复合地基加固法

复合地基加固法第一节复合地基基本理论一、复合地基的定义和分类（一）定义复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到加强或被置换，或在天然地基中设置加筋材料。加固区是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载。根据地基中增强体方向又可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基（桩体复合地基）。复合地基通常由桩（增强体）、桩问土（基体）和褥垫层组成（如图5-1所示）。（二）桩体复合地基分类桩体复合地基可以根据其增强体的不同特性进行分类如下：1、按增强体材料：分为散体材料（砂石、矿渣、渣土等）、石灰、灰土、水泥土、混凝土及土工合成材料等。2、按增强体黏结性：分为无黏结性（散体材料）和黏结性两大类，其中黏结性的又可根据黏结性的大小分为：低黏结强度（石灰、灰土等）、中等黏结强度（水泥土）、高黏结强度（混凝土、CFG桩等）。3、按增强体相对刚度：分为柔性（如石灰、灰土）、半刚性（水泥土）、刚性（混凝土、CFG桩等）。4、按增强体方向：分为竖向、斜向和水平向（如加筋土复合地基）三种。5、按增强体形式：分为单一型（桩身材料、断面尺寸、长度相同）（如图5-1a所示）、复合型（如混凝土芯水泥土组合桩复合地基）（如图5-2a所示）、多桩型（如碎石——CFG桩复合地基等）（如图5—2b所示）、长短桩结合型（如图5-2c所示）。上述分类疗法汇总见表5-l。对于增强体刚度及黏结性大小的划分，目前工程上尚无统一的定量标准，上述定性划分原则仅供参考。如水泥土桩，桩身刚度及黏结性会因桩身水泥土强度不同而有较大变化，当水泥掺入量较低时，可能属于低黏结强度的柔性桩，而对于高强度的水泥土，力学特性又会接近于低标号混凝土，亦有文献将散体材料桩并入柔性桩进行分析，或将灰土桩、生石灰桩等低黏结强度桩视为散体材料桩。按照复合地基增强体工程特性进行的分类表5-1黏结性刚度材料类型分类名称桩体材料无黏结性散体材料类碎石桩振冲碎石桩碎石干振碎石桩沉管碎石桩强夯置换碎石桩袋装碎石桩砂桩中、粗砂矿渣桩钢渣柱锤冲扩桩碎砖三合土、渣土、矿渣、砂石等土桩黏性土黏结性低黏结性柔性石灰、灰土类灰土桩（灰土井柱）消石灰土（2：8或3：7）双灰桩粉煤灰、消石灰、土生石灰粉喷桩生石灰粉、原土石灰浆搅拌桩石庆浆、原土石灰桩生石灰、掺和料（粉煤灰、矿渣等）中等黏结性半刚性水泥土类水泥土搅拌桩干法（粉喷桩）水泥粉、原土湿法（深层搅拌桩）水泥浆、原土混凝土芯水泥土组合桩水泥土，预制或现浇钢筋混凝土芯夯实水泥土桩干硬水泥土旋喷桩（高压喷射注浆）水泥浆、原土干振复合桩粉煤灰、石灰、磷石行加少量水泥及粗、细骨料续表黏结性刚度材料类型分类名称桩体材料黏结性高黏结性刚性混凝土类水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）水泥、粉煤灰、碎石、石屑（砂）素混凝土桩水泥、砂、碎石二灰（石灰、粉煤灰）混凝土桩石灰、粉煤灰、水泥、砂柱锤冲扩水泥砂石桩干硬性水泥砂石料钢筋混凝土桩预制钢筋混凝土桩、预应力管桩碎石压力灌浆桩水泥、砂、石现浇混凝土大直径管桩现浇混凝土管桩，桩径d=1000～1250mm树根桩细石混凝土、水泥砂浆、桩径d=150～300mm注浆钢管桩钢管、水泥浆注：桩的刚柔是相对的，不能只由桩体模量确定。桩的刚柔主要与桩土模量比和桩的长细比有关，可按桩土相对刚度来进行分类。桩土相对刚度可按下式计算：pspErKGl式中Ep——桩体压缩模量（MPa）；Gs——桩间土剪切模量（MPa）；lp——桩长（m）；r——桩体半径（m）。有人建议当K大1时可视为刚性桩，小于1时可视为柔性桩。在工程上刚性桩和柔性桩没有严格的界限。（三）褥垫层桩和桩间土出调变形，桩间土始终处于受力状态，桩和桩间土共同承担荷载是形成复合地基的必要条件。散体材料桩由于受荷后产生鼓胀变形，可保证桩和桩间土共同受力；对于刚性桩及半刚性桩，应设置褥垫层，以保证桩、土共同作用。1．刚性基础下复合地基褥垫层的作用（1）具有应力扩散作用，减少基础底面的应力集中。（2）调整桩、土垂直荷载和水平荷载的分担，如CFG桩，褥垫层越厚，桩所承担的垂直和水平荷载占总荷载的百分比越小。（3）排水固结作用：砂石垫层具有较好的透水性，可以起到水平排水的作用，有利于施工后土层加快固结，土的抗剪强度增长。（4）保证桩间土受力：对于刚性桩和半刚性桩，桩体变形模量远大于土的变形模量，设置褥垫层可以通过流动补偿和桩的上刺入来调整基底压力分布，使荷载通过垫层传到桩和桩间土上，保证桩间土承载力的发挥．并可改善桩体上端受力状态。（5）整平增密：对于散体材料桩，桩顶往往密实度较差，设置褥垫层可整平增密、改善桩顶受力状况及施工条件。2．