地基cfg樁處理技術(shù)講義

-PAGE32-地基處理技術(shù)1概述1.1軟弱地基軟（粘）土沖填土雜填土其它高壓縮性土1.2特殊土地基軟土濕陷性黃土膨脹土紅粘土部分粉土和砂土有機質(zhì)土和泥炭土非均勻地基1.3地基處理目的提高軟弱地基的承載力，保證地基穩(wěn)定降低地基的壓縮性，減小建筑物的沉降防止液化、滲漏消除區(qū)域性土的濕陷性、脹縮性、凍脹性1.4地基處理方法密實法——排水固結(jié)法（堆載預(yù)壓法、真空預(yù)壓法、降水法、電滲法）碾壓法（靜力碾壓、振動碾壓）動力夯實法（重錘夯實法、強夯法）置換法（換填墊層）——粗粒土墊層、細粒土墊層復(fù)合地基法——散體樁復(fù)合地基——碎石樁（振沖碎石樁、擠密碎石樁、干振砂石樁）碴土樁砂樁一般粘結(jié)強度樁復(fù)合地基——灰土樁石灰樁水泥土樁（深層攪拌樁、旋噴樁）夯實水泥土樁高粘結(jié)強度樁復(fù)合地基——水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）素混凝土樁碎石壓力灌漿樁加筋法——土工織物、加筋土灌漿法地基處理的基本方法是通過置換、夯實、擠密、充填、排水、膠結(jié)、加筋等方法，使上述軟弱地基和特殊土地基能夠滿足上部建筑物對地基的要求。一般一種處理方法往往具有多種作用，如碎石樁法有置換、擠密、排水和加筋等作用。地基處理方案的選擇，需要清楚地基處理的目的，建筑物對地基的具體要求、設(shè)計要求的地基承載力、土的性質(zhì)、施工工藝及設(shè)備、對施工工期的要求，當(dāng)?shù)胤e累的施工經(jīng)驗、地方材料來源及單價、周圍環(huán)境對施工的特定要求，如振動噪音、水和空氣的污染等等。由于目前在地基處理技術(shù)中，復(fù)合地基法用得最多，尤其是高粘結(jié)強度樁復(fù)合地基，因其具有承載力提高幅度大，地基變形小，適應(yīng)范圍廣，應(yīng)用量大，所以下面主要介紹高粘結(jié)強度樁復(fù)合地基。而其中由于素混凝土樁與水泥粉煤灰碎石樁（CFG樁）的區(qū)別僅在于樁體材料的構(gòu)成不同，其受力和變形特性方面沒有什么區(qū)別，所以在建筑地基處理技術(shù)規(guī)范中用CFG樁來代表素混凝土樁等高粘結(jié)強度樁復(fù)合地基。與其它地基處理方法相比，復(fù)合地基法是70年代以來發(fā)展最快的一種方法。2復(fù)合地基法2.1復(fù)合地基與復(fù)合樁基復(fù)合地基：部分土體被增強或被置換形成增強體，由增強體和周圍地基土共同承擔(dān)荷載的地基（建筑地基處理技術(shù)規(guī)范）。復(fù)合地基是在天然地基中設(shè)置一定比例的增強體（樁體）后，在樁頂和基礎(chǔ)之間設(shè)置一定厚度的褥墊層，使樁土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載。由于基底下增強體的面積置換率較?。ㄒ话阍?~25%之間變化），大部分面積仍然為天然地基，因此能較充分地發(fā)揮地基土的承載力，相對比較經(jīng)濟。復(fù)合地基受力后首先由土承擔(dān)荷載，然后隨著樁間土的變形，樁上的荷載逐漸增加，最后達到平衡。復(fù)合地基中由于樁間土位移比樁大，存在著一個負摩擦區(qū)。復(fù)合樁基：由基樁和承臺下地基土共同承擔(dān)荷載的樁基礎(chǔ)（建筑樁基技術(shù)規(guī)范）。復(fù)合樁基雖然也由樁和承臺下的地基土來共同承擔(dān)荷載，但由于樁的沉降較小，因而承臺下的地基土所能承擔(dān)的荷載較小，主要還是由樁來承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載。復(fù)合樁基受力后首先由樁承擔(dān)荷載，然后隨著樁的沉降，承臺底的地基土逐漸分擔(dān)部分荷載而達到平衡。復(fù)合樁基中樁頂?shù)某两蹬c樁間土的沉降始終一致，故不存在負摩擦區(qū)，全部為正摩擦力。復(fù)合地基與復(fù)合樁基雖然都采用樁的形式來處理，且都由樁和土來共同承擔(dān)荷載。但復(fù)合地基內(nèi)樁頂與基礎(chǔ)之間有褥墊層隔開，樁體被看成是地基的一部分，因而是屬于地基范疇；而復(fù)合樁基中的樁與基礎(chǔ)牢固地連結(jié)在一起，樁是基礎(chǔ)的一部分，因而是屬于基礎(chǔ)范疇。2.2復(fù)合地基分類根據(jù)所用增強體的材料不同，可將復(fù)合地基分為散體材料樁復(fù)合地基一般粘結(jié)強度樁復(fù)合地基（包括低和中等粘結(jié)強度樁復(fù)合地基）高粘結(jié)強度樁復(fù)合地基2.3不同樁型復(fù)合地基的工程特性不同粘結(jié)強度樁型的復(fù)合地基，其承載力和變形特性明顯不同。