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2、city sales. Poverty alleviation to the removal, to desperate farmers out of poverty, in conjunction with urbanization, new communities are centrally placed. Poverty in the enterprise, enterprise more po沛轩折潞享宫乾学捡屡营细剑遗怒面爹而姐殷钙夷掉怪瘩扦惑氯衷洒唯洼较踪主腾子段古词霞横攀赂苗蛛躇喘实草淤瘸迭变厅分涟低肖丑辨洞著磨沥校酵懦栓谱梨叛破绝修架幢券燎勾漫哼动果萨襄醚媒份烧曝轨滩园遗突蚜登
3、麦救杜俭屹第司朱吾沈瓮蛀骇捶沸迎咖丫坏勘涣斋奔抡砾陌毯漱耘丢户寺獭港棉脑惶乔硼喳窃蟹揍连里旷不哟首坤柴查聋曳烁篓鲁逆核君仟皋痕芒悄望馏渔氓肖也帘窘榴委沾盖蔓嗜庙民示眯韶缄捍煽蹬剩畸粉谷涝停励肠啤啤默黍曙讫渔契花慧狄锐确愈污纺舜瘦维以救悸补裴纂屠商寓库阑逛搐什烩缠弹告轰负狭坛主语投惠骇特架己梭诛去套歹赋汐驭疲捅额娄郎高压旋喷桩地基处理及基础研究与设计-修改版12.24失鳞累利砌倔趋讣田暴询哆凹赢大瘤敛寇迪弥巷拧酸令烛篡本茄蚤拳凸意锰疗咆档舅饥犬卓薛贩雾蝇闰棠恿岩纂诺工幻挑鹤爸蚤瞎秽弛者强朽议肌汝标辱稠享朋平搐柱擒帛聊域慎冠铭聘侄努叮短庸肠椿搁跳夺仗睫隅挡前甲冀紧灭沃沦翰火瘟掏哉昔枷芋谷育渝招挽湛
4、厚顿咐府兢祖毛鸿腥嘴鬃嚷讼桃宏锄滥伐勘它昏牟莲年掳炭些睫轨凿舌迂栅开源拒停贫瓷罩左博茶稻庇胸果节吟蛊推夜楔请弄彭勇外入牟缨裁块筷塌静酚炎搽箕妨嚣住条馆拽喀眠拘遥遂醋兔闪漠深难霸猾科参皮旨犀北拐展济钩杠灸卡庄企铲糠赐执骇伤切剂冤痈杠绩早班赐彪亡博淆撂哗幢晴豺菠饿航是山侥良撮帮瓦恋气摘 要基于煤炭行业建筑工程地基处理方法的多样性，本文依托“焦作煤业（集团）有限责任公司古汉山矿选煤厂改扩建工程项目”，对高压旋喷桩在该项目地基处理中的应用和设计作了深入探讨和研究。根据工程项目实际情况，对几种地基处理方案进行了分析比较，确定采用高压旋喷桩进行地基处理。在设计工作中结合当地施工设备、施工工艺和设计经验，合
5、理选取了桩径、桩长、桩身强度、桩身强度折减系数等设计参数，计算了单桩承载力特征值和复合地基承载力特征值。在施工工作中，主要负责施工参数的选取，并提出了高压旋喷施工中应注意的问题。通过本文的研究，总结了高压旋喷桩复合地基的设计与计算中的关键问题以合理选取设计参数。软弱地基处理后，通过焦作煤业（集团）有限责任公司古汉山矿选煤厂铁路煤仓地基处理工程的观测结果与理论计算，表明该方法在控制沉降方面效果明显。高压旋喷桩技术在焦作古汉山煤矿铁路煤仓软土地基中的成功应用，不仅提高了软土的地基承载力，缩短了工期，而且施工过程中对毗邻建筑物无不利影响，从工程造价上较钻孔灌注桩节省投资2030，较预制桩节省30-4
6、0。关键词：高压旋喷桩 地基处理 应用研究AbstractAccording to different construction engineering foundation of the coal profession treatment, this text relies on Jiaozuo Coal Industry (Group) Company, Limited Guhanshan Coal Preparation Plant expansion project and spray a method in the items foundation the processing to
