特殊地質(zhì)環(huán)境下采用CM復(fù)合地基技術(shù)的問題探討

婁可義

摘 要：CM復(fù)合基地技術(shù)就是在普通基地基礎(chǔ)上發(fā)展而來的高科技處理技術(shù)。CM三維高強(qiáng)技術(shù)適用于許多特殊的地質(zhì)環(huán)境，例如砂土、淤泥、雜填土和素填土等。主要討論了CM復(fù)合基地技術(shù)的特點(diǎn)、原理和設(shè)計(jì)原則等問題，以期為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：CM復(fù)合地基技術(shù)；特殊地質(zhì)環(huán)境；剛性素混凝土樁；亞剛性水泥土樁

中圖分類號：TU753.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.103

1 基本原理和特點(diǎn)

1.1 構(gòu)成和作用機(jī)理

CM地基是由剛性素混凝土樁、亞剛性水泥土樁和砂石褥墊層混合配置而成的。其中，剛性素混凝土樁叫C樁，亞剛性水泥土樁叫M樁，CM地基就由此而來。CM地基是把剛性樁和亞剛性樁優(yōu)化后進(jìn)行設(shè)計(jì)配置，在地基中形成二維平面和三維空間都合適的剛度梯度。亞剛性樁施工加速了土的固結(jié)，在很大程度上改善了土的物理學(xué)性能。

依據(jù)CM地基的構(gòu)成特點(diǎn)，結(jié)合其承載力估算公式分析，C樁的土應(yīng)力比較高，同時(shí)，M樁可以加速土的固結(jié)，減少可液化土層，進(jìn)而可以改善其力學(xué)性能，提高樁間的土強(qiáng)度系數(shù)。由于C樁和M樁的配置不同，密度會(huì)發(fā)生變化，所以，面積置換率的可調(diào)性也會(huì)增大。綜上所述，這三方面的提升幅度較大，所以，會(huì)獲得高強(qiáng)度的復(fù)合地基。設(shè)置砂層褥墊層能保證樁與土合作，減少不均勻沉降，改變其厚度，同時(shí)，還可以調(diào)整樁和土的應(yīng)力比，所以說，它在復(fù)合地基中起到的作用非常重要，是CM地基的技術(shù)特點(diǎn)之一。CM地基與復(fù)合地基的原理基本相同——將剛性增強(qiáng)體加入天然地基中。由于C樁和M樁的剛度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于樁間土，基礎(chǔ)板下等量變形時(shí)地基應(yīng)力就會(huì)分布開，樁身產(chǎn)生的應(yīng)力就會(huì)相對集中，并且絕大部分荷載都是由樁體本身承擔(dān)的，所以，減小樁間的土應(yīng)力，就會(huì)形成樁體效應(yīng)。同時(shí)，土墊層可以均勻分布應(yīng)力，擴(kuò)大應(yīng)力角度，形成墊層效應(yīng)，所以，通過雙重作用就會(huì)形成高強(qiáng)度的復(fù)合地基。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

樁在平面上將C樁與M樁交叉布置，豎面上C樁長、M樁短，在樁的優(yōu)化設(shè)計(jì)上，要合理配置兩樁，形成高強(qiáng)度的復(fù)合地基。通過檢測后，其最高的耐力可達(dá)800 kPa。CM地基優(yōu)化配置的樁形成豎向剛度三層地基，有效地提高了變形模量，從而減少了地基沉降。在平面上形成3個(gè)剛度平面，對樁土協(xié)調(diào)變形極有利，并在豎向上形成3個(gè)剛度梯度，即第一剛度為C樁+M樁+土，第二剛度為C樁+土，第三剛度為天然土層。這樣的組合不僅能降低工程造價(jià)，還會(huì)減少變形。在設(shè)計(jì)CM地基時(shí)，將一層30 cm的砂石墊層嵌入到地基和基礎(chǔ)底板之間，極大地降低了地震對其的影響，而且加固后建筑的載荷影響可以基本消除可液化土層，降低了危害程度。

