關(guān)于復(fù)合地基處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探討

郭興峰 劉 鵬 李 亮

1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2.神木市農(nóng)村公路管理站

1 引言

20世紀(jì)中期，國外學(xué)者首次提出了“復(fù)合地基”一說，而最初被提出時(shí)，“復(fù)合地基”一詞常用來表示采用碎石樁方法來處理天然地基，后來又漸漸的拓展為采用樁體加固技術(shù)來處理天然地基。之后，隨著世界經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了繁榮期，無論是工程實(shí)踐方面還是理論研究方面，地基處理技術(shù)[1-3]都得到了較快的發(fā)展，而“復(fù)合地基”一詞也有了更為廣義的概念，但是卻始終沒有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。而到了20 世紀(jì)80、90年代，國內(nèi)學(xué)者也陸續(xù)展開了對(duì)“復(fù)合地基”的研究，并對(duì)“復(fù)合地基”的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了初步的探索，為地基基礎(chǔ)方面的工程實(shí)踐提供了較為有力的理論支撐。自進(jìn)入21世紀(jì)以來，關(guān)于“復(fù)合地基”的工程實(shí)踐和理論研究更是有了長足的發(fā)展，而且工程界和學(xué)術(shù)界對(duì)“復(fù)合地基”一詞也初步有了較為統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)：即從狹義角度來說除了水泥土樁和砂石樁復(fù)合地基之外，其他的地基處理形式都不屬于“復(fù)合地基”；但從廣義角度而言凡是在工作時(shí)各類樁與樁間土是一起承受荷載的，都可以歸屬于“復(fù)合地基”。基于此，本文則從廣義的角度對(duì)復(fù)合地基處理技術(shù)的工程效用、應(yīng)用現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了探討，以期為工程實(shí)踐提供一些參考或者指導(dǎo)性建議。

2 復(fù)合地基的破壞形式及工程效用

2.1 復(fù)合地基的破壞形式

所謂廣義的“復(fù)合地基”，指的是在處理天然地基時(shí)，通過對(duì)一部分天然地基土體進(jìn)行添加或置換加筋材料，使得其地基承載力得到增強(qiáng)的地基處理方式。其地基承載力增強(qiáng)方式主要分為水平向增強(qiáng)方式和豎直向增強(qiáng)方式（詳見圖1）。

圖1 地基承載力增強(qiáng)方式

這兩種增強(qiáng)體的地基破壞模式存在很大的區(qū)別，其中豎向增強(qiáng)體（工程界一般稱之為樁）的破壞形式有：鼓脹破壞（即樁體承受荷載時(shí)其周圍的土體圍壓相對(duì)較小致使樁體發(fā)生鼓脹）、刺入破壞（即樁體剛度過大而地基土的承載力相對(duì)過低致使樁體承受荷載后直接下沉）、樁體剪切破壞（即樁體強(qiáng)度較低而地基土的承載力相對(duì)較大致使樁體承受荷載時(shí)直接發(fā)生破壞）、滑動(dòng)剪切破壞（上層地基土為柔性基礎(chǔ)而下層地基土為剛性基礎(chǔ)，致使地基承受荷載時(shí)沿著滑動(dòng)面發(fā)生破壞）；而水平向增強(qiáng)體的破壞形式有：承載破壞形式（主要是地基承載力不足所導(dǎo)致）、滑弧破壞形式（主要是土工織物的延伸率大而抗拉強(qiáng)度低所導(dǎo)致）、薄層擠出破壞形式（主要是薄層土的強(qiáng)度低所導(dǎo)致）、加筋體繃斷破壞形式（主要是加筋體的強(qiáng)度低、延伸率小而剛度大所導(dǎo)致）。

2.2 復(fù)合地基的工程效用

復(fù)合地基在工程中的效用涉及多個(gè)方面，且不同的復(fù)合地基處理技術(shù)其效用也不盡相同，但無論哪種復(fù)合地基處理技術(shù)，都可以起到加強(qiáng)地基承載力，降低地基沉降量的作用。總體而言，其工程效用主要是集中在以下幾個(gè)方面。

