土的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是非線(xiàn)性的， 大多數(shù)樁體材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系也是非線(xiàn)性的， 兩者的剛度相差又較大， 隨著荷載水平的提高樁土應(yīng)力比是變化的。 樁土應(yīng)力比n值與荷載水平p存在一定關(guān)系，由于復(fù)合地基與基礎(chǔ)之間往往鋪有碎石等墊層， 荷載作用初期荷載將通過(guò)墊層比較均勻地傳遞到樁和樁間土， 隨著樁和樁間土變形的發(fā)展，樁間土應(yīng)力逐漸向樁上集中。隨著荷載的逐漸增大，復(fù)合地基變形也隨之增大， 樁上應(yīng)力加劇，樁土應(yīng)力比也隨之增大。但隨荷載的繼續(xù)增大，往往樁首先進(jìn)入塑性狀態(tài)， 樁體變形加大，樁上應(yīng)力就會(huì)向樁間土轉(zhuǎn)移，樁土應(yīng)力比減小，直至樁和樁間土共同進(jìn)入塑性狀態(tài)，趨于某一值。圖2.1分別為九個(gè)碎石樁復(fù)合地基工程和 70組實(shí)測(cè)資料經(jīng)整理得到的砂性土碎石樁復(fù)合地基和粘性土復(fù)合地基樁土應(yīng)力比隨荷載水平提高而變化的情況 .[Rs]為天然地基容許承載力。由圖可見(jiàn)，對(duì)砂性土碎石樁復(fù)合地基，當(dāng) p/[Rs]值小于1.0時(shí)，n值很分散，p/[Rs]值增大時(shí)，n值逐漸趨于一致，其值約等于 2-3，平均值為2.5。對(duì)粘性土碎石樁復(fù)合地基，樁土應(yīng)力比n值隨p/[Rs]值增大而增大，且逐漸趨于穩(wěn)定，約等于3.5②樁土模量比在一定條件下，樁土應(yīng)力比 n值與E/e成線(xiàn)性關(guān)系。但在普遍情況下，一般認(rèn)為隨p s樁土模量比的增大，樁土應(yīng)力比近于呈線(xiàn)性的增長(zhǎng)。1T'I234567L/ffT1T'I234567L/ffTV22碑石武H甘堆鼻輕土Si力ttm與H播卑曲矢絲曲拔圈2.3羅工丑理中n■時(shí)③樁土面積置換率圖2.2為國(guó)外學(xué)者關(guān)于碎石樁復(fù)合地基的樁土面積置換率 m對(duì)樁土應(yīng)力比n影響情況的研究成果。由圖可見(jiàn)，除Priebe方法外，樁土應(yīng)力比n隨置換率的減小而增大，但幅度不大。韓杰通過(guò)有限元法也得出了類(lèi)似的結(jié)論， 并認(rèn)為在荷載作用下，樁間土?xí)a(chǎn)生固結(jié)和蠕變。樁間土的固結(jié)和蠕變會(huì)使荷載向樁體集中，樁土應(yīng)力比隨時(shí)間的延續(xù)有可能增大。原地基土強(qiáng)度由于原地基土強(qiáng)度大小直接影響樁體的強(qiáng)度和剛度， 不同的地基土，會(huì)有不同的樁土應(yīng)力比，原地基土強(qiáng)度低，其樁土應(yīng)力比就大 ；而原地基土強(qiáng)度高，則樁土應(yīng)力比就小。樁長(zhǎng)樁土應(yīng)力比n隨樁長(zhǎng)增加而增大，但當(dāng)樁長(zhǎng)達(dá)到一定值時(shí)， n值幾乎不再增大，這一樁長(zhǎng)稱(chēng)為有效樁長(zhǎng)。時(shí)間目前，樁土應(yīng)力比是指穩(wěn)定狀態(tài)下的樁土應(yīng)力比值，圖 2.3為建筑物基礎(chǔ)下實(shí)測(cè)樁土應(yīng)力比n與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)，可看出在整個(gè)施工過(guò)程中樁土應(yīng)力比隨時(shí)間的增長(zhǎng)而增大。42常用樁土應(yīng)力比計(jì)算方法如前所述，樁土應(yīng)力比的影響因素很多，到目前為止，還沒(méi)有一個(gè)較完善的樁土應(yīng)力比計(jì)算模式。下面簡(jiǎn)單介紹幾種樁土應(yīng)力比的計(jì)算方法，通過(guò)這些公式可以估計(jì)復(fù)合地基樁土應(yīng)力比n值的大小。模量比公式這是最簡(jiǎn)單的計(jì)算式，它假定在剛性基礎(chǔ)下，樁體和樁間土的豎向應(yīng)變相等， 樁土應(yīng)力比的表達(dá)式為上述假定與實(shí)際情況有較大差別，用來(lái)估算樁土應(yīng)力比 n值比較粗糙。寺師昌明(1981)通過(guò)壓縮試驗(yàn)認(rèn)為樁土應(yīng)力比可通過(guò)樁間土和樁體材料的體積壓縮系數(shù)之比來(lái)表示，即式中：mp,ms--樁體材料和樁間土體的體積壓縮系數(shù)?；趶?fù)合地基和天然地基載荷試驗(yàn) p-s曲線(xiàn)推算公式韓杰、葉書(shū)麟建議：根據(jù)相同荷載壓板所產(chǎn)生的沉降量相同，可分別從復(fù)合地基和天然地基載荷試驗(yàn)p-s上取得相應(yīng)的應(yīng)力值dsp、(TS,然后按下式計(jì)算：m屯式中：Tsp-復(fù)合地基上的豎向應(yīng)力?；赗owe剪脹理論的公式郭蔚東等應(yīng)用Rowe的剪脹理論，將碎石樁看成軸對(duì)稱(chēng)的圓柱體，提出下列公式式中:Kp,Ks-分別為樁體、樁間土的被動(dòng)土壓力系數(shù) ；up、us-分別為樁體、樁間土的泊松比。Baumann公式TOC\o"1-5"\h\zBaumann根據(jù)碎石樁樁體及樁周土的側(cè)向應(yīng)力及徑向膨脹量間關(guān)系，并假定樁體總體積保持不變條件，提出下述樁土應(yīng)力比計(jì)算公式 ：式中：Er-Ep/Es，其中Ep,Es分別為樁體材料和樁周土體的變形模量 ；rp—樁體半徑；re—復(fù)合地基中每根碎石樁分擔(dān)的加固面積折算半徑 ：Ks'—樁間土側(cè)壓力系數(shù)，介于被動(dòng)土壓力和靜止土壓力之間，對(duì)軟土 Ks'=1.25-1.50;Kp'—樁體的側(cè)壓力系數(shù)，介于被動(dòng)土壓力和靜止土壓力系數(shù)之間，對(duì)碎石樁Kp'=0.4-0.45;對(duì)砂樁Kp'=0.35-0.40。Priebe公式Priebe假設(shè):①地基土為各向同性；②基礎(chǔ)為剛性：③樁體長(zhǎng)度己達(dá)硬土層。推導(dǎo)得碎石樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比 n為：ll-2此+m碎石樁處理液化地基的研究現(xiàn)狀碎石樁的加固機(jī)理飽和砂土是單粒結(jié)構(gòu)，屬于典型的散粒體，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，排水不暢，在動(dòng)力和靜力共同作用下容易失穩(wěn)、體積減小，很快形成液化，強(qiáng)度降低甚至散失。由于碎石樁具有以下幾種加固作用，用碎石樁處理這種地基，液化會(huì)很容易消除。（1）擠密作用：對(duì)擠密碎石樁，由于在成樁過(guò)程中樁管對(duì)周?chē)皩赢a(chǎn)生很大的橫向擠壓力，樁管體積的砂擠向樁管周?chē)纳皩?，使樁管周?chē)纳皩涌紫侗葴p小，密實(shí)度增大；在灌注碎石后的振動(dòng)、反插也使周?chē)馏w受到擠密，并且很多碎石骨料也被擠入土中。