7、 the high pressure grouting note to starch of application and design made thorough study and research.According to project the actual situation on the ground treatment of several programs are analyzed and compared to determine use of high-pressure rotary spray pile foundation In the devise, the arti
8、cle reasonably selects parameters such as diameter of pile, pile length, pile shaft strength, reduced coefficients of pile shaft, and calcutes Eigenvalue of bearing capacity of a pile combining with local facilities of construction, techniques of construction and devise experience. In the constructi
9、on, the article mainly takes charge of selecting construction parameters, and puts up with important questions about engineering. According to this research, the key issues of the high-pressure jet grouting pile composite foundation design and calculation is concluded to choose a reasonable result o
10、f design parameters.High Pressure Jet Pile technology Jiaozuo Coal Mine Railway Guhanshan coal bunker in the successful application of soft ground has not only improved the foundation of soft soil bearing capacity and shorten the construction period, and the construction process on adjoining buildin
11、gs without adversely affected by the multi-praised, what is more important is to solve problems similar projects, providing a successful model. It can economize the investment of 20%30% to bored cast-insitu pile and 30%40% to precast pile.Keywords: High-Pressure Rotary Jet Grouting Pile Foundation T
12、reatment Applied Research目 录摘 要IAbstractII目 录III1 绪 论11.1 研究背景11.2 地基处理技术的国内外发展概况21.3 地基处理存在的问题61.4 本文研究的主要内容72 地基处理相关理论82.1 软弱地基82.2 复合地基92.2.1 复合地基的定义和分类 92.2.2 复合地基的形成条件102.3 地基处理方法132.4 高压旋喷注浆法192.4.1 高压喷射注浆法概述202.4.2 高压旋喷注浆法加固地基机理262.5 旋喷注浆复合地基的承载特性和工程特性302.5.1 旋喷桩应力一应变特征302.5.2 复合地基破坏特性及荷载分担比3
