復(fù)合地基在軟弱地基處理中的應(yīng)用

摘 要:本文從CFG樁、水泥攪拌樁、振沖碎石樁以及水泥樁等復(fù)合地基形式論述了多種復(fù)合地基在軟弱地基處理中的應(yīng)用機(jī)理及適用條件。

在軟弱地基處理中多采用復(fù)合地基處理方法以保證地基強(qiáng)度和承載力，采用不同的復(fù)合地基其加固機(jī)理和效果均不相同。軟弱地基土體按照擠密和振密效果可分為擠密效果好的土體、可擠密土及不可擠密土，所采用的復(fù)合地基多為散體樁(如碎石樁)、低粘接強(qiáng)度樁(如攪拌水泥土樁、石灰樁)、中等粘接強(qiáng)度樁(夯實(shí)水泥土樁)和高粘接強(qiáng)度樁(如CFG樁)等，文章對(duì)多種復(fù)合地基進(jìn)行機(jī)理及其適用性等方面進(jìn)行了論述。

1CFG樁復(fù)合地基工作機(jī)理及適用性[1]

CFG樁復(fù)合地基由樁體、樁間土和褥墊層幾部分構(gòu)成，樁體和其基礎(chǔ)通過(guò)褥墊層與基礎(chǔ)相聯(lián)系，其中褥墊層是該工藝的核心部位，褥墊層將上部傳來(lái)的基底壓力通過(guò)適當(dāng)?shù)淖冃我砸欢ǖ谋壤峙浣o樁及樁間土以實(shí)現(xiàn)二者共同受力，同時(shí)周?chē)馏w受到樁體的擠密而提高其強(qiáng)度及承載力，而樁周?chē)馏w的側(cè)應(yīng)力的增加而改善了其受力性能，二者共同作用形成復(fù)合地基受力整體來(lái)共同承擔(dān)上部基礎(chǔ)荷載。該工藝主要適用于對(duì)黏性土、粉土、砂土及已經(jīng)自重固結(jié)的素填土等土體，對(duì)于淤泥質(zhì)土體則應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)來(lái)確定其適用性，該種工藝屬于剛性復(fù)合地基，具有承載力提高幅度大、地基變形小等優(yōu)點(diǎn)而適用于條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)、箱型及筏板基礎(chǔ)等多種基礎(chǔ)。

該種工藝所具備的優(yōu)點(diǎn)為不僅可大幅度提高地基承載力，且因其沉降變形小、使用范圍廣、造價(jià)低以及施工方便等優(yōu)點(diǎn)而具備明顯的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益;但結(jié)合大量工程實(shí)踐其工后一段時(shí)間內(nèi)承載力和沉降不能得到保證，因此在設(shè)計(jì)及施工中從安全角度考慮應(yīng)對(duì)復(fù)合地基承載力進(jìn)行折減，折減系數(shù)一般控制在0.8左右。

2水泥攪拌復(fù)合地基

2.1 加固機(jī)理

水泥攪拌樁是通過(guò)樁體和樁間土構(gòu)成的復(fù)合地基來(lái)共同受力，復(fù)合地基中部分土體被增強(qiáng)或置換，由基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)承載力，并輔以樁頂及樁間土上一定厚度的褥墊層來(lái)共同分擔(dān)上部荷載，在荷載作用下樁體承受較多，因此隨時(shí)間推移樁體發(fā)生一定量的沉降，因而部分荷載轉(zhuǎn)移至周?chē)馏w，致使樁承擔(dān)的荷載隨時(shí)間增加而減少，而土體所承擔(dān)的荷載隨時(shí)間增加而增加，同時(shí)由于樁的模量遠(yuǎn)超過(guò)土體模量，因此樁間土表面變形遠(yuǎn)大于樁頂變形，樁體則向褥墊層刺入，褥墊層始終與樁間土保持接觸而樁間土始終參與工作以充分發(fā)揮樁間土的承載力，因此該種復(fù)合地基具有調(diào)整荷載向樁體轉(zhuǎn)移的作用，并可提高地基承載力及增大復(fù)合土層的符合模量，減小地基形變[2]。

2.2 施工原理及使用范圍

水泥土攪拌法是以水泥作為固化劑，通過(guò)特制攪拌機(jī)械就地將軟土和固化劑進(jìn)行強(qiáng)制攪拌，實(shí)現(xiàn)軟土硬結(jié)成為具有一定整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥加固土樁的復(fù)合地基，來(lái)提高地基承載力并減少工后沉降，并可防止飽和砂土和粉土液化的趨勢(shì)，該類(lèi)樁體主要適用于加固飽和的粘性土和粉土地基，并具有最大限度的利用原土的特點(diǎn)，其施工過(guò)程中環(huán)保無(wú)污染、加固形式靈活且造價(jià)低廉，該工藝根據(jù)固化劑的摻入狀態(tài)及施工方法不同可分為水泥漿液攪拌法和粉體噴射攪拌法，在施工中應(yīng)充分理解設(shè)計(jì)意圖，緊扣施工要點(diǎn)以確保施工質(zhì)量及處理效果。