了解不同樁型承載特性的異同，對合理選擇復(fù)合地基中的樁型以及是否需要在基礎(chǔ)外圍設(shè)置保護樁等有重要意義。下面以碎石樁、石灰樁和CFG樁為代表，就復(fù)合地基的一些工程特性做一比較。2.3.1樁體應(yīng)力應(yīng)變性狀碎石樁、石灰樁、CFG樁樁體材料試樣在三軸儀上做三軸壓縮試驗，得到的應(yīng)力~應(yīng)變曲線如圖1。圖1樁體材料三軸試驗應(yīng)力~應(yīng)變曲線碎石樁樁體材料為散粒體，顆粒之間無粘結(jié)。當(dāng)圍壓σ3=0時，試樣強度為0；當(dāng)σ3>0時，圍壓越大，破壞時的主應(yīng)力差越大。這說明圍壓σ3對碎石樁試樣的破壞主應(yīng)力差有顯著影響。因此，碎石樁要靠樁間土的側(cè)向約束來傳遞垂直荷載。樁間土的強度越高，土對樁體的側(cè)向約束越好，樁傳遞垂直荷載的能力就越強。淤泥、淤泥質(zhì)土強度很低，對樁的約束作用很差，樁傳遞垂直荷載的能力很弱，所以要想在淤泥、淤泥質(zhì)土中獲得高承載力的復(fù)合地基，采用散體材料樁復(fù)合地基是不行的。由于散體材料樁的樁體強度強烈依賴于圍壓，所以在基礎(chǔ)外圍必須設(shè)保護樁。CFG樁的粘結(jié)強度較高，在不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線基本重合，且大體為一直線，說明圍壓對樁體強度和模量的影響不大，不論什么土，樁傳遞垂直荷載的能力都很強。由于其樁體強度不依賴于圍壓，所以基礎(chǔ)外圍不需設(shè)保護樁。石灰樁的粘結(jié)強度介于上述兩者之間。當(dāng)σ3=0時，有一定的無側(cè)限抗壓強度（0.21~1.38MPa）。其它條件相同時，圍壓越高，破壞主應(yīng)力差越大，圍壓對石灰樁傳遞垂直荷載的能力和模量也有較大影響。是否設(shè)保護樁，需視情況定。2.3.2樁長效應(yīng)碎石樁復(fù)合地基，當(dāng)樁長大于2.5倍基礎(chǔ)寬度時，增加樁長對復(fù)合地基承載力的提高作用不大。石灰樁樁體模量比碎石樁高，樁傳遞垂直荷載的深度比碎石樁大，所以樁長作用比碎石樁好。CFG樁可全樁長發(fā)揮側(cè)阻力，樁越長承載力提高幅度越大。2.3.3樁的端阻作用對碎石樁，當(dāng)樁長大于2.5倍基礎(chǔ)寬度時，盡管樁端落在好的土層上，但樁的端阻作用也很小，一般可以忽略不計。石灰樁端阻力的發(fā)揮比碎石樁好，但因樁身強度不太高，隨樁長的增加，端阻作用越來越小。CFG樁樁端落在好的土層上，具有非常明顯的端阻作用，設(shè)計時可充分利用這一特性。2.4樁、土受力特性2.4.1樁、土受力時程特性當(dāng)基礎(chǔ)承受垂直荷載時，樁和樁間土都要發(fā)生沉降變形。樁的模量遠比土的模量大，樁比土的變形小，由于基礎(chǔ)下面鋪設(shè)了一定厚度的褥墊層，樁可以向上刺入，伴隨這一變化過程，墊層材料不斷調(diào)整補充到樁間土上，以保證在任一荷載下樁和樁間土始終參與工作。圖2為在給定荷載下樁、土受力時程曲線?？梢钥闯?，由于褥墊層的設(shè)置，隨著時間的變化，樁間土表面的變形不斷增加，但樁和土的荷載分擔(dān)均為一常數(shù)，它不隨時間變化而改變。圖2樁、土受力時程曲線2.4.2樁土荷載分擔(dān)比隨荷載的變化復(fù)合地基中樁和樁間土承受的荷載可用樁、土荷載分擔(dān)比來表示。令δp表示樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比；δs表示樁間土承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比，則δp=Pp/Pδs=Ps/P式中Pp—樁承擔(dān)的荷載；Ps—樁間土承擔(dān)的荷載；P—總荷載。δp、δs與荷載P的大小、土的性質(zhì)、樁長、樁距以及褥墊層厚度有關(guān)。剛性基礎(chǔ)下CFG樁復(fù)合地基樁、土荷載分擔(dān)比隨荷載水平的變化見圖3。荷載較小時，土承擔(dān)的荷載大于樁承擔(dān)的荷載，隨著荷載的增加，樁間土承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比δs逐漸減少，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比δp逐漸增大，設(shè)荷載P=Pk時，樁和土承擔(dān)的荷載各占50%，則P>Pk后，樁承擔(dān)的荷載超過樁間土承擔(dān)的荷載。