1.3 基本設(shè)計(jì)原則

在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，可以將C樁設(shè)計(jì)成摩擦樁，也可以是端承摩擦樁，可以選擇一些壓縮性低、承載力高的土層當(dāng)作持力層，例如，密實(shí)的砂土活硬塑黏土等，但是，一般不選擇中風(fēng)化巖層。M樁可以采用可塑或軟塑黏土當(dāng)作持力層。如果將CM樁放在一定范圍內(nèi)，CM樁之間應(yīng)該間隔布置，呈現(xiàn)方形、三角形等。

在施工過程中，可以選用粗砂、中砂和碎石等作為褥墊材料。但是，直徑最大不超過20 mm，厚度為剛性樁1/2直徑。把C40混凝土填芯放在管樁頂端，不小于1 m，長度為樁體外徑的2倍。根據(jù)實(shí)際的基地地質(zhì)條件等，合理優(yōu)化基地形變、深度和強(qiáng)度等。

2 計(jì)算復(fù)合基地形變

根據(jù)國家相關(guān)規(guī)定，復(fù)合基地變形深度應(yīng)該大于土層的深度。復(fù)合土層的分層實(shí)際上與天然地基基本相同，復(fù)合模量Esp實(shí)際上是樁間土體的模擬量和CM樁間模擬量的加權(quán)平均值。各模擬量如表1所示。

在C樁、M樁和土的共同作用下，CM基地上部的復(fù)合模擬量化為：

Esp=mmEm+mcEc+Es-mcEs-mmEs. （1）

式（1）中，Esp表示該地區(qū)的復(fù)合模量；Ec表示長樁的壓縮模量；Em表示短樁的壓縮模量；Es表示樁間土的壓縮模量；mc表示長樁的面積置換率；mm表示短樁的面積置換率。

在C樁和土的共同作用下，CM基地下部的復(fù)合模擬量為：

Esp=mcEc+Es-mmEs. （2）

3 計(jì)算復(fù)合基地承載力

結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，通過多樁基地靜載試驗(yàn)選定CM復(fù)合承載力的特征值。在初步計(jì)算CM復(fù)合基地承載力的過程中，在C樁、M樁和土的共同作用下，復(fù)合基地上部的承載力為：

fsp=ηcmcRac/Apc+ηmmmRam/Apm+ηsfs-ηsmcfs-ηsmmfs. （3）

式（2）中，fsp表示CM樁復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值；ηc表示剛性樁承載力修正系數(shù)；mc表示剛性樁面積置換率；Rac表示剛性樁單樁承載力特征值；Apc表示剛性樁單樁截面積；ηm表示亞剛性樁承載力修正系數(shù)；mm表示亞剛性樁面積置換率；Ram表示亞剛性樁單樁承載力特征值；Apm表示亞剛性樁單樁截面積；ηs表示樁間土承載力發(fā)揮程度系數(shù)；fs表示樁間土承載力標(biāo)準(zhǔn)值。

在C樁和土的共同作用下，復(fù)合基地下部承載力為：

fsp=ηcmcRac/Apc+ηsfs-ηsmcfs. （4）

4 需注意的問題

將C樁沿剪力墻布置的原因是：①單樁承載力不是很高；②在布置時(shí)，其結(jié)構(gòu)與現(xiàn)用結(jié)構(gòu)有一定的區(qū)別。

采用這種剪切方式的好處有兩點(diǎn)：①減少沉降差異、彎矩和剪切力，優(yōu)化基地分布，降低制造成本；②提高單樁承載能力。

5 結(jié)束語

總而言之，CM復(fù)合基地技術(shù)是一種新型的高科技基地處理技術(shù)。在特殊的地質(zhì)條件下，使用該技術(shù)所達(dá)到的效果比較好，不僅可以最大程度地調(diào)動(dòng)土體，還可以降低基地沉降，提高承載力，從而最大程度地降低施工成本，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