復合地基在軟弱地基處理中的應用

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

在軟弱地基處理中多采用復合地基處理方法以保證地基強度和承載力，采用不同的復合地基其加固機理和效果均不相同。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，所采用的復合地基多為散體樁(如碎石樁)、低粘接強度樁(如攪拌水泥土樁、石灰樁)、中等粘接強度樁(夯實水泥土樁)和高粘接強度樁(如CFG樁)等，文章對多種復合地基進行機理及其適用性等方面進行了論述。

1CFG樁復合地基工作機理及適用性[1]

CFG樁復合地基由樁體、樁間土和褥墊層幾部分構成，樁體和其基礎通過褥墊層與基礎相聯(lián)系，其中褥墊層是該工藝的核心部位，褥墊層將上部傳來的基底壓力通過適當?shù)淖冃我砸欢ǖ谋壤峙浣o樁及樁間土以實現(xiàn)二者共同受力，同時周圍土體受到樁體的擠密而提高其強度及承載力，而樁周圍土體的側應力的增加而改善了其受力性能，二者共同作用形成復合地基受力整體來共同承擔上部基礎荷載。該工藝主要適用于對黏性土、粉土、砂土及已經自重固結的素填土等土體，對于淤泥質土體則應根據(jù)現(xiàn)場試驗來確定其適用性，該種工藝屬于剛性復合地基，具有承載力提高幅度大、地基變形小等優(yōu)點而適用于條形基礎、獨立基礎、箱型及筏板基礎等多種基礎。

該種工藝所具備的優(yōu)點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、造價低以及施工方便等優(yōu)點而具備明顯的社會和經濟效益;但結合大量工程實踐其工后一段時間內承載力和沉降不能得到保證，因此在設計及施工中從安全角度考慮應對復合地基承載力進行折減，折減系數(shù)一般控制在0.8左右。

2水泥攪拌復合地基

2.1 加固機理

水泥攪拌樁是通過樁體和樁間土構成的復合地基來共同受力，復合地基中部分土體被增強或置換，由基體和增強體共同承擔承載力，并輔以樁頂及樁間土上一定厚度的褥墊層來共同分擔上部荷載，在荷載作用下樁體承受較多，因此隨時間推移樁體發(fā)生一定量的沉降，因而部分荷載轉移至周圍土體，致使樁承擔的荷載隨時間增加而減少，而土體所承擔的荷載隨時間增加而增加，同時由于樁的模量遠超過土體模量，因此樁間土表面變形遠大于樁頂變形，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，因此該種復合地基具有調整荷載向樁體轉移的作用，并可提高地基承載力及增大復合土層的符合模量，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，通過特制攪拌機械就地將軟土和固化劑進行強制攪拌，實現(xiàn)軟土硬結成為具有一定整體性、水穩(wěn)定性和一定強度的水泥加固土樁的復合地基，來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，該類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，其施工過程中環(huán)保無污染、加固形式靈活且造價低廉，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，在施工中應充分理解設計意圖，緊扣施工要點以確保施工質量及處理效果。

3振沖碎石樁技術原理及加固機理

3.1 技術原理

振沖碎石樁是利用一種可產生水平向振動的管狀設備在高壓水流下邊振邊沖以在軟土層內成孔，之后在孔內分批填入碎石或卵石等形成樁體，由樁體和原土層形成復合地基來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圍軟土對碎石樁的約束作用，若周圍土體過于軟弱則對樁體的約束小。振沖樁同時可具有置換及擠密作用，置換作用主要適用于粘性土，而在砂土內采用振沖樁則其擠密作用遠超過置換作用，當樁體穿越軟土層達到硬層時則樁體可起到應力集中作用，若樁體未達到硬層則樁體起應力擴散和均布作用[3]。

3.2 加固機理

施工中是通過振動沉管來迫使基礎土體向四周擠出，在填充碎石料后經過擠密和振密而形成樁體，樁體的應力分擔作用碎石樁體是離散體，其與樁間土形成復合地基，該地基在剛性基礎作用下產生的變形符合變形協(xié)調條件，且用碎石樁加固過的地基較原地基的壓縮模量會有大幅度增加，其在荷載作用下可通過樁體承受較大應力而體現(xiàn)碎石樁體的應力分擔作用。同時由于樁體內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孔隙水壓力增長;同時振動擠密和固結作用可增大樁間土的密實度以提高地基土的抗剪強度，消除地基土液化的可能性。

4水泥粉噴樁機理及適用范圍

4.1 水泥粉噴樁的作用機理

水泥樁粉噴樁是利用粉噴機械成孔，運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，同時借鉆頭的葉片旋轉進行攪拌，以實現(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水泥與水的水解水化學反應極其和土體間的離子交換、團粒化作用、凝硬作用以及碳酸化作用等化學作用來改善土壤的天然屬性，從而提高土壤的承載力;施工過程中由于有壓縮空氣從施工鉆頭部位噴出，其可在軟土內產生超孔隙水壓，而后期超孔壓的消散必將伴隨著土體的排水固結;同時施工中鉆具可產生對周圍土體的振動密實作用，且軟土振動易液化，并在振動后其強度將有所增加;鉆具在切削后在鉆進和復攪拌提升過程中，帶有一定傾角的雙螺旋葉片鉆頭將土體產生壓力。該種復合地基中樁體實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散過程中，樁的變形決定于樁體自身形變及樁間土的相對位移，而樁間土的相對位移則決定于基礎下土體的固結變形。

4.2 粉噴樁的優(yōu)點及適用范圍

由于粉噴樁樁身強度不高，因此其可與樁間土共同作用形成復合地基，同時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;該種工藝自身特點決定其施工速度快，可遠遠超過普通混凝土樁機的施工進度，且其造價較低;該工藝除不適用于極少數(shù)土層外，在一般的軟弱土層內均適用，具有非常廣泛的使用范圍。

5結語

采用復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，并可減少周圍建筑物的沉降量及樁體的工后沉降，該種工藝同樁基相比具有造價低廉、施工方便、工期短等優(yōu)點，但不同的復合地基適用于不同的軟土地基，因此在選用復合地基時應結合區(qū)域內地基土的組成及力學性質等實際情況采用合理的形式以保證工程質量，并可取得良好的經濟和社會效益。

參考文獻

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

[2] 龔曉南.復合地基理論及工程應用[M]．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．

[3] 閆明禮，張東剛．CFG樁復合地基技術及工程實踐[M]．北京:中國水利水電出版社，2006．