談復(fù)合地基的發(fā)展

王與相

(山西省大同市工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西大同 037000)

1 概述

復(fù)合地基的概念最早是在20世紀(jì)中葉由國(guó)外學(xué)者提出，最初是指一個(gè)砂型地基的數(shù)學(xué)模型。隨著地基處理技術(shù)的飛速發(fā)展，復(fù)合地基的概念持續(xù)擴(kuò)張［1］。復(fù)合地基是在創(chuàng)建過程中土壤自然組成部分的基礎(chǔ)通過人工處理得到，通過更換，或天然基礎(chǔ)設(shè)置加筋材料，加固區(qū)包括基體(天然的或改良天然地基土體)和增強(qiáng)體兩部分組成的。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善，以滿足城市形象改善的迫切要求，各類建設(shè)項(xiàng)目的快速發(fā)展，建設(shè)用地的日益缺乏，好的地質(zhì)選擇范圍逐漸縮小，地質(zhì)條件較差，這樣的情況越來越多的出現(xiàn)，為了滿足地基的強(qiáng)度要求，同時(shí)在這種情況下還要滿足變形和抗震要求，需要達(dá)到這樣的復(fù)合地基，才能滿足提高地基承載力，沉降控制的范圍，提高經(jīng)濟(jì)效益的目的，成為了唯一的選擇。復(fù)合地基技術(shù)發(fā)展的新理論和新方法，在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益兩個(gè)方面表現(xiàn)的特別明顯，但就像任何事物都具有兩面性，復(fù)合地基也不可避免地存在著問題。

2 復(fù)合地基技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r

根據(jù)不同的荷載傳遞機(jī)理，把復(fù)合地基分為豎向和水平向增強(qiáng)復(fù)合地基，豎向增強(qiáng)復(fù)合地基又可以細(xì)分為散體材料樁、柔性樁和剛性樁復(fù)合地基三種［2］。

2.1 散體材料樁復(fù)合地基

砂樁技術(shù)于解放后從前蘇聯(lián)引進(jìn)，現(xiàn)在國(guó)家重點(diǎn)工程進(jìn)行小范圍的試用，摸索其技術(shù)核心。不過從20世紀(jì)末開始大范圍推廣在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)如水利工程、交通工程。鐵路路基、大壩基礎(chǔ)等工程都體現(xiàn)了其優(yōu)點(diǎn)，得到了成功的結(jié)果。

自從引入樁基技術(shù)后我國(guó)就開始對(duì)土樁擠密法進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)研究，做了大量的實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了豐富的經(jīng)驗(yàn)，在中部地區(qū)進(jìn)行了灰土樁的實(shí)踐，并成功把它應(yīng)用在了濕陷性黃土地基的處理上。從石灰樁大多用在淺層處理，拓展到深層地基的處理我們僅僅用了不到二十年。如我們的濱海城市天津率先在1959年用于加固軟土地基，隨后大量沿海城市使用這種方法處理軟土地基。但從1977年開始，我國(guó)開始加固地基采用振沖法。

2.2 柔性樁復(fù)合地基

針對(duì)復(fù)合地基的柔性樁，將樁型分別歸為低標(biāo)號(hào)混凝土樁、深層攪拌與高壓旋噴三種。我國(guó)對(duì)于高壓噴射注漿法研究較為提前，在得到有關(guān)部門的支持下進(jìn)行試驗(yàn)和應(yīng)用，到目前為止采用高壓噴射注漿法的工程累計(jì)上千例。高壓噴射注漿防滲新工藝和淤泥地層高噴灌漿技術(shù)進(jìn)步，也標(biāo)志著我國(guó)在該領(lǐng)域達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。大力推廣此項(xiàng)技術(shù)，在我國(guó)成為常用的施工方法。我國(guó)于20世紀(jì)70年代末開始研究水泥漿攪拌方法，并在塘沽新港做了工程試驗(yàn)，寶鋼也效仿使用。水泥攪拌法加固土質(zhì)是歐美等具備先進(jìn)工程技術(shù)的國(guó)家最早投入使用的，包含新吹填的淤泥質(zhì)土、超軟土以及泥炭土。閆明禮教授開發(fā)了CFG樁復(fù)合地基成套技術(shù)［4］，以工程造價(jià)低，可靠性高的優(yōu)點(diǎn)目前仍處于大量應(yīng)用的階段。CFG樁即為水泥粉煤灰碎石樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水?dāng)嚢栊纬傻母哒辰Y(jié)強(qiáng)度樁，與樁間土、褥墊層共同形成復(fù)合地基。與樁基相比由于CFG樁材料可以摻入工業(yè)廢料比如粉煤灰，還有不配筋的優(yōu)點(diǎn)以及充分發(fā)揮樁間土的承載力，工程造價(jià)一般不到樁基的一半，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常突出。