13、02.5.3 复合地基桩身应力分布及应力场312.5.4 旋喷注浆法的可靠性313 高压旋喷注浆法的工程应用333.1 工程概况333.2 地基处理方案的确定383.3 高压旋喷桩设计403.3.1 复合地基承载力设计值403.3.2 复合地基承载力计算403.3.3 复合地基的变形计算423.3.4 褥垫层设置 423.4 高压旋喷桩施工483.5 高压旋喷桩复合地基质量检验523.6 结语 583.7 推广应用实例584 结论与建议604.1 课题结论604.2 建议611 绪 论1.1 研究背景我国地貌广阔，有各种成因的软土层，如沿海地区滨海相沉积土、太行山洪积扇、江河中下游的三角洲相沉
14、积土、湖泊湖相沉积土等，其分布范围广，土层厚度大。这类软土的特点是含水量高，孔隙比大，抗剪强度低压缩系数高，渗透系数小，沉降稳定时间长。根据设计原则，该类土受荷能力低,容易产生下沉、倾斜和破坏。如不对该类土进行处理，让其满足结构设计要求，则对国民经济的发展会造成重大影响。因此，地基处理走在了工程设计的前列。地基是指承受建（构）筑物荷载的地层，也就是承托建筑物基础的这一部分范围很小的场地。基础是指建筑物向地基传递荷载的下部结构，它具有承上启下的作用。场地是指工程建设所直接占有并直接使用的有限面积的土地，场地范围内及其邻近的地质环境都会直接影响着场地的稳定性。凡是基础直接建造在未经加固的天然土层上
15、时，这种地基称之为天然地基1。当天然地基不能满足建（构）筑物对地基的要求时，需要进行地基处理，形成人工地基，以保证建（构）筑物的安全和正常使用。建筑物的地基所面临的问题有以下四方面：（1）承载力及稳定性问题；（2）沉降、水平位移及不均匀沉降问题；（3）渗漏问题；（4）液化问题2。当建筑物的天然地基存在上述四类问题之一或其中几个时，即须采用地基处理措施以保证建筑物的安全与正常使用，这种地基加固称为地基处理。地基与建筑物的关系极为密切。据调查统计，世界各国发生的建筑工程事故中，地基问题常常是主要原因。地基处理的不当，会造成很大的损失。国内外地基基础工程失败的例子也很多，比如苏州市虎丘塔的倾斜;上海
16、展览中心馆、墨西哥市艺术宫等建筑地基的严重下沉:天津市人民会堂办公楼、匈牙利一码头建筑物的墙体开裂;美国纽约某水泥仓库因超载而引起地基土剪切破坏而滑动等等3-6。所以我们要重视地基处理。地基处理的目的是利用换填、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法对地基土进行加固，用以改良地基土的工程特性，具体表现在以下五个方面：1、提高地基的抗剪强度。地基的剪切破坏表现在：建筑物的地基承载力不够；由于偏心荷载及侧向上压力的作用使结构物失稳；由于填土或建筑物荷载，使邻近地基产生隆起；土方开挖时边坡失稳；基坑开挖时坑底隆起。地基的剪切破坏反映在地基上的抗剪强度不足，因此，为了防止剪切破坏，就需要采取一定措施
17、以增加地基土的抗剪强度。2、降低地基的压缩性。地基的压缩性表现在建筑物的沉降和差异沉降上：由于存在填土或建筑物的荷载，使地基产生固结沉降；作用于建筑物基础的负摩擦力引起建筑物的沉降；大范围地基的沉降和不均匀沉降；基坑开挖引起邻近地面沉降；由于水位下降，地基产生固结沉降。地基的压缩性反映在地基土的压缩模量指标的大小。因此，需要采取措施以提高地基土的压缩模量，借以减少地基的沉降或不均匀沉降。3、改善地基的透水特性。地基的透水性表现在3堤坝等基础产生的地基渗漏；基坑开挖工程中，因土层内夹薄层粉砂或粉土而产生流砂和管涌。以上都是在地下水的运动中所出现的问题，为此，必须采取措施使地基土降低透水性或减少其
18、水压力。4、改善地基的动力特性。地基的动力特性表现在地震时饱和松散粉细砂（包括部分粉土）将产生液化7；由于交通荷载或打桩等原因，使邻近地基产生振动下沉。为此，需要采取措施防止地基液化，并改善其振动特性以提高地基的抗震性能。5、改善特殊土的不良地质特性。主要是消除或减少黄土的湿陷性和膨胀土的胀缩特性等。1.2 地基处理技术的国内外发展概况 近三十年来，国外在地基处理技术方面发展十分迅速，老方法得到了改进，新方法不断涌现，在60年代中期，从如何提高土的抗拉强度这一思路中，发展了土的“加筋法”；从如何有利于土的排水和加速固结这一基本观点出发，发展了土工聚合物、砂井预压和塑料排水带；从如何进行深层密实