這種強(qiáng)制性的擠密使得砂土的相對(duì)密實(shí)度顯著增加，孔隙率降低，干密度和內(nèi)摩擦角增大，土的物理力學(xué)性能改善，使地基承載力和抗液化能力大幅度提高。（2）振密作用：在成樁過(guò)程中，激振器產(chǎn)生的振動(dòng)通過(guò)導(dǎo)管傳給土層使得其附近飽和土地基產(chǎn)生的孔隙水壓力，導(dǎo)致部分土體液化，土顆粒重新排列趨向密實(shí)，從而起到振密作用。（3）排水減壓作用：對(duì)砂土液化機(jī)理研究表明，當(dāng)飽和松砂受到剪切循環(huán)荷載作用時(shí)，將發(fā)生體積的收縮和趨于密實(shí)，在砂土無(wú)排水條件時(shí)，體積的快速收縮將導(dǎo)致超靜孔隙水壓力來(lái)不及消散而急劇上升，當(dāng)砂土液化被觸發(fā)后，地基抗剪強(qiáng)度急劇下降，形成完全液化。碎石樁加固砂土?xí)r，樁孔內(nèi)充填碎石為粗顆粒料，在地基中形成滲透性良好的人工豎向排水減壓通道，可以有效地消散和防止超孔隙水壓力的增高和砂土液化，并加固地基排水固結(jié)。（4）預(yù)震作用：美國(guó)Seed等人研究表明，砂土液化特性除了與土的相對(duì)密度有關(guān)外，還與其振動(dòng)歷史有關(guān)。砂土預(yù)先振動(dòng)而不產(chǎn)生液化后，結(jié)構(gòu)中的不穩(wěn)定的顆?；湫纬奢^為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，抗液化能力得到提高。碎石樁在施工時(shí)振動(dòng)作用在土層擠密的同時(shí)還獲得預(yù)振，這對(duì)增強(qiáng)地基的抗液化能力極為有利。（5）加筋作用：在下覆層設(shè)置碎石樁，由于碎石樁的模量大于樁間土模量，因此起到加筋作用。在坡角外一定范圍內(nèi)設(shè)置碎石樁，使得復(fù)合地基的內(nèi)摩擦角增大，抗剪強(qiáng)度提高，有效地抑制地基的側(cè)向位移；在地震荷載作用下，坡角范圍內(nèi)的碎石樁在起排水作用的同時(shí)，加筋作用增強(qiáng)土體穩(wěn)定性也明顯體現(xiàn)出來(lái)。碎石樁處理的液化地基的理論研究碎石樁加固地基的靜力方面理論和在成樁過(guò)程中的擠土效應(yīng)研究較多，而對(duì)地震荷載下的碎石樁加固砂土地基理論研究較少。90年代之前，主要是針對(duì)碎石樁處理液化地基的效果進(jìn)行初步探討，大多數(shù)是把已有的液化砂土研究成果進(jìn)行修正和改進(jìn)，然后應(yīng)用到復(fù)合地基液化分析之中。其中主要有任書(shū)考（1984）提出用“動(dòng)剪應(yīng)變法”確定飽和砂土的地震液化勢(shì)；顧衛(wèi)華、王余慶用等價(jià)非線(xiàn)性有效應(yīng)力分析的二維有限元方法分析水平飽和砂層液化特性，并考慮了碎石樁排水效應(yīng)和地面壓重的透水性與不透水性的單根碎石樁的抗液化效果；王余慶（1989）又利用現(xiàn)場(chǎng)激振加速度和室內(nèi)動(dòng)三軸試驗(yàn)聯(lián)合提出了復(fù)合地基抗液化效果簡(jiǎn)化法。（1）排水效應(yīng)和樁體效應(yīng)90年代以后，碎石樁排水效應(yīng)和樁體效應(yīng)方面研究得到了長(zhǎng)足發(fā)展。徐志英（ 1992）利用1977年Seed等提出的復(fù)合地基樁間土動(dòng)力控制方程，簡(jiǎn)化了其中的一些性質(zhì)，求得了適用于地震期間和地震結(jié)束后樁間土孔壓的一般解析公式。這一結(jié)論在碎石樁復(fù)合地基抗液化方面具有重要的意義，到目前為止，大多數(shù)排水減壓理論研究都是在這一基礎(chǔ)上進(jìn)行修正和改進(jìn)。1998~2000期間，東南大學(xué)劉松玉等也研究了干振擠密碎石樁處理高速公路液化地基效果，并給出了樁體應(yīng)力集中、排水減壓和擠密效果的有關(guān)結(jié)論；劉金韜（ 2000）從排水井的角度提出一種確定樁間距的方法；林本海、謝定義（ 2000）利用Biot固方程和連續(xù)性條件提出考慮振動(dòng)固結(jié)耦合作用下碎石樁復(fù)合地基抗液化效果，并用數(shù)值模擬得到良好的效果，這一結(jié)論推進(jìn)了碎石樁復(fù)合地基抗液化分析的發(fā)展。（2） 復(fù)合地基加固范圍在平面加固范圍方面， Mitchell（1981）就提出“在地震過(guò)程中，周?chē)奈醇庸掏烈夯?，加固區(qū)有有失穩(wěn)的危險(xiǎn)性。”但一直未得到重視，還是 Mitchell（1992）進(jìn)一步指出“必須對(duì)加固區(qū)的大小進(jìn)行分析以保證其穩(wěn)定性” 。之后，TaguchiY,lshiharaK,KatoS對(duì)液化與不液化地基邊界進(jìn)行了研究； AdalierK（1996）通過(guò)離心模型試驗(yàn)對(duì)液化與不液化的相互影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，得到了一些有益的結(jié)論。在加固深度方面的研究，主要是從宏觀的調(diào)查總結(jié)了預(yù)留液化土層對(duì)上部結(jié)構(gòu)的減震作用， 很少定量的研究預(yù)留化層的影響及厚度， 值得一提的是李學(xué)寧（1990~1992）通過(guò)多層剪切砂箱試驗(yàn)及一維有效應(yīng)力分析程序分析了殘留液化層的減震機(jī)理及對(duì)地面地震反應(yīng)的影響， 得出保留2~3米厚，深度在5米以下的液化層對(duì)一般房屋是可行的。（3） 復(fù)合地基液化判別雖然在碎石樁理論分析方法上有了不少進(jìn)展， 但在液化的判別標(biāo)準(zhǔn)上卻發(fā)展較慢， 這主要與自由場(chǎng)砂土液化判別標(biāo)準(zhǔn)不一致有著密切的關(guān)系， 只有砂土液化判別標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，才能促進(jìn)復(fù)合地基液化判別標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展。 目前，大多數(shù)研究集中在對(duì)自由場(chǎng)液化判別經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行修正，然后用于在既有建筑物下的復(fù)合地基液化判別。 鄭建國(guó)考慮樁體和排水影響對(duì)自由場(chǎng)臨界標(biāo)貫擊數(shù)進(jìn)行修正，然后用于復(fù)合地基液化判別之中：Nc'r= 1X2XNcr張劍峰利用前人得到的靜探錐尖阻力與標(biāo)貫擊數(shù)之比與平均粒徑之間的關(guān)系， 并考慮樁間土與樁體的共同作用，得到可考慮復(fù)合地基特性的當(dāng)量標(biāo)貫擊數(shù)法狀 sin60N= ——「 Lrsin60何廣訥通過(guò)考慮碎石樁的應(yīng)力集中和排水作用，也得到一種當(dāng)量標(biāo)貫擊數(shù)法I+ -］）tn!