设置要求为了充分发挥褥垫层的上述作用，工程巾要保证合理的褥垫层厚度，厚度太小，桩间土承载力不能充分发挥，桩对基础将产生显著的应力集中，导致基础加厚，造成经济上的浪费；厚度太大，会导致桩土应力比减小，桩承担荷载减小，增强体的作用不明显，复合曲基承载力提高不明显，建筑物变形也大，所以要确定合理的、最佳的褥垫层厚度，根据工程经验，常用褥垫层厚度为200～300mm，垫层材料以砂石料为主，应夯压密实。其夯填度（夯实厚度与虚铺厚度比值）不应大于0.90。柔性基础（如路堤）复合地基，应设置刚度大的垫层，如土工格栅加筋垫层。为防止褥垫层侧向挤出，基础底面两侧褥垫尺寸应适当加宽，每边超出基础外边缘的宽度宜为200～300mm。当混凝土基础下复合地基桩土相对刚度较小，或桩体强度足够时，也可不没褥垫层，如石灰桩复合地基。二、复合地基加固机理和破坏模式（一）加固机理（效用）复合地基中桩间土的性状不同，桩体材料不同，成桩工艺不同，复合地基的加固机理也不相同，了解复合地基的加固机理，对认识复合地基，选择合理的处理方法和施工工艺都是很重要的。综合各种桩型的复合地基的加固机理，主要有以下8个方面：1．置换作用（桩体效应）复合地基中桩体的强度和模量比桩问土大，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巾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，工程中称之为置换作用或桩体效应。工程实践表明，复合地基置换作用的大小，主要取决于桩体材料的组成。散体桩置换作用最小．高黏结强度桩置换作用最大。散体桩，增加桩的长度，对复合地基置换作用影响不大；黏结强度桩，特别是高黏结强度桩，加大桩长可使复合地基置换作用明显提高。2．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。3．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，对上述类型的士具有挤密、振密效果。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，电会使桩间土局部产生挤密作用。桩间土挤密、振密是使复合地基承载力提高的一个组成部分。需要指出的是，对饱和软黏土、坚硬的黏性土；密实砂土、粉土等密实坚硬土层，振动成桩工艺不仅不能使桩间土挤密、振密，反而使土体结构强度丧失，孔隙比增大、密实度减小、承载力降低。4．排水作用复合地基中的桩体，很多具有良好的透水性。例如碎石桩、砂桩是良好的排水通道；由生石灰和粉煤灰组成的石灰桩，电具有良好的透水性，其渗透系数相当于粉细砂的量级；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．减载作用对排土成桩工艺，用轻质材料取代原土成桩，在加固土层范围内，复合土层的有效重度将比原土有明显的降低，这就是复合地基的减载作用。例如，石灰桩复合地基，生石灰干密度为0.8g/cm3左右、粉煤灰于密度为06～0.8g/cm3，饱和重度一般为14kN/m3左右，比天然土体重度小30％左右。当置换率为25％时，lm厚的复合土体自重压力将减少1.5kPa。若桩长按5m计，桩端部自重压力将减小7.5kPa。显然这种减载作用对减小建筑物的沉降是有益的。6．桩对土的约束作用在群桩复合地基中，桩对桩问土具有阻止土体侧向变形的作用。相同荷载水平条件下，无侧向约束时土的侧向变形大，从而使垂直变形加大；由于桩对土体侧向变形的限制，减少了侧向变形，也就减小了垂直变形，使复合地基抵抗垂直变形的能力有所加强。7．物理化学反应石灰桩，水泥：土桩和灰土桩中的石灰、水泥等具有吸水、发热、膨胀作用，除对桩间土产生挤密效果外，还可以减小桩问土的含水量，渗入土孔隙中的水泥、石灰还与土发生化学反应，从而改善桩间土性状．提高桩问土的强度。8．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。深基坑边坡滑塌的修复技术深基坑边坡滑塌时有发生，在所难免。在很多情况下，可能由于红线限；限坡上道路和管线限制；地下室外墙位置限制或景观要求等原因，滑塌边坡必须进行原位修复。面对松散的滑体，如何安全、经济、方便地进行修复，我们处理完成的某基坑（深约13m）和某边坡工程（高约4m），其做法大致如下：1、称定坡脚，必要时可反压。2、对滑塌体顶部原边坡进行稳固，防止滑塌范围扩大。具体做法：先素喷一层混凝土；然后施作钢花管土钉；待下部滑体加固完成后用砂袋填充与落空穴，并注浆填充，使原坡与滑体形成一体。3、对滑体分层进行处理。具体做法：根据加固设计施作钢花管土钉；在土钉间布置注浆短管（穿过滑面1.0m），对松散土体注浆加固；按设计坡度挖土修坡；施作喷网面层。4、按设计分层施作预应力锚杆、腰梁或格构。5、坡底松散体处理。滑体处理至坑底后，根据需要，采用注浆，微型桩等措施对坡底进行处理。