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摘要：針對當(dāng)前復(fù)合地基在我國建筑事業(yè)中所發(fā)揮的重大作用及其多樣性，總結(jié)了現(xiàn)夸復(fù)合地基的類型廈相關(guān)特點(diǎn)．明確了復(fù)合地基的重要特點(diǎn)，對復(fù)合地基的認(rèn)識(shí)廈進(jìn)一步了解提供一些有益的參考。...

對復(fù)合地基發(fā)展的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)

孫亞婷，曹新文

(西南交通大學(xué)土木學(xué)院道路與鐵道工程系，四川成都610031)

1.復(fù)合地基簡述

    1.1時(shí)復(fù)合地基的認(rèn)識(shí)以及其概念

    復(fù)合地基技術(shù)在I9世紀(jì)30年代起源于歐洲，國內(nèi)出現(xiàn)要晚一些。對復(fù)合地基定義的認(rèn)識(shí)．目前較為廣泛接受的是，看其在工程狀態(tài)下能否保證樁與樁間土共同直接承擔(dān)荷載；定義側(cè)重于從荷載傳遞機(jī)理上來揭示復(fù)舍地基的本質(zhì)．即在荷載作用下，增強(qiáng)體和地基土體共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載。

    當(dāng)天然地基不能滿足建(構(gòu))筑物對地基的要求時(shí)，需要進(jìn)行地基處理，形成人工地基，以保證建(構(gòu))筑物的安全與正常使用。經(jīng)過地基處理的人工地基大致可分為三類：勻質(zhì)地基、多層地基和復(fù)合地基。復(fù)臺(tái)地基可定義為：天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強(qiáng)，或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土體或被改良的天然地基土體)和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載作用。

    1.2復(fù)合地基的常用形式及分類

    在工程實(shí)踐中復(fù)合地基多從4個(gè)方面來分類。

    (1)按增強(qiáng)體設(shè)置方向分類，分為豎向、水平向及斜向。其中豎向增強(qiáng)體可以采用同一長度，也可采用長短樁形式；長短樁可以采用同一材料，也可采用不同材料制樁(在深厚軟土地基中采用長短樁復(fù)合地基既可以有效提高地基承載力，又可有效減小沉降，且具有較好的經(jīng)濟(jì)效益)。

    根據(jù)復(fù)合地基工作機(jī)理．豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基(叉可稱作樁體復(fù)合地基)中包括散體材料樁復(fù)合地基(如碎石樁、砂樁等)廈粘結(jié)材料樁復(fù)合地基(包括柔性樁復(fù)合地基，如水泥土樁、灰土樁等，或者剛性樁復(fù)合地基，如鋼筋混凝土樁、低強(qiáng)度混凝土樁等)。嚴(yán)格講，樁體的剛度不僅與材料性質(zhì)有關(guān)，還與樁的長徑比、土體剛度有關(guān)，應(yīng)采用樁土相對剛度來描述。水平向增強(qiáng)體復(fù)臺(tái)地基主要指加筋土地基，加筋材料主要是土工織物和土工格柵等。

    (2)按增強(qiáng)體材料分類，分為：土工合成材料(如土工格柵、土工布等)，砂石樁，各糞土樁(如水泥土樁、土樁、灰土樁、渣土樁等)，各類低強(qiáng)度混凝土樁和鋼筋混凝土樁等。

    (3)按基礎(chǔ)剮度和墊層設(shè)置分類．分為剛性基礎(chǔ)(設(shè)墊層或不設(shè)墊層)、柔性基礎(chǔ)(設(shè)墊層或不設(shè)墊層)。

    (4)按增強(qiáng)體長度分類，分為等長度和不等長度(長短樁復(fù)合地基)。

    從以上的分類情況可以對目前應(yīng)用的各種復(fù)合地基情況有個(gè)全面的了解。不難發(fā)現(xiàn)在工程中得到應(yīng)用的復(fù)合地基形式具有多種類型．要建立可適用于各種類型復(fù)合地基承載力和沉降計(jì)算的統(tǒng)一公式是困難的，或者說是不可能的。