另外，近年來(lái)王余慶根據(jù)碎石樁法處理液化地基的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐， 提出一種以液化剪應(yīng)力為基礎(chǔ)的動(dòng)孔壓比法，但實(shí)施比較復(fù)雜，在高速公路大面積施工時(shí)不宜實(shí)施。 東南大學(xué)劉松玉還提出用SASW法對(duì)碎石樁復(fù)合地基進(jìn)行普檢，值得借鑒。（4）上部結(jié)構(gòu)的影響在對(duì)碎石樁處理液化地基的研究過(guò)程中， 很少考慮由于振動(dòng)荷載作用下， 上部結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合地基的動(dòng)力影響，不過(guò)，在振動(dòng)荷載作用下，上部結(jié)構(gòu)對(duì)單純液化地基的動(dòng)力影響研究卻不少。Rollins和Seed在建筑物對(duì)液化勢(shì)的影響一文中提到了上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的初始剪應(yīng)力，圍壓和附加動(dòng)剪應(yīng)力對(duì)液化的影響； Adalier通過(guò)離心機(jī)試驗(yàn)研究地震時(shí)路基與不同處理方法處理的液化地基的相互影響； 國(guó)家地震工程研究所門(mén)福錄等 （1998）考慮建筑物對(duì)砂土地基增大水平剪切力的影響，提出了分析既有建筑物下飽和砂土地基抗液化簡(jiǎn)化方法，并于2000年進(jìn)行了震動(dòng)臺(tái)模擬實(shí)驗(yàn)；凌賢長(zhǎng)、張克緒（ 2000）在研究砂土液化動(dòng)應(yīng)力觸發(fā)條件時(shí)提出應(yīng)該考慮既有建筑物產(chǎn)生的動(dòng)水平剪應(yīng)力和動(dòng)水平豎向正應(yīng)力差的共同作用， 但未能進(jìn)行具體深入的研究。（5）復(fù)合地基實(shí)驗(yàn)?zāi)M在復(fù)合地基實(shí)驗(yàn)?zāi)M方面，一般都是用來(lái)分析靜力作用下的復(fù)合地基力學(xué)和變形特性，動(dòng)力方面很少見(jiàn)于報(bào)道。值得一提的是王士鳳在建筑物可液化地基用礫石排水樁法抗震加固研究中得到：不液化區(qū)沿深度為上窄下寬的梯形， 即不液化區(qū)隨深度一定的角度 （10~15°）擴(kuò)展，反映了深層因有較大孔壓梯度而加速排水消散的結(jié)果； 李學(xué)寧等通過(guò)震動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究了上層是復(fù)合地基，下層是液化地基的液化減震情況，得到保留 2~3m厚，深度在5m以下的液化層對(duì)一般房屋是有利的。第四章CFG樁1概述剛性樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)思想由中國(guó)建筑科學(xué)研究院黃熙齡院士提出， 中國(guó)建筑科學(xué)研究院地基基礎(chǔ)研究所于 1991年開(kāi)發(fā)成功的CFG樁復(fù)合地基。它與一般的樁基明顯不同， 見(jiàn)圖1-2(a),(b)所示。S1-2CFG粧靈合地基和一股械基示竄圖為了提高復(fù)合地基承載力、減少沉降，將碎石中摻入粉煤灰和石屑，于是形成了粘結(jié)強(qiáng)度較高的CFG(CementFlyashGravel)具有剛性樁的性狀。為保證樁土能共同作用，在樁頂鋪設(shè)一定厚度的砂石褥墊層， 以利于樁頂向上刺入，由樁體、樁間土和褥墊層一起構(gòu)成了CFG樁復(fù)合地基，見(jiàn)圖1-2(a)所示。適用：淤泥、淤泥質(zhì)土和粘性土、粉土、黃土、砂土、人工填土等地基。通過(guò)長(zhǎng)螺旋鉆管內(nèi)泵壓或沉管灌注由水、水泥、砂、粉煤灰、碎石等制成的混合料，形成CFG樁，與樁間土形成復(fù)合地基，以提高地基承載力，減小沉降。 CFG樁的主要骨料為碎石，石屑是為了填充碎石空隙，改善骨料級(jí)配的次骨架材料，粉煤灰具有細(xì)骨料和低標(biāo)號(hào)水泥的作用，可以提高樁體的后期強(qiáng)度。 CFG樁體強(qiáng)度一般在C10-C25之間。水泥摻量較少時(shí)，樁體強(qiáng)度較低，接近散體材料樁的變形性狀 ；水泥摻量較高時(shí)，樁體具有剛性樁的性狀。CFG樁、樁間土和由砂石、粗砂、碎石等散體材料組成的褥墊層共同構(gòu)成了 CFG樁復(fù)合地基。這種地基加固方法吸取了振沖碎石樁、砂樁和水泥攪拌樁的優(yōu)點(diǎn)。1)施工工藝與普通振動(dòng)沉管灌注樁、螺旋成孔灌注樁一樣，工藝簡(jiǎn)單。 2)所用材料水泥用量小，便于就地取材，能夠有效利用工業(yè)廢渣。 3)成樁質(zhì)量較水泥攪拌樁受地層影響小。尤其是螺旋鉆機(jī)與振動(dòng)沉管鉆機(jī)的聯(lián)合應(yīng)用， 既克服了單純沉管樁擠土效應(yīng)強(qiáng)而易對(duì)鄰周環(huán)境造成不良影響，又克服了單純螺旋鉆機(jī)施工排土量大且對(duì)淤泥層的撓動(dòng)也大的影響， 與碎石樁相比，承載力大大提高，碎石樁、攪拌樁當(dāng)樁長(zhǎng)大于有效樁長(zhǎng)時(shí)， 增加樁長(zhǎng)對(duì)承載力提高不大，而CFG樁承載力來(lái)自全樁長(zhǎng)的摩阻力及樁端承載力，樁長(zhǎng)越長(zhǎng)則承載力越高?？梢?jiàn)利用該樁型進(jìn)行軟土地基加固具有較大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的市場(chǎng)前景。此后，除CFG樁復(fù)合地基外，開(kāi)發(fā)了很多剛性樁復(fù)合地基，例如二灰混凝土樁復(fù)合地基、粉煤灰混凝土樁復(fù)合地基及其他低標(biāo)號(hào)混凝土樁復(fù)合地基等。CFG樁復(fù)合地基的加固機(jī)理CFG樁復(fù)合地基的加固機(jī)理可以概括為樁體的置換作用，褥墊層的調(diào)整均化作用，對(duì)于砂土，粉土和塑性指數(shù)比較小的粉質(zhì)粘土， 采用排土成樁工藝施工， 由于是重錘取土，達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)后，加入CFG填料，夯實(shí)成樁。采用這樣的施工，對(duì)土有一定的擠密效果。1樁體作用該樁不同于散體的砂樁、碎石樁，樁體是具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的混合料。但又不同于剛性的砼灌注樁，樁體具有一定的壓縮性，可其壓縮性明顯小于樁周軟土。 CFG樁樁徑一般為35-40cm。CFG樁中的水泥經(jīng)水解和水化反應(yīng)以及與粉煤灰的凝硬反應(yīng)，生成了主要成分為鋁酸

