关键词：褥垫层技术；CFG桩复合地基；褥垫层厚度
中图分类号：TU473
文献标识码：A
文章编号：1674-114511-0172-02
近几年来,我国在高边坡系统排水、锚索加固、复合支护、变形监测、标准化与动态设计方面有所创新和突破,网络技术、数据库技术、数字可视化技术、地理信息技术等不断地被应用到勘察各专业,取得了一定的效果。在计算机建设上已实现局域网共享资源；基本实现计算机辅助工程勘察,达到信息化初始阶段目标。由于工程勘察专业具有多样性、复杂性、随机性和数据海量性等特点,信息化水平还有待进一步提高。要密切关注、跟踪、研究国内一流的工程勘察企业的技术水平和发展动态,通过加强行业协作及与国内高校、科研院所的密切合作,在引进、消化、吸收国内外先进技术的基础上,进行技术创新。
随着建设项目规模的增大,面对的工程地质问题越来越复杂且极具挑战性。经过不断探索、实践和提高,我们在诸多领域具备了很强的技术实力,其中就包括褥垫层技术。褥垫层技术是刚性桩复合地基的重要组成部分,褥垫层是CFG桩复合地基的一个核心技术,复合地基的许多特性都与褥垫层有关。这里所说的褥垫层不是基础施工中经常浇筑的10cm厚的素混凝土垫层,而是由粒状材料组成的散体垫层。
一、褥垫层的作用
保证桩、土共同承担荷载
若基础下面不设置褥垫层,基础直接与桩和桩间土接触,在竖向荷载作用下其承载特性和桩基差不多。在给定荷载作用下,桩承受较多的荷载,随着时间的增加,桩发生一定的沉降,荷载逐渐向土体转移。其时程曲线的特点是：土承担的荷载随时间增加逐渐增加,桩承担的荷载随时间增加逐渐减小。
如果桩端落在坚硬土层或岩石上,桩的沉降很小,桩上的荷载向土上转移的数量很小,桩间土承载力很少发挥。
如果在基础下设置一定厚度的褥垫层,情况就不同了,即使桩端落在好的土层上,也能保证一部分载荷通过褥垫作用在桩间土上。借助褥垫的调整作用,使给定荷载作用下桩、土受力时程曲线均为常值。
调整桩、土荷载分担比
复合地基桩、土荷载分担,可用桩、土应力比n表示,也可以用桩、土荷载分担比δp、δs表示。
当褥垫厚度△H＝0时,桩土应力比很大,如图1所示。在软土中,桩土应力比n可以超过100,桩分担的荷载相当大。当△H很大时,桩土应力比接近1。此时桩的荷载分担比很小,并由δp≈m,如图1所示：
表1给出了在不同荷载水平、不同褥垫层厚度的情况下,桩承担的荷载占总荷载百分比δp的变化情况,可以看到,桩土荷载分担与褥垫层厚度密切相关。
减小基础底面的应力集中
当褥垫厚度△H＝0时,桩对基础的应力集中很明显,和桩基础一样,需要考虑对桩基础的冲切破坏。当△H大到一定程度后,基底反力即为天然天然地基的反力分布。
桩顶对应的基础地面测得的反力σRp与桩间土对应的基础底面测得的反力σRs之比用β表示,β随着褥垫厚度△H的变化如图2所示。当褥垫厚度大于10cm时,桩对基础底面产生的应力集中已显著降低,当△H为30cm时,β值已经很小。
调整桩、土水平荷载的分担
CFG桩主要传递竖向荷载,当基础承受水平荷载时,桩、土是如何参与工作的?特别是CFG桩不配筋,桩在水平荷载作用下会不会断裂?会不会影响建筑物的正常使用?这些常常是设计人员最但心的问题。
1.桩、土水平荷载的分担。当褥垫层厚度△H＝0时,基础受竖向荷载P和水平荷载Q的作用。在竖向荷载P的作用桩的荷载分担比δp很大,而土的荷载分担比δs很小。
在无埋深的条件下,荷载Q传到桩上的水平力为Qp,传到土上的水平力为0s,并有
Q＝Qp＋Qs
Qs＝μP6
式中：Ps－桩间土分担的荷载；μ－基础和土之间的摩擦系数,μ多在0.25－0.45之间变化。当△H＝0时,Ps较小,则Os也很小,此时水平荷载主要由桩来分担,Qp很大。
当褥垫层厚度AH增大到一定数值时,作用在桩顶和桩间土上的剪应力Tp和Ts不大,桩顶受到的剪应力Qp＝mATp,占水平荷载的比例大体与面积置换率相当,即此时桩受到的水平荷载很小,水平荷载主要由桩间土承担。
2.单桩水平载荷试验分析。图3中曲线1和曲线2是桩顶无竖向荷载条件下水平静载试验结果。当荷载O达到某一数值时,桩的水平位移急剧增加,此时桩已破坏。曲线3是桩顶施加30KN竖向荷载条件下的水平静载试验结果,与曲线l、曲线2显然不同,当水平荷载加到4-5KN时,桩并未发生破坏。随着水平荷载的增加,Q－μP曲线仍呈非线形发展。由此可知,CFG桩复合地基中的桩,由于桩顶作用着竖向荷载,桩抵抗水平荷载的能力要比自由单桩大很多。
3.复合地基水平荷载试验。试验表明,褥垫层厚度越大,桩顶水平位移越小,即桩顶承受的水平荷载越小。大量工程实践和室内外试验表明,褥垫层厚度部小于10cm时,桩体不会发生水平折断,桩在复合地基中部会失去工作能力。
二、褥垫层的合理厚度
由前面的讨论可知,褥垫层厚度过小,桩对基础将产生很显著的应力集中,需考虑桩对基础的冲切,这势必导致基础加厚。如果基础受水平荷载作用,可能造成复合地基中桩发生断裂。
由于褥垫层厚度过小,桩间土承载能力不能充分发挥,要达到设计要求的承载力,必然要增加桩的数量或长度,造成经济上的浪费。而其带来的唯一好处是建筑物的沉降量小。
褥垫层厚度大,桩对基础产生的应力集中很小,可不考虑桩对基础的冲切作用,即使基础受水平荷载的作用,也不会发生桩的折断。
褥垫层厚度大,能够充分发挥桩间土的承载能力。若褥垫层厚度过大,会导致桩土应力比等于或接近于1。此时桩承担的荷载太少,实际上复合地基中桩的设置已失去意义。这样设计的复合地基,其承载力不会比天然地基承载力有较大的提高,而且建筑物的沉降也大。
综合以上分析,结合大量的工程实践,同时考虑到技术上可靠、经济上合理,褥垫层厚度取10－30cm为宜。
三、结 语
褥垫层技术在实践中的推广应用大大提高了勘察技术水平和工作效率,勘察产品也得到了业主的信任和好评,新技术的引进和应用、勘察专题的研究与应用使勘察技术水平得到了飞速提高,不但使勘测周期缩短、成本降低、准确性提高；同时拓宽了勘察技术的应用领域,解决了工程中许多技术难题,提高了工程质量。,浅谈北京电子科技学院分数线 褥垫层技术在CFG桩复合地基中的应用
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