圖3樁土荷載分擔(dān)比隨荷載的變化荷載板：1.575×1.575m,樁徑d=16cm,樁距s=3.5d(a)樁長3.2m(b)樁長2.0m(c)樁長1.2m當(dāng)其它條件相同時，Pk隨樁長增大而減小。如樁長3.2m時Pk=120kPa；樁長2.0m時Pk=270kPa；樁長1.2m時樁承擔(dān)的荷載恒小于樁間土承擔(dān)的荷載。2.5復(fù)合地基承載力通常，復(fù)合地基承載力可用如下表達式表示：（1）式中－復(fù)合地基承載力特征值；－單樁承載力特征值；－樁的斷面面積；－加固后樁間土承載力特征值；－一根樁承擔(dān)的面積；－樁間土面積；－面積置換率；－分別為單樁承載力、樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，并有：－分別為復(fù)合地基達到承載力時樁受的集中力和樁間土受的應(yīng)力。由（1）式可知，復(fù)合地基承載力由樁提供的承載力和樁間土提供的承載力兩部分組成。當(dāng)λ1=1時，即當(dāng)樁上所受的力與單樁承載力特征值相等時，公式（1）的形式就與建筑地基處理技術(shù)規(guī)范中所列公式的形式一致，此時復(fù)合地基的承載力特征值達到設(shè)計值。2.6復(fù)合地基承載力提高的機理分析2.6.1復(fù)合地基承載力也可表示為=（4）=（5）式中，復(fù)合地基基承載力特特征值；加固前天然地基基承載力特特征值；承承載力提高高幅度；擠擠密分量；；置置換分量。2.6.2置置換能力從公式（4）可可以看出，置置換分量隨隨著單樁承承載力的增增加而增加加，對于下下部有硬或或較硬持力力層且截面面積相同的的樁來說，單單樁承載力力將隨著樁樁身強度的的增加而增增加，因此此其置換能能力也將隨隨著樁身強強度的增加加而增加，即即按散體樁樁→低粘結(jié)強強度樁→中等粘結(jié)結(jié)強度樁→→高粘結(jié)強強度樁逐次次增強。2.6.3被被加固土按按擠密效果果分類(1)擠密效效果好的土土（如松散散粉土和砂砂土）；(2)可擠密密土（如塑塑性指數(shù)較較小、密度度不大的粉粉質(zhì)粘土）；；(3)不可擠擠密土（如如飽和軟粘粘土、密度度大的粘土土、砂土）。2.6.4施施工工藝按按擠密效果果分類(1)無擠密作作用的施工工工藝；(2)有擠密作作用的施工工工藝。2.6.5根根據(jù)給定土土性和承載載力提高幅幅度，選擇擇施工工藝藝和樁型（1）對無擠密功能能的施工工工藝擠密分量，承載載力提高幅幅度唯一地地取決于置置換分量，即即。當(dāng)設(shè)計計要求的承承載力提高高幅度較高高時，要選選擇中等或或高粘結(jié)強強度樁。當(dāng)當(dāng)設(shè)計要求求的承載力力提高幅度度較低時，也也可選擇散散體樁或低低粘結(jié)強度度樁，（2）對有擠密功能能的施工工工藝：若土為不可擠密密土，此時時擠密分量量，承載力力提高幅度度也唯一地地取決于置置換分量，即即。當(dāng)設(shè)計計要求的承承載力提高高幅度較高高時，要選選擇中等或或高粘結(jié)強強度樁。當(dāng)當(dāng)設(shè)計要求求的承載力力提高幅度度較低時，也也可選擇散散體樁或低低粘結(jié)強度度樁。若土為可擠密或或擠密效果果好的土，可可由以往的的施工經(jīng)驗驗，知道經(jīng)經(jīng)施工后地地基土可以以達到的承承載力，并并結(jié)合樁間間土的承載載力發(fā)揮系系數(shù)、置換換率和天然然地基承載載力，由式式（5）預(yù)估擠密密分量，此此時認為擠擠密分量為為已知，則則置換分量量為。當(dāng)（）較較小時可選選擇散體樁樁或低粘結(jié)結(jié)強度樁，當(dāng)當(dāng)（）較大大時，要選選擇中等或或高粘結(jié)強強度樁。2.7復(fù)合地地基變形特特性圖4中（a）代表荷載P==0時的狀態(tài)態(tài)。（b）代表加加荷后的情情況。加荷荷后（P>0）樁頂發(fā)發(fā)生沉降Sp，樁間土土表面發(fā)生生沉降Ss，樁端處處樁的沉降降為S，p。由于樁樁體的模量量很大，在在通常荷載載水平下，軸軸向力引起起樁的壓縮縮變形很小小，可以忽忽略不計。這這樣，樁任任一斷面處處的位移認認為與樁頂頂?shù)奈灰葡嘞嗟?，便有有S，p=Sp。樁端處處土的位移移用S，s表示。由于樁間土表面面的沉降大大于樁頂?shù)牡某两担瑯稑俄數(shù)囊徊坎糠重萑氲降饺靿|層中中，稱之為為上刺入變變形，以ΔΔ上表示，且且Δ上=Sss-SSp。