    1.3形成復(fù)合地基的基本條件

    如何設(shè)置增強(qiáng)體與天然地基土體，以保證在荷載作用下二者能夠通過變形協(xié)調(diào)共同發(fā)揮作用來承擔(dān)荷載作用，這是形成復(fù)合地基的基本條件。

    應(yīng)特別注意的是，當(dāng)增強(qiáng)體采用粘結(jié)材料樁，特別是采用剮性樁形成復(fù)合地基需要重視復(fù)臺(tái)地基的形成條件。假設(shè)復(fù)合地基增強(qiáng)體的模量為E，樁間土的模量為E。> E在承臺(tái)荷載作用下，開始時(shí)增強(qiáng)體和樁間土體中豎向應(yīng)力大致上按兩者的模量比例分配，但隨著土體產(chǎn)生蠕變，土中應(yīng)力不斷減小，而增強(qiáng)體中應(yīng)力逐漸增大，荷載向增強(qiáng)體上轉(zhuǎn)移；若E。>E樁間土承擔(dān)的荷載比例極小。特別是若遇地下水位下降等因素，樁聞土體進(jìn)一步壓縮，樁間土可能不再承擔(dān)荷載，在這種情況下增強(qiáng)體與樁問土體難以形成復(fù)合地基共同承擔(dān)上部荷載。在實(shí)際工程中若不能滿足形成復(fù)合地基的條件，而以復(fù)合地基進(jìn)行設(shè)計(jì)是不安全的。因?yàn)樵谶@種情況下高估了樁問土的承載能力，降低了復(fù)合地基的安爭度．可能造成工程事故。應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員充分的重視。

2.復(fù)臺(tái)地基概念的發(fā)展

    復(fù)合地基有水平向增強(qiáng)體型和豎直向增強(qiáng)體型這阿種型式。這兩種型式的復(fù)合地基各有其長處和短處但由于實(shí)際工程地質(zhì)條件的復(fù)雜多變性，加上控制地基沉降，保持地基穩(wěn)定、加快工期、節(jié)約投資等其他技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素的制約，只采用其中一種型式往往仍然不能滿足要球。有理論研究和試驗(yàn)研究表明．在基礎(chǔ)和復(fù)合地基加固區(qū)之間設(shè)置耨摯層不僅可以保證各類增強(qiáng)體與樁間土形成復(fù)合地基共同承擔(dān)上部荷載，而且還可以有效改善復(fù)臺(tái)地基中淺層的受力狀態(tài)。如減小樁土荷載分擔(dān)比．提高樁同土的抗剪強(qiáng)度、提高增強(qiáng)體承受豎向荷裁的能力等、在這種情況下．可考慮采用“水平向增強(qiáng)體型+豎直向增強(qiáng)體型”的聯(lián)合復(fù)臺(tái)地基型式，博采兩種單一型式之長，從而取得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。相關(guān)研究人員將這種聯(lián)合復(fù)合地基型式稱為“樁一網(wǎng)復(fù)合地基”。

    2.1單一類型復(fù)合她基的不足

    單一的水平向增強(qiáng)體(土工合成材料、金屬材料格柵等)復(fù)臺(tái)地基雖有加筋、過濾、排水，隔離、防滲、防護(hù)等好的功能．但也有不足之處。首先．它不方便在較深的土層下施工、難以用于基坑，特別是深基坑支護(hù)；其次，它不能充分調(diào)動(dòng)下部土的承載潛力；第三，它應(yīng)用于軟土地基處理時(shí)．所需沉降變形時(shí)聞往往較長，不利于加快工程進(jìn)度。

    單一的豎向增強(qiáng)體(通常戚為樁體)復(fù)臺(tái)地基恰能彌補(bǔ)單一的水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基的不足。它方便在較深的土層下施工方便用于深基坑處理；能充分調(diào)動(dòng)下部及樁間土的承裁潛力；應(yīng)用于軟土地基處理時(shí)，所需沉降變形時(shí)間較短。但它沒有加筋、過濾防滲功能，在高邊坡情況下往往要設(shè)專用抗措斜樁，難以施工；有時(shí)因特殊情況需要，仍嫌其沉降變形達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間。