鈣水化物、硅酸鈣水化物以及鈣鋁黃長(zhǎng)石水化物等不溶于水的穩(wěn)定的結(jié)晶化合物， 這些物質(zhì)以纖維狀結(jié)晶，并不斷生長(zhǎng)延伸填充到碎石和石屑的空隙中，相互交織形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，將原來(lái)由點(diǎn)-點(diǎn)接觸和點(diǎn)-面接觸的骨料緊緊粘結(jié)在一起，使樁體的抗剪強(qiáng)度和變形模量均大大的提高。所以在荷載作用下， CFG樁的壓縮性明顯比樁間土小，因此基礎(chǔ)傳給復(fù)合地基的附加應(yīng)力，隨地層的變形逐漸集中到樁體上， 出現(xiàn)了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，大部分荷載將由樁體承擔(dān)，樁間土應(yīng)力相應(yīng)減小， 于是復(fù)合地基承載力較原有地基承載力有所提高， 沉降量亦有所減小，隨著樁體剛度的增加，樁體作用發(fā)揮更加明顯。這一點(diǎn)正是碎石樁與 CFG樁的受力情況不同的根本點(diǎn)。 因?yàn)樗槭瘶稑扼w材料是松散碎石， 自身無(wú)粘結(jié)強(qiáng)度，依靠樁周?chē)良s束才能承受上部荷載。而 CFG樁樁身具有一定的粘結(jié)強(qiáng)度，在荷載的作用下，不會(huì)出現(xiàn)壓脹變形，樁承受的荷載通過(guò)樁周摩擦阻力和樁端阻力傳至深層地基中， 其復(fù)合地基承載力提高幅度比碎石樁大。大量工程實(shí)踐證明， CFG樁的樁土應(yīng)力比2~20,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水泥摻量在5%~30%之間的水泥攪拌樁的樁土應(yīng)力比 3~12，石灰樁的樁土應(yīng)力比2.5~5.0和碎石樁的樁土應(yīng)力比1.25~4.5,顯示出CFG樁的樁體效應(yīng)大大優(yōu)于石灰樁、水泥攪拌樁和碎石樁等散體材料樁。2褥墊層的作用與厚度控制褥墊層技術(shù)是剛性樁復(fù)合地基的核心技術(shù)。 王長(zhǎng)科考慮了基礎(chǔ)一墊層一復(fù)合地基共同工作時(shí)褥墊層的調(diào)整均化作用。婁國(guó)充考慮了帶褥墊層的樁式復(fù)合地基各部分的工作特性及相互影響，分析研究了其受荷機(jī)理、影響樁土應(yīng)力比和復(fù)合地基承載力的諸多因素。 李寧采用數(shù)值方法對(duì)復(fù)合地基中褥墊層的作用機(jī)理進(jìn)行了研究， 劉潤(rùn)分析了帶褥墊層復(fù)合地基的作用機(jī)理，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。毛前、化建新也探討了褥墊層的作用。CFG樁復(fù)合地基通過(guò)褥墊層把樁和基礎(chǔ)斷開(kāi)，改變了原來(lái)僅依靠樁承擔(dān)垂直荷載和水平荷載的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想。褥墊層的設(shè)置為 CFG樁復(fù)合地基在受荷后提供了樁上、下刺入的條件，保證了樁與樁間土始終是共同承擔(dān)荷載。在豎向荷載作用下，CFG樁復(fù)合地基由于褥墊層的作用，樁體逐漸向褥墊層刺入，樁體上部墊層材料在受壓縮的同時(shí)，向周?chē)l(fā)生流動(dòng) ；墊層材料的流動(dòng)補(bǔ)償使得樁間土與基礎(chǔ)底面始終保持接觸并使得樁間土的壓縮增大， 從而使得樁間土的承載力得以充分發(fā)揮， 樁土共同作用得到保證。墊層材料的流動(dòng)補(bǔ)償，使樁間土的承載力得以充分發(fā)揮、 樁體承擔(dān)的荷載相對(duì)減少，地基中的接觸壓力得到均化和調(diào)整， 地基中的豎向應(yīng)力分布得到均化， 地基的變形狀況得到明顯改善，復(fù)合地基的承載力得到大大的提高。 此外，作用在樁間土上豎向荷載的增大，使得樁側(cè)法向應(yīng)力增大、樁身側(cè)摩阻力增大，樁體的承載力得到提高，從而使復(fù)載的增大，使得樁側(cè)法向應(yīng)力增大、樁身側(cè)摩阻力增大，樁體的承載力得到提高，從而使復(fù)合地基的承載力得到進(jìn)一步的提高。CFG合地基的承載力得到進(jìn)一步的提高。CFG樁復(fù)合地基承載力示意圖如下圖 (2-2)所示.7宀7L圖2TCFG樁範(fàn)臺(tái)地基示竜圖a7宀7L圖2TCFG樁範(fàn)臺(tái)地基示竜圖apa2-2CFG樁覽合地基承載力示蕙圖保證樁土共同承擔(dān)荷載、調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比當(dāng)基礎(chǔ)承受垂直荷載時(shí)，樁和樁間土都要發(fā)生變形， 由于樁的模量遠(yuǎn)大于土的模量， 樁的變形也遠(yuǎn)小于土?的變形，此時(shí)由于褥墊層的作用，樁頂向褥墊層刺入，同時(shí)褥墊層向樁間土上移動(dòng)，使部分荷載逐漸向樁間土轉(zhuǎn)移， 即保證了樁土共同承擔(dān)荷載，也使樁土荷載分擔(dān)比變小。減少基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中由于CFG樁剛性性狀明顯，如果沒(méi)有褥墊層的作用，樁對(duì)基礎(chǔ)的作用與樁基礎(chǔ)一樣，應(yīng)力集中很顯著，且需要考慮樁對(duì)基礎(chǔ)的抗沖切作用。 設(shè)置褥墊層后，由于減小了樁土荷載分擔(dān)比，使得基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中得以減少。調(diào)整樁土水平荷載的分擔(dān)CFG樁是不配鋼筋主要承受豎向荷載的樁，如果不設(shè)置褥墊層，則由基礎(chǔ)傳來(lái)的水平荷載主要有CFG樁承擔(dān)，往往容易造成CFG樁樁身斷裂，進(jìn)而影響建筑物的正常使用， 有了褥墊層后，褥墊層將基礎(chǔ)與樁斷開(kāi)， 使樁頂與樁間土上的剪應(yīng)力相差不大， 則樁頂受到的水平力與其面積置換率的比例相當(dāng)， 即水平荷載主要由樁間土承擔(dān)。 實(shí)驗(yàn)表明：褥墊層厚度越大，樁頂水平位移越小，當(dāng)褥墊層厚度不小于 10cm時(shí)，樁體不會(huì)發(fā)生水平折斷。褥墊層厚度：褥墊層是CFG樁復(fù)合地基的一個(gè)重要組成部分，其厚度直接影響到樁土

應(yīng)力比和荷載分擔(dān)比。因此，必須確定一個(gè)合理的厚度。 褥墊層厚度太小，樁對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生應(yīng)力集中，需要考慮樁對(duì)基礎(chǔ)的沖切， 必須造成基礎(chǔ)厚度增加， 當(dāng)基礎(chǔ)承受水平荷載時(shí)， 可能造成樁體斷裂。而且厚度過(guò)小，不能充分發(fā)揮樁間土的承載力，導(dǎo)致樁數(shù)或樁長(zhǎng)增加。 褥墊層厚度過(guò)大，導(dǎo)致樁土應(yīng)力比接近 1,樁承擔(dān)的荷載太少，復(fù)合地基承載力提高不大。由試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，一般取 10-30cm較合適。3擠密和加筋的作用CFG在成樁的過(guò)程中，不再向地基中注入附加水，樁體中的粉煤灰及水泥粉在水化時(shí)，對(duì)周?chē)浲辆哂形?、發(fā)熱和膨脹的作用，使周?chē)耐馏w達(dá)到擠密的效果 ?同時(shí)，CFG樁除了可以提高地基承載力之外，還可以起到提高土體的抗剪強(qiáng)度， 增加軟土路基填筑的穩(wěn)定性?4樁體的排水作用CFG樁在飽和粉土和砂土中施工時(shí)，由于沉管和拔管的振動(dòng)，會(huì)使土體產(chǎn)生超孔隙水壓力。