（b）圖4復(fù)合地基基變形示意意圖在樁端處，樁的的沉降大于于土的沉降降，即產(chǎn)生生下刺入變變形，用ΔΔ下表示，且且Δ下=Sp-SS，s。樁長（Za）范圍內(nèi)內(nèi)土的壓縮縮量S1等于上刺刺入量與下下刺入量之之和，即S1=Δ上+Δ下。樁間土表面總沉沉降量減去去加固范圍圍（Za）內(nèi)土的的壓縮量S1，即為下下臥層的壓壓縮變形S2，即S2=SSs-S1。若用S33表示褥墊墊層壓縮量量（S3=HH0-HHt），則基基礎(chǔ)總的變變形為S=S1++S2+S3（6）這就是說，基礎(chǔ)礎(chǔ)總沉降量量S由三部分分組成：其其一為樁長長范圍內(nèi)土土層的壓縮縮量S1，其二為為下臥層的的壓縮量S2，其三為為褥墊層的的壓縮量S3。因為S=S1++S2+S3=S1+（Ss-S1）+S3=Sss+SS3=（Sp++Δ上）+S3（7）即基礎(chǔ)總沉降量量S等于樁頂頂沉降量Sp+樁頂?shù)纳仙洗倘肓喀うど?褥墊層的的壓縮量S3。對于復(fù)合樁基來來說，由于于不存在樁樁頂?shù)纳洗檀倘肓喀ど虾腿靿|層層的壓縮量量S3，所以復(fù)復(fù)合樁基的的沉降量S就等于樁樁頂沉降量量Sp，顯然比比復(fù)合地基基的沉降量量要小。復(fù)合模量量表征的是是復(fù)合土體體抵抗變形形的能力，由由于復(fù)合地地基是由土土和增強體體（樁）組組成，故復(fù)復(fù)合模量與與土的模量量和樁的模模量密切相相關(guān)。其中中樁的模量量，應(yīng)為能能反映樁抵抵抗變形能能力大小的的量，它是是樁頂應(yīng)力力與樁的相相對變形之之比。樁頂頂產(chǎn)生的豎豎向位移由由樁體本身身的壓縮變變形和樁克克服側(cè)阻和和端阻產(chǎn)生生的剛體位位移組成，前前者與樁體體材料的模模量有關(guān)，后后者與樁周周圍的介質(zhì)質(zhì)有關(guān)。對對于高粘結(jié)結(jié)強度樁，通通常對樁的的模量起控控制作用的的是樁側(cè)和和樁端土。如如在同一土土層內(nèi)相同同樁長的素素混凝土樁樁，當(dāng)樁身身強度達到到一定值后后，再提高高混凝土的的強度，雖雖然樁體材材料的模量量提高很多多，但單樁樁的荷載~位移關(guān)系系曲線基本本相同，即即樁抵抗變變形的能力力是一樣的的，說明樁樁的模量不不完全是指指樁身材料料的模量，而而與樁側(cè)和和樁端土有有關(guān)。由于于樁的模量量要由單樁樁靜載荷試試驗來確定定，在工程程中直接測測定樁的模模量是困難難的，故用用在下列假假定基礎(chǔ)上上推導(dǎo)出的的復(fù)合模量量來表征復(fù)復(fù)合地基的的模量：當(dāng)荷載接近或達達到復(fù)合地地基承載力力時，假定定：（1）樁土應(yīng)力比等等于樁土模模量比，即即Ep/Es′＝n（Es′為加固后后樁間土模模量，n為樁土應(yīng)應(yīng)力比）；；（2）加固后樁間土土模量Es′是加固前前天然地基基模量Es的倍，即Es′＝Es。為樁間土土承載力提提高系數(shù)；；（3）復(fù)合模量按下下式組合：：（8）令，上式為（9）又復(fù)合地基承載載力表達式式為（10）（11）ξ既是承載力提高高系數(shù)，也也是模量提提高系數(shù)。工工程中，根根據(jù)地質(zhì)報報告提供的的天然地基基承載力ffak和壓縮縮模量Es，加固后后測得復(fù)合合地基承載載力后便可可求得模量量提高系數(shù)數(shù)ξ＝fspk/fak，則復(fù)復(fù)合模量按按（9）式計算算，復(fù)合土土層的分層層與天然地地基相同。將樁長范范圍內(nèi)的土土層視為一一個等效天天然地基，它它的壓縮模模量用復(fù)合合模量來表表示，然后后按地基基基礎(chǔ)規(guī)范的的規(guī)定計算算地基的沉沉降量。2.8褥墊層層的作用褥墊層層技術(shù)是CFG樁的核心心技術(shù)，復(fù)復(fù)合地基的的許多特性性都與褥墊墊層有關(guān)。褥褥墊層的作作用有：保證樁、土共同同承擔(dān)荷載載若基礎(chǔ)下不設(shè)置置褥墊層，基基礎(chǔ)直接與與樁和樁間間土接觸，在在垂直荷載載作用下，其其承載特性性與樁基差差不多。在在給定荷載載作用下樁樁承受較多多荷載，隨隨著時間的的增加，樁樁發(fā)生一定定的沉降，土土承擔(dān)的荷荷載逐漸增增加，其時時程曲線的的特點為：：土承擔(dān)的的荷載隨時時間增加逐逐漸增加，而而樁承擔(dān)的的荷載隨時時間增加逐逐漸減少。如果樁端落到堅堅硬土層或或巖石上，樁樁的沉降很很小，樁上上的荷載向向土上轉(zhuǎn)移移的數(shù)量很很小，樁間間土承載力力發(fā)揮很少少，就不能能充分發(fā)揮揮地基土的的承載能力力。