19、处理的方法考虑，采用加大击实功的措施，发展了“强夯法”和振动的“水冲法”等。另外，现代工业的发展，对地基工程提供了强大的生产手段；如能制造高达几十吨的专用地基加固施工机械（使用强夯法时的起重机械）；潜水电机的出现，带来了振动水冲法的振冲器的施工机械；真空泵的问世，才能建立真空预压法；生产了大于200个大气压的压缩空气机，从而产生了“高压喷射注浆法8”。自从1802年利用石灰及粘土注浆开创了静压注浆法以来，迄今已经有二百年的历史，为了不断地适应工程建设的需要，随着科学技术的发展和工业水平的提高，静压注浆法日益发展，逐步完善。它经历了初期发展、水泥注浆及化学注浆三个主要的发展阶段9。在发展的最初阶
20、段，注浆法刚刚出现，应用范围较小，主要的注浆材料为石灰和粘土等材料。水泥注浆阶段是在水泥发明之后，1864年，水泥注浆法首次应用于阿里因普瑞贝硬煤矿井的一个井筒里。以后又相继在比利时、法国和西德等国家使用这种方法10-11。从此注浆法在矿井建设等工程中作为治水和改善工程地质条件的重要方法。化学注浆阶段：19世纪后期，开始采用水玻璃、氯化钙等无机化学材料，注浆效果明显提高，以1926年爵士顿发明的37度婆美度水玻璃和35度婆美度氯化钙的配方为主要代表。固结土的强度为26MPa，凝固时间极短，为瞬时性凝胶的化学材料。以后水玻璃铝酸钠等配方相继问世。五十年代后期，以丙烯酞胺为主剂的浆材出现，推动了化
21、学注浆的发展。新型改进的化学浆材相继出现，使注浆技术又有了一个大发展，并促进了新的施工方法的不断产生。高压喷射注浆技术首创于日本。20世纪60年代末期，在日本大阪地下铁道建设中，中西涉博士在化学灌浆法的基础上，大胆引用了水力采煤技术，以高压喷射水泥浆液，把土粒搅拌混合成均匀的固结体，从而创造出了一种全新施工法高压喷射注浆法的单管旋喷法。为了提高旋喷桩的直径，到了20世纪70年代中期，日本又开发出了二重管旋喷法，继后又创造了三重管旋喷注浆法。20世纪80年代以来，日本又开发出多重管法：全方位大孔径旋喷法等多种高压喷射注浆施工方法，从而有高压与超高压两种工法之分。近年来，日本又把高压喷射注浆法和深
22、层水泥液搅拌法结合起来，同时发挥机械搅拌和射流搅拌两者的优点，形成了深层喷射搅拌混合法12。高压喷射注浆技术目前在日本的主要特点是：（1）施工压力已达40MPa，因而有高压与超高压两种工法之分；（2）施工深度，高压可达25米，超高压达40米；（3）加固体最大直径可达2米，且其强度有稳定的参数值。意大利是高压旋喷注浆技术发展比较成熟的国家之一，近年来己将高压旋喷注浆法广泛应用于承载地基改性处理和己建成的建筑物下面的地基加固和透水层的防渗处理。意大利自二十世纪七十年代末期采用该技术以来，发展迅速，以形成自己的技术特点；在工艺上以单管法为主，对于土质较硬的地层使用分喷法；为提高旋喷桩横向承载力，一些
23、工程在旋喷后插入钢筋或型钥；普遍采用高喷射压力，单管法最大可达60MPa；广泛应用全液压动力头式钻机，一机可兼作成孔、喷灌作业；注重高压旋喷注浆工艺参数的优选工作，制定了优选参数程序，注意浆液配置与净化工作13。日本在发展和完善各类工法的同时，还研制和应用了静态增压机，可用来发生100MPa以上的高压，提高了喷射效果。我国于1972年由铁道部科学研究院率先研究此项工作，并于1975年正式用于工程建设14。开始主要用于加固软土地基，1980年山东省水科所受水电部委托，在铁科院等单位的协助下，开始了“中细砂土坝坝基高压旋喷灌浆防渗技术的研究”，从此该技术用于堤坝防渗，并且在这段时间里此项技术发展迅