較好透水層上面還有透水性較差的土層時(shí)，剛剛施工完的 CFG樁將是一個(gè)良好的排水通道。孔隙水將沿著樁體向上排出，直到 CFG樁結(jié)硬為止，這樣的排水過(guò)程可以延續(xù)幾個(gè)小時(shí)。CFG樁樁體材料及其性狀(1)樁體材料CFG樁是以碎石為粗骨料，砂、石屑為中等粒徑骨料，粉煤灰和水泥為細(xì)骨料加水制成的一種具有一定粘結(jié)強(qiáng)度的樁。碎石為 CFG樁的骨干材料，系粗骨料；石屑為中等粒徑骨料，石屑的摻入可改善樁體級(jí)配，增大接觸比表面積，提高樁體抗剪強(qiáng)度 ：粉煤灰是燃煤發(fā)電廠排出的一種工業(yè)廢料，是細(xì)骨料，具有低標(biāo)號(hào)水泥的作用，不僅可以提高 CFG樁體混合料施工時(shí)的和易性，減少混合料的泌水，而且可使樁體具有明顯的后期強(qiáng)度。 水泥一般選用P.027.5或P.032.5的普通硅酸鹽水泥，如果混合料強(qiáng)度要求較高， 宜用標(biāo)號(hào)較高的P.032.5水泥，如果使用標(biāo)號(hào)更高的水泥，會(huì)使水泥用量偏少，影響混合料的和易性和密實(shí)度， 如果使用過(guò)低標(biāo)號(hào)水泥配置，會(huì)使水泥用量過(guò)多，不經(jīng)濟(jì)。其樁體材料配比一般按如下原則確定 ：混合料中，碎石(粒徑為2?4cm)與石屑的組成比例用石屑率入來(lái)表示：G1+G2式中：入-石屑率，通過(guò)大量工程實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)， 入取0.25-0.33;G1-單位立方混合料石屑用量， kg,G2-單位立方混合料碎石用量， kg;當(dāng)采用沉管灌注施工CFG樁，混合料坍落度按3cm控制，水灰比W/C和粉灰比F/C(F為單位立方粉煤灰用量)有如下關(guān)系：W/C-O.187^-0.791F/C

利用以上關(guān)系，參考混凝土配比的用水量并加大 2?5%,即可進(jìn)行配比設(shè)計(jì)，大量試驗(yàn)結(jié)果和工程實(shí)踐表明，混合料坍落度越小，樁體強(qiáng)度越高?？墒钱?dāng)采用長(zhǎng)螺旋壓灌施工時(shí)，混合料坍落度過(guò)大又可能造成混合料離析，施工時(shí)常發(fā)生堵管 ；混合料坍落度過(guò)小，又會(huì)導(dǎo)致泵送壓力過(guò)大或不能正常泵送。綜合各種因素， CFG樁混合料坍落度最好控制在16-20mm，施工方便的情況下盡量取低值。(2)CFG樁樁體材料在不同施工工藝中的不同要求當(dāng)前，CFG樁復(fù)合地基施工方法主要有振動(dòng)沉管成樁法與鉆孔中心壓灌成樁法，振動(dòng)沉管成樁法是用振動(dòng)沉管鉆機(jī)將樁管振動(dòng)沉入地層中， 是一種非置換土的施工工藝方法， 對(duì)樁間土具有顯著的擠密效應(yīng)，從而提高地基的承載力，并且通過(guò)成樁過(guò)程中的振動(dòng)，可消除地基土的液化。振動(dòng)沉管成樁法主要適用于人工填土、淤泥質(zhì)土、 粘土、粉土及松散砂土等地層。鉆機(jī)成孔中心壓灌成樁法是用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆孔， 鉆管內(nèi)泵壓混合料成樁，是一種置換土的施工工藝方法。它的混合料是由水泥、卵石或碎石以及粉煤灰加水用攪拌機(jī)攪拌而成， 為了增加可泵性，有時(shí)會(huì)摻加一些泵送劑。日前，在一些高層建筑深基坑內(nèi)的 CFG樁也常用商品混凝土，以利于CFG樁樁身質(zhì)量的穩(wěn)定和施工的連續(xù)性。4垂直荷載作用下CFG樁復(fù)合地基的性狀CFG樁、樁間土和褥墊層一起形成復(fù)合地基，在垂直荷載作用下，樁和樁間土都要發(fā)生變形。雖然樁的模量遠(yuǎn)比土的模量大， 樁比土的變形小，但是由于在基礎(chǔ)下面設(shè)置了褥墊層，樁可以向上刺入，伴隨這一變化過(guò)程，墊層材料不斷調(diào)整補(bǔ)充到樁間土上、以保證在任一荷載下樁和樁間土始終參與工作。4.1樁體應(yīng)力應(yīng)變特性將CFG樁樁體材料制成三軸試驗(yàn)的圓柱體試件，在靜三軸儀中做不同圍壓下的三軸壓縮試驗(yàn)，可得到如圖3-1(c)CFG樁樁體應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。從樁體應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)可以看出，不同圍壓下的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)基本重合， 破壞前基本為一直線(xiàn)，說(shuō)明圍壓對(duì)樁體強(qiáng)度和樁體模量影響不大；而將碎石樁和石灰樁試樣在靜三軸儀中做不同圍壓下的三軸壓縮試驗(yàn)，可得到如圖3-1(a)碎石樁樁體應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)、 3-1(b)石灰樁樁體應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)，這說(shuō)明 CFG樁樁體與碎石樁、石灰樁等散體材料樁樁體的應(yīng)力應(yīng)變特性明顯不同。E3-3坤百扯、石O.CFGSHi陣三討直觀同力兇曼曲歧(a)碎右樹(shù)E3-3坤百扯、石O.CFGSHi陣三討直觀同力兇曼曲歧(a)碎右樹(shù)⑹k)tFC推■0、耳*4.2CFG樁復(fù)合地基受力特性CFG樁復(fù)合地基由于設(shè)置了褥墊層，在一定荷載作用下，隨著時(shí)間的變化，樁間土表面的變形不斷增加，單樁和土的荷載分擔(dān)均為一常值，它不隨時(shí)間變化而變化。CFG樁復(fù)合地基隨著荷載的增加，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比 Pp/P逐漸增加，土承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比 Ps/P逐漸減小。剛性基礎(chǔ)下的CFG樁復(fù)合地基在荷載一定時(shí)，Pp/P隨樁長(zhǎng)增加而增大；隨樁距減小(置換率m增大)而增大；土的強(qiáng)度越低，Pp/P越大:褥墊層越薄，Pp/P越大；剛性基礎(chǔ)下的CFG樁群樁復(fù)合地基，樁所處的位置不同，受力的大小也不同，一般是角樁受力最大，邊中樁次之，中心樁最小。4.2變形特性CFG樁復(fù)合地基在任一荷載下，樁頂?shù)某两?，樁間土的沉降及基礎(chǔ)的沉降均不相同，在樁土位移相等的中性點(diǎn)Z0深度以上，土的位移大于樁的位移，土對(duì)樁產(chǎn)生負(fù)摩阻力，而在Z0深度以下，樁的位移大于土的位移，土對(duì)樁產(chǎn)生正摩阻力，由于褥墊層的設(shè)置，無(wú)論樁端落在硬土層或是軟土層上，從加荷一開(kāi)始樁就存在一個(gè)負(fù)摩擦區(qū)。從樁的軸向受力來(lái)講，在Z0深度以上，樁的軸向應(yīng)力隨著深度的增加而增大，在Z0深度以下，樁的軸向應(yīng)力隨著深度的增加而減小，樁的最大軸向應(yīng)力在Z0深度處。