復(fù)合地基設(shè)計(jì)思想

　　2.1 設(shè)計(jì)的基本思路

　　采用由剛性樁、水泥土攪拌樁和樁間土組成的復(fù)合地基，主要從以下幾個(gè)方面[1]考慮：

　　⑴當(dāng)豎向荷載施加于樁頂時(shí)，樁身的上部受到壓縮發(fā)生相對(duì)于土的向下位移，樁周土在樁側(cè)界面上形成向上的摩阻力;荷載沿樁身向下傳遞過(guò)程中不斷克服摩阻力并通過(guò)它向土中擴(kuò)散，因而樁身的軸力沿著深度逐漸減小，在樁端處與樁底反力相平衡;與此同時(shí)，樁端持力層在樁端壓力作用下產(chǎn)生壓縮，使樁身下沉，樁與樁間土的相對(duì)位移又使摩阻力進(jìn)一步發(fā)揮。隨著樁頂荷載的逐漸增加，上述過(guò)程周而復(fù)始地進(jìn)行，直到變形穩(wěn)定為止。由于樁身壓縮量的累積，上部樁身位移總是大于下部，因此上部摩阻力總是先于下部發(fā)揮，樁側(cè)摩阻力達(dá)到極限后就保持不變，繼續(xù)增加的荷載就完全由樁端持力層承受，當(dāng)樁底荷載達(dá)到樁端持力層的極限承載力時(shí)，樁便發(fā)生急劇的、不停滯的下沉而破壞。因此，增強(qiáng)樁身上部樁側(cè)土的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，對(duì)提高樁的承載力、改善樁的變形特性具有現(xiàn)實(shí)意義。

　　⑵水泥土攪拌樁加固軟土地基改善軟土的固結(jié)特性。通常水泥土的壓縮曲線表現(xiàn)出明顯的超固結(jié)特性，可近似地認(rèn)為水泥土樁體不存在固結(jié)現(xiàn)象，而只有彈性的樁身壓縮。水泥土攪拌樁加固深厚軟土地基一般不會(huì)貫穿整個(gè)軟土層，由此形成的加固層和下臥層軟土的固結(jié)特性仍可用雙層地基一維固結(jié)理論來(lái)分析。從固結(jié)機(jī)理來(lái)看，加固層滲透性極低的水泥土攪拌樁(比原狀土低3到4個(gè)數(shù)量級(jí)[2])設(shè)置減小下臥層軟土的排水固結(jié);同時(shí)加固層豎向附加應(yīng)力向水泥土攪拌樁集中而使樁間土所受應(yīng)力大大減小，孔隙壓力也大為降低，因此在下臥層軟土和加固層樁間土之間形成較大的孔隙壓力差，加快下臥層軟土的固結(jié)。

　　⑶水泥土攪拌樁改善天然軟土的性質(zhì)。流塑態(tài)軟粘土拌入固化劑后形成的加固土呈堅(jiān)硬狀態(tài)。粘聚力和內(nèi)摩擦角較原狀土增加，其抗壓、抗剪強(qiáng)度、變形模量等指標(biāo)分別比天然軟土提高數(shù)十倍至數(shù)百倍。當(dāng)固化劑摻入比αw>5%時(shí)，加固土無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度qu可達(dá)500～4000kPa，相應(yīng)抗拉強(qiáng)度σ1=(0.15～0.25)qu，粘聚力c=(0.2～0.3)qu，摩擦角Ф變化于20o～30o之間，變形模量E50=(120～150)qu.加固土強(qiáng)度隨固化劑摻入比、水泥標(biāo)號(hào)和加固土齡期的增加而提高。隨著水泥摻量的增加抗?jié)B系數(shù)由原狀土的10-7㎝/s下降為(10-7～10-11)㎝/s數(shù)量級(jí)。

　　⑷樁、土復(fù)合構(gòu)成的地基形成了平面及豎向合適的剛度級(jí)配梯度和三維共同工作的應(yīng)力狀態(tài)，達(dá)到對(duì)天然地基承載力的有效補(bǔ)強(qiáng)，滿足設(shè)計(jì)要求，減少地基的沉降。

　　⑸長(zhǎng)剛性樁、短水泥土攪拌樁的布置，形成三層地基剛度，符合天然地基土層淺弱深強(qiáng)的規(guī)律以及地基應(yīng)力傳遞特征，同時(shí)長(zhǎng)剛性樁可以進(jìn)入深層良好土層，減少?gòu)?fù)合地基的沉降。

　　⑹復(fù)合地基與上部結(jié)構(gòu)通過(guò)褥墊層的柔性連接，在水平荷載作用下，有效地傳遞垂直荷載.

　　⑺復(fù)合地基與上部結(jié)構(gòu)柔性連接的褥墊層調(diào)整復(fù)合地基的樁土荷載分配，發(fā)揮土體的承載能力特別是淺層土體的承載作用;墊層的作用歸納為：

　　①保證樁體和樁間土共同承擔(dān)荷載，在上部荷載作用下，樁體一定程度“剌入”褥墊層中，充分發(fā)揮樁間土作用。在實(shí)測(cè)的復(fù)合地基樁體和樁間土?xí)r程曲線(給定荷載下)中，樁、土受力始終為一常數(shù);

　　②調(diào)整樁、土荷載分擔(dān)比，墊層越厚，樁間土承擔(dān)的荷載越多;荷載水平越高，樁承擔(dān)的荷載占總荷載的百分比越大。因此調(diào)整墊層厚度可調(diào)整樁土荷載分擔(dān)比，反之根據(jù)樁土應(yīng)力的要求來(lái)確定墊層的厚度;

　　③緩解基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中，樁頂對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)應(yīng)力與樁間土對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)底面應(yīng)力之比隨墊層厚度的變化而變化;據(jù)研究：當(dāng)墊層厚度大于10㎝時(shí)，樁對(duì)基礎(chǔ)底面產(chǎn)生的應(yīng)力集中已明顯降低;當(dāng)墊層厚度為30㎝時(shí)，n只有1.2左右;

　　④調(diào)整樁土水平荷載的分配，未設(shè)置褥墊層時(shí)，水平荷載主要由樁承擔(dān)。隨著褥墊層的設(shè)置和增厚，樁頂承受的水平荷載逐漸變小。當(dāng)褥墊層厚度大到一定程度時(shí)，水平荷載主要由樁間土承擔(dān)，樁體發(fā)生水平折斷的可能性減小，樁在復(fù)合地基中失去工作能力的機(jī)會(huì)減小。

　　⑤褥墊層的設(shè)置，復(fù)合地基中樁體存在向上的剌入變形，阻止樁間土的變形。

　　2.2 復(fù)合地基承載力計(jì)算

　　剛性樁—水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力計(jì)算的思路：⑴由天然地基和剛性樁復(fù)合形成復(fù)合地基，視為一種新的等效天然地基，其承載力特征值為fspk1.⑵將等效天然地基和水泥土攪拌樁復(fù)合形成復(fù)合地基，求得復(fù)合地基承載力即剛性樁—水泥土攪拌樁復(fù)合地基承載力。