对复合地基的认识.doc

对复合地基的认识当天然地基不能满足建(构)筑物对地基的要求时，就需对地基进行处理或采用桩基础。复合地基技术能够较好地利用增强体和天然地基两者共同承担建（构）筑物荷载的潜能，又由于我国地域广阔，软弱地基类别多，建设资金较短缺，它作为一项实用经济的技术在我国土木工程建设中得到广泛应用与迅速发展。目前在我国应用的复合地基类型主要有：由多种施工方法形成的各类石桩复合地基，水泥土桩复合地基，低强度桩复合地基，土桩、灰土桩复合地基，钢筋混凝土桩复合地基，薄壁筒桩复合地基，加筋土地基。复合地基的定义、分类复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强或被置换或在天然地基中设置加筋材料而形成的人工地基。加固区是由基体（天然地基土体）和增强体两部分组成。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载。根据地基中增强体的方向又可分为水平增强体复合地基和竖向增强体复合地基。竖向增强体习惯上称为桩，有时也称为柱。竖向增强体复合地基通常称为桩体复合地基。根据竖向增强体的性质，又可分为三类：散体材料桩、柔性桩和刚体桩。散体材料桩如碎石桩、砂桩等，只有依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体，桩体材料本身不能单独形成桩体。对应于散体材料桩，柔性桩和刚体桩也可称为粘结材料桩。柔性桩如水泥土桩、灰土桩等；刚体桩如钢筋混凝土桩、低强度混凝土桩等。水平向增强体复合地基主要指加筋土地基。加筋材料主要是土工织物和土工栅格等。复合地基有三个基本特点： （1）复合地基是由加强体和桩间土两部分复合而成，在复合体(加强体)下仍存在下卧层，从而与天然地基相区别；在进行复合地基设计时，应对其下卧层进行强度和变形的验算。 （2）在外部荷载作用下，复合体中的加强体和桩间土共同承担荷载；在复合地基设计时要充分利用桩间土的强度，发挥桩间土对荷载的分担作用，使复合地基的承载特性得到优化。 （3）在外部荷载作用下，加强体与桩间土的变形是协调一致的。复合地基的变形将比天然地基的小，从而达到地基处理的目的。2、复合地基组成：为了使复合地基能达到提高强度、均衡应力和协调变形的目的，复合地基由三部分组成： 增强体（桩体）+ 垫层 + 基体（桩间土)（1）以一定间距设置的竖向加强桩体；目的是对原地基进行改良，提高地基的整体强度。（2）竖向加强桩体之间的土体（桩间土）；是地基处理的对象，是加强体的载体，对加强体产生支撑和约束作用。（3）竖向加强桩体与桩间土顶部的具有一定厚度和强度的垫层；主要起均衡应力和协调变形的作用。垫层的作用：基础和复合地基加固区之间设置垫层不仅可以保证各类增强体与桩间土形成复合地基共同承担上部荷载，而且可以有效改善复合地基中浅层的受力状态，如减小桩图荷载分担比、提高桩间土的抗剪强度、提高增强体承受竖向能力等。是复合地基的重要组成部分。理论上，按“复合地基”概念设计复合地基时要设置垫层。但当桩端下部为软弱土层，且在该土层作用下桩体有足够的下刺，能协调桩体、土体变形，合理分配应力，则不一定要设置垫层。复合地基与地基处理当天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时，采用物理、化学、生物的方法，或综合应用对天然地基进行处理以形成满足建（构）筑物对地基的要求的人工地基，称为地基处理。常用的地基处理方法分类如下：置换，排水固结，灌入固化物，振密、挤密，加筋，冷、热处理。可以采用的各类地基处理方法形成的人工地基分为二类：一类是天然地基土体的物理力学性质得到普遍的改良，类似于均质地基；另一类是在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换，或在天然地基中加筋材料，形成复合地基。例如：采用振冲置换法、强夯置换法、深层搅拌法、振冲密实法、钢筋混凝土桩复合地基法等均可形成复合地基。通过地基处理形成复合地基在地基处理形成的人工地基中占有很大的比例，且呈上升的趋势。复合地基与浅基础和桩基础当天然地基能够满足建筑物对地基的要求时，通常采用浅基础；当天然地基不能满足地基的要求时，需要对天然地基进行处理形成人工地基以满足建筑物对地基的要求，而桩基础则是软弱地基最常用的一种人工地基形式。在浅基础中，上部结构荷载是通过承台直接传递给地基土体的。桩基础：端承桩桩基础中，上部结构荷载通过承台传递给桩体，再依靠桩的端承力直接传递给桩端持力层，不仅承台下地基土不传递荷载，桩侧土也基本上不传递荷载；摩擦桩桩基础中，上部结构荷载通过承台传递给桩体，再通过桩侧摩擦力和桩端端承力传递给地基土体，而以桩侧摩擦力为主。