樁長(zhǎng)對(duì)變形的影響當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件相同，荷載一定時(shí)，樁越長(zhǎng)，上刺入量厶上和下刺入量△下越小，樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的壓縮變形量S1也就越??；樁長(zhǎng)越短，△上、△下、S1也就越大。樁長(zhǎng)不同，同一荷載水平樁、土荷載分擔(dān)比不同，樁越短，樁間土荷載分擔(dān)比越大，樁間土受的荷載越大，樁間土的壓縮變形越大，樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的壓縮變形也越大 ；反之，樁越長(zhǎng)，樁間土荷載分擔(dān)比越小，土的壓縮變形越小，樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的壓縮變形量S1也就越小。實(shí)際上，影響△上和△下大小的因素不僅僅是樁長(zhǎng)，褥墊層的厚度和下臥層土的性質(zhì)對(duì)上、下刺入變形均有很大影響。褥墊層越薄，樁承擔(dān)的荷載越多，△ 上也就越?。合屡P層土越硬，樁向下刺入越困難，下刺入變形量厶 下也就越小，樁長(zhǎng)范圍內(nèi)土的壓縮變形量 S1也就越小。同樣，樁越長(zhǎng)，總的沉降量S也越小，下臥層壓縮變形S1也越小?；A(chǔ)寬度對(duì)變形的影響我們知道，對(duì)于天然地基，當(dāng)荷載強(qiáng)度相同時(shí)，基礎(chǔ)寬度越大，沉降量也越大。這是因?yàn)榛A(chǔ)下某一深度的附加應(yīng)力系數(shù)隨基礎(chǔ)寬度的增加而增大，同時(shí)壓縮層厚度也相應(yīng)加大。對(duì)于復(fù)合地基也一樣，當(dāng)置換率、樁長(zhǎng)及土性相同時(shí)，給定荷載下加固區(qū)壓縮變形 S1，下臥層壓縮變形S2以及總壓縮量S都隨基礎(chǔ)寬度增加而增大。5CFG樁復(fù)合地基工程特性應(yīng)用范圍廣CFG樁可用于填土、粘土及粉土，也可用于擠密效果不好的土層。在工程實(shí)踐中，CFG樁被廣泛地應(yīng)用于箱基、筏基、條基以及獨(dú)立基礎(chǔ)等各種基礎(chǔ)型式中。剛性樁性狀明顯、承載能力大CFG樁是高粘結(jié)性材料樁(與素混凝土樁相似)，其樁身強(qiáng)度比碎石樁、灰土樁等高許多具有很多剛性樁的性質(zhì)，比如可全樁發(fā)揮側(cè)摩阻力、如樁端落在好土層中，可發(fā)揮端承作用，因此，CFG樁單樁承載力很高，但如果CFG樁樁體強(qiáng)度大到一定程度時(shí)，繼續(xù)提高樁身強(qiáng)度對(duì)復(fù)合地基承載力的影響就沒(méi)有多大作用了。實(shí)踐表明，在 CFG樁復(fù)合地基中，由于褥墊層、樁身強(qiáng)度、樁間土性質(zhì)及基礎(chǔ)剛度等的影響， CFG樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比一般在40~75%之間變化，使得復(fù)合地基承載力大幅度提高且具有很大的可調(diào)性。復(fù)合地基沉降小經(jīng)施工CFG樁后，復(fù)合地基的復(fù)合模量比天然地基大許多，減少了地基的壓縮量，使建筑物沉降量大大降低。樁體的排水作用和時(shí)間效應(yīng)采用振動(dòng)沉管工藝在飽和粉土和砂土中施工的CFG樁，由于沉管和拔管的振動(dòng)，會(huì)使土體產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，孔隙水將沿著樁體向上排出，直至CFG樁樁體結(jié)硬為止。同時(shí)，由于振動(dòng)沉管的振動(dòng)，會(huì)對(duì)周?chē)馏w產(chǎn)生擾動(dòng)，特別對(duì)靈敏度較高的土，會(huì)使土體結(jié)構(gòu)破壞，強(qiáng)度降低，施工結(jié)束后，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間有所恢復(fù)。第五章深層攪拌樁1概述深層攪拌樁是柔性樁一種類(lèi)型。柔性樁復(fù)合地基主要包括土樁及灰土樁復(fù)合地基、石灰樁復(fù)合地基、深層攪拌水泥土樁復(fù)合地基和高壓旋噴樁復(fù)合地基。 柔性樁根據(jù)樁體與土相對(duì)剛度分為兩大類(lèi)，一類(lèi)為土樁、灰土樁和石灰樁，一般來(lái)說(shuō)Ep/Es<10（Ep為樁體彈性模量，Es為土體彈性模量）;一類(lèi)為深層攪拌水泥樁和高壓旋噴樁，一般 Ep/Es>10。前者樁體效應(yīng)不是很明顯，后者樁體效應(yīng)十分明顯。土樁擠密法是前蘇聯(lián)阿別列夫教授1934年首創(chuàng)，并在工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。我國(guó)自50年代中期開(kāi)始，在西北黃土地區(qū)進(jìn)行了土樁擠密法研究和應(yīng)用。60年中期，西安地區(qū)在土樁擠密法的基礎(chǔ)上成功地應(yīng)用了灰土擠密樁法，并在70年代起逐步推廣應(yīng)用。國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-91）和（JGJ79-2002）中都已經(jīng)編入土樁和灰土樁適用于處理地下水位以上的濕陷性黃土、素填土和雜填土地基.陸震亞、楊鴻貴對(duì)灰土的力學(xué)性能及土樁地基機(jī)理及承載特性進(jìn)行了比較系統(tǒng)的研究.劉三倉(cāng)對(duì)灰土樁的應(yīng)力分布、樁間土承載力進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并提出了灰土樁復(fù)合地基的計(jì)算方法.石灰樁法最早在我國(guó)應(yīng)用。1929年在天津開(kāi)業(yè)的德國(guó)工程師E.Hunke發(fā)表的述及中國(guó)灰土和石灰樁的文章是迄今為止有關(guān)生石灰樁的最早記錄。50年代初，天津大學(xué)范恩餛教授開(kāi)展了石灰樁加固軟弱地基的研究。1957年，鐵道科學(xué)院等單位進(jìn)行了石灰樁、換填土、砂墊層，長(zhǎng)砂井、短密砂井加固路基的對(duì)比試驗(yàn)。1979年江蘇省科學(xué)院開(kāi)展石灰樁的研究。1985，太原工業(yè)大學(xué)等單位也進(jìn)行了石灰樁的試驗(yàn)研究。粉噴樁最早于1967年由瑞典的KjeldPaus提出，1971年首次采用粉噴法制成石灰粉噴樁試樁，1974年應(yīng)用于穩(wěn)定路堤和深基坑并取得專(zhuān)利，此后在歐美廣泛應(yīng)用。我國(guó)由冶金部建筑研究總院和交通部水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院于 1977年10月開(kāi)始進(jìn)行深層攪拌法的室內(nèi)試驗(yàn)和機(jī)械研制工作。1980年初上海寶山鋼鐵總廠第五冶金建設(shè)公司在三座卷管設(shè)備基礎(chǔ)軟土地基加固工程中正式采用并獲得成功，同年11月由冶金部基建局主持，通過(guò)了“飽和軟土深層攪拌加固法”鑒定。鐵道部第四勘測(cè)設(shè)計(jì)院于1983年進(jìn)行了粉體噴射攪拌法的研究，除采用水泥粉外，還采用石灰粉固化劑。