陜西土木建筑網首頁 > 學術研究 > 課題研究 > 對復合地基發(fā)展的進一步認識

摘要：針對當前復合地基在我國建筑事業(yè)中所發(fā)揮的重大作用及其多樣性，總結了現(xiàn)夸復合地基的類型廈相關特點．明確了復合地基的重要特點，對復合地基的認識廈進一步了解提供一些有益的參考。...

對復合地基發(fā)展的進一步認識

孫亞婷，曹新文

(西南交通大學土木學院道路與鐵道工程系，四川成都610031)

1.復合地基簡述

    1.1時復合地基的認識以及其概念

    復合地基技術在I9世紀30年代起源于歐洲，國內出現(xiàn)要晚一些。對復合地基定義的認識．目前較為廣泛接受的是，看其在工程狀態(tài)下能否保證樁與樁間土共同直接承擔荷載；定義側重于從荷載傳遞機理上來揭示復舍地基的本質．即在荷載作用下，增強體和地基土體共同承擔上部結構傳來的荷載。

    當天然地基不能滿足建(構)筑物對地基的要求時，需要進行地基處理，形成人工地基，以保證建(構)筑物的安全與正常使用。經過地基處理的人工地基大致可分為三類：勻質地基、多層地基和復合地基。復臺地基可定義為：天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強，或被置換，或在天然地基中設置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土體或被改良的天然地基土體)和增強體兩部分組成的人工地基。在荷載作用下，基體和增強體共同承擔荷載作用。

    1.2復合地基的常用形式及分類

    在工程實踐中復合地基多從4個方面來分類。

    (1)按增強體設置方向分類，分為豎向、水平向及斜向。其中豎向增強體可以采用同一長度，也可采用長短樁形式；長短樁可以采用同一材料，也可采用不同材料制樁(在深厚軟土地基中采用長短樁復合地基既可以有效提高地基承載力，又可有效減小沉降，且具有較好的經濟效益)。

    根據復合地基工作機理．豎向增強體復合地基(叉可稱作樁體復合地基)中包括散體材料樁復合地基(如碎石樁、砂樁等)廈粘結材料樁復合地基(包括柔性樁復合地基，如水泥土樁、灰土樁等，或者剛性樁復合地基，如鋼筋混凝土樁、低強度混凝土樁等)。嚴格講，樁體的剛度不僅與材料性質有關，還與樁的長徑比、土體剛度有關，應采用樁土相對剛度來描述。水平向增強體復臺地基主要指加筋土地基，加筋材料主要是土工織物和土工格柵等。

    (2)按增強體材料分類，分為：土工合成材料(如土工格柵、土工布等)，砂石樁，各糞土樁(如水泥土樁、土樁、灰土樁、渣土樁等)，各類低強度混凝土樁和鋼筋混凝土樁等。

    (3)按基礎剮度和墊層設置分類．分為剛性基礎(設墊層或不設墊層)、柔性基礎(設墊層或不設墊層)。

    (4)按增強體長度分類，分為等長度和不等長度(長短樁復合地基)。

    從以上的分類情況可以對目前應用的各種復合地基情況有個全面的了解。不難發(fā)現(xiàn)在工程中得到應用的復合地基形式具有多種類型．要建立可適用于各種類型復合地基承載力和沉降計算的統(tǒng)一公式是困難的，或者說是不可能的。

    1.3形成復合地基的基本條件

    如何設置增強體與天然地基土體，以保證在荷載作用下二者能夠通過變形協(xié)調共同發(fā)揮作用來承擔荷載作用，這是形成復合地基的基本條件。

    應特別注意的是，當增強體采用粘結材料樁，特別是采用剮性樁形成復合地基需要重視復臺地基的形成條件。假設復合地基增強體的模量為E，樁間土的模量為E。> E在承臺荷載作用下，開始時增強體和樁間土體中豎向應力大致上按兩者的模量比例分配，但隨著土體產生蠕變，土中應力不斷減小，而增強體中應力逐漸增大，荷載向增強體上轉移；若E。>E樁間土承擔的荷載比例極小。特別是若遇地下水位下降等因素，樁聞土體進一步壓縮，樁間土可能不再承擔荷載，在這種情況下增強體與樁問土體難以形成復合地基共同承擔上部荷載。在實際工程中若不能滿足形成復合地基的條件，而以復合地基進行設計是不安全的。因為在這種情況下高估了樁問土的承載能力，降低了復合地基的安爭度．可能造成工程事故。應引起設計人員充分的重視。