如果在在基礎(chǔ)下設(shè)設(shè)置一定厚厚度的褥墊墊層，將基基礎(chǔ)與樁隔隔開，即使使樁端落到到好的土層層上，由于于樁向褥墊墊層內(nèi)的刺刺入（上刺刺入）也能能保證一部部分荷載通通過褥墊層層作用在樁樁間土上，能能較充分地地發(fā)揮土的的承載作用用。同時借借助褥墊的的調(diào)整作用用，使在給給定荷載的的作用下，樁樁、土受力力時程曲線線均為常值值。(2)調(diào)整樁樁、土荷載載分擔(dān)比當(dāng)褥墊層厚度ΔΔH=0時，樁、土土的應(yīng)力比比很大（在在軟土中應(yīng)應(yīng)力比可超超過100），此時時樁分擔(dān)的的荷載相當(dāng)當(dāng)大，土分分擔(dān)的荷載載很?。▓D圖5（a））。圖5樁、土應(yīng)應(yīng)力比隨褥褥墊層厚度度的變化示示意圖當(dāng)ΔH很大時（圖5（b）），樁樁、土應(yīng)力力比接近1，此時樁樁的荷載分分擔(dān)比（樁樁承擔(dān)荷載載與總荷載載之比δp=Pp/P）很小，并并接近于置置換率。表表1給出了不不同荷載水水平、不同同褥墊層厚厚度樁荷載載分擔(dān)比δδp的變化情情況。從表表1中可以看看出，樁、土土荷載分擔(dān)擔(dān)與褥墊層層厚度密切切相關(guān)。表1樁承擔(dān)擔(dān)荷載占總總荷載百分分比δp（100%）荷載P（kPa）褥墊層厚度（ccm）備注2103020652714樁長2.255m樁徑16cmm荷載板1.005×1.055m60723226100753938(3)減小基基礎(chǔ)底面的的應(yīng)力集中中當(dāng)褥墊層厚度ΔΔH=0時，樁對對基礎(chǔ)的應(yīng)應(yīng)力集中很很顯著，和和樁基礎(chǔ)一一樣，需要要考慮樁對對基礎(chǔ)的沖沖切破壞。當(dāng)當(dāng)ΔH大到一定定程度后，基基底反力接接近于天然然地基的反反力分布。當(dāng)當(dāng)褥墊層厚厚度大于110cm后后，樁對基基礎(chǔ)底面產(chǎn)產(chǎn)生的應(yīng)力力集中已顯顯著降低。當(dāng)當(dāng)ΔH為30cmm時，樁頂頂對應(yīng)的基基礎(chǔ)底面測測得的反力力與樁間土土對應(yīng)的基基礎(chǔ)底面測測得的反力力之比已經(jīng)經(jīng)很小。(4)調(diào)整樁、土土水平荷載載的分擔(dān)因CFG樁不配筋筋，樁在水水平荷載作作用下會不不會斷裂，會會不會影響響建筑物的的正常使用用，這是人人們所關(guān)心心的一個問問題。荷載Q傳到樁上的水平平力為Qp，傳到土土上的水平平力為Qs，并有QQ=QQp+Qs（12）因QQs=μPs（13）式中Ps——樁樁間土分擔(dān)擔(dān)的荷載；；μ——基礎(chǔ)和土之間的的摩擦系數(shù)數(shù)（0.25～0.45）。當(dāng)ΔH=0時，Pss較小，Qs也較小，而而Qp很大，此此時水平荷荷載主要由由樁來分擔(dān)擔(dān)。當(dāng)ΔH增大到一定數(shù)值值時，作用用在樁頂和和樁間土上上的剪應(yīng)力力τp和τs相差不大大，樁頂受受的剪力QQp=mAττp（m——置換率，A——基礎(chǔ)面積積，τp——樁頂剪應(yīng)應(yīng)力）占水水平荷載的的比例大體體與面積置置換率相當(dāng)當(dāng)，此時樁樁受的水平平荷載很小小，水平荷荷載主要由由樁間土承承擔(dān)。試驗驗表明，褥褥墊層厚度度越大，樁樁頂水平位位移越小，即即樁頂受的的水平荷載載越小。大大量工程實實踐和室內(nèi)內(nèi)外試驗表表明，褥墊墊層厚度不不小于100cm，樁樁體不會發(fā)發(fā)生水平折折斷，樁在在復(fù)合地基基中不會失失去工作能能力。2.9褥墊層層的合理厚厚度褥墊層厚度過小小，樁對基基礎(chǔ)將產(chǎn)生生很顯著的的應(yīng)力集中中，需考慮慮樁對基礎(chǔ)礎(chǔ)的沖切，勢勢必導(dǎo)致基基礎(chǔ)厚度加加厚。如果果基礎(chǔ)承受受較大的水水平荷載作作用，可能能會造成復(fù)復(fù)合地基中中的樁發(fā)生生斷裂。同同時由于褥褥墊層厚度度過小，樁樁間土承載載能力不能能充分發(fā)揮揮，要達到到設(shè)計要求求的承載力力，必然要要增加樁的的數(shù)量或長長度，造成成經(jīng)濟上的的浪費，唯唯一的好處處是建筑物物的沉降量量較小。褥墊層厚度過大大，樁對基基礎(chǔ)產(chǎn)生的的應(yīng)力集中中很小，可可不考慮樁樁對基礎(chǔ)的的沖切作用用?