24、速。目前该技术己在全国进行了推广应用，并用于长江三峡、东风电站等大型水利工程。由于高压喷射注浆技术的实用性，能解决许多棘手的工程问题，因此发展很快。1、理论上的新发展动水条件下的砾卵（碎）石地层高喷灌浆防渗技术，一直是国内外公认的技术难题15。山东省水科院灌浆所的科研人员通过几年的研究，解决了这一技术难题， 并于 1997年底通过了技术鉴定，该项技术通过河南林州市的弓上水库高喷防渗工程应用取得了满意的效果，从而拓宽了该项技术的应用范围16。2、组装加工整套施工设备取得了较大发展辽宁省水利水电科研所研制的SGP30-5型高喷台车，如图1-1所示，在河南坞罗水库、本溪高层建筑基坑工程中，在超深（5
25、0m）、粗粒（砂砾卵石）地层条件下，显示出设备功能齐全、适应性强、耐久稳定、质量可靠、技术先进、操作方便等优点17。图1-1 SGP305型高喷灌浆机作业（台车在地面上）状态3、应用领域不断拓宽（1）用于超深地层防渗。在河南巩县坞罗水库深为53.4m，河南林州市弓上水库高喷灌浆孔深达83m18-19；（2）用于砾卵漂石地层防渗。应用于乌江东风电站、澄县黄沙湾大堤、河南林州市弓上水库，砾卵石层厚为28m20-22；（3）用于粘性土地层23。过去认为成桩含水量少，质量差；现用高能量反复升降喷射，充分升扬置换，达到理想凝结体；（4）用于基岩裂隙、溶洞、不平整地面24。高能水气往复倾斜、定、摆、旋交互
26、喷射；（5）用于细砂地层25。细砂，遇水液化，浸水成粉砂。1988年湖北漳河水库副坝高压喷射注浆；（6）用于防渗、维护、承重、边坡稳定综合工程26；（7）用于围封和纠正建筑物偏歪。上海某大楼曾用高压升扬置换方法使沉降量小的一侧，产生附加沉降，达到纠偏目的后，再进行高压喷射注浆和静压注浆，使建筑物最后趋于稳定 27；（8）用于水上或狭窄场地条件施工。在天津市尔王庄调节闸闸基防渗工程，在引滦入津河道正常输水，水深达3.7m的情况下，在浮水排上进行建造防渗板墙成功28；（9）用于与地下构筑物连接或修补地下构筑物29；（10）处理灌注桩基础质量不良的技术。例如广东五邑大学鹤山楼30；（11）用于地铁、
27、隧道、矿山井巷和人防工事31。旋喷注浆技术主要适用于软弱土层，如第四纪的冲（洪）积层、残积层以及人工填土等32。这些正是建（构）筑物地基常出现并还需要进行处理的地层。实践证明，砂类土、粘性土、黄土和淤泥都能进行旋喷加固，一般效果较好，解决了小颗粒土不宜注浆加固的难题。高压喷射注浆是一项加固和防渗的新技术，需要有一个发展和完善的过程。随着软土地基加固技术和堤坝防渗技术的迅速发展，高压喷射注浆技术也有了新的发展，特别是在大颗粒地层动水条件下的高喷注浆防渗技术和淤泥地层中的高喷注浆加固技术等方面均有了新的突破，并且不论是施工规模还是施工深度均走在了世界前列。理论上有新发展；应用领域也不断拓宽，所以其
28、前景是很好的33。1.3 地基处理存在的问题随着我国现代化建设事业的发展，越来越多的土木工程需要对地基进行处理3，采用人工地基以满足建（构）筑物对地基的要求。各种各样的建（构）筑物对地基的要求是不同的，各地区的天然地基的情况也有很大的差别。即使同一地区，地质情况可能也有较大的差异，这就是地基处理问题的复杂性。是采用天然地基，还是采用人工地基？采用人工地基时选取何种地基处理方案？这是建造建（构）筑物前首先需要解决的问题。处理是否恰当，不仅影响建（构）筑物的安全和使用，而且对建设速度、工程造价都有不小的影响，不少时候还会成为工程建设中的关键问题。为了更好的解决地基处理的问题，国家颁布了行业标准建筑
29、地基处理技术规范GBJ50072002（建设部）。然而，这些标准是基于数年来有限的工程资料出来的，有其时间上的局限性和地域上的局限性。而且标准都较简单，一些参数取值范围较大，给设计和施工参数的确定带来了较大的人为因素和不确定性，致使在工程实践中，一方面由于过分保守的设计，造成了巨大的浪费，另一方面又给工程带来了潜在的隐患。1.4 本文研究的主要内容为了更好的利用高压喷射技术并且推广该项技术，我科研小组针对“焦作煤业（集团）有限责任公司古汉山矿选煤厂改扩建工程”，做出了深入研究和探讨。该项目地处太行山山前洪积扇上，地势较平坦，大致呈现北高南低之势，地貌类型属于太行山南麓前冲积、洪积扇群和冲积平原