2.復臺地基概念的發(fā)展

    復合地基有水平向增強體型和豎直向增強體型這阿種型式。這兩種型式的復合地基各有其長處和短處但由于實際工程地質條件的復雜多變性，加上控制地基沉降，保持地基穩(wěn)定、加快工期、節(jié)約投資等其他技術經濟因素的制約，只采用其中一種型式往往仍然不能滿足要球。有理論研究和試驗研究表明．在基礎和復合地基加固區(qū)之間設置耨摯層不僅可以保證各類增強體與樁間土形成復合地基共同承擔上部荷載，而且還可以有效改善復臺地基中淺層的受力狀態(tài)。如減小樁土荷載分擔比．提高樁同土的抗剪強度、提高增強體承受豎向荷裁的能力等、在這種情況下．可考慮采用“水平向增強體型+豎直向增強體型”的聯(lián)合復臺地基型式，博采兩種單一型式之長，從而取得最佳的技術經濟效果。相關研究人員將這種聯(lián)合復合地基型式稱為“樁一網復合地基”。

    2.1單一類型復合她基的不足

    單一的水平向增強體(土工合成材料、金屬材料格柵等)復臺地基雖有加筋、過濾、排水，隔離、防滲、防護等好的功能．但也有不足之處。首先．它不方便在較深的土層下施工、難以用于基坑，特別是深基坑支護；其次，它不能充分調動下部土的承載潛力；第三，它應用于軟土地基處理時．所需沉降變形時聞往往較長，不利于加快工程進度。

    單一的豎向增強體(通常戚為樁體)復臺地基恰能彌補單一的水平向增強體復合地基的不足。它方便在較深的土層下施工方便用于深基坑處理；能充分調動下部及樁間土的承裁潛力；應用于軟土地基處理時，所需沉降變形時間較短。但它沒有加筋、過濾防滲功能，在高邊坡情況下往往要設專用抗措斜樁，難以施工；有時因特殊情況需要，仍嫌其沉降變形達到穩(wěn)定的時間。

    2.2柱一網復合地基國外、國內概況

    (1)國外實例．1975年日本在北海遭石符河的堤岸改造工程中，因時季防汛需趕工期。又考慮軟土地基等其他拄術條件的影響，經反復研究決定采用“樁一網工法”．其樁為混凝土樁和經防腐處理的術樁，網材為土工織物或經防腐處理的鋼筋。這是世界上首次提出并用此法。因得到了較好的效果．隨后日本迅速將該法推廣應用于鐵路、公路、建筑等領域。

    20世紀80年代，英國擴建倫敦第三大國際機場—— sIa|lst機場怍為擴建的關鍵工程之一，要修建一條連接既有kndon—cONMBmn干線的新鐵路。鐵路路基所經之處有一片地下水位很高、承載力很低的深厚軟黏土，為使新路基與既有干線路基間的沉降差保持最小，業(yè)考慮到工期及其他一些地質條件的影響．經多方案試驗比較．最終決定采用‘帶帽鋼筋混凝土預制樁+土工織物”的路堤填筑技術．井且取得了非常好的技術經濟效果。