    2.2柱一網(wǎng)復(fù)合地基國外、國內(nèi)概況

    (1)國外實(shí)例．1975年日本在北海遭石符河的堤岸改造工程中，因時(shí)季防汛需趕工期。又考慮軟土地基等其他拄術(shù)條件的影響，經(jīng)反復(fù)研究決定采用“樁一網(wǎng)工法”．其樁為混凝土樁和經(jīng)防腐處理的術(shù)樁，網(wǎng)材為土工織物或經(jīng)防腐處理的鋼筋。這是世界上首次提出并用此法。因得到了較好的效果．隨后日本迅速將該法推廣應(yīng)用于鐵路、公路、建筑等領(lǐng)域。

    20世紀(jì)80年代，英國擴(kuò)建倫敦第三大國際機(jī)場—— sIa|lst機(jī)場怍為擴(kuò)建的關(guān)鍵工程之一，要修建一條連接既有kndon—cONMBmn干線的新鐵路。鐵路路基所經(jīng)之處有一片地下水位很高、承載力很低的深厚軟黏土，為使新路基與既有干線路基間的沉降差保持最小，業(yè)考慮到工期及其他一些地質(zhì)條件的影響．經(jīng)多方案試驗(yàn)比較．最終決定采用‘帶帽鋼筋混凝土預(yù)制樁+土工織物”的路堤填筑技術(shù)．井且取得了非常好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

    (2)國內(nèi)實(shí)例，l99。年由浙江大學(xué)土木工程系和南京盤陵石油化上公司煉油廠合怍采用橫日土工布砂墊埕+豎間砂井：方式處理一座2 x10一ill 容積的油罐軾基，獲得了預(yù)期效果．滿足了設(shè)計(jì)要求l998年江蘇省泰州市工程技術(shù)人員首次利用“士工編織布加筋墊層土水泥粉噴攪拌樁”的復(fù)合地基方案，修復(fù)處理詼?zhǔn)幸�江河嘶馬碼頭下的軟土地基。成功地解決了原設(shè)計(jì)中單一的水泥粉噴攪拌樁復(fù)臺(tái)地基方案處理后所出現(xiàn)的樁體被剪斷偏斜、移位．碼頭基塘邊城滑動(dòng)和樁問土韶砂冒泡等多種問題提高了地基承載力．耐少了沉降，增加了碼頭穩(wěn)定性降低了工程造價(jià)，修復(fù)處理力案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯．2001年鐵道部科學(xué)研究院深圳分院的研究設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)深圳市寶安區(qū)固成開發(fā)區(qū)市政道路工程的軟基處理方案時(shí)，考慮擬建道路場地下有較深厚的淤泥層(平均厚5 3 m，最厚達(dá)9 6 m)．為減少道路建成后的沉降和差異沉降．并考慮到為后續(xù)工程提供可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)采用丁水泥深層攪拌樁法、沉管砂樁排水固結(jié)超載預(yù)壓法插塑板排水固結(jié)真空預(yù)壓法等三種處理方案，且進(jìn)行了大量相關(guān)試驗(yàn)；在兩種不同處理路段的交接處．為減少道路建成后的差異沉降．鋪l5 m長的土工格柵(ge咿d)．從而使土工格柵與其下方的水泥深層攪拌樁形成了這里所說的“樁一網(wǎng)復(fù)合地基”處理法。

    2.3樁一網(wǎng)：復(fù)合地基的定義

    樁一網(wǎng)復(fù)合地基(pile㈣opOSITEkfounckafion)，是菲天然地基在地基處理過程中，下部土體得到豎直向增強(qiáng)體樁”的加強(qiáng)從耐形成樁土復(fù)合地基加固區(qū)．井在該區(qū)上部鋪設(shè)水平向增強(qiáng)體“網(wǎng)”從而形成加筋土復(fù)合地基加固區(qū)，使目一鏈一士協(xié)同作用、共同承捐荷載的人工地基。