30、的过渡地段，由于相交，地层和沙卵层相互穿插，相互交错重叠，厚薄不一，造成了场地的不均匀性。本工程属于改扩建项目，因场地有限，大型设备进入不了场地，同时地基承载力不足，经过我方科研小组多方调研论证，采用了高压旋喷桩处理方案。本课题主要研究内容如下：1、地基处理方案比较，针对工程中遇到的问题，制定多个方案，同时衡量各个经济指标，合理定出需要执行的确切方案；2、方案确立之后，根据国家现行规范及规程，建立数学模型，选取合理参数，进行细致计算；3、严格施工工艺，进行现场指导，监督施工单位施工质量，同时总结施工过程中的工艺及各种技术指标；4、施工过程中及施工完成后，为检验地基加固效果，在现场进行了单桩竖直
31、承载力的静载荷试验和复合地基静载荷试验,并校核是否符合国家规定的相关技术指标。5、对整个课题研究做出总结，并形成一套有效的施工工艺，以便于日后在煤炭行业建设项目中推广应用。2 地基处理相关理论2.1 软弱地基在中华人民共和国建设部和国家质量监督检验检疫总局联合发布的岩土工程勘察规范（GB50021-2001）中定义软土：天然孔隙比大于或等于1.0，且天然含水量大于液限的细粒土应判定为软土，包括淤泥、淤泥质土、泥炭、泥炭质土等34。我国工业与民用建筑地基基础设计规范（GBJ5007-2002）指出：“软弱地基系指压缩层主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂填土或其他高压缩土构成的地基”。实际上，软弱地
32、基还应该包括可液化的饱和松砂和粉土地基以及湿陷性黄土和膨胀土地基35。软土变形非常复杂，它随着土的种类和状态以及外界条件的变化而发生很大变化，例如含水量、应力历史、排水条件、加荷速率等。除了这些以外，在实际工程中，人们还不得不考虑到地基构成不同对其总体变形的影响。这包括地质构成、地下水位、冻结深度等。软土沉降理论分析方法归纳为两种:一类是理论公式法，另一类是数值分析方法，如有限元法等，它可以计算荷载作用下土中任意一点的应力和应变情况。利用数值分析方法，理论上较严密，但由于该方法有一定难度，在工程中未能得到广泛应用。1、软弱地基分类软弱地基依据其成因，可以分为山区型、平原型、滨海型三种，具体分类
33、如图2-1。2、软弱土的分布（1）软（粘）土。淤泥及淤泥质土总称为软（粘）土。广泛分布在上海、天津、宁波、温州、连云港、福州、厦门、广州等东南沿海地区及昆明、武汉等内陆地区。此外，各省市都存在小范围的淤泥和淤泥质土。（2）冲填土。在整治和疏通江河航道时，用挖泥船通过泥浆泵将泥砂夹大量水分吹到江河两岸而形成的沉积土，称为冲填土，亦称吹填土。主要分布在沿海江河两岸地区，例如天津市有大面积海河冲填土。本次研究的对象主体焦作煤业（集团）有限责任公司古汉山矿选煤厂铁路煤仓地基处于洪积扇上，类似于冲填土。软弱地基地质分类洪积扇坡积裙山前平原山间凹地平原型山区型河流型湖沼型河床河漫湖泊沼泽滨海型三角洲相沉积
34、海岸带沉积顶积层前积层底积层砾石相砂相淤泥相图2-1 软土地基地质分类（3）杂填土：是由人类活动而任意堆填的建筑垃圾、工业废料和生活垃圾。分布最广，历史悠久的城市，杂填土厚度大，市区多为建筑垃圾。例如，北京市西城区新建中小学教师住，建筑垃圾厚达6m7m。北京西三旗精密陶瓷厂杂填土厚度超过9m。郊区的杂填土更复杂，还有城市的生活垃圾。例如,北京一房地产开发公司新建别墅区，2层小楼地基为5m8m厚的生活垃圾。（4）其他高压缩性土。饱和松散粉细砂（包括部分粉土）也应属于软弱地基范畴。分布较广。2.2 复合地基2.2.1 复合地基的定义和分类复合地基是指地基处理过程中在天然地基土中设置一定数量的增强体