2.2.1 樁體的剛度效用

以豎直向增強(qiáng)體而言，樁體的剛度通常比天然土體的剛度大，在承受荷載時(shí)便會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，便會(huì)使得樁體承擔(dān)的荷載較多，相應(yīng)地周圍土體承擔(dān)的荷載就較小，從而可以降低地基沉降量。而且樁體的剛度越大，這種效用就會(huì)變得越為明顯。

2.2.2 樁體的振密和擠密效用

無論是砂樁、石灰樁還是灰土擠密樁，在施工時(shí)都不可避免地會(huì)發(fā)生振動(dòng)、排土等狀況，尤其是采用沉管擠密或者振沖擠密時(shí)，這種情況直接增強(qiáng)了樁間土體的密實(shí)度，提高了地基土的力學(xué)性能。而生石灰樁的吸水膨脹和發(fā)熱效應(yīng)也能產(chǎn)生一定程度的擠密效果。

2.2.3 樁土復(fù)合的墊層效用

顧盼要陪她，她不肯。明知道羅漠不會(huì)來，素不相識(shí)的一個(gè)ID，隨口說出的一個(gè)玩笑，誰會(huì)當(dāng)真呢。可她還是來了，傻傻地等，她忍不住想，羅漠總是和別人不同的，他那么深情，那么獨(dú)特，他可以代替死去的女友看韓劇，也許也可以陪一個(gè)陌生的女孩看月亮。

一旦樁體與土體發(fā)生結(jié)合了以后，便能夠在加固范圍內(nèi)形成復(fù)合體并產(chǎn)生換填土效應(yīng)，從而有益于應(yīng)力的擴(kuò)散。這種情況實(shí)質(zhì)上就相當(dāng)于是在基礎(chǔ)下設(shè)計(jì)了墊層，使得荷載能夠相對(duì)均勻地分布開來。如果樁體未貫穿軟弱土層，這種效用就會(huì)變得更加明顯了。

2.2.4 加速地基土排水固結(jié)的效用

一些樁體材料諸如碎石樁、砂樁中的粗粒土等，本身透水性較好，在對(duì)地基進(jìn)行處理時(shí)就容易形成排水通道。而地基土在承受荷載時(shí)所產(chǎn)生的超孔隙水壓力就會(huì)促使地基土中的水通過這些排水通道排出來，從而縮短了地基土的排水固結(jié)時(shí)間，間接的增強(qiáng)了地基土的抗剪強(qiáng)度。

2.2.5 加筋作用的效用

復(fù)合地基加固區(qū)（天然地基土體+增強(qiáng)體）的形成，一方面加強(qiáng)了地基的承載力，另一方面提高了地基的穩(wěn)定性。加固區(qū)是承擔(dān)荷載的主要區(qū)域，而增強(qiáng)體的存在使得整個(gè)加固區(qū)地基的抗剪強(qiáng)度有了相應(yīng)地提高。其中水平向增強(qiáng)體的加筋作用相對(duì)來說更為明顯一些。

另外，還應(yīng)當(dāng)予以強(qiáng)調(diào)的是復(fù)合地基處理技術(shù)的效用與地基土的類別、復(fù)合地基形式、施工的方法和工序等方面都存在一定的關(guān)系，如果在工程上應(yīng)用并分析時(shí)還應(yīng)當(dāng)結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行多方面綜合考量，盡量選擇較為合適的地基處理方法。

3 復(fù)合地基處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

復(fù)合地基處理技術(shù)尚屬于巖土工程領(lǐng)域中一門不成熟的學(xué)科，其目的主要是為了對(duì)天然地基的承載力、穩(wěn)定性進(jìn)行改善，包括提高地基土的動(dòng)力特性、優(yōu)化地基土的透水特性、加強(qiáng)地基土的抗剪強(qiáng)度、提升地基土的壓縮模量等幾個(gè)方面。目前，復(fù)合地基處理技術(shù)的應(yīng)用較為廣泛，不僅在高層建筑、公路鐵路、市政建設(shè)，甚至在機(jī)場(chǎng)、堤壩等方面都有一定的應(yīng)用，其中常見的幾種復(fù)合地基處理技術(shù)有以下幾類形式：

