论碎石垫层在振冲碎石桩复合地基中的必要性

1、论碎石垫层在振冲碎石桩复合地基中的必要性 The discussion about the necessity of broken stone cushion for the composite ground with vibro replacement stone column蓝 冰(广东有色地质勘查局932队 韶关 512026)文 摘 本文通过对复合地基受力性状的分析，结合实际施工经验和处理检测结果，全面论述了碎石垫层在复合地基中的必要性。关键词 碎石垫层 振冲碎石桩 复合地基 必要性作者简介 蓝 冰，男，1971年生，桂林冶金地质学院地质系毕业,广东有色地勘局 932队工程部经理,主要

2、从事软土地基处理施工、设计与研究工作。Lan BingAbstract In this paper through the analysis about the mechanical behaviors of composite ground and combining the experience of practical construction work and the inspecting results of ground treatment the necessity of broken stone cushion for composite ground with vibro r

3、eplacement stone column is dissertated overall .Key words broken stone bedding course；gravel pile by wet methods ；composite ground；necessity 1 前 言 振冲碎石桩复合地基作为处理地基的一项技术,以其机具简便、操作简单、质量易控制、既经济又有效而广泛应用于软土地区。振冲碎石桩为散体材料桩，是依靠碎石置换软土，并形成高強度（相对软土）的桩柱体来提承载力和减小沉降的。本文拟从许多规范设计碎石桩和工程实例的遗漏或不足，通过对复合地基受力性状的分析，结合实际工程经

4、验和检测结果对比，提出碎石垫层在振冲碎石桩复合地基中是必不可少的。碎石桩复合地基受力性状分析 复合地基提高承载力减少变形的作用是依靠桩土协调作用来实现的。复合地基按增强体材料分类可分为：A、散体材料桩复合地基；B、柔性桩复合地基（又称弱胶结材料桩复合地基）。本文只针对散体材料桩进行分析与研究。碎石桩是依靠桩间土的侧限阻力而成桩的，它既不传递摩擦力也不依靠端承力来承受荷载。散体材料桩承受的竖向荷载有一部分转化为桩间土承受的水平荷载，使桩间土的受力状态从原来单纯的垂直向受力状态改变为以水平向受力为主的空间应力状态，这是散体材料桩复合地基的一个重要特性。桩间土抵抗这种水平荷载的阻力随深度的增大而增大

5、，这可从Hughes和Withers的试验（见图1）得证，即桩间土抵抗桩体的側向位移的阻力随深度增大而增大，图中说明，深度为两个桩径范围内的侧向位移比较大，深度超过（23）D时，侧向位移可忽略不计。 图1 桩侧径向位移与深度的关系碎石桩复合地基承载能力决定于两个因数四个方面，一个因素是碎石桩柱体，包括桩体自身的承载能力和在荷载作用下及桩间土产生的围压对桩体承载能力提高产生的影响两个方面；任一个因素是桩间土，包括桩间土对桩体的侧限能力和桩间土強度通过桩体得以改善的程度两个方面。碎石桩复合地基变形的组成包括桩体的自身沉降和桩间土的变形兩部分。桩体的自身沉降是以桩柱体在荷载作用下的压胀变形为主，对于

6、桩间土的变形则是以压缩变形为主。复合地基置换率多为0.，可近似认为桩、土变形均是由于压缩变形引起的，因此，在荷载作用下，碎石桩复合地基变形可近似认为由桩顶的变形和桩间土表面的变形构成（如图2） 图2 碎石桩复合地基P-S曲线示意图碎石垫层在复合地基中的作用由广义虎克定律得知： （1）桩体变形模量Ep是桩体受到的综合应力（ + ）与竖向应变ZZ 的比值，其中 （ + ）表示桩周土的侧限阻力。说明复合地基工作的前提是桩土协调一致！如何使桩、土协调工作，应力分配合理也就成为复合地基研究的一个课题，比较简便有效的方法就是合理铺设垫层。31垫层作用众所周知，在荷载作用下垫层可以通过碎石的流动补偿性调整桩

7、、土应力分配和复合地基变形，使基础垫层复合地基共同作用。3.1.1碎石垫层的拱效应:在受荷初期，应力开始向桩顶集中，桩顶集中，桩顶沉降大于桩间土沉降，说明碎石垫层中卸载拱已经形成，拱脚位于桩顶，荷载经卸载拱传向桩顶，而位于卸载拱下面的桩间土所受应力则大大减少。3.1.2调整桩、土应力比:由于桩顶和桩间土的沉降不同，调动碎石垫层的流动补偿性，逐步调整桩、土应力比，不使应力过分集中在桩间土而造成复合地基上部整体剪切破坏或应力过分集中在桩体而造成鼓胀和刺入破坏。经过一段时间的调整，桩、土应力趋于合理分配状态，此时，复合地基即处于平稳状态。3.1.3保护表土和改善接触条件作用:铺设碎石垫层能避免施工机