2.3 剛性樁復(fù)合地基

剛性樁復(fù)合地基的樁型，是最近幾年來發(fā)展起來的一種地基處理方式，是傳統(tǒng)樁基和復(fù)合地基之間的新型基礎(chǔ)，依據(jù)控制地基沉降原則設(shè)計(jì)。工程領(lǐng)域通常疏樁基礎(chǔ)劃分為沉降控制復(fù)合樁基和減沉樁基等幾類。這是依據(jù)傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)來確定樁間距的(通常是3倍～4倍樁徑)精簡(jiǎn)和疏布樁(通常是5倍～6倍樁徑)和數(shù)量。摩擦樁是最為多見的，利用疏化樁機(jī)原理達(dá)到提高單樁承載力和發(fā)揮樁間土的承載能力來彌補(bǔ)樁基的目的。產(chǎn)生一定的沉降時(shí)，樁就開始發(fā)揮同時(shí)繼續(xù)保持其極限承載能力，沉降量減少是非常有效的，同時(shí)樁臺(tái)下土壤也能承受負(fù)荷的一部分。疏樁基礎(chǔ)是一種優(yōu)化，在減少樁的數(shù)量的同時(shí)又避免群樁效應(yīng)，充分發(fā)揮每個(gè)樁的承載力和樁與樁之間土壤的承載力，我們可以把它歸類為一種摩擦樁型復(fù)合地基。多種因素控制了疏樁基礎(chǔ)的沉降性能，它是樁土系統(tǒng)內(nèi)每個(gè)樁和樁間土壤相互作用的結(jié)果。樁土體系內(nèi)包含的基礎(chǔ)板的設(shè)計(jì)與實(shí)際土壤性狀分布和沉降，以及樁的長(zhǎng)度、數(shù)量。目前在國(guó)內(nèi)外都受到極高的關(guān)注程度。

3 基于復(fù)合地基理論的研究進(jìn)展

3.1 加強(qiáng)理論研究

用于計(jì)算的體現(xiàn)工作性狀的數(shù)值要滿足復(fù)合地基的實(shí)際，這離不開工程所在地的土地性質(zhì)和特點(diǎn)?；谠O(shè)計(jì)的理論研究要加大關(guān)注，像承載力、基于變形參數(shù)的檢測(cè)方法。盡管目前單樁靜載和復(fù)合地基實(shí)驗(yàn)沒有有效的替代手段，但是有前景的檢測(cè)技術(shù)如深層檢測(cè)、大子樣也需要下大力氣去開發(fā)，還有更需深入研究的在動(dòng)力荷載的影響下復(fù)合地基的形狀分析的相關(guān)要素，在靜力荷載作用下位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布特點(diǎn)和性能，關(guān)于沉降與承載力的計(jì)算方法，如何去優(yōu)化設(shè)計(jì)理論，荷載傳遞機(jī)理等等。

3.2 提出新的技術(shù)和工藝

隨著復(fù)合地基在大量工程中的應(yīng)用，開發(fā)出有效的復(fù)合地基方法及實(shí)現(xiàn)其方法的機(jī)械設(shè)施，同時(shí)盡可能多的采用能使用工程所在地有的材料和可利用廢料的新型技術(shù)，以達(dá)到提高質(zhì)量、降低成本、模塊化的效果，當(dāng)然這些必須考慮到工程地基受到的荷載、工程類型、土壤性質(zhì)。