    (2)國內實例，l99。年由浙江大學土木工程系和南京盤陵石油化上公司煉油廠合怍采用橫日土工布砂墊埕+豎間砂井：方式處理一座2 x10一ill 容積的油罐軾基，獲得了預期效果．滿足了設計要求l998年江蘇省泰州市工程技術人員首次利用“士工編織布加筋墊層土水泥粉噴攪拌樁”的復合地基方案，修復處理詼市引江河嘶馬碼頭下的軟土地基。成功地解決了原設計中單一的水泥粉噴攪拌樁復臺地基方案處理后所出現(xiàn)的樁體被剪斷偏斜、移位．碼頭基塘邊城滑動和樁問土韶砂冒泡等多種問題提高了地基承載力．耐少了沉降，增加了碼頭穩(wěn)定性降低了工程造價，修復處理力案的技術經濟效益明顯．2001年鐵道部科學研究院深圳分院的研究設計人員在設計深圳市寶安區(qū)固成開發(fā)區(qū)市政道路工程的軟基處理方案時，考慮擬建道路場地下有較深厚的淤泥層(平均厚5 3 m，最厚達9 6 m)．為減少道路建成后的沉降和差異沉降．并考慮到為后續(xù)工程提供可資借鑒的經驗采用丁水泥深層攪拌樁法、沉管砂樁排水固結超載預壓法插塑板排水固結真空預壓法等三種處理方案，且進行了大量相關試驗；在兩種不同處理路段的交接處．為減少道路建成后的差異沉降．鋪l5 m長的土工格柵(ge咿d)．從而使土工格柵與其下方的水泥深層攪拌樁形成了這里所說的“樁一網復合地基”處理法。

    2.3樁一網：復合地基的定義

    樁一網復合地基(pile㈣opOSITEkfounckafion)，是菲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”的加強從耐形成樁土復合地基加固區(qū)．井在該區(qū)上部鋪設水平向增強體“網”從而形成加筋土復合地基加固區(qū)，使目一鏈一士協(xié)同作用、共同承捐荷載的人工地基。

    2.4樁一網復合地基的組成

    樁一網復合地基(見圖I)這一體系由5粹分組成(r部(路堤)填土；(2)上都網(一層或幾層．鋪設于樁頭之 L)；(3)中間砂石褥墊層及可能存在于褥墊層中舳網；(4下部一般為非剛性樁(如散體材料樁或柔性樁、木樁．當然也可能會是剮性樁)及樁間土(一般為天然軟黏土)：(5)下d樁土復合地基加固區(qū)下的天然軟土層或持辦層。其中的9 0部分是樁和網。

    在樁一網復合地基中．“網”的主要功能是加筋作用，t主要處于受拉狀態(tài)。能抗拉力的網材與地基士組成復合土體，共同承載。

3.復合地基認識中存在的一些問題

    3.1復合地基與雙層地基

    有的學者將復合地基視為雙層地基，將雙層地基有關計算方法應用到復臺地基計算中。其實，復臺地基與雙層地基在荷載作用下的性狀有較大區(qū)別，在復古地基計算中直接應用雙層地基計算方法是不妥當?shù)模�有時是不安全的。

    荷載作用下的勻質地基中的附加應力可用布西涅斯克解求解．雙層地基可采用當層法求解。對于復臺地基，采用當層法計算復合地基中的附加應力可能帶來很大誤差．計算結果是偏不安全的。下面簡述原因。

    曾有學者采用有限元法分析比較了復合地基和雙層地基中壓力擴散情況分析中，將作用在復合地基加固區(qū)與下臥層界面和雙層地基兩層土界面上的荷載作用面對應范圍的慳向應力取平均值，并依此平均值計算壓力擴散角。根據附加應力與模量比關系曲線．最終得出以下三個結論。

    (1)當模量比一定時，雙層地基的擴散角隨地基高寬比 H／b的增大而增大；復合地基的擴散角隨著高寬比H／b的增人而先增大后減小。H／b相同．雙層地基擴散角遠大于復臺地基的擴散角．且隨著HIb增大這種差距也增大。

