褥垫层对CFG桩复合地基承载性能影响的探讨.doc

褥垫层对CFG桩复合地基承载性能的影响崔海霞摘要：对褥垫层的作用从原理上进行了阐述，分析了垫层模量及垫层厚度对复合地基承载性状的影响。关键词：复合地基 褥垫层 承载性能作者简介：崔海霞(1977-),女,河北廊坊人,廊坊师范学院建筑工程学院,助教。 (河北 廊坊 065000)CFG桩是由碎石、粉煤灰、石屑、水泥和水按照一定的配合比搅拌而成。CFG桩复合地基则是由CFG桩、桩间土和褥垫层三部分组成，三者相互协调、共同作用来承受外部荷载。褥垫层技术则是形成复合地基的一个不可或缺的重要条件。1 褥垫层的作用1.1 保证桩土共同承担荷载若复合地基不设置褥垫层，在上部荷载作用下，桩首先发挥作用。随着荷载的加大，桩产生向下的位移，桩间土开始逐渐分担荷载，但承担的份额较小。若桩体置于较好土层，桩承担的荷载将迅速增加，直至到达极限状态。桩端土进入塑性阶段，桩体继续下沉，新增荷载由桩间土承担。在整个承载过程中，桩间土的承载时间明显滞后于桩体。设置褥垫层后，在荷载的作用下，桩体向上刺入褥垫层中，桩身产生负摩阻力，荷载由桩体和桩间土一起承担。随着荷载的增加，刺入量逐渐完成，再继续施加荷载，桩体无法向上刺入，上部负摩阻力区逐渐减小，复合地基的工作状态与不设置褥垫层时一致。因此，褥垫层的设置使得桩间土提前进入工作状态，和桩体一起承担荷载。1.2 有效调整桩土应力比CFG桩的桩身模量远大于桩间土，通过垫层的作用，可以有效的减小桩土应力比。随着垫层厚度的增加，桩土应力比减小，最后趋近于1。通过调整垫层的厚度可以调节桩土应力比，以合理发挥桩、土的承载力。1.3 改善基础底板的受力状态CFG桩属于半刚性桩，若不设置褥垫层则桩对基础的应力集中明显，设计时需考虑桩对基础的冲切破坏，对基础进行抗冲切强度验算，基础的厚度和钢筋用量势必要增加。设置褥垫层后，桩对基础底板的应力集中明显减小，底板受力得到明显改善。1.4 调整桩与桩间土水平荷载分担量 无垫层时，水平荷载主要由桩来承担。垫层厚度增加到一定数值后，垫层底面处的剪应力趋于一个定值，桩承担的水平荷载比例基本与面积置换率相当，水平荷载主要由桩间土承担。 CFG桩桩体中不配置钢筋，抵抗水平荷载的能力较低，褥垫层的设置有利于保证桩体的安全。1.5 调整地基变形 褥垫技术最初应用在山区处理岩土混合地基，当同一建筑物的基槽中地基岩土软硬差别很大时，在可压缩性较低的部位铺设一定厚度的褥垫层与压缩性较高的部位地基变形相适应，以减小沉降差，从而调整岩土交界部位的相对变形，避免由于应力过度集中而使建筑物墙体开裂。 以往的工程实践及数值分析证明，不同厚度垫层可影响桩土荷载的分担。在CFG桩复合地基中，可以通过调整褥垫层的厚度来消除地基的不均匀性，调整复合地基的变形。文3中也简要介绍了通过调整褥垫层厚度解决变形的问题在工程中的成功的范例。2 垫层材料垫层采用何种材料和其受力机理有关。若垫层刚度过大，则可将其看成基础的一部分；若刚度过小，又可将其看成桩间土的一部分。不管哪种情况褥垫层都不能发挥其应有的效用。因此，应选择适当的材料，既保证在荷载作用下桩体能向上刺入褥垫层，又不使垫层产生过大的变形量，保证桩间土能充分发挥作用。目前，常用的垫层材料有碎石、级配砂石、粗砂、中砂。3 垫层模量对复合地基受力性能的影响垫层模量较小时，桩身任意深度处应力均小于模量较大者，降低垫层模量可缓解应力在桩身的集中程度，且深度越浅，影响越大。随着垫层模量的减小，桩顶的正应力迅速减小，当模量达到一定数值时这种效果逐渐减弱。同时，桩顶以下某深度处桩体的最大应力值也逐渐减小，且减小幅度低于桩顶应力。随着模量的减小，桩身最大应力点位置逐渐下移。在实际工程中，由于桩周土围护作用的增强，桩体的深层质量较浅层能够保证，桩身最大应力点位置的下移可减小复合地基发生浅层破坏的可能。若垫层模量过小，负摩阻区的长度也随之增大，将影响深处桩段摩阻力的发挥，在设计时应根据具体情况选值。3 垫层厚度3.1 垫层厚度的取值褥垫层厚度过小，桩体将对基础产生很显著的应力集中，设计中就必须考虑桩对基础的冲切作用，基础厚度将随之增大。如果基础承受水平荷载，可能造成复合地基中桩体发生断裂。而且褥垫层厚度过小，桩间土的承载力不能有效发挥，要达到设计要求的承载力则必定要增加桩长或桩数。文献1通过对复合地基进行数值分析说明，随着褥垫层厚度的增加，桩土应力比下降，在垫层厚度到达300mm之后，出现拐点，垫层厚度对桩土应力比的影响急剧减小。当垫层厚度超过500mm之后，垫层对桩土应力比的影响很小。因此，褥垫层厚度过大，设置桩体对于提高复合地基的承载力几乎没有意义，且过厚褥垫层产生的压缩量将加大基础的沉降量。大量的工程实践也证明，垫层设置在100mm300mm，从技术上和经济上看均较为适宜。3.2 垫层厚度对地基变形的影响 垫层厚度不同可以影响桩土荷载的分担，在CFG桩复合地基应用中，可以通过调整褥垫层厚度，消除由于地基不均匀性，使复合地基达到协调变形。4 结语 褥垫层技术是CFG桩复合地基的一项核心技术，不设置褥垫层，基础不能发挥桩间土的承载作用。采用不同厚度、不同模量的褥垫层可有效减少基础的沉降差和沉降量。参考文献：1 黄生根. CFG桩复合地基现场试验及有限元模拟分析J 岩土力学 2008.05 12751279.变厚度褥垫层在复合地基中的应用2 李宁，韩煊. 复合地基中褥垫作用机理研究. J岩土力学。2003.03 10153 李晓岑，姚文宏.褥垫层在CFG桩复合地基中机理的探讨J.地基基础.2002.08.6567.Influence of cushion for loading behavior of CFG composite foundationCui Hai-xiaAbstract: An introduction on the function of cushion for CFG pile composite foundation is given here. The influence of loading behavior on different cushion module and thickness is analyzed.Keywords: composite foundati