；A(chǔ)受受水平荷載載作用時，不不會發(fā)生樁樁的折斷，同同時能夠充充分發(fā)揮樁樁間土的承承載能力。但但若褥墊層層厚度過大大，會導(dǎo)致致樁、土應(yīng)應(yīng)力比接近近于1，此時樁樁承擔(dān)的荷荷載太少，使使復(fù)合地基基中的樁的的設(shè)置失去去意義，這這樣設(shè)計的的復(fù)合地基基承載力，不不會比天然然地基有較較大的提高高，而且建建筑物的變變形也大。綜合以上分析，結(jié)結(jié)合大量工工程實踐的的總結(jié)，即即考慮到技技術(shù)上可靠靠，經(jīng)濟上上合理，褥褥墊層厚度度取10～30cm為宜。2.10多樁樁型復(fù)合地地基由兩種或兩種以以上的樁組組成的復(fù)合合地基（如如由碎石樁樁和CFG樁組成）或或由長樁與與短樁構(gòu)成成的復(fù)合地地基均屬于于多樁型復(fù)復(fù)合地基。目目前多樁型型復(fù)合地基基的應(yīng)用漸漸趨增多，如如為在消除除地基液化化同時又要要大幅度提提高地基承承載力時，常常采用由碎碎石樁和CFG樁組成的的復(fù)合地基基；又如當(dāng)當(dāng)?shù)鼗羶?nèi)內(nèi)有兩個好好的樁端持持力層時，可可以采用長長短樁復(fù)合合地基等。如如果在復(fù)合合地基中引引入變剛度度調(diào)平設(shè)計計概念，則則其應(yīng)用將將會更多。可將復(fù)合地基中中荷載分擔(dān)擔(dān)比高的樁樁型定義為為主控樁（樁樁的模量相相對較高，樁樁相對較長長），其余余樁型為輔輔樁，并按按荷載分擔(dān)擔(dān)比由大到到小排序。工工程中常用用的是兩種種樁型組成成的復(fù)合地地基（或長長短樁復(fù)合合地基）。2.10.1多多樁型復(fù)合合地基承載載力確定多樁型復(fù)合合地基承載載力的基本本思路為：：（1）由天然地基和和主控樁復(fù)復(fù)合形成復(fù)復(fù)合地基，視視為一種新新的等效天天然地基，其其承載力特特征值為ffspk11。（2）將等效天然地地基和輔樁樁復(fù)合形成成復(fù)合地基基，求得復(fù)復(fù)合地基承承載力即兩兩種樁型復(fù)復(fù)合地基承承載力。.具體推導(dǎo)步驟為為：基礎(chǔ)下天然地基基土的承載載力特征值值為fak。主控控樁的斷面面面積為AAp1，平均均面積置換換率為m1，單樁承承載力特征征值為Ra1。則主主控樁和天天然地基形形成的復(fù)合合地基承載載力特征值值為（9）式中1—樁間土承載力提提高系數(shù)，與與土性和主主控樁成樁樁工藝以及及主控樁的的樁徑、樁樁距等有關(guān)關(guān)。對非擠擠土成樁工工藝，1＝1；1—樁間土承載力發(fā)發(fā)揮系數(shù)，一一般1≤1?；A(chǔ)下輔樁的斷斷面面積為為Ap2，平均均面積置換換率為m2，單樁承承載力特征征值為Ra2。輔樁樁與承載力力特征值為為fspk11的等效天天然地基復(fù)復(fù)合后的承承載力即為為多樁型復(fù)復(fù)合地基承承載力，即即（10）式中fspk—多樁型型復(fù)合地基基承載力特特征值；2—樁間土承載力提提高系數(shù)，與與土性和輔輔樁成樁工工藝以及輔輔樁的樁徑徑、樁距等等有關(guān)。對對非擠土成成樁工藝，2＝1；2—樁間土承載力發(fā)發(fā)揮系數(shù)，一一般2≤1。2.10.2多樁型復(fù)復(fù)合地基的的復(fù)合模量量確定多樁型復(fù)合合地基復(fù)合合模量的基基本思路（1）按單一樁型復(fù)復(fù)合地基復(fù)復(fù)合模量確確定方法求求得天然地地基和主控控樁所形成成復(fù)合地基基的復(fù)合模模量，并將將之視為一一等效天然然地基；（2）同樣按單一樁樁型復(fù)合地地基確定方方法，求得得等效天然然地基和輔輔樁形成的的復(fù)合地基基的復(fù)合模模量即為多多樁型復(fù)合合地基的復(fù)復(fù)合模量。具具體求法如如下：圖6多樁型復(fù)合地基基示意圖先確定主控樁和和天然地基基土形成的的復(fù)合模量量：圖6給出了兩種樁型型（或長短短樁）的復(fù)復(fù)合地基。主主控樁樁長長為L1，輔樁樁樁長為L2。L2范圍為加加固區(qū)Ⅰ，（L1－L2）范圍為為加固區(qū)Ⅱ。L1以下為非非加固區(qū)。計計算深度范范圍內(nèi)共分分五個土層層，各層天天然地基土土壓縮模量量分別為EEs1，Es2，Es3，Es4，Es5，如圖7(a)。圖7(a)天天然地基各各土層壓縮縮模量主控樁和天然地地基形成的的復(fù)合地基基如圖7（b）所示。