复合地基

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摘要天然地基采用各种地基处理方法,处理形成的人工地基大致可以分为两大类,即均质地基和复合地基。均质地基是指天然地基土体在地基处理过程中得到全面的土质改良,地基中土体的物理力学性质比较均匀。复合地基是指天然地基在处理过程中部分土体被增强或被置换,形成由地基土和增强体共同承担荷载的地基,...

复合地基

天然地基采用各种地基处理方法,处理形成的人工地基大致可以分为两大类,即均质地基和复合地基。均质地基是指天然地基土体在地基处理过程中得到全面的土质改良,地基中土体的物理力学性质比较均匀。复合地基是指天然地基在处理过程中部分土体被增强或被置换,形成由地基土和增强体共同承担荷载的地基,其地基土体性质不均匀。

复合地基特点

复合地基有以下两个基本特点。

(1)加固区由增强体和其周围地基土两部分组成,是非均值和各向异性的。

(2)增强体和其周围地基土体共同承担荷载并协调变形。

前一特点使它区别于均值地基(包括天然地基和人工均质地基),后一特点使它区别于桩基础。

复合地基分类

复合地基根据地基中增强体的方向可分为水平向增强体复合地基、竖向增强体复合地基、斜向增强体复合地基和双向增强体复合地基。

竖向增强体复合地基通常称为桩体复合地基或桩式复合地基。竖向增强体目前在工程中的应用有碎石桩、砂桩、水泥土桩、石灰桩、土桩、灰土桩、CFG桩、混凝土桩等。根据竖向增强体的不同,可分为:①散体材料桩复合地基,如砂桩复合地基、碎石桩复合地基、矿渣桩复合地基等;②柔性桩复合地基,如土桩复合地基、灰土桩复合地基、石灰桩复合地基、粉体搅拌石灰桩复合地基、水泥土桩复合地基;③刚性桩复合地基,如树根桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基。

复合地基承载力

复合地基承载力是由桩体的承载力和地基承载力两部分组成。复合地基在荷载作用下破坏时,一般情况下桩体和桩间土两者不可能同时达到极限状态。如何合理估计两者对复合地基承载力的贡献,是桩体复合地基承载力计算的关键。

桩体的复合地基承载力特征值应通过现场复合地基载荷试验确定,或采用桩体的载荷试验结果和周边土的承载力特征值根据经验确定。

复合地基加固机理

复合地基的主要加固机理包括以下几个方面。

1.置换作用

置换作用又称为桩体效应。复合地基中桩体的强度和模量比桩间土大,在荷载作用下,桩顶应力比桩间土表面应力大。桩可将承受的荷载向较深的土层中传递,并相应减少了桩间土承担的荷载。这样由于桩的作用使复合地基承载力提高、变形减小,工程中称为置换作用或桩体效应。

2.挤密、振密作用

对松散填土、松散粉细砂、粉土,采用非排土和振动成桩工艺,可使桩间土孔隙比减小、密实度增加,提高桩间土的强度和模量,如振动沉管挤密砂石桩、振冲碎石桩、振动沉管CFG桩、柱锤冲扩桩等,对上述类型的土具有挤密、振密效果。对处在地下水位以上的湿陷性黄土、素填土等地基采用灰土或土挤密桩法加固时,其成孔过程中对桩间土的横向挤密作用是非常显著的。此外,如石灰桩,即使采用了排土成桩工艺,由于生石灰吸水膨胀,也会使桩间土局部产生挤密作用。

3.垫层作用

桩与桩间土复合形成的复合地基,在加固深度范围内形成复合层,它可起到类似垫层的换土、均匀地基应力和增大应力扩散角等作用,在桩体没有贯穿整个软弱土层的地基中,垫层的作用尤其明显。

4.排水作用

复合地基中的碎石桩、砂桩是良好的排水通道;由生石灰和粉煤灰组成的石灰桩也具有良好的透水性,振动沉管CFG桩在桩体初凝以前也具有相当大的渗透性。可使振动产生的超孔隙水压力通过桩体得以迅速消散。桩体的排水作用有利于孔隙水压力消散、有效应力增长、使桩间土强度和复合地基承载力提高,并可减少地基沉降稳定的时间。

5.加筋作用

在复合地基的整体稳定分析中,地基具有加筋作用,使复合地基的抗剪强度比天然地基有较大提高。

复合地基破坏模式

复合地基的破坏形式可分为以下3种情况。

(1)桩间首先破坏进而发生复合地基全面破坏。

(2)桩体首先破坏进而复合地基全面破坏。

(3)桩体和桩间土同时发生破坏。

在实际工程中,(1)、(3)两种情况较少见,一般都是桩体先破坏,继而引起复合地基全面破坏。

复合地基破坏的模式可分成刺入破坏、鼓胀破坏、整体剪切破坏和滑动剪切破坏四种形式。

(1)刺入破坏模式。桩体刚度较大,地基土强度较低的情况下较易发生桩体刺入破坏。桩体发生刺入破坏后,不能继续承担荷载,进而引起桩间土发生破坏,导致复合地基全面破坏。刚性桩复合地基较容易发生这类破坏。

(2)鼓胀破坏模式。在荷载作用下,桩间土不能提供足够的围压来阻止桩体发生过大的侧向变形,从而产生桩体的鼓胀破坏。桩体发生鼓胀破坏引起复合地基全面破坏。散体材料桩复合地基较易发生这类破坏。在一定的条件下,柔性桩复合地基也可能产生这类形式的破坏。

(3)整体剪切破坏模式。在荷载作用下,复合地基产生图中所示的塑性区,在滑动面上桩体和土体均发生剪切破坏。散体材料桩复合地基较易发生这类形式的整体剪切破坏,柔性桩复合地基在一定条件下也可能发生这类破坏。

(4)滑动剪切破坏模式。在荷载作用下,复合地基沿某一滑动面产生滑动破坏。在滑动面上,桩体和桩间土均发生剪切破坏。各种复合地基都可能发生这类形式的破坏。

影响复合地基破坏模式的主要因素有:①不同的桩型,有不同的破坏模式;②同一桩型,当桩身强度不同时也会有不同的破坏模式,如水泥土搅拌桩;③同一桩型,当土层条件不同时,也会有不同的破坏模式,当浅层存在非常软的黏土时,碎石桩将在浅层发生剪切或鼓胀破坏,当较深层存在有局部非常软的黏土时,碎石桩将在较深层发生局部鼓胀,对较深层存在有较厚非常软的黏土情况,碎石桩将在较深层发生鼓胀破坏,同时碎石桩将发生刺入破坏。

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