    2.4樁一網(wǎng)復(fù)合地基的組成

    樁一網(wǎng)復(fù)合地基(見圖I)這一體系由5粹分組成(r部(路堤)填土；(2)上都網(wǎng)(一層或幾層．鋪設(shè)于樁頭之 L)；(3)中間砂石褥墊層及可能存在于褥墊層中舳網(wǎng)；(4下部一般為非剛性樁(如散體材料樁或柔性樁、木樁．當(dāng)然也可能會(huì)是剮性樁)及樁間土(一般為天然軟黏土)：(5)下d樁土復(fù)合地基加固區(qū)下的天然軟土層或持辦層。其中的9 0部分是樁和網(wǎng)。

    在樁一網(wǎng)復(fù)合地基中．“網(wǎng)”的主要功能是加筋作用，t主要處于受拉狀態(tài)。能抗拉力的網(wǎng)材與地基士組成復(fù)合土體，共同承載。

3.復(fù)合地基認(rèn)識(shí)中存在的一些問題

    3.1復(fù)合地基與雙層地基

    有的學(xué)者將復(fù)合地基視為雙層地基，將雙層地基有關(guān)計(jì)算方法應(yīng)用到復(fù)臺(tái)地基計(jì)算中。其實(shí)，復(fù)臺(tái)地基與雙層地基在荷載作用下的性狀有較大區(qū)別，在復(fù)古地基計(jì)算中直接應(yīng)用雙層地基計(jì)算方法是不妥當(dāng)?shù)模�有時(shí)是不安全的。

    荷載作用下的勻質(zhì)地基中的附加應(yīng)力可用布西涅斯克解求解．雙層地基可采用當(dāng)層法求解。對于復(fù)臺(tái)地基，采用當(dāng)層法計(jì)算復(fù)合地基中的附加應(yīng)力可能帶來很大誤差．計(jì)算結(jié)果是偏不安全的。下面簡述原因。

    曾有學(xué)者采用有限元法分析比較了復(fù)合地基和雙層地基中壓力擴(kuò)散情況分析中，將作用在復(fù)合地基加固區(qū)與下臥層界面和雙層地基兩層土界面上的荷載作用面對應(yīng)范圍的慳向應(yīng)力取平均值，并依此平均值計(jì)算壓力擴(kuò)散角。根據(jù)附加應(yīng)力與模量比關(guān)系曲線．最終得出以下三個(gè)結(jié)論。

    (1)當(dāng)模量比一定時(shí)，雙層地基的擴(kuò)散角隨地基高寬比 H／b的增大而增大；復(fù)合地基的擴(kuò)散角隨著高寬比H／b的增人而先增大后減小。H／b相同．雙層地基擴(kuò)散角遠(yuǎn)大于復(fù)臺(tái)地基的擴(kuò)散角．且隨著HIb增大這種差距也增大。

    (2)高寬比H／b一定時(shí)．隨著模量比(E／B)增大，復(fù)合地基中加固區(qū)與下臥層界面處附加應(yīng)力平均值略有增大，而碾層地基中附加應(yīng)力平均值隨著模量比的增大而迅速減小。   

    (3)高寬比H／b一定．復(fù)合地基的擴(kuò)散角隨橫量比的增  大稍有減小，而雙層地基中壓力擴(kuò)散角隨模量比的增大而迅  譴增大。

    (注：復(fù)合地基加固區(qū)復(fù)臺(tái)模量為E。，其他區(qū)域土體模  量為8；雙層地基上層土體模量為E0下層土體橫量為E1)。    根據(jù)前面的分析，在荷載作用下雙層地基與復(fù)合地基中  附加應(yīng)力場分布及變化規(guī)律有著較大的差別，將復(fù)合地基認(rèn)作雙層地基，會(huì)低估了深層土層中的附加應(yīng)力值．如應(yīng)用于工程計(jì)算是偏不安全的。

    3.2復(fù)合地基與淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)