    (2)高寬比H／b一定時．隨著模量比(E／B)增大，復合地基中加固區(qū)與下臥層界面處附加應力平均值略有增大，而碾層地基中附加應力平均值隨著模量比的增大而迅速減小。   

    (3)高寬比H／b一定．復合地基的擴散角隨橫量比的增  大稍有減小，而雙層地基中壓力擴散角隨模量比的增大而迅  譴增大。

    (注：復合地基加固區(qū)復臺模量為E。，其他區(qū)域土體模  量為8；雙層地基上層土體模量為E0下層土體橫量為E1)。    根據前面的分析，在荷載作用下雙層地基與復合地基中  附加應力場分布及變化規(guī)律有著較大的差別，將復合地基認作雙層地基，會低估了深層土層中的附加應力值．如應用于工程計算是偏不安全的。

    3.2復合地基與淺基礎和樁基礎

    當天然地基能夠滿足建(構)筑物對地基的要求時，通常采用淺基礎；當天然地幕不滿足建(構)筑物對地基的要求時需要對天然地基進行處理形成人工地基以滿足建(掏)筑物對地基的要求。樁基礎是軟弱地基最常用的一種人工地基形式=樁基技術也是一種地基處理技術，而且是一種最常見的地基處理技術。采用的她基處理方法不同，天然地基經過地基處理后形成的^工地基性態(tài)也不同。

    根據上述分析．將工程建設中常用的三種地基基礎形式(包括淺基礎、復合地基和樁基礎)的荷載傳遞特點總結如表1。端承樁和摩擦樁均屬于樁基礎(經典樁基礎理論不考慮基礎板下地基土直接對荷載的傳遞作用，雖然客觀上摩擦樁樁間土是直接參與共同承擔荷載的．但在計算中是不予考慮的)。

    淺基礎、復合地基和樁基礎之間并不存在嚴格的界限，是連續(xù)分布的。復臺地基置換率等于零時就是淺基礎；復合地基樁土應力比等于1時也就是淺基礎。復臺地基中不考慮樁間上的承載力．其承載力計算則與樁基礎相同。摩擦樁基中考j￡樁間土直接承擔荷載的作用，也可屬于復合地基．或者說考慮樁土共同作用就要歸屬于復合地基。

    復合地基中樁體與樁間土贏接同時承擔荷載是復臺地基的基本特征．也是復合地基的本質。強調從荷載傳遞路線來斷是否屬于復合地基。

4.結論

    復合地基技術正在發(fā)展，不少新的復合地基形式得到應用．如要應對復雜多變的實際工程，應該對復合地基有一個較明確的認識。

    (1)對復合地基的認識首先要明確復臺地基的本質，即在荷載作用下，增強體和地基士體共同承擔上部結構傳來的荷載。

    (2)當今復合地基的發(fā)展已側重于綜合應用，結合宴際采用臺理的復合地基方式．樁網復臺地基應運而生，已經發(fā)揮很大的作用。

    (3)明確復臺地基與雙層地基的附加應力場分布及變化規(guī)律有著較大的差別，將復合地基認作雙層地基，會低估了深層土層中的附加應力值，如應用于工程計算是偏不安全的；淺基礎、復合地基和樁基礎之間并不存在嚴格的界限．強調從荷載傳遞路線來判斷是否屬于復合地基。

參考文獻

1.葉書麟，韓杰地基處理與托按技術[M]北京：中國建筑I業(yè)出版社1994 72—1281515—540

2.恭曉南復合地基設計和施[指南M]北京人民交通出版社

3.《地基處理手冊》編寫委員會地基處理手冊 M]北京中國 建筑工業(yè)出版社，2000 1—32

4.強小俊，樁一網復合地基的性狀分析研究[D]南昌大學 校：006

5.楊宇，陳昌富，陳硯樣雙向復旮地《研究現(xiàn)狀展望[J]南華大學學報．2003．I7(4)

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

上一篇： 紅層泥巖改良土填料物理力學特性的試驗研究

下一篇： 彈性半空間中場地反應解析研究進展