cfg桩复合地基褥垫层作用机理和工程应用探究

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1、CFG桩复合地基褥垫层作用机理和工程应用探究　　摘要：结合实际工程，对CFG桩复合地基中褥垫层的作用机理进行分析，为CFG桩复合地基的设计提供合理的参考依据，并提出相关设计措施。关键词：CFG桩复合地基;褥垫层；作用机理中图分类号：TU47文献标识码：A1前言CFG桩复合地基[1]是由CFG桩、桩间土和褥垫层一起构成的刚性桩复合地基。CFG桩复合地基与一般桩基有明显不同。为提高复合地基承载力、减少沉降，将碎石中掺入水泥、粉煤灰和石屑，形成粘结强度较高的CFG桩，具有刚性桩的性状。为保证桩土能共同作用，在桩顶铺设一定厚度的砂石褥垫层，以利于桩顶向上刺入，由桩体。桩间土和褥垫层一起

2、构成了CFG桩复合地基。由级配砂土、粗砂、碎石等散体材料组成的褥垫层是CFG桩复合地基的重要组成部分[2]，复合地基的许多特性都与褥垫层有关[3]。本文将对褥垫层的加固机理做详细的分析，结合具体工程，针对地区的地质条件特点加以说明和分析，可作为本地区高层建筑使用CFG桩复合地基的参考。2褥垫层的作用机理62.1保证桩、土共同承担荷载褥垫层是CFG桩形成复合地基的重要条件。若基础下面设置褥垫层，基础直接与桩和桩间土接触，在垂直荷载作用下承载特性和桩基差不多。在上部结构较大的竖向荷载作用下，桩承受较多的荷载，随着时间的增加，桩发生一定的沉降，荷载逐渐向土体转移。其时程曲线的特点是：

3、土承担的荷载随时间增加逐渐增加，桩承担的荷载随时间增加逐渐减少。如果桩端落在坚硬土层或者岩石上，桩的沉降就不同了，即使桩端落在持力层较好的土层，也能保证一部分荷载通过褥垫层作用在桩间土上，借助褥垫层的调整作用，使上部结构荷载作用下桩、土受力时程曲线均为常值。2.2调整桩、土荷载分担比复合地基桩、土荷载分担，可用桩、土应力比n表示，也可用桩、土荷载分担比占δp、δs表示。n=σp/σs（1）σp=Pp/P（2）σs=Ps/P（3）式中σp——桩顶应力（kPa）；σs——桩间土应力（kPa）；Pp——桩承担的荷载（kN）；Ps——桩间土承担的荷载（kN）；P——基底荷载（kN）；6

4、当褥垫层厚度为0时、桩、土应力比很大，桩、土应力比n可以超过100，桩分担的荷载相当大。在褥垫层厚度较大，超过400mm时，桩、土应力比接近1，此时桩的荷载分担比很小，复合地基中的桩已经失去了意义。这样设计的复合地基承载力，不仅不会有效的提高天然地基的承载力，而且建筑物的变形会很大。2.3减小基础底面的应力集中当不设置褥垫层时，桩对基础的应力集中很显著，和桩基础一样，需要考虑桩对基础的冲切破坏作用。当褥垫层厚度增大到一定的程度后，基底反力即为天然地基的反力分布。桩顶对应的基底压力与桩间土对应的基础底面测得的反力之比（β）随着褥垫层厚度（Δh）的变化如图1所示。当褥垫层厚度大于1

5、00mm时，桩对基础底面产生的应力集中已显著降低。图1β值与褥垫层厚度关系曲线Fig1.Thecurvelineargraphbetweenβandthecushion’sthickness2.4调整桩、土水平荷载的分担6CFG桩主要传递垂直荷载，当基础承受水平荷载时，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，减小了CFG桩受水平荷载断裂的比例。对抗震设防地区，不宜采用厚度过薄的褥垫层设计。试验表明，褥垫层厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶承受的水平荷载越小。大量工程实践和室内外试验表明，褥垫层厚度不小于100mm，桩体不会发生水平

6、折断，桩在复合地基中不会失去工作性能。2.5充分发挥桩间土承载力设置褥垫层可使桩间土的承载力充分发挥，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方向附加应力，水平方向附加应力作用在桩表面具有增大侧摩阻力的结果，在桩端产生的竖向附加应力对提高桩体的承载力是有利的。根据实际工程经验，考虑到技术上可靠，经济上合理，褥垫层厚度取100mm~300mm为宜，褥垫层材料模量在20MPa~100MPa之间为优。宜用中砂、粗砂、级配沙石或碎石等，粒径不宜大于30mm。此厚度及配置有利于最大限度地发挥桩间土的承载力，并能控制建筑物沉降量的增大。3实例分析某小区3#楼，地上三十三层，地下

7、一层，剪力墙结构。高度为99.3m，总建筑面积28894m2基础埋深为7.2m。设计CFG桩复合地基特征值fspk=650kPa，单桩承载力特征值为8006kPa。CFG桩直径400mm，桩长18m，采用正三角形布置。桩顶铺设250mm厚褥垫层，铺设采用静力压实法，夯填度不大于0.9。褥垫层由级配砂石、碎石等散体材料组成，最大粒径不大于30mm，碎石内掺入20%~30%的中粗砂。施工完成后，对CFG桩复合地基进行平板载荷试验，结果见表1及图2所示。表1CFG桩复合地基平板载荷试验结果Tab1