3.1 碎石樁復(fù)合地基處理技術(shù)

碎石樁復(fù)合地基處理技術(shù)應(yīng)用在非飽和土和砂性土地基時(shí)存在較大的優(yōu)勢(shì)，不僅地基承載力得以大幅度提高，且沉降量也相對(duì)較小。其中按照施工方法又可以劃分為沉管、強(qiáng)夯、袋裝、振沖、干振、樁錘沖孔等幾種不同的碎石樁復(fù)合地基處理技術(shù)。不過應(yīng)當(dāng)注意的是，由于碎石樁復(fù)合地基的樁體是以散體材料為主，其復(fù)合地基的承載力大小主要與不排水條件下天然地基土的抗剪強(qiáng)度大小有關(guān)。如果不排水條件下天然地基土的抗剪強(qiáng)度較低其效果會(huì)大打折扣，則便不適宜采用碎石樁復(fù)合地基處理技術(shù)。

3.2 灰土樁復(fù)合地基處理技術(shù)

灰土樁復(fù)合地基處理技術(shù)指的是將石灰與土拌和后，通過擠土或非擠土方式在地基中成孔，并分層回填予以夯實(shí)的成樁方法，以起到加固天然地基土的作用。其成孔方法有沉管、沖擊、爆擴(kuò)三種擠土方式和挖孔、鉆孔兩種非擠土方式，通常可用于處理素填土、雜填土、濕陷性黃土等天然地基土，處理深度一般不超過15m，且不適宜處理位于地下水位以下天然地基土。不過隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，其處理深度也逐步有所提升，但經(jīng)濟(jì)性和工效都比較一般，以至于實(shí)用性相對(duì)較差，在工程中應(yīng)用時(shí)需要統(tǒng)籌考慮。

3.3 石灰樁復(fù)合地基處理技術(shù)

石灰樁復(fù)合地基處理技術(shù)即采用人工（洛陽鏟）或者機(jī)械（沉管）在天然地基中成孔，然后將生石灰灌入孔中壓實(shí)并采用黏土進(jìn)行封口的成樁技術(shù)。采用石灰樁進(jìn)行地基處理時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的應(yīng)隨灌隨伴，不宜拌和過早或者過晚；另外，天然地基的含水率對(duì)石灰樁復(fù)合地基的處理效果也具有較大的影響。據(jù)相關(guān)研究表明，拌和過早或者過晚、含水率過高或者過低其地基處理效果都不理想。因此，如果施工時(shí)缺乏同類工程經(jīng)驗(yàn)，還應(yīng)當(dāng)通過試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試，然后再確定是否采用石灰樁復(fù)合地基處理技術(shù)。

3.4 水泥土樁復(fù)合地基處理技術(shù)

水泥土樁復(fù)合地基處理技術(shù)即采用特制的攪拌樁機(jī)，將水泥漿液或水泥粉體噴射入天然地基土中，然后拌和均勻，如果按照施工方法的不同則可分為深層攪拌法、旋噴法、夯實(shí)法等幾種類型。其中深層攪拌法又有噴漿（水泥漿液）和噴粉（水泥粉體）之分，通常來說噴漿比噴粉的均勻性相對(duì)好一些，但在處理含水量較高的天然地基土?xí)r采用噴粉深層攪拌法具有良好的效果；旋噴法又有單管雙管和三管法之分，適用于處理軟黏土地基；夯實(shí)法適用處理于地下水位以上的天然地基土，采用夯實(shí)法處理地基時(shí)可摻入石灰或粉煤灰。

3.5 混凝土樁復(fù)合地基處理技術(shù)

混凝土樁復(fù)合地基處理技術(shù)又有素混凝土、鋼筋混凝土之分，素混凝土樁其實(shí)是一種低強(qiáng)度樁，其應(yīng)用范圍較廣，可以處理的地基深度較深，經(jīng)濟(jì)效益也相對(duì)低廉；而鋼筋混凝土樁屬于高強(qiáng)度樁，可以處理的地基深度也較深，但經(jīng)濟(jì)效益也相對(duì)較高。另外，無果按照承載性質(zhì)又可分為摩擦樁、端承樁，通常在理論計(jì)算時(shí)端承樁的樁間土不考慮承擔(dān)荷載，而摩擦樁的樁間土可以考慮荷載。而按照施工方法則有預(yù)制樁、灌注樁、挖孔樁之分，混凝土樁的截面形式種類較多，不過工程上常見的主要是圓形截面形式。