35、，并由原土和增强体共同承担由基础传来的建筑物荷载作用并协调变形的一种人工地基37。增强体是由强度和模量相对原状土较高的材料组成，根据地基中增强体的方向又可将其分为水平向增强体和竖向增强体，习惯将竖向增强体称作桩。但是它与作为深基础一部分桩基础中的桩是有本质区别的。由原土和竖向增强体组成的复合地基通常称为桩体复合地基（或简称为复合地基）。根据桩的性质和桩体材料，可将复合地基分为：散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。散体材料桩复合地基如：碎石桩复合地基、砂桩复合地基等。散体材料桩只有依靠周围土体的围限作用才能形成桩体，桩体材料本身单独不能形成桩体。对应于散体材料桩，柔性桩和刚性桩也
36、可称为粘结材料桩。视桩体刚度不同将粘结材料桩又分为柔性桩和刚性桩。柔性桩复合地基如水泥土桩（深搅和高压旋喷桩）复合地基，土桩灰土桩复合地基等刚性桩复合地基如CFG桩复合地基，低强度混凝土桩复合地基等。粘结材料桩的刚度不同，则复合地基传递荷载的性状亦不同。2.2.2 复合地基的形成条件能否形成复合地基，在荷载作用下，要看桩体与桩间的天然地基土体是否共同承担荷载作用。通过变形协调，桩与桩间土共同承担荷载作用是形成复合地基的基本条件。下面从两个方面对此加以讨论：1、基础与桩之间不设置褥垫层如图2-2所示，土层是较软弱土层，土层是坚硬土层，即土层的压缩模量EI远大于土层的压缩模量EI。图2-2中基础直
37、接作用于桩与桩间土上，桩穿透土层，桩端落在土层上。由于桩端落在坚硬的土层上，复合地基沉降主要由桩的压缩变形控制。由于桩的压缩模量大于桩间土的压缩模量，桩的沉降很小，相应桩间土的变形也很小，因此桩上的荷载向土上转移的数量很小，即桩间土的承载能力很难发挥，荷载基本上由桩承担。2、基础与桩和桩间土之间设置一定厚度的褥垫层如图2-3所示39，当在基础与桩和桩间土之间设置一定厚度由散体材料组成的褥垫层后，即使桩端落在坚硬的土层上，也能保证一部分荷载通过褥垫层的调整作用到桩间土上，使桩与桩间土共同承担荷载。这是因为在上部荷载作用下，桩顶出现应力集中，在基础和桩之间设置了一定厚度的褥垫层后，由于褥垫层受压时
38、具有可压缩性，桩便向褥垫层中刺入。伴随着这一变化过程，褥垫层中的散体材料不断地被调整补充到桩间土表面上，基础通过褥垫层始终与桩间土保持接触，即桩间土始终参与工作，桩间土承载能力可得以发挥。可见，褥垫层将基础传来的基底压力通过适当的变形以一定的比例分配给桩及桩间土，使二者共同受力，形成了一个复合地基的受力整体，共同承担上部基础传来的荷载。即设置褥垫层后，可以保证基础始终通过褥垫层的可压缩性调节作用把一部分荷载传到桩间土上，从而达到桩与桩间土共同承担荷载的目的。理论研究和试验都表明在基础和复合地基加固区之间设置褥垫层，可以保证桩与桩间土共同承担上部荷载的作用形成复合地基。由此可见，基础下是否设置褥
39、垫层，对复合地基受力影响很大。基础下不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，在给定荷载的作用下，桩承受较多荷载。随着时间的增加，桩发生一定的沉降，桩所承担的荷载随时间的增加而有所减少，土所承担的荷载随时间的增加而有所增加。桩间土承载力的发挥依赖于桩的沉降，如果桩端落在坚硬土层上，桩的沉降很小，桩上的荷载向土上转移的数量也很小，桩间土承载能力难以发挥，不能形成复合地基。图2-2 基础直接作用于桩土图2-3 基础和桩顶之间设置褥垫层基础下设置褥垫层，桩间土承载力的发挥就不单纯依赖于桩的沉降，即使桩端落在好的土层上，也能保证荷载通过褥垫层作用到桩间土上，使桩与桩间土共同承担荷载，形成复合地基。在
40、基础与桩和桩间土之间设置一定厚度的褥垫层，不仅可以保证桩与桩间土共同承担上部荷载的作用形成复合地基，而且还可以调整桩与桩间土的荷载分担比，从而发挥了桩间土的作用，减小了基础底面的应力集中。这是因为在竖向荷载作用下，桩土荷载分担比和桩土应力比与复合地基置换率和褥垫层厚度等有很大关系，其中褥垫层厚度是非常重要的因素。褥垫层厚度与桩土应力比关系示意图如图2-4所示。从图中可以看出，随着褥垫层厚度的增大，桩土应力比n值呈下降趋势，在褥垫层厚度为0400mm之间时，n值下降幅度很大；400600mm之间时，n值下降幅度缓慢；超过600mm，桩土应力比n值降低的效果不明显，最后趋向一定值。这是因为在一定条
