CFG桩复合地基褥垫层的设计与施工.doc

CF G 桩复合地基褥垫层的设计与施工 陈桂芳 (北京中铁建设有限公司机运分公司) 摘 要 根据褥垫层在 CF G 桩复合地基中的承载机理和特性 ,提出了褥垫层是复合地基的核心技术 。结 合工程实例 ,通过现场原位试验 ,证明了褥垫层可以充分发挥复合地基的承载力 。 关键词 褥垫层 CF G 桩 复合地基 随着工程建设的飞速发展 ,地基处理手段也日 趋多样化 ,复合地基由于其充分利用桩间土和桩共 同作用的特有优势和相对低廉的工程造价得到了越 来越广泛的应用 。CF G 桩复合地基通过褥垫层的 设置充分发挥桩间土的承载力 ,极大提高了 CF G 桩 在复合地基的高承载力性能和抗变形性能 ,有效降 低了工程造价 。 图 1 桩受力变化特征图 1 褥垫层的作用机理 CF G 地基粘结强度桩是复合地基的代表 ,目前 厚度的褥垫层外 ,适当的桩间距也很重要 。 112 均匀地基应力 当 CF G 桩复合地基不设置褥垫层 ( H = 0 ) 时 , CF G 桩对基础产生极大的集中应力 ,桩与桩间土的 应力比很大 , 并随着荷载的增加呈线性增长 , 但当 CF G 桩复合地基设置一定厚度的褥垫层 ( H 0) 时 , 桩与桩间土的应力比就会产生变化 ,在桩体没有贯 穿整个软弱土层的地基中 ,这种情况尤其明显 。在 荷载作用初期 ,褥垫层将荷载比较均匀地传递给桩 和桩间土 ,随着桩和桩间土变形的发展 ,桩间土的应 力逐渐向桩体集中 ,桩与桩间土的应力比随之增大 , 近于呈线性增长 ;但在荷载作用后期 ,随着荷载的继 续增大 ,桩体首先进入塑性状态 ,桩上应力又会逐渐 向桩间土转移 ,桩与桩间土应力比开始减小 ,直至桩 和桩间土共同进入塑性状态 ,最后趋于某一值 。 我公司科研人员曾对三个 CF G 桩复合地基工 程进行了检测试验 ,检测结果表明 ,β与 H 成反比 。 当褥 垫 层 的 设 置 厚 度 H = 0 时 , β 值 很 大 ; H 100 mm 时 ,β值显著降低 ; H = 300 mm 时 ,β值已经 很小 。 β为桩顶所对应的基础底面的反力与桩间土所 对应的基础底面的反力的比值 , 可用下式表示 : β=σRP?σRS 多用于高层和超高层建筑中 。它是由水泥 、粉煤灰 、 碎石 、石屑或砂加水拌和形成的高粘结强度桩 ,和桩 间士 、褥垫层一起形成复合地基 。 CF G桩复合地基设计中 ,基础与桩和桩间土之 间设置一定厚度散体粒状材料组成的褥垫层 ,是复合 地基的一个核心技术 。设置褥垫层的基本原理如下 : 111 保证桩与桩间土共同承担荷载 CF G 桩属于刚性桩 ,与桩间土属于两种模量差 别很大的材料 ,而复合地基在刚性基础下等量变形 时 ,地基应力将按材料模量 ( 即刚度) 进行分布 , 因 此 ,桩顶范围内应力集中 ,并随荷载的增加而加剧 , 桩间土的承载力却难以发挥 。试验资料表明 ,复合 地基在基础荷载作用下 ,桩体范围内应力集中 ,近似 于桩基的受力形态 ,而桩间土上的反力却仍保持着 类似天然地基时的马鞍形分布 。 而铺设一定厚度的褥垫层后 ,基础荷载通过褥 垫层向桩间土扩散 ,桩体承担竖向荷载的比例得到 调整 ,由此产生桩体与桩间土共同承担上部荷载的 作用 。CF G 桩复合地基不设置褥垫层与设置一定 厚度的褥垫层 ,其桩间土承担荷载的情况有明显区 别 ,如图 1 所示 ; 当然 ,要使桩间土充分发挥承载力 ,除铺设一定  σRS ———桩间土所对应的基础底面的反力 。 由此可见 ,褥垫层对 CF G 桩复合地基均匀应力 及协调变形有其不可替代的作用 ,如图 2 所示 。 厚 ,以使桩体更多地承担荷载 ;对于承载力较高的桩 间土 ,褥垫层铺设应适当加厚 ,以让桩间土多分担荷 载 ,减少桩的应力集中 。 (2) 桩端土的性质因素 : 桩端如进入承载力较 高的硬土层时 ,而桩间土承载力又较低时 ,褥垫层厚 度应适当减小 ,以尽量让桩承担更多的荷载 ;如桩端 未进入承载力较高的硬土层 ,而桩间土承载力又较 高时 ,应适当增大褥垫层厚度 , 以让桩间土分担荷 载 。 (3) 置换率大小因素 :置换率小 ,则单桩承担荷 载大 ,为发挥桩间土的承载作用 , 褥垫层应适当加 厚 ;反之 ,应予降低 。 212 褥垫层施工质量控制 (1) 褥垫层材料采用砂石或碎石 ,最大粒径不 超过 20 mm ,并级配良好 ;不宜采用天然砂卵石 。 (2) 桩间土为中 、高灵敏度土或饱和土时 ,褥垫 层进行静压密实 ,不得进行震动夯实 。 (3) 褥垫层铺设应保证桩顶以下 30 ～ 50 mm , 即桩体嵌入褥垫层 30～50 mm 。 (4) 严格按下式计算控制褥垫层的夯填度