1992年在滬寧高速公路昆山段進(jìn)行水泥粉噴樁的試驗(yàn)研究，并經(jīng)交通部驗(yàn)收，予以推廣。目前國(guó)內(nèi)工程中使用的粉噴樁深度多為 I0~15m，最大樁長(zhǎng)己達(dá)27m。關(guān)于水泥土樁復(fù)合地基進(jìn)行了大量的室內(nèi)外試驗(yàn)研究、理論分析及數(shù)值模擬，取得了一大批成果，使得深層攪拌水泥土樁的設(shè)計(jì)理論趨于成熟。 1986年，周?chē)?guó)均研究了攪拌加固軟粘土的特性，林瓊利用蕭山粘土進(jìn)行了不同置換率的水泥土 -土樁復(fù)合土體試樣的一維固結(jié)試驗(yàn)，表明復(fù)合體的壓縮模量與置換率并不成線(xiàn)性關(guān)系，而與豎向荷載有關(guān)。劉一林利用寧波粘土進(jìn)行不同置換率的水泥土-土復(fù)合土體試樣的固結(jié)不排水三軸剪切試驗(yàn)，探討了復(fù)合土體的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系及強(qiáng)度特性。王啟銅研究了水泥土樁的沉降特性。張土喬對(duì)水泥不同摻量齡期強(qiáng)度進(jìn)行了大量試驗(yàn)，得到其應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及水泥土攪拌樁的破壞特性。段繼偉通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)足尺試驗(yàn)，研究了水泥攪拌樁荷載傳遞規(guī)律，并采用有限元進(jìn)行了分析。葉關(guān)寶、馬海龍對(duì)水泥攪拌樁復(fù)合地基也進(jìn)行了試驗(yàn)研究。章勝南、秦然對(duì)水泥攪拌樁復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比進(jìn)行了探討。王朝東、顧堯章討論了水泥攪拌樁臨界樁長(zhǎng)問(wèn)題。姚笑青將臨界樁長(zhǎng)引入水泥土攪拌樁復(fù)合地基沉降計(jì)算之中。張捷根據(jù)Biot固結(jié)理論，采用有限元方法對(duì)水泥攪拌樁復(fù)合地基固結(jié)特性進(jìn)行了分析。 洪昌華、何軍對(duì)深層攪拌樁復(fù)合地基承載力可靠性進(jìn)行了分析研究。陸貽杰、周?chē)?guó)均利用三維有限元，對(duì)荷載作用下水泥攪拌樁復(fù)合地基的 -應(yīng)力傳遞、變形分布及荷載變化對(duì)其性狀的影響作出了定量分析 .1991年林瓊通過(guò)室內(nèi)模型試驗(yàn)，研究了水泥攪拌樁復(fù)合地基的承載力。當(dāng)水泥摻入量小于等于 10%時(shí)，復(fù)合地基承載力與樁長(zhǎng)無(wú)關(guān)，呈現(xiàn)柔性樁的特性 ;當(dāng)水泥的摻入量大于等于20%后，復(fù)合地基的承載力隨樁長(zhǎng)的增加而增加;當(dāng)水泥的摻入量為10%~30%時(shí)，對(duì)復(fù)合地基的承載力影響很大，其特性類(lèi)似于剛性樁。1993年陳竹昌、王建華對(duì)水泥攪拌樁的沉降及組成、樁側(cè)摩阻力的發(fā)揮程度進(jìn)行了分析，并提出了剛性樁與柔性樁的判別標(biāo)準(zhǔn)。剛性樁的承載力及沉降主要取決于樁周土和樁端土的性能，而受樁身壓縮變形的影響較小 :柔性樁的承載力及沉降不僅與樁周土、樁端土的性能有關(guān)，而且受樁身壓縮變形的影響很大。即使強(qiáng)度很大的混凝土樁，其剛性的大小也與長(zhǎng)細(xì)比有關(guān)，當(dāng)樁較短即長(zhǎng)細(xì)比小于 30時(shí)，屬于剛性樁;當(dāng)樁很長(zhǎng)即長(zhǎng)細(xì)比大于70時(shí)，表現(xiàn)為柔性樁。1994年段繼偉通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)足尺試驗(yàn)，研究了水泥攪拌樁的荷載傳遞規(guī)律，認(rèn)為樁體的變形、軸力、側(cè)摩阻力主要集中在臨界深度這部分樁體上，超過(guò)臨界深度以后，樁體的變形、軸力、側(cè)摩阻力發(fā)揮較小。張雁、黃強(qiáng)對(duì)水泥攪拌樁、CFG樁等半剛性樁復(fù)合地基的基本性狀進(jìn)行了分析與總結(jié)，并與樁基礎(chǔ)、碎石樁復(fù)合地基的特性進(jìn)行了比較。1998年梁偉平等針對(duì)粉噴樁復(fù)合地基事故很大一部分是由于樁身強(qiáng)度不夠引起的這種情況，以上海寶山鋼鐵總廠?；郀t礦渣及水泥的混合物作為固化劑，對(duì)加固土的強(qiáng)度影響因素進(jìn)行了試驗(yàn)并作出分析。2深層攪拌樁加固軟基的特點(diǎn)與適用范圍2.1加固地基的特點(diǎn)隨著城市建設(shè)的蓬勃發(fā)展，許多建筑物有時(shí)不得不在地質(zhì)條件較差的場(chǎng)地上進(jìn)行修建.為此，在工程建設(shè)中往往需對(duì)軟弱地基進(jìn)行處理。深層攪拌法是用于加固飽和粘性土地基的一種新方法。它是利用水泥(或石灰)等材料作為固化劑，通過(guò)特制的攪拌機(jī)械，在地基深處就地將軟土和固化劑(漿液或粉體)強(qiáng)制攪拌，由固化劑和軟土間所產(chǎn)生的一系列物理一化學(xué)反應(yīng)，使軟土硬結(jié)成具有整體性、水穩(wěn)定性和一定強(qiáng)度的水泥 (或石灰)加固土，從而提高地基強(qiáng)度和增大變形模量。根據(jù)施工方法的不同，水泥土攪拌法分為水泥漿攪拌和粉體噴射攪拌(簡(jiǎn)稱(chēng)粉噴)兩種，前者是用水泥漿和地基土攪拌，后者是用水泥粉和地基土攪拌。該水泥攪拌樁與軟土地基一起構(gòu)成復(fù)合地基，達(dá)到加固軟弱地基的目的。粉噴樁加固地基有如下獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):(1)水泥土攪拌法由于將固化劑和原地基軟土就地?cái)嚢杌旌?,最大限度地利用了原土;TOC\o"1-5"\h\z(2)攪拌時(shí)不會(huì)使地基側(cè)面擠出，所以對(duì)周?chē)薪ㄖ锏挠绊懞苄?;按照不同地基土的性質(zhì)及工程設(shè)計(jì)要求，合理選擇固化劑及其配方，設(shè)計(jì)比較靈活 ;施工時(shí)無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染，可在市區(qū)內(nèi)和密集建筑群中進(jìn)行施工，土體加固后重度基本不變，對(duì)軟弱下臥層不致產(chǎn)生附加沉降 ;與鋼筋混凝土樁基相比，節(jié)省了大量的鋼材，并降低了造價(jià) :根據(jù)上部結(jié)構(gòu)的需要，可靈活地采用柱狀、壁狀、格柵狀和塊狀等加固型式。水泥攪拌土自身也有許多缺點(diǎn):不適用于地下水有酸性和土中含有大量有機(jī)質(zhì)情況 ;施工質(zhì)量不易控制，缺陷不易發(fā)現(xiàn)等.2.2適用范圍水泥土攪拌法可用于增加軟土地基的承載能力，減少沉降量，提高邊坡的穩(wěn)定性，其適用范圍如下:2.2.1適用土質(zhì)與加固深度深層攪拌法適用于處理包括淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、砂性土、泥炭土等各種成因的飽和軟粘土，含水量較高且地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值不大于120kPa的粘性土等地基。