CFG樁復(fù)合地基受力機(jī)理研究

石玲霞

摘要：CFG樁復(fù)合地基是一種經(jīng)濟(jì)、可靠的地基處理技術(shù)；該技術(shù)比天然地基能更好的提高地基承載力、更易控制地基變形；故在我國(guó)得到迅速的發(fā)展與廣泛的應(yīng)用。但CFG樁復(fù)合地基的工作機(jī)理和設(shè)計(jì)計(jì)算的研究還比較滯后；其還有待于進(jìn)一步研究。本論文從CFG樁復(fù)合地基研究現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題、加固機(jī)理三個(gè)方面進(jìn)行研究；其中加固機(jī)理從樁體效應(yīng)、排水作用兩方面進(jìn)行介紹。對(duì)以后的工程提供了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵字：CFG復(fù)合地基、加固機(jī)理、樁體效應(yīng)

1 CFG樁復(fù)合地基研究現(xiàn)狀

水泥粉煤灰碎石樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌和，用各種成樁機(jī)械在地基中制成的強(qiáng)度等級(jí)為c8～c25的高粘結(jié)強(qiáng)度的樁，簡(jiǎn)稱為CFG樁。該種處理方法是通過(guò)在碎石樁體中添加以水泥為主的膠結(jié)材料，添加粉煤灰增加混合料的和易性并有低標(biāo)號(hào)水泥h混凝土的作用，同時(shí)還添加適量的石屑以改善級(jí)配，使樁體獲得膠結(jié)強(qiáng)度，從散體材料樁轉(zhuǎn)化為具有高粘結(jié)強(qiáng)度樁，和樁間土、褥墊層一起形成復(fù)合地基。

楊麗君等針對(duì)褥墊層在CFG樁復(fù)合地基中的主要作用進(jìn)行了探討，并對(duì)褥墊層的厚度和材料對(duì)CFG樁復(fù)合地基作用機(jī)理的影響進(jìn)行研究分析。郭明田、丁勇等就CFG樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)參數(shù)（樁徑、樁長(zhǎng)、樁間距、褥墊層厚度）做正交試驗(yàn)計(jì)算，研究分析其設(shè)計(jì)參數(shù)影響地基處理的效果，并對(duì)CFG樁復(fù)合地基優(yōu)化設(shè)計(jì)提出可靠的方法。王步云、越秀芹針對(duì)擠密碎石樁與CFG樁組合處理軟土地基的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行了研究分析，并將研究成果成功應(yīng)用于工程實(shí)踐。

2 CFG樁復(fù)合地基研究中存在的問(wèn)題

2.1 機(jī)理研究中的問(wèn)題

CFG樁復(fù)合地基在解決超高層、高層、低層建筑的地基不均勻沉降或地基的沉降差異、濕陷性黃土等工程問(wèn)題方面取得了良好的成果，但與淺基礎(chǔ)、樁基相比較，CFG樁復(fù)合地基的理論還不成熟，有待于進(jìn)一步研究。目前針對(duì)CFG樁復(fù)合地基在豎向荷載作用下，考慮樁、土、褥墊層相互作用的應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分布規(guī)律的研究偏少；另外CFG樁復(fù)合地基的樁體與樁間土如何相互作用，以及協(xié)調(diào)作用機(jī)制的理論研究亦處于不成熟階段。

2.2 承載能力和變形特征研究中的問(wèn)題

與天然地基相比，CFG樁復(fù)合地基屬于剛性樁復(fù)合地基，其具有承載能力比天然地基高、地基變形較天然地基好控制且沉降小的特點(diǎn)。但CFG樁復(fù)合地基和樁基相比，其承載能力相對(duì)較弱、沉降較大，所以如何更好的利用CFG樁復(fù)合地基來(lái)提高地基承載力、有效控制地基變形以滿足工程需求是學(xué)術(shù)界研究的一個(gè)重點(diǎn)與難點(diǎn)。工程實(shí)踐中，CFG樁、土體的承載力發(fā)揮系數(shù)存在不確定性或地域的差別，目前關(guān)于CFG樁復(fù)合地基的承載能力、變形特征等研究還沒(méi)有形成統(tǒng)一；關(guān)于CFG樁復(fù)合地基承載力和沉降的影響因素關(guān)系復(fù)雜，其非線性關(guān)系還不是很清楚。

