于基底壓力較大和由附加應(yīng)力引起的壓縮層較深的高、大、重建(構(gòu))筑物,在遇有厚砂層和硬土層等構(gòu)成的地基土層時,致使復(fù)合地基承載力特征值(剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用建議_5)和cfg樁(或素混凝土樁)設(shè)計深度難以滿足基底壓力和基礎(chǔ)沉降控制的要求[2、5]。
上世紀(jì)九十年代末研發(fā)的長螺旋鉆機成孔壓灌混凝土施工工藝,使得cfg樁(或素混凝土樁)復(fù)合地基地層適用范圍更廣和處理深度更深,大大拓展了cfg樁(或素混凝土樁)復(fù)合地基的應(yīng)用范圍[5]。由于長螺旋鉆機成孔壓灌混凝土施工工藝的加固原理僅為置換作用,地基處理后的樁間土承載力特征值(剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用建議_6)與地基處理前的天然地基承載力特征值(剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用建議_7)基本一致,其提高復(fù)合地基承載力的途徑主要是發(fā)揮cfg 樁(或素混凝土樁)的樁體作用[2、5]。
復(fù)合地基是由以天然地基為基體,和增強體組成的人工地基。由cfg樁復(fù)合地基承載力特征值(剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用建議_8)計算公式(式中符號意義解釋詳見文獻(xiàn)【3】)可知:復(fù)合地基提供抗力的源泉,是基體和豎向增強體共同承擔(dān)荷載的作用。
基于現(xiàn)狀,根據(jù)上述對剛性樁發(fā)展歷程梳理和剛性樁設(shè)計計算理論,對剛性樁復(fù)合地基應(yīng)用提出如下建議:
(1)復(fù)合地基能有效地提高地基承載力,與樁基礎(chǔ)相比,復(fù)合地基可以利用樁間土的承載力,具有較好的經(jīng)濟(jì)性。建議相關(guān)規(guī)程、規(guī)范依據(jù)天然地基基體土性的不同,增加補充應(yīng)用剛性樁復(fù)合地基時樁土應(yīng)力比(n)的最高限值范圍和剛性樁樁復(fù)合地基抗震承載力調(diào)整系數(shù)[3、7]。在此基礎(chǔ)上,再根據(jù)天然地基基體土層構(gòu)成和施工工藝條件確定增強體的長度和直徑達(dá)到的合理最大值。當(dāng)增強體的長度和直徑達(dá)到合理最大值、面積置換率(m)也達(dá)到理論最大值時,剛性樁復(fù)合地基變形計算結(jié)果仍不能滿足基礎(chǔ)沉降控制指標(biāo)要求,可考慮通過擴大基礎(chǔ)底面積或改變基礎(chǔ)形式、以減少基底總壓力、從而減少基底附加壓力的方法,再對剛性樁復(fù)合地基變形進(jìn)行驗算。當(dāng)采用剛性樁復(fù)合地基方案使得基礎(chǔ)設(shè)計不合理、且經(jīng)濟(jì)性不明顯時,應(yīng)考慮采用樁基礎(chǔ)方案。
(2)對于地基土持力層和主要受力層為液化土、濕陷性土、高靈敏度軟土、欠固結(jié)土和新近填土等的天然地基基體土層,應(yīng)先通過其它工藝改善和增強天然地基基體土的物理力學(xué)性能指標(biāo),再二次采用剛性樁復(fù)合地基進(jìn)行加固處理,即所謂采用復(fù)合工藝形成的組合型復(fù)合地基[3、8]。該人工地基在充分發(fā)揮剛性樁樁體作用時,可降低剛性樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比(n),有效調(diào)節(jié)基體土和剛性樁的剛度梯度,使樁土相互和共同作用更加協(xié)調(diào)和合理,共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載能力更強。
(3)對于地基土持力層和主要受力層為液化土、濕陷性土、高靈敏度軟土、欠固結(jié)土和新近填土等的天然地基基體土層,先通過其它工藝改善和增強天然地基基體土的物理力學(xué)性能指標(biāo),再采用樁基礎(chǔ)時,也可使承臺底地基土更多參與承載作用,達(dá)到樁基礎(chǔ)優(yōu)化設(shè)計的目的。
參 考 文 獻(xiàn)
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[4]黨昱敬,王余慶. 碎石樁復(fù)合地基承載力計算公式的可靠性探討[j].建筑結(jié)構(gòu),1995(6):31-36.
[5] 閆明禮,張東剛. cfg樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實踐(第二版)[m]. 北京: 中國水劑水電出版社, 2006.
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