复合地基：上部结构荷载通过垫层再直接同时传递给桩体和承台下地基土体。对散体材料桩，由桩体承担的荷载通过桩体鼓胀传递给桩侧土体和通过桩体传递给深层土体；对粘性材料桩由桩体承担的荷载则通过桩侧摩擦阻力和桩端端承力传递给地基土。复合地基与浅基础和桩基础之间并不存在严格的界限，是连续分布的。复合地基与复合桩基复合桩基主要考虑对象是刚性桩体，荷载由承台传给桩体，若荷载超过桩体极限承载力，桩体下刺，从而将部分荷载传给土体。此处强调复合桩基是在桩体达到极限承载能力时土体方发挥承载作用。它是在充分发挥桩体承载能力，再对土体强度进行利用，因此可以在整体承载能力不受影响的前提下减少桩体的使用，以达到经济的目的。复合地基主要考虑对象是土体，其可能用到的桩有散体桩、柔性桩和刚性桩。土体和桩体在垫层的协调作用下同时承担荷载，桩体没有达到极限承载能力。土体受荷范围为桩体整个长度，及桩端下部。从而达到对软弱土层进行改良，增加地基承载力并减少沉降变形的目的。长短桩复合地基采用复合地基有时主要为了提高地基承载力，有时主要是为了减少沉降量，有时两者兼而有之，在确定使用复合地基前，应予以分析。当软弱土层较厚时，采用复合地基往往是为了控制沉降，在这种情况下采用复合地基具有较大的优点。若软弱土层很薄，而基岩又很浅，采用桩基础可能优于采用复合地基。另外，复合地基需要通过一定的沉降量来协调发挥桩土共同承担荷载，对沉降量控制要求很高的情况下不宜采用复合地基技术。对一具体工程是否采用复合地基技术应根据荷载大小、地基土层工程地质情况、建筑物对工后沉降量的要求等方面综合分析而定。随着对复合地基理论认识的提高以及实践经验的积累，学术界提出了不同桩型、桩长的多元组合型复合地基刚柔结合长短桩复合地基。 长桩：提高地基承载力，将荷载通过桩身向地基深处传递，减少压缩层变形，控制整体的沉降。桩体强度要求较高，多采用CFG桩、钢筋混凝土桩、预制桩等。短桩：主要对土体进行处理，减小浅层的应力集中，提高承载力，消除软弱土层引起的不均匀沉降，桩体采用散体桩和柔性桩如搅拌桩、碎石桩、石灰桩等。褥垫层：促使桩土协调变形，合理分配应力，保证桩土共同作用。复合地基的实质是桩、土共同作用。桩土应力分配的过程伴随着桩顶上刺或桩端下刺，因此需设置合适厚度和刚度的褥垫层保证桩、土能共同承担荷载。 长短桩的优点（以螺杆桩复合地基为例）：（1）、螺杆桩复合地基在地基中形成平面及空间合适的刚度梯度，从而获得了高强度的复合地基。 （2）、螺杆桩复合地基中形成了土的三维应力状态，使土的强度高于其自身承载力的基本值，从而使土的参与工作系数大于1，这是任何其它类型复合地基无法实现的。 （3）、螺杆桩复合地基中优化的竖向刚度，使之形成了三层地基，从而减小了复合地基的沉降。特别是它有效地解决了建筑物或构筑物的不均匀沉降问题。 （4）、螺杆桩复合地基的设计可以有效降低地震力对结构的影响，同时，即使在建筑物过大水平位移情况下，仍可以有效的传递垂直荷载，并由于加固后消除了可液化土层，从而可以广泛地应用于地震区。 （5）、螺杆桩复合地基可以采用国内具有的机械施工，因而具备了设备及工艺的广泛适应性。 （6）、螺杆桩复合地基适合需要人工方法提高 其承载力的土层。如：杂填土、大孔隙土、淤泥质土、膨胀土、湿陷性黄土、松散状粉砂土，各种陆相、海相沉积或其陆、海相沉积互层。 （7）、螺杆桩复合地基可以大幅度提高地基承载力、改善桩间土性能、减小沉降，因而可以广泛应用于高层建筑物以及机场、堆场、路基工程、桥梁基础、储油罐等工程的地基处理。 （8）、螺杆桩复合地基中螺杆桩可用常规的建材，因此有材料来源广泛、材料廉价的特点。 （9）、螺杆桩复合地基检测验收方法符合国家规范的要求。螺杆桩复合地基的优越性（1）、大幅度节省投资 与普通桩基和其它类型复合地基相比，可节约造价。 （2）、强度高 处理后的螺杆桩复合地基可用于高层与超高层建筑。 （3）、工期短、工艺简单 平均施工工期比普通钻孔桩桩基础缩短三分之一以上。 （4）、沉降小 据对已完工项目的沉降观测统计：沉降量在525，特别是它有效地解决了不均匀沉降问题。 （5）、应用范围 可应用于高层建筑、多层建筑、机场、大型储罐、堆场、路基、桥梁基础等多种建设工程。 （6）、适用多种土层 适用于需要采用桩基础或需要地基处理的土层。 （7）、良好的抗震性 螺杆桩复合地基中刚性加筋穿过液化层，并可有效的传递垂直荷载，通过垫层的弹性联接、桩、土的三维应力状态均大大提高了建筑物的抗震性。 （8）、地基承载力的可补性 当天然地基承载力较高，但仍不能满足上部建筑的需要时，则螺杆桩复合地基可以充分利用原天然地基承载力，以缺多少补多少的新概念，使地基强度大幅度提高。 （9）、上部结构的设计、施工条件可大大改善 螺杆桩复合地基可以完全满足上部