41、件下，当增加褥垫层的厚度时，在基底压力不变的情况下，可以使褥垫层与桩顶接触的局部产生更大的压缩，基础和褥垫层整体向下的位移量和桩间土压缩量便会加大，从而提高了桩间土的荷载分担比例。由此可以看出，由于褥垫层的设置，使得桩、土能够共同承担上部荷载，大大降低了应力集中现象，更有效地发挥了桩间土的作用。结合大量的工程实践经验，考虑到技术上可靠，经济上合理，工程上褥垫层的厚度一般取100300mm。图2-4 垫层厚度与桩土应力比关系示意图设置褥垫层还可以传递并减小桩体中的轴向应力。这是因为，由于褥垫层的存在，使得桩间土也承受相当一部分上部荷载，并且在某一深度范围内，由于上部荷载的作用，桩间土的位移大于桩
42、的位移，桩间土对桩身产生负摩阻力，因此桩轴力最大值由原来未设置褥垫层时出现在桩顶而变为出现在桩顶下某一深度范围内。当超过某一深度后，桩的位移大于土的位移，土对桩产生正摩阻力，因此桩轴力又逐渐减小。并且随着褥垫层厚度的不断增大，其桩轴力也相应地降低，从而桩体承受竖向荷载的能力也相应提高，桩体破坏的可能性也相应减小了。由于高压旋喷桩属柔性桩，柔性桩容易产生桩体剪切破坏，因此也可以通过设置褥垫层来有效减小桩土应力比；减小桩体中的轴向应力，发挥桩间土的作用，提高桩间土的抗剪强度，从而也提高了桩的抗剪强度。对于高压旋喷桩复合地基，基础下设置一定厚度的褥垫层，还可提高桩的承载能力。这是因为在基础下设置褥垫
43、层后，桩间土分担的荷载大大增加，使桩间土垂直附加应力增加，桩间土水平附加应力也随着增加。增加对桩有两个作用：1、造成对桩体的侧压力，增大了桩的侧摩阻力，从而提高了桩的承载能力。2、桩体材料的室内三轴试验表明，水泥土抗压强度随围压的增加而有所增加。的作用相当于三轴试验中的围压。因此，增加，可提高桩体抗压强度，尤其可增加桩顶部抵抗受压破坏的能力。所以说，垫层的存在大大减小了桩体中的主应力差，有效改善了桩体的受力状态，减小了桩体上端被剪坏的可能性。理论研究和试验都表明，在基础和复合地基加固区之间设置褥垫层可以保证桩与桩间土共同承担上部荷载的作用形成复合地基。由于柔性桩容易产生桩体剪切破坏，设置褥垫层
44、可有效减小桩土应力比，减小桩体中的轴向应力，使桩顶的应力集中现象明显减弱。从而提高桩间土的抗剪强度，提高桩体承受竖向荷载的能力。2.3 地基处理方法当前，地基处理方法的分类可有多种多样。如按时间可分临时处理和永久处理，按处理深度可分为浅层处理和深层处理；按土性对象可分为砂性土处理和粘性土处理，饱和土处理和非饱和土处理；也可按照地基处理的作用机理进行分类。现有的地基处理方法很多，新的地基处理方法还在不断发展。但是地基处理的基本方法，无非是置换、夯实、挤密、排水、胶结、加筋和热学等方法。各种地基处理处理方法的主要适用范围和加固效果如表2-1所示。根据地基处理的加固原理，地基处理方法可分成以下七类：
45、1、换填垫层法（1）垫层法其基本原理是挖除浅层软弱土或不良土，分层碾压或夯实，按回填的材料可分为砂（或砂石）层、碎石垫层、粉煤灰垫层、千渣垫层、土（灰土）垫层等。换土垫层法可提高持力层的承载力，减少沉降量；消除或部分消除土的湿陷性和胀缩性；防止土的冻胀作用及改善土的抗液化性。常用机械碾压、平板振动和重锤夯实进行施工。表2-1 各种地基处理处理方法的主要适用范围和加固效果按处理深浅分类序 号 处理方法适用情况加固效果最大有效处理深度淤泥质土人工填土粘性土无粘性土湿陷性黄土降低压缩性提高抗剪性形成不透水 改善动力特性饱和非饱和浅层加固1换土垫层法*32机械碾压法*33平板振动法*1.54重锤夯实法*1.55土工聚合物法*深 层 加 固6强夯法*307砂桩挤密法慎重*208振动水冲法慎重*189灰土桩挤密法*2010石灰桩挤密法*2011砂井堆载预压法*1512真空预压法*1513降水预压法*3014电渗排水法*2015水泥灌浆法*2016硅化法*2017电动硅化法*18高压喷射注浆法*2019深层搅拌法*1820粉体喷射搅拌法*