3 CFG樁加固機(jī)理

3.1 CFG樁傳遞荷載的形式

復(fù)合地基通過(guò)在地基中增設(shè)的增強(qiáng)體來(lái)傳遞荷載，而增強(qiáng)體分為水平向和豎向兩類。水平向增強(qiáng)體是通過(guò)增加土體和增強(qiáng)體之間的水平作用力來(lái)加固地基，如土工格柵、金屬材料等加筋材料；豎向增強(qiáng)體則是通過(guò)土體和增強(qiáng)體之間的豎向摩阻力以及增強(qiáng)體端阻力來(lái)加固地基，如CFG樁等樁體。CFG 樁樁體材料由水、粉煤灰摻適量水泥、碎石和砂石組成。樁體強(qiáng)度一般為C10-C30，由于其強(qiáng)度和剛度介于高強(qiáng)度樁和柔性樁之間，CFG樁復(fù)合地基既能充分發(fā)揮樁體材料的潛力，也能充分發(fā)揮樁間土的承載能力。

在荷載作用下，CFG樁復(fù)合地基由樁和樁間土共同發(fā)揮承載能力，并將荷載通過(guò)樁周摩阻力和樁端阻力傳遞給深層的地基土體。研究表明：樁體剛度的大小對(duì)粘結(jié)材料樁的荷載傳遞規(guī)律有較大的影響。剛性小的樁體形成的復(fù)合地基存在有效樁長(zhǎng)，即當(dāng)樁長(zhǎng)超過(guò)有效樁長(zhǎng)后，地基承載力并不能隨樁長(zhǎng)的增加而增加，因?yàn)閯偠刃〉臉扼w側(cè)摩阻力隨著深度的增大而減少；而對(duì)于高強(qiáng)度樁和柔性樁之間的CFG樁來(lái)說(shuō)，在豎向荷載作用下，樁身橫向變形不顯著，它不存在有效樁長(zhǎng)，復(fù)合地基承載力的提高主要來(lái)自全樁長(zhǎng)的側(cè)摩阻力和樁端阻力，地基承載力會(huì)隨樁長(zhǎng)的增加而增加。

3.2 加固機(jī)理

CFG 樁主要骨料為碎石，填加顆粒較小的石屑來(lái)填充碎石之間的空隙以改善骨料的級(jí)配，而加入工業(yè)廢料粉煤灰不僅可以減小水泥用量，節(jié)約成本，還可以提高樁體的后期強(qiáng)度。

CFG樁復(fù)合地基由CFG樁、樁間土和褥墊層共同構(gòu)成，三者之間的相互作用能夠提高復(fù)合地基承載力。

3.2.1樁體效應(yīng)

樁體效應(yīng)也稱為置換作用，是指地基在樁的作用下，承載力提高、變形減小。CFG 樁復(fù)合地基中樁體的強(qiáng)度一般為C10～C30，顯然其彈性模量比樁間土的壓縮模量高很多，在豎向荷載作用下，樁頂沉降會(huì)小于樁間土沉降，因而樁頂比樁間土分擔(dān)的荷載要多。樁所承擔(dān)的荷載可以通過(guò)樁側(cè)摩阻力和樁端阻力向較深的土層中傳遞，使加固區(qū)中附加應(yīng)力減小，而下臥層中附加應(yīng)力相對(duì)增大。與天然地基相比較，在地基中加入CFG 樁形成復(fù)合地基可以提高加固區(qū)模量，減小加固區(qū)附加應(yīng)力，使得加固區(qū)土層壓縮量大幅減少。下臥層中附加應(yīng)力雖然會(huì)增大，但只要樁端的下臥層是壓縮模量高的持力層，其壓縮量就不會(huì)增加很多，將兩者綜合起來(lái)看，采用 CFG樁加固地基總沉降量還是會(huì)有很大程度的下降。工程實(shí)踐表明，樁體效用的大小主要取決于樁體材料的組成，對(duì)于CFG樁復(fù)合地基，增加樁長(zhǎng)可以使復(fù)合地基的置換作用明顯提高。

3.2.2排水作用

復(fù)合地基中的許多樁體都有良好的透水性，例如碎石樁、石灰樁、CFG 樁等。樁體的透水作用，也稱為排水作用，有利于孔隙水壓力消散、有效應(yīng)力增長(zhǎng)，樁間土強(qiáng)度和復(fù)合地基承載力提高。CFG樁的排水作用與粉煤灰、水泥的用量有關(guān)，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)研究表明：在CFG樁復(fù)合地基成樁初期，CFG樁樁體的滲透系數(shù)一般在10-3～10-1cm/s 范圍內(nèi)，而置樁范圍內(nèi)自然土層的滲透系數(shù)遠(yuǎn)小于樁體滲透系數(shù)，一般在 10-6～10-4cm/s 之間，因此 CFG樁實(shí)際上能夠構(gòu)成固結(jié)排水通道，加速樁周土的固結(jié)，樁體的排水作用明顯。

4 結(jié)論

本論文研究CFG樁受力機(jī)理，從CFG樁復(fù)合地基研究現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題、加固機(jī)理三個(gè)方面進(jìn)行論述，對(duì)以后提CFG樁應(yīng)用提供了很好的理論基礎(chǔ)，同時(shí)也為在實(shí)際工程中的應(yīng)用增加了可信度。

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