8、械对施工后的复合地基表土的扰动，在软土地基中还可以改善表层排水条件，使表土强度有所提高；同时，能改善基础与复合地基的接触条件，防止地基反力不均而造成“脱空”或基础倾斜。32碎石垫层厚度与复合地基工作性状关系建筑地基处理技术规范（JGJ7991）规定在振冲碎石桩桩顶应铺设一层2050cm厚的碎石垫层,而其他有关规范却未有此项要求。据有关复合地基的研究与模型实验得知，随垫层厚度的增加，桩顶应力减小，土顶应力则增加，并随上部荷载的增加，此现象更为明显，这样可使桩土应力比最大值下移，而桩周土的围限力则随深度而增加，避免了剪切破坏和鼓胀破坏。但是，在某一垫层厚度下桩顶应力减小和土顶应力增加皆趋于平缓，说

9、明复合地基有效发挥桩、土承载性能存在一合理的垫层厚度，一般认为合理的垫层厚度为3050cm。再增加厚度在技术上已无意义，且经济上不合理。33 工程实例结果331 广州广园东路A9标段碎石桩工程:场地为软土为淤泥及淤泥质粉细砂，设计碎石垫层厚度为40cm。经碎石桩复合地基处理后复合地基较快稳定，表面坚实，碾压未有反弹现象。单桩复合地基载荷试验对比得知,有垫层的单桩复合地基载荷试验沉降较小,当取s/d=0.02时对应的荷载也较高，且每加一级荷载沉降皆能很快地稳定下来。检测表明，无垫层下的实验结果是复合地基承载力基本值绝大多数为100110kPa,而有垫层下的试验结果却是基本值全部为大于120kPa

10、。数据表明有垫层的复合地基性状比无垫层下的复合地基性状有明显的改善。332广州华南路1标段碎石桩工程:场地软土为淤泥及淤泥质土、粉质粘土，设计无碎石垫层，期工程经笔者建议，铺设有一定厚度垫层，检测基本在垫层上进行。期施工时有铺设垫层，但施工完后又立即被铲平，检测在天然地面标高处检测，压板下无垫层，其检测结果明显差于期有垫层下的试验结果。施工后直接填筑路堤，填土碾压过程中出现反弹和蠕动现象，四个月后仍无法消除。分析认为是无碎石垫层作为过渡层造成表土扰动及表水无法外排的原因，后经作表面疏水措施后才消除。附华南路标第、期试验结果汇总表，见表1、表2。 表1 期试验结果汇总表试验序号试验点号承载力设计

11、值Pa(kPa)极限承载力QU(kPa)大沉降(mm)残余沉降量(mm)Pa对应沉降量(mm)111.407.503.08211.037.243.0838.755.122.34412.628.102.74511.947.892.76613.388.782.59724.9317.678.09 表2 期试验结果汇总表试验编号工程桩号桩长(m)桩径(mm)承载力设计值Pa(kPa)极限承载力Qu(kPa)最大沉降量(mm)残余沉降量(mm)Pa对应沉降量(mm)7.0600120.7.0600120.7.0600120.333广园东路、华南路处理效果对比:广园东路A9标段碎石桩处理工程设计碎石垫40

12、cm，施工完后30日，沉降基本趋于稳定，碾压过程未出现反弹和蠕动等不良现象，据沉降和位移观测，复合地基性能完全符合路堤填筑要求。 而华南路标第期工程，复合地基基本能稳定，第期本已铺设垫层，但因设计未作垫层，工作量不予计量，造成总包单位将垫层铲起作它用，以至四个月后复合地基仍无法稳定下来，也延误了该标段的竣工日期。对比说明，垫层作为复合地基与路堤的过渡层，能有效地加速复合地基的稳定时间，可视为复合地基不可分割的一部分。4 结 语经以上的理论分析和工程实践证明： （1）垫层能产生卸载拱作用。 （2）垫层能有效地、合理地调整桩、土应力比，使桩、土应力比最大值下移到桩顶下某一深度。 （3）垫层可作为表

13、土排水措施。 （4）垫层可改善地基与基础的接触条件。 （5）碎石垫层在碎石桩复合地基中必不可少，且存在一合理的厚度。参考文献1 向春尧.复合地基设计.林宗元主编，岩土工程治理手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，19932 张东刚.复合地基成桩及受力特性的分析.岩土工程师,1999,11(1):143 张定.复合地基中桩体变形模量的分析与计算.岩土工程学报,1999,21(2):2052084 宰金嶂等.碎石垫层复合桩基实验研究及机理分析.魏道垛等主编,岩土工程的实践与发展.上海:上海交通大学出版社,19995 中华人民共和国行业标准:建筑地基处理技术规范(JGJ79-91).北京:中国计划出版社,

14、1992The Discussion About the Necessity of Broken Stone Cushionfor the Composite Ground with Vibro Replacement Stone ColumnLan BingAbstract: In this paper through the analysis about the mechanical behaviors of composite ground and combining the experience of practical construction work and the inspecting results of ground treatment the necessity of b