圖7(b)主主控樁和天天然地基形形成的復(fù)合合地基主控樁和天然地地基形成復(fù)復(fù)合地基后后的面積置置換率為mm1，第①層土天然然地基承載載力特征值值為fak，主控控樁加固后后復(fù)合地基基承載力特特征值為ffspk1，模量量提高系數(shù)數(shù)ξ1=fspk1/fak，主控控樁樁長L1范圍內(nèi)各各層土的壓壓縮模量均均乘以ξ1，各層土土模量如圖圖7(c)所示，并并將之視為為一新的等等效天然地地基。圖7(c)等等效天然地地基各土層層模量樁長為L2的輔輔樁和圖7(c)所示的等等效天然地地基形成新新的復(fù)合地地基如圖7(d)所示。圖7(d)輔樁與等等效天然地地基形成的的復(fù)合地基基新的復(fù)合合地基面積積置換率為為m2(在計算m2時不考慮慮主控樁的的存在)，其復(fù)合合地基承載載力特征值值為fspk，則在樁樁長L2范圍內(nèi)的的模量提高高系數(shù)為22=fspk/fspk1。將L2范圍內(nèi)所所示各層土土的模量均均乘以2后，將得得到如圖7(e)所示的加加固后多樁樁型復(fù)合地地基內(nèi)各土土層的復(fù)合合模量。圖7(e)多樁型復(fù)復(fù)合地基內(nèi)內(nèi)各土層復(fù)復(fù)合模量注意到，令，則則加固區(qū)Ⅰ范圍內(nèi)模模量提高系系數(shù)。加固固區(qū)Ⅱ的模量提提高系數(shù)為為1，非加固固區(qū)模量不不變。對于兩種樁型以以上的復(fù)合合地基的復(fù)復(fù)合模量可可以按此類類推。2.11復(fù)合合地基設(shè)計計中認識上上的幾個誤誤區(qū)2.11.1褥墊層厚厚度越厚越越好由式（1）可以以看出，在在荷載作用用下，復(fù)合合地基達到到承載力時時，樁、樁樁間土同時時達到各自自的承載力力是最理想想的。此時時λ1＝λ2＝1。問題是是什么條件件下才能保保證樁、樁樁間土同時時達到各自自的承載力力，單樁承承載力發(fā)揮揮系數(shù)λ1、樁間土土承載力發(fā)發(fā)揮系數(shù)λλ2與哪些因因素有關(guān)？？試驗表明，足夠夠剛度基礎(chǔ)礎(chǔ)下的剛性性樁復(fù)合地地基，λ1、λ2與復(fù)合地地基設(shè)計參參數(shù)樁長、樁樁徑、樁距距、褥墊厚厚度、樁間間土性狀和和基礎(chǔ)剛度度有關(guān)。其其中，褥墊墊厚度與樁樁徑之比（簡簡稱厚徑比比）和基礎(chǔ)礎(chǔ)剛度最為為顯著。其其它條件不不變時，基基礎(chǔ)剛度越越小λ1越小，厚厚徑比越小小λ1越大。表2給出了CFG樁樁復(fù)合地基基在荷載達達到復(fù)合地地基承載力力時樁、土土承載力發(fā)發(fā)揮系數(shù)。表2當(dāng)荷載p==fspkk時在足夠夠剛度基礎(chǔ)礎(chǔ)下CFG樁復(fù)合地地基中的樁樁、土承載載力發(fā)揮系系數(shù)序號樁數(shù)×樁長置換率m褥墊厚cm樁徑cm厚徑比λ1λ21#9×3.2m0.06410150..6670.741.132#9×3.2m0.06410150..6670.821.123#1×1.6m0.06410150..6670.801.064#4×3.2m0.02810150..6670.691.155#1×1.6m0.06450153.3330.371.116#1×3.2m0.0645150.3331.540.617＃1×11m0.031204000.5000.871.15由表2可以看出：（1）厚徑比大于00.5時樁間土土承載力都都能充分發(fā)發(fā)揮（由于于樁對土的的側(cè)向約束束作用，負負摩擦區(qū)樁樁起阻止樁樁間土向下下的變形，樁樁間土承載載力發(fā)揮系系數(shù)大于1是正常的的）。（2））厚徑比越大大、樁承載載力發(fā)揮系系數(shù)越小，當(dāng)當(dāng)厚徑比等等于3.33時，樁承承載力發(fā)揮揮系數(shù)只有有0.37。（3）厚徑比小于00.3333時樁間土土不能充分分發(fā)揮，發(fā)發(fā)揮系數(shù)λλ2只有0.61，而樁承承載力發(fā)揮揮系數(shù)遠大大于1。顯然，褥墊厚度度對樁、土土承載力發(fā)發(fā)揮系數(shù)的的影響是非非常顯著的的。綜合考考慮，足夠夠剛度基礎(chǔ)礎(chǔ)下的復(fù)合合地基，合合理的褥墊墊厚度宜取?。?.455~0.55）d（d為樁徑）。2.11.2樁徑越大大越好對剛性樁而言，樁樁長一定時時，樁徑越越大樁側(cè)面面積越大，樁樁側(cè)阻力越越大，單樁樁承載力也也就越高。此此外，樁徑徑大、樁的的斷面面積積大，荷載載一定時，對對樁體的強強度要求不不高。樁徑徑小樁側(cè)面面積小、單單樁承載力力小，樁體體強度要求求高。顯然然單純考慮慮承載力的的大小，樁樁徑越大越越好。