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CFG桩复合地基竖向承载力研究
CFG桩复合地基竖向承载力的研究
摘要:复合地基是目前广泛使用的基础形式之一,对其承载能力进行研究具有重要的工程意义。本文首先对复合地基的概念、分类、特点、效用以及形成的条件进行了较为深入的探讨,然后对水泥粉煤灰桩(CFG桩)的加固机理及其优点进行了着重阐述,尤其分析了CFG桩成桩材料对其承载能力的影响。考虑边载影响,从而得到了CFG桩与桩间土的竖向承载力计算公式。最后,将本文方法代入工程实例中进行计算,结果表明,其与CFG桩承载力实测值吻合良好。
关键词:复合地基; CFG桩; 竖向承载力; 桩-土共同作用
中图分类号:TU431
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2008)06-0130-03
1前言
复合地基技术在房屋建筑(包括高层建筑)、高速公路、堆场、机场、堤坝等土木工程建设中得到广泛应用,取得良好的经济效益和社会效应。目前我国应用的复合地基形式有:碎石桩复合地基、水泥土桩复合地基、低强度桩复合地基、土桩灰土桩复合地基、钢筋混泥土复合地基、加筋土地基等[1]。
水泥粉煤灰碎石桩(Cement Fly-ash Gravel Pile)简称CFG桩,是在碎石基础上加入一定量碎屑、粉煤灰和少量水泥,加水拌和制成的一种具有一定粘结强度的桩。其作为一项新的地基处理技术,由于可利用工业废料、不需配筋、能充分发挥桩间土的承载力、施工操作简便等优点而广泛应用于工程实际当中,取得了显著的经济效益和社会效益。目前,CFG桩复合地基大量应用于高层和超高层地基的加固。然而,由于CFG桩复合地基受力机理的复杂性,其承载力计算理论尚欠成熟。本文主要对CFG桩复合地基中的单桩和桩间土的竖向承载力以及边载对复合地基竖向承载力的影响进行较系统的分析和探讨,以提出一种较为合理的CFG桩复合地基承载力计算公式。
2复合地基简介
2.1 复合地基的分类
根据地基中增强体的方向可分为竖向增强体复合地基和水平向增强体复合地基。目前水平向增强体复合地基应用较少,本文主要介绍竖向增强体复合地基。
竖向增强体复合地基习惯上称为桩体复合地基。按成桩材料可分为[2]:
(1)散体土类桩――如碎石桩、砂桩等。
(2)水泥土类桩――如水泥土搅拌桩、旋喷桩等。
(3)混凝土类桩――如树根桩、CFG桩等。
按桩体刚度可分为:
(1)柔性桩――散体土类桩属于此类桩。
(2)半刚性桩――水泥土类桩。
(3)刚性桩――混凝土类桩。
2.2 复合地基的特点
复合地基有两个基本特点:(1) 加固区由基体和增强体两部分组成,呈现非均质和各向异性;(2) 在荷载作用下,基体和增强体共同承担荷载。前一特征使它区别于均质地基(包括天然的和人工的),后一特征使它区别于桩基础。如图1所示,复合地基的主要受力层在加固体内,而桩基的主要受力层是在桩尖以下一定范围内。由于复合地基理论的最基本假定为桩与桩周土的协调变形。为此,理论上,复合地基不存在类似桩基的群桩效应。其实质就是考虑桩、土的共同作用。
2.3 复合地基效用
复合地基中桩体材料不同、成桩工艺不同、桩间土的性状不同,其效应也就不同。综合各种桩型的复合地基效应,主要有如下几个方面[3]:
(1)置换效应:即用具有较好工程性质的材料代替不适合承载的地基土;
(2)挤密、振密效应:采用振动成桩施工工艺设置桩体的对桩间土都具有挤密作用,石灰桩所用的生石灰与水泥粉具有吸水、发热、膨胀作用,除对桩周土具有一定的挤密效果外,还与土体产生一系列物理化学反应;
(3)排水效应:不少竖向增强体或水平向增强体都具有良好的透水性,是地基中的排水通道;
(4)减载效应:通过桩体作用,可将荷载传递给地基中较深的土层,使上层土中附加应力减小,而使深层地基土附加应力增大,使附加应力较好地扩散。
3复合地基承载力研究现状
尽管复合地基技术已得到广泛应用,但复合地基理论的发展却远远落后于工程实践。目前复合地基的承载力理论尚未成熟,已有的复合地基承载力计算公式均结合了大量的工程经验。其计算思路是先分别确定桩和土的承载力,再根据一定的原则叠加这两部分承载力得到复合地基的承载力。复合地基承载力标准值可用下式表示[1]:
(1)
或(2)
式中:fsp,k――复合地基承载力标准值;
m――复合地基置换率;
――桩体竖向承载力标准值(kN);
Ap ――桩体横截面面积;
λ1,λ2 ――桩及桩间土的承载力发挥度;
k1,k2 ――安全系数。
复合地基的极限承载力也可采用稳定分析法计
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