    當(dāng)天然地基能夠滿足建(構(gòu))筑物對地基的要求時(shí)，通常采用淺基礎(chǔ)；當(dāng)天然地幕不滿足建(構(gòu))筑物對地基的要求時(shí)需要對天然地基進(jìn)行處理形成人工地基以滿足建(掏)筑物對地基的要求。樁基礎(chǔ)是軟弱地基最常用的一種人工地基形式=樁基技術(shù)也是一種地基處理技術(shù)，而且是一種最常見的地基處理技術(shù)。采用的她基處理方法不同，天然地基經(jīng)過地基處理后形成的^工地基性態(tài)也不同。

    根據(jù)上述分析．將工程建設(shè)中常用的三種地基基礎(chǔ)形式(包括淺基礎(chǔ)、復(fù)合地基和樁基礎(chǔ))的荷載傳遞特點(diǎn)總結(jié)如表1。端承樁和摩擦樁均屬于樁基礎(chǔ)(經(jīng)典樁基礎(chǔ)理論不考慮基礎(chǔ)板下地基土直接對荷載的傳遞作用，雖然客觀上摩擦樁樁間土是直接參與共同承擔(dān)荷載的．但在計(jì)算中是不予考慮的)。

    淺基礎(chǔ)、復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)之間并不存在嚴(yán)格的界限，是連續(xù)分布的。復(fù)臺(tái)地基置換率等于零時(shí)就是淺基礎(chǔ)；復(fù)合地基樁土應(yīng)力比等于1時(shí)也就是淺基礎(chǔ)。復(fù)臺(tái)地基中不考慮樁間上的承載力．其承載力計(jì)算則與樁基礎(chǔ)相同。摩擦樁基中考j￡樁間土直接承擔(dān)荷載的作用，也可屬于復(fù)合地基．或者說考慮樁土共同作用就要?dú)w屬于復(fù)合地基。

    復(fù)合地基中樁體與樁間土贏接同時(shí)承擔(dān)荷載是復(fù)臺(tái)地基的基本特征．也是復(fù)合地基的本質(zhì)。強(qiáng)調(diào)從荷載傳遞路線來斷是否屬于復(fù)合地基。

4.結(jié)論

    復(fù)合地基技術(shù)正在發(fā)展，不少新的復(fù)合地基形式得到應(yīng)用．如要應(yīng)對復(fù)雜多變的實(shí)際工程，應(yīng)該對復(fù)合地基有一個(gè)較明確的認(rèn)識(shí)。

    (1)對復(fù)合地基的認(rèn)識(shí)首先要明確復(fù)臺(tái)地基的本質(zhì)，即在荷載作用下，增強(qiáng)體和地基士體共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載。

    (2)當(dāng)今復(fù)合地基的發(fā)展已側(cè)重于綜合應(yīng)用，結(jié)合宴際采用臺(tái)理的復(fù)合地基方式．樁網(wǎng)復(fù)臺(tái)地基應(yīng)運(yùn)而生，已經(jīng)發(fā)揮很大的作用。

    (3)明確復(fù)臺(tái)地基與雙層地基的附加應(yīng)力場分布及變化規(guī)律有著較大的差別，將復(fù)合地基認(rèn)作雙層地基，會(huì)低估了深層土層中的附加應(yīng)力值，如應(yīng)用于工程計(jì)算是偏不安全的；淺基礎(chǔ)、復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)之間并不存在嚴(yán)格的界限．強(qiáng)調(diào)從荷載傳遞路線來判斷是否屬于復(fù)合地基。

參考文獻(xiàn)

1.葉書麟，韓杰地基處理與托按技術(shù)[M]北京：中國建筑I業(yè)出版社1994 72—1281515—540

2.恭曉南復(fù)合地基設(shè)計(jì)和施[指南M]北京人民交通出版社

3.《地基處理手冊》編寫委員會(huì)地基處理手冊 M]北京中國 建筑工業(yè)出版社，2000 1—32

4.強(qiáng)小俊，樁一網(wǎng)復(fù)合地基的性狀分析研究[D]南昌大學(xué) 校：006

5.楊宇，陳昌富，陳硯樣雙向復(fù)旮地《研究現(xiàn)狀展望[J]南華大學(xué)學(xué)報(bào)．2003．I7(4)

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)

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