1.桩体的作用
在复合地基中,桩体对提高地基承载力和减小变形起着非常重要的作用。不论何种复合地基,都具备以下一种或多种作用效应。
(1)垫层效应。桩体和周围土构成的复合土层可看作为“垫层”,其强度和模量等力学指标比原天然土层都有较大提高。桩体范围的复合土层与下卧土层类似于双层地基,基础底面的附加压力通过复合土层的扩散作用,使下卧层中的附加应力减小。各类桩体复合地基都有“垫层”效应,尤其是散体材料增强体,其材料的应力应变性质与地基土相近,地基中荷载的传递与天然地基类似,这类增强体的面积置换率较高,复合土层的工作性状更明显地表现出“垫层”性质。
(2)桩体效应。复合地基中桩体的刚度比周围土体大,在刚性基础下,为了保持变形协调,将在桩体上产生应力集中现象,使桩体承担比例较大的荷载,并通过桩体将荷载传至较深的土层。随着桩体刚度的增加,其承担的荷载占总荷载的百分比也随之增加,传递荷载的深度也增加,桩体的这一性质表现出桩体效应,桩间土上的荷载相应减小,使得复合地基的承载力较原天然地基有较大的提高,地基变形有较大幅度的减小。复合地基中桩体都具有桩体效应,桩体刚度越大,桩体效应越明显。
(3)对桩间土的挤密或扰动效应。根据地基土的性质,某些桩体在施工过程中对桩间土体会产生挤密或扰动作用,使土体发生强度的提高或降低。粉煤灰桩体由于粉煤灰的吸水膨胀,对周围土体也产生一定的挤密作用。
(4)排水效应。某些桩体,如碎石桩具有良好的透水性,在荷载作用下地基土产生的超静孔隙水压力会通过这些桩体很快消散,地基土逐渐固结,强度随之提高,这样有利于提高复合地基的承载力、抗滑稳定性和减轻砂土的液化程度。
(5)加筋效应。在复合地基的整体稳定分析中,桩体具有加筋作用,可使复合地基的抗剪强度比天然地基有较大的提高。
在实际工程中所遇到的地基土的类型和桩体的类型是各种各样的,充分了解地基土的性质和复合地基中桩体的作用效应,有助于认识复合地基承载和变形性状,更好地根据地基土的性质,合理选用桩体和施工工艺。
2.褥垫层的作用
褥垫层是复合地基的重要组成部分,当桩体为有粘结强度材料时,决定着是否能形成复合地基。水泥粉煤灰碎石桩复合地基是一种桩体刚度偏大的复合地基,如图3.1.8所示为CFG桩复合地基桩土共同作用示意图。从图中可知设置“褥垫层”是决定能否形成复合地基的重要因素,故《建筑地基处理技术规范》7.7.2条的条文说明对水泥粉煤灰碎石桩复合地基中“褥垫层”的作用有十分具体的说明。
图3.1.8 CFG桩复合地基桩土共同作用(www.xing528.com)
a)复合地基受力前 b)复合地基受力后
《建筑地基处理技术规范》条文说明指出:7.7.2 4 褥垫层
桩顶和基础之间应设置褥垫层,褥垫层在复合地基中具有如下的作用:
1)保证桩、土共同承担荷载,它是水泥粉煤灰碎石桩形成复合地基的重要条件。
2)通过改变褥垫厚度,调整桩垂直荷载的分担,通常褥垫越薄桩承担的荷载占总荷载的百分比越高。
3)减少基础底面的应力集中。
4)调整桩、土水平荷载的分担,褥垫层越厚,土分担的水平荷载占总荷载的百分比越大,桩分担的水平荷载占总荷载的百分比越小。对抗震设防区,不宜采用厚度过薄的褥垫层设计。
5)褥垫层的设置,可使桩间土承载力充分发挥,作用在桩间土表面的荷载在桩侧的土单元体产生竖向和水平向附加应力,水平向附加应力作用在桩表面具有增大侧阻的作用,在桩端产生的竖向附加应力对提高单桩承载力是有益的。
《建筑地基处理技术规范》对每种复合地基“褥垫层”的构造做法均给出了明确的规定,表3.1.2列出了这些规定。
表3.1.2 “褥垫层”的构造做法
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