3振沖碎石樁技術(shù)原理及加固機(jī)理

3.1 技術(shù)原理

振沖碎石樁是利用一種可產(chǎn)生水平向振動(dòng)的管狀設(shè)備在高壓水流下邊振邊沖以在軟土層內(nèi)成孔，之后在孔內(nèi)分批填入碎石或卵石等形成樁體，由樁體和原土層形成復(fù)合地基來(lái)提高地基承載力并降低地基壓縮性。樁體承載力和沉降量在很大程度上取決于周?chē)浲翆?duì)碎石樁的約束作用，若周?chē)馏w過(guò)于軟弱則對(duì)樁體的約束小。振沖樁同時(shí)可具有置換及擠密作用，置換作用主要適用于粘性土，而在砂土內(nèi)采用振沖樁則其擠密作用遠(yuǎn)超過(guò)置換作用，當(dāng)樁體穿越軟土層達(dá)到硬層時(shí)則樁體可起到應(yīng)力集中作用，若樁體未達(dá)到硬層則樁體起應(yīng)力擴(kuò)散和均布作用[3]。

3.2 加固機(jī)理

施工中是通過(guò)振動(dòng)沉管來(lái)迫使基礎(chǔ)土體向四周擠出，在填充碎石料后經(jīng)過(guò)擠密和振密而形成樁體，樁體的應(yīng)力分擔(dān)作用碎石樁體是離散體，其與樁間土形成復(fù)合地基，該地基在剛性基礎(chǔ)作用下產(chǎn)生的變形符合變形協(xié)調(diào)條件，且用碎石樁加固過(guò)的地基較原地基的壓縮模量會(huì)有大幅度增加，其在荷載作用下可通過(guò)樁體承受較大應(yīng)力而體現(xiàn)碎石樁體的應(yīng)力分擔(dān)作用。同時(shí)由于樁體內(nèi)具有較大的孔隙和良好的滲透性而可起到排水作用;若施工地基屬于可液化砂土或粉土，則由于碎石樁體的排水作用可抑制地基土體內(nèi)孔隙水壓力增長(zhǎng);同時(shí)振動(dòng)擠密和固結(jié)作用可增大樁間土的密實(shí)度以提高地基土的抗剪強(qiáng)度，消除地基土液化的可能性。

4水泥粉噴樁機(jī)理及適用范圍

4.1 水泥粉噴樁的作用機(jī)理

水泥樁粉噴樁是利用粉噴機(jī)械成孔，運(yùn)用粉體噴射攪拌原理將壓縮空氣將水泥或石灰粉等粉體輸送至樁頭，并以霧狀噴入加固到地基土層，同時(shí)借鉆頭的葉片旋轉(zhuǎn)進(jìn)行攪拌，以實(shí)現(xiàn)充分混合最終形成樁體以加固地基。施工后的水泥樁可通過(guò)水泥與水的水解水化學(xué)反應(yīng)極其和土體間的離子交換、團(tuán)粒化作用、凝硬作用以及碳酸化作用等化學(xué)作用來(lái)改善土壤的天然屬性，從而提高土壤的承載力;施工過(guò)程中由于有壓縮空氣從施工鉆頭部位噴出，其可在軟土內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓，而后期超孔壓的消散必將伴隨著土體的排水固結(jié);同時(shí)施工中鉆具可產(chǎn)生對(duì)周?chē)馏w的振動(dòng)密實(shí)作用，且軟土振動(dòng)易液化，并在振動(dòng)后其強(qiáng)度將有所增加;鉆具在切削后在鉆進(jìn)和復(fù)攪拌提升過(guò)程中，帶有一定傾角的雙螺旋葉片鉆頭將土體產(chǎn)生壓力。該種復(fù)合地基中樁體實(shí)際起到加筋置換作用，樁體所受荷載從上至下，在字樁身向樁間土擴(kuò)散過(guò)程中，樁的變形決定于樁體自身形變及樁間土的相對(duì)位移，而樁間土的相對(duì)位移則決定于基礎(chǔ)下土體的固結(jié)變形。

4.2 粉噴樁的優(yōu)點(diǎn)及適用范圍

由于粉噴樁樁身強(qiáng)度不高，因此其可與樁間土共同作用形成復(fù)合地基，同時(shí)由于粉噴樁的置換率高于剛性樁，因而具有良好的防滲效果而更適用于水利工程;該種工藝自身特點(diǎn)決定其施工速度快，可遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通混凝土樁機(jī)的施工進(jìn)度，且其造價(jià)較低;該工藝除不適用于極少數(shù)土層外，在一般的軟弱土層內(nèi)均適用，具有非常廣泛的使用范圍。

5結(jié)語(yǔ)

采用復(fù)合地基處理軟弱土地基既可充分發(fā)揮天然地基的承載能力，可有效提高地基的承載力，并可減少周?chē)ㄖ锏某两盗考皹扼w的工后沉降，該種工藝同樁基相比具有造價(jià)低廉、施工方便、工期短等優(yōu)點(diǎn)，但不同的復(fù)合地基適用于不同的軟土地基，因此在選用復(fù)合地基時(shí)應(yīng)結(jié)合區(qū)域內(nèi)地基土的組成及力學(xué)性質(zhì)等實(shí)際情況采用合理的形式以保證工程質(zhì)量，并可取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳淑賢.公路養(yǎng)護(hù)與管理[M]．人民交通出版社，2006.

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[3] 閆明禮，張東剛．CFG樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M]．北京:中國(guó)水利水電出版社，2006．