不宜用于欠固結(jié)粘性土，因欠固結(jié)土對(duì)加固體會(huì)產(chǎn)生負(fù)摩擦力，降低加固體的承載力。當(dāng)用于處理泥炭土、有機(jī)質(zhì)土、塑性指數(shù)Ip>25的粘土或地下水具有腐蝕性時(shí)，必須通過(guò)試驗(yàn)確定其適用性。因?yàn)檫@類(lèi)土或會(huì)對(duì)水泥土加固體產(chǎn)生腐蝕，或者因土的粘性大，使機(jī)械在土中旋轉(zhuǎn)困難。當(dāng)?shù)鼗奶烊缓啃∮?0%(飽和黃土含水量小于25%、大于70%或土的腐蝕性測(cè)試指標(biāo)Ph<4時(shí)，不宜采用粉噴樁。水泥加固土的室內(nèi)試驗(yàn)表明，有些軟土的加固效果較好，而有的不夠理想。一般認(rèn)為含有高嶺石、多水高嶺石、蒙脫石等粘土礦物的軟土加固效果較好，而含有伊里石，氯化物和水鋁英石等礦物的粘性土以及有機(jī)質(zhì)含量高，酸堿度 (pH值)較低的粘性土的加固效果較差。加固深度主要取決于使用攪拌機(jī)的動(dòng)力大小及地基反力。國(guó)內(nèi)目前采用深層攪拌法的最大加固深度可達(dá)30m(陸上)。2.2.2適用工程對(duì)象深層攪拌法用途廣泛，主要用于形成復(fù)合地基、支護(hù)結(jié)構(gòu)、防滲帷幕等。(1)形成復(fù)合地基形成復(fù)合地基的主要目的是為了提高地基的承載力及改善地基的變形特性。 目前，深層攪拌樁復(fù)合地基廣泛應(yīng)用于下述工程 ：①建(構(gòu))筑物地基，如10層以下的民用住宅、辦公樓、廠房、水池、油罐等建(構(gòu))筑物的地基；②大型堆場(chǎng)，如鋼鐵廠、水泥廠、大型貨廠等的地基:③鐵路、公路和機(jī)場(chǎng)跑道的基礎(chǔ)處理，如應(yīng)用于高速公路橋臺(tái)、箱涵 (通道)兩側(cè)的引道地基以調(diào)整路基與橋梁樁基或箱涵 (通道)基礎(chǔ)之間的不均勻沉降。形成支護(hù)結(jié)構(gòu)在軟土地基中開(kāi)挖基坑時(shí)，常采用深層攪拌法形成格柵狀的重力式擋土墻進(jìn)行擋土支護(hù)。這種支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于開(kāi)挖深度為5-6m左右的淺基坑時(shí)顯得特別有效、經(jīng)濟(jì)。形成防滲止水帷幕由于原狀土體經(jīng)深層攪拌法加固后所形成的水泥土的滲透系數(shù)比天然土體的滲透系數(shù)往往要小很多(幾個(gè)數(shù)量級(jí))，因此它具有較好的止水防滲能力。在淤泥土、砂性土等不良地基中，深層攪拌樁常被加固成連續(xù)壁式結(jié)構(gòu)， 用作防滲止水帷幕。如基坑開(kāi)挖時(shí)，常用鉆孔樁或挖孔樁擋土，樁后采用攪拌樁形成連續(xù)壁式的防滲止水幕墻，組成復(fù)合支護(hù)結(jié)構(gòu)。在砂性土或淤泥質(zhì)砂性土中進(jìn)行真空預(yù)壓處理時(shí)， 常采用深層攪拌法沿處理區(qū)域的外圍邊界噴人泥漿或水泥漿形成封閉的帷幕，以提高真空預(yù)壓處理的效果。3粉噴樁的加固機(jī)理水泥加固土的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程與混凝土的硬化機(jī)理不同， 混凝土的硬化主要是在粗填充料中進(jìn)行水解和水化作用，所以凝結(jié)速度快。而水泥加固上中， 由于水泥摻入量很小，水泥的水解和水化反應(yīng)完全是在具有一定活性的介質(zhì) -土的圍繞下進(jìn)行，所以水泥加固土的強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程比混凝土緩慢。水泥與軟土采用強(qiáng)制機(jī)械拌和后形成水泥土，它是基于水泥與軟土的一系列物理和化學(xué)的反應(yīng)過(guò)程。3.1水泥在軟土中的水解與水化反應(yīng)普通的硅酸鹽水泥主要是氧化鈣，二氧化硅，三氧化二鋁，三氧化二鐵，三氧化硫等組成，摻入的水泥與軟土中的水發(fā)生水解和水化反應(yīng)，在軟土中形成水泥石骨架。主要反應(yīng)如下：2(3CaO?SiO2)+6H2O—3CaO?2Si02?3H20+3Ca(OH)22(2CaO?SiO2)+4H2O—3Ca02Si02?3H2O+Ca(OH)23CaO?A1203+6H20一3Ca0.A1203?6H20:4CaO.AI2O3Fe203+2Ca(OH)2+10H20-3Ca0.Al203.6H20+3Ca0.Fe2036H2O;3CaS04+3Ca0?A12O3+32H2O一3Ca0?A1203.3CaS0432H2O；生成物主要為氫氧化鈣，含水硅酸鈣，含水鋁酸鈣，含水鐵酸鈣和水泥桿菌等化合物。所生成的氫氧化鈣，含水硅酸鈣能迅速溶于水中，使水泥顆粒表面重新暴露出來(lái)，再與水發(fā)生反應(yīng)，這樣周?chē)乃芤壕椭饾u達(dá)到飽和。當(dāng)溶液達(dá)到飽和后，水分子雖繼續(xù)滲入顆粒內(nèi)部，但新生成物不能再繼續(xù)溶解，只能以膠體析出，懸浮在溶液中。根據(jù)電子顯微鏡的觀察，水泥桿菌最初以桿狀結(jié)晶形式在比較短的時(shí)間內(nèi)析出，其生成量隨水泥摻入量的多少和齡期的長(zhǎng)短而異。由X射線(xiàn)衍射分析，這種反應(yīng)迅速，最后把大量自由水以結(jié)晶水的形式固定下來(lái)。這對(duì)于含水量高的軟土強(qiáng)度增長(zhǎng)有特殊意義，可使土中自由水的減少量約為水泥桿菌生成重量的46%。當(dāng)然，硫酸鈣的摻量不能太多，否則這種水泥桿菌針狀結(jié)晶會(huì)使水泥發(fā)生膨脹而遭到破壞。所以，使用合適，在某種特定的條件下，可利用這種膨脹勢(shì)來(lái)使加固土發(fā)生膨脹、擠密作用來(lái)增加地基加固效果。粘土顆粒與水泥水化物的作用當(dāng)水泥的各種水化物生成后，有的自身繼續(xù)硬化，形成水泥石骨架，有的則與周?chē)哂幸欢ɑ钚缘恼惩令w粒發(fā)生作用。離子交換和團(tuán)?；饔谜惩梁退Y(jié)合時(shí)就表現(xiàn)一定的膠體特性，如土中二氧化碳遇水后，形成硅酸膠體微粒，其表面帶有鈉離子Na+或鉀離子K+,它們能和水泥水化生成的氫氧化鈣中鈣離子 Ca2+進(jìn)行當(dāng)量吸附交換，使較小的土顆粒形成較大的土團(tuán)粒，從而使土體的強(qiáng)度提高。水泥水化生成的凝膠粒子的比表面積約比原水泥顆粒大1000倍，因而產(chǎn)生很大的表面能，有強(qiáng)烈的吸附活性，能使較大的土團(tuán)粒進(jìn)一步結(jié)合，形成水泥土的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，并封閉各團(tuán)粒的孔隙， 形成堅(jiān)固的聯(lián)結(jié)。從宏觀上看也能使水泥土的強(qiáng)度大大提高。硬凝反應(yīng)隨著水泥水化反應(yīng)的深入，溶液中析出大量的鈣離子，當(dāng)其數(shù)量超過(guò)離子交換需要量后，在堿性環(huán)境中，能使組成粘土礦物的二氧化硅及