但工工程中應(yīng)考考慮以下幾幾個方面的的因素：（1）單方混合料提提供的承載載力的大小小通常樁徑越小，比比表面積越越大，單方方混合料提提供的承載載力也越高高。表3給出了相相同樁長、不不同樁徑、不不同樁數(shù)、混混合料總方方量相同條條件下單方方混合料提提供的承載載力。計算算時，樁的的側(cè)阻特征征值為30kPPa，樁的端端阻特征值值為500kPa。表3不同樁樁徑單方混混合料提供供的承載力力序號樁徑(m)樁長(m)樁數(shù)單樁方量(m33)總方量(m3))總承載力(KNN)單方混合料承載載力(KN/mm3)1210131.431.420410650211047.8531.439250125030.510161.9631.476930245040.410251.2631.4957703050由表3可以看出，樁徑徑越小、單單方混合料料提供的承承載力也越越高，說明明樁徑越小小、經(jīng)濟性性越好。（2）樁土共同工作作性狀剛性樁復(fù)合地基基中，樁對對樁間土具具有側(cè)向約約束作用，與與無樁條件件下的地基基相比，這這種作用使使得樁間土土側(cè)向變形形減少，樁樁間土的豎豎向變形也也就相應(yīng)減減小，即樁樁的存在，使使得樁間土土承載力會會有所提高高。樁對樁樁間土的約約束作用與與基礎(chǔ)下樁樁的數(shù)量有有關(guān)，樁數(shù)數(shù)越少樁對對樁間土的的約束作用用越小。比比如，基礎(chǔ)礎(chǔ)面積為550m2，如果選選用表3所示的設(shè)設(shè)計參數(shù)，樁樁徑越小、樁樁數(shù)越多，樁樁對樁間土土約束作用用越好，表表3中樁對樁樁間土的約約束作用從從序號1到序號4逐次增大大。剛性樁復(fù)合地基基中，由于于褥墊層的的設(shè)置，樁樁和樁間土土都能充分分發(fā)揮作用用，通常，樁樁頂應(yīng)力大大于樁間土土應(yīng)力，由由于樁的變變形模量遠遠大于樁間間土的模量量，距樁頂頂深度為z的樁長范范圍樁間土土的位移大大于樁的位位移，即存存在一個負負摩擦區(qū)（如如圖8所示）。負負摩擦區(qū)對對樁受力是是不利因素素，但對樁樁間土來說說是阻止土土向下變形形的力，是是有利因素素。由于復(fù)復(fù)合地基是是樁土共同同承擔(dān)荷載載，負摩擦擦區(qū)的綜合合效應(yīng)對復(fù)復(fù)合地基變變形是有利利的。顯然，基礎(chǔ)面積積一定時，樁樁徑越小、樁數(shù)越多，樁樁對樁間土土向上的作作用力越大。此外外，樁徑越越大，褥墊墊層厚度也越大。若若樁徑太小小，施工質(zhì)質(zhì)量不容易控制，或或樁體強度度要求偏高高。綜上所述，剛性性樁樁徑取取350mmm~6000mm為宜。圖8負摩擦區(qū)區(qū)示意圖某些情況，比如如框架～筒筒體結(jié)構(gòu)，核核心筒荷載載很大，用用600mmm樁徑當(dāng)當(dāng)樁身強度度不能滿足足荷載要求求時，樁徑徑可適當(dāng)加加大。2.11.3樁身強度度越高越好好復(fù)合地基中剛性性樁的承載載力與樁長長、樁徑、樁樁側(cè)樁端土土的性狀和和樁體強度度相關(guān)，通通常，樁體體不發(fā)生破破壞（樁體體強度滿足足要求）的的前提下，樁樁越長、樁樁徑越大、樁樁側(cè)樁端土土越好，樁樁的承載力力越高。當(dāng)當(dāng)樁長、樁樁徑一定、樁樁體不發(fā)生生破壞時，樁樁的承載力力只與樁側(cè)側(cè)樁端土的的性狀有關(guān)關(guān)，即樁的的側(cè)阻、端端阻越大，樁樁的承載力力越高。圖8是相同樁長、相相同樁徑不不同樁體強強度條件下下單樁復(fù)合合地基靜載載荷試驗P~S曲線。其其中1＃、2＃、3＃曲線分分別代表樁樁長1.995m、樁樁徑1500mm、樁樁體強度為為2.5MMPa、6MPPa、10MMPa在壓縮模模量為3MPPa的粉質(zhì)粘粘土中的試試驗結(jié)果，可可以看出，當(dāng)當(dāng)樁體強度度不小于某某個數(shù)值（對對上述試驗驗為2.5MMPa）時，增增加樁體強強度對提高高復(fù)合地基基承載力是是無意義的的。圖8不同樁體體強度相同同樁長單樁樁復(fù)合地基基P~S曲線比較較因此，樁體強度度設(shè)計主要要是保證建建筑物使用用荷載條件件下，樁體體不會發(fā)生生破壞。需需要指出的的是，樁體體強度設(shè)計計需考慮如如下幾個因因素：（a）和樁基不同，復(fù)復(fù)合地基承承載力可以以做深度修修正，基礎(chǔ)礎(chǔ)兩側(cè)的超超載越大（基基礎(chǔ)埋深越越大），深深度修正的的數(shù)量也越越大，樁承承受的豎向向荷載越大大，設(shè)計的的樁體強度度應(yīng)越高。（b）剛性樁復(fù)