4 復(fù)合地基處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來，復(fù)合地基處理技術(shù)的工程應(yīng)用發(fā)展迅速，主要反映在以下幾個(gè)方面。

4.1 對(duì)各類復(fù)合地基處理技術(shù)[4]的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性的認(rèn)識(shí)逐步提升

一方面是因?yàn)榉e累的施工經(jīng)驗(yàn)越來越多，一方面是因?yàn)槭覂?nèi)外的試驗(yàn)條件也越來越好，使得巖土領(lǐng)域逐步對(duì)各類復(fù)合地基處理技術(shù)的適用性和優(yōu)缺點(diǎn)有了更進(jìn)一步地認(rèn)識(shí)，工程應(yīng)用時(shí)能夠結(jié)合工程實(shí)際，通過借鑒同類工程、開展試驗(yàn)研究，來科學(xué)合理的選擇復(fù)合地基處理技術(shù)。

4.2 各類機(jī)械設(shè)備和施工工藝的進(jìn)步

一些新的復(fù)合地基處理技術(shù)，往往在機(jī)械設(shè)備沒有達(dá)到條件之前，也只能停留在探索階段而無法推廣實(shí)施。而近年來隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)在機(jī)械設(shè)備和施工工藝都已經(jīng)有了較為不錯(cuò)的發(fā)展，這直接為復(fù)合地基處理技術(shù)的發(fā)展提供了更多的可能性。

4.3 各類新型工程材料的研發(fā)

由于新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，間接帶動(dòng)了工程界對(duì)新型材料研發(fā)和工業(yè)廢料的利用，典型的樁體有水泥粉煤灰碎石樁（即CFG 樁），不僅節(jié)約能源，還具備良好的經(jīng)濟(jì)效益。還有新型建材BY 灌漿料，不僅可用于港口、碼頭、軌道等安裝工程的灌漿，還可用于補(bǔ)強(qiáng)各類混凝土結(jié)構(gòu)。這無疑為復(fù)合地基處理新技術(shù)的發(fā)展提供了有力的條件。

4.4 地基沉降變形機(jī)理的研究

關(guān)于地基沉降變形機(jī)理經(jīng)歷了早期的經(jīng)驗(yàn)判斷，逐步進(jìn)入半經(jīng)驗(yàn)半理論時(shí)期，后續(xù)又經(jīng)歷了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、室內(nèi)外試驗(yàn)、理論分析相結(jié)合的階段，現(xiàn)已逐步步入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、室內(nèi)外試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬相互結(jié)合的階段，為復(fù)合地基處理技術(shù)的發(fā)展提供了一定的參考。

4.5 復(fù)合地基理論的研究

目前關(guān)于復(fù)合地基理論體系[5]的構(gòu)建雖然還處于探索階段且發(fā)展緩慢，但復(fù)合地基的概念已經(jīng)逐步在巖土工程領(lǐng)域普及。而且工程實(shí)踐和理論研究本身就有相互促進(jìn)的作用，如今復(fù)合地基處理技術(shù)在工程上的應(yīng)用較為廣泛，更是為復(fù)合地基理論的發(fā)展奠定了極為良好的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

總體而言，現(xiàn)階段隨著新型工程材料的研發(fā)、機(jī)械設(shè)備的研制、施工工藝的改善及工程界施工能力的提升，復(fù)合地基處理技術(shù)在工程上的應(yīng)用也越來越廣泛，并且室內(nèi)外的試驗(yàn)條件和手段也越來越豐富，已經(jīng)積累了大量的復(fù)合地基處理技術(shù)方面施工經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為后續(xù)復(fù)合地基理論的研究奠定了極為良好的基礎(chǔ)。