3.3 加強(qiáng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用

復(fù)合地基中龐大的數(shù)值計(jì)算分析工作量對(duì)于計(jì)算機(jī)的要求越來越高。驗(yàn)證針對(duì)各種類型復(fù)合地基的承載力計(jì)算和沉降計(jì)算的方法，如果高效適合就要推廣開。如果不引入三維數(shù)值計(jì)算、使用Matlab模擬軟件等，就無法提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)水平，同時(shí)賦予軟件操作人員相應(yīng)的權(quán)限作出適時(shí)的調(diào)整更加適合地質(zhì)狀況和個(gè)別例外。這也對(duì)軟件提供商提出了更高的要求。

3.4 改善變形計(jì)算和承載力計(jì)算方式

想要改進(jìn)復(fù)合樁基的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理論，就需要從以下幾個(gè)方面入手，不同類型復(fù)合地基的性能和狀態(tài)，復(fù)合地基變形和承載力計(jì)算，樁、土與承臺(tái)幾個(gè)方面的相互影響。凡是建立在傳統(tǒng)樁基理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，像疏樁基礎(chǔ)、復(fù)合樁基，前者以樁承擔(dān)荷載，后者卻是以天然地基來承擔(dān)荷載的，但都要面對(duì)樁與樁間土的荷載分擔(dān)、樁承臺(tái)—土間的相互作用兩個(gè)方面。樁間土分擔(dān)荷載正是疏樁基礎(chǔ)、復(fù)合樁基的關(guān)鍵研究部分。無論是哪種承載力的計(jì)算方法，難點(diǎn)都在參數(shù)多、參數(shù)不容易確定上，工程實(shí)踐過程中也很難套用，也無法達(dá)到工程所需的精確程度，就像彈性理論計(jì)算法、試驗(yàn)與半經(jīng)驗(yàn)法以及簡(jiǎn)化法等等。

3.5 加大力氣研究組合型復(fù)合地基

組合型復(fù)合地基是指結(jié)合多種地基處理的可取之處，考慮工程所在地的地質(zhì)條件，合理配置，這樣就能獲得比單一地基處理方式更為出色的承載能力，達(dá)到減少沉降、提升經(jīng)濟(jì)效益的目的［4］。像閆明禮教授開發(fā)的CFG樁與傳統(tǒng)碎石樁組合，在消除地基液化的同時(shí)又將承載力大幅度的提高。提高大噸位單樁承載力的有效途徑便是有效組合樁基與復(fù)合地基。單方混凝土換算成同噸位其他類型樁，不光承載力高，經(jīng)濟(jì)效益突出。

4 結(jié)語

目前各地城建工作如火如荼，填海造城，沿河岸開發(fā)已是大的趨勢(shì)，沿海城市對(duì)于復(fù)合地基的使用作為探路者為我們提供了新的地基處理方法、新的施工機(jī)械，為計(jì)算理論提供支持。在復(fù)合地基中疏樁基礎(chǔ)所具有的巨大經(jīng)濟(jì)效益，其低造價(jià)成本備受青睞，軟土地區(qū)優(yōu)先選擇是應(yīng)用復(fù)合地基，當(dāng)前研究變形控制為目的的疏樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理論已經(jīng)漸趨成熟，但為了更加深層次的掌握，我們?nèi)孕鑼?duì)其進(jìn)行理論研究和加深對(duì)于技術(shù)的探討。

［1］ 唐連軍，王艷麗.復(fù)合地基工程理論研究回顧與展望［J］.中國(guó)西部科技，2010(3):49-50.

［2］ 張愛軍.復(fù)合地基三維數(shù)值分析［M］.北京:科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

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［6］ 王成軍.基礎(chǔ)工程學(xué)［M］.天津:天津大學(xué)出版社，2002:5.

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