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1、CFG桩褥垫层作用机理浅析引言复合地基是天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强，或被置换或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由 基体（天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。CFG桩就是复合地基中常用的刚性桩。CFG桩（Cement Flyash Gravel Piles）是水泥、粉煤灰碎石桩的简称，是在碎石桩的基础上加入石屑粉煤灰少量的水泥加水拌和具有一 定的粘结强度的桩，这种技术是在碎石体中添加以水泥为主的胶结材料，其中添加粉煤灰是增加混合物的和易性 并起低标号水泥的作用；添加适量的石屑是为改善级配使桩体获得胶结强度并从散体材料转化为具有某些柔性桩 特点的高粘结强度桩。1褥垫层的设置
2、桩复合地基是由桩、桩间土和褥垫层构成。在外部荷载作用下，它们之间相互协调、共同工作；在桩复合地基的 三项组成要素中，褥垫层技术是其中的一项核心技术，桩复合地基的许多特性都与它相关。这里所说的褥垫层不 是基础施工所做的10 cm素混凝土垫层，而是用碎石、级配砂石（最大粒径不超过30mm）、粗砂、中砂等组成的散 体垫层。褥垫层的设置范围要比基底面积大，四周宽出的部分不宜比厚度小。2褥垫层的作用2. 1保证桩、土共同承担荷载如果没有褥垫层，基础直接与桩和桩问土接触，在垂直荷载作用下承载特性和桩基差不多。在给定荷载作用下桩 承受较多的荷载，随着时间的增加桩发生一定的沉降，荷载才开始逐渐向土体转移。其时
3、程曲线特点：土承担的 荷载随时间增加而桩承担的荷载随时间的增加减小。当褥垫层厚度厶只=0时，桩端落在坚硬土层或岩层上时，桩 的沉降很小，桩上的荷载向桩问转移的数量很小。桩问土的承载力很难发挥。对 H=0当桩端落在一般粘性土层 上时，基础在承受外荷后，桩与桩问土受力随时问变化示意图如图1所示，此时的CFG桩的桩、土受力的时程曲线 就和桩基的相似，复合地基就失去了它的意义。如果在基础下设置一定厚度的褥垫层就不一样了，基础承受荷载 时桩和桩问土都要发生沉降变形。由CFG桩的模量远远大于土的变形模量，因而桩比土的变形小，由于褥垫层的 作用使桩向上刺入，伴随一系列变化过程，垫层材料就会不断调整补充到桩间
4、土，即使桩端落在好的土层上，也 能保证一部分荷载通过褥垫作用在桩问土上，在任意荷载作用下桩和桩问土始终参与工作。fflI械与桩间土婕力囲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，也可以用桩、土荷载分担比p、8s表示。当不设褥垫层时 也即是褥垫层厚度 H=0，桩、土应力比很大，如图2a）所示，在软土中，桩、土应力比可以超过100,桩分担的 荷载相当大。当有褥垫层时CFG桩具有刚性桩的特点，因此CFG桩复合地基桩、土应力比也具有很大的可调性。桩 的桩径、桩长、桩距等参数不变增大褥垫层厚度可以使桩、土应力比减小；当在褥垫层厚度AH很大时，如图2b） 所示，桩、土应力比
5、接近于1。此时，桩的荷载分担比很小，减小褥垫层厚度可以使桩、土应力比增加。a)b)图2桩、土应力比随褥垫厚度的变化示意图2. 3减小基础底面的应力集中。卩值随褥垫层厚度当褥垫层厚度40时，CFG桩对基础的应力集中和钢筋混凝土桩对承台或桩对基础应力集中现象相似，需要考虑 桩对基础的冲切作用。当AH大到一定程度后，基底反力即为天然地基反力分布。桩顶对应的基础底面测得的反 力& Rp与桩间土所对应的基础底面测得的反力& Rs之比用卩 表示，即卩二 H的变化，当褥垫层厚度大于10cm时桩对基础底面产生的应力集中已经显著减弱，当厶H=30cm时，卩值已经很小接近于1。2. 4调整桩、土水平荷载分担当褥垫
6、层厚度AHn时，基础受垂直荷载P和水平荷载Q。桩在垂直荷载P作用下荷载分担比5很大，而土 p的荷载分担比5垫层模量的影响要保持基础与桩间土接触，保证桩土共同作用，桩体必须有上、下刺人量。刺人变形的大小与桩、土、 垫层模量及桩径等有关。模量小的垫层层间流动性较大，为桩向上刺人提供了充分的条件。垫层模量越低，越能 减缓桩的应力集中程度，对桩土荷载的分担能起到良好的调节作用。褥垫层的压缩模量应在20MPa100MPa较为 适宜。 合理的褥垫层厚度 有前面的讨论可知，如垫层厚度过小，桩对基础将产生很显著的应力集中，需考虑桩对基础的冲切， 这势必导致基础加厚。如果基础承受水平荷载作用，可能造成复合地基中
7、桩发生断裂。由于褥垫层厚度过小，桩间土承载能力不能充分发挥，要达到设计要求的承载能力，必然要增加桩的 数量或长度，造成经济上的浪费。唯一带来的好处就是建筑物的沉降量小。 褥垫层厚度大，桩对基础产生的应力集中很小，可不考虑桩对基础的冲切作用，基础受水平荷载的作很小。s在无埋深条件下，荷载Q传到桩上的水平力为Q传到土上的水平力为Q，并有PsQ= Q + Qp s又 Q =卩p式中 p桩间土分担的垂直荷载s卩基础和土之间的摩擦系数，卩多在0.250.45之间变化。由于 h=0时p较小，则Q也很小，此时水平荷载主要有桩来分担，Q很大。当褥垫层ssp厚度增大到一定数值时，作用在桩顶和桩间土上的剪应力P和T相差不大，桩顶受的剪力psQ = mAx （m为置换率；A为基础面积；t为桩顶剪应力）占水平荷载的比例大体与面积置ppp换率m相当，即此时桩受的水平荷载很小，水平荷载主要由桩间土承担。用，不会发生桩的折断。褥垫层厚度大，能够充分发挥桩间土的承载能力。若褥垫层的厚度过大，会导致桩、土应力比等于或 接近于1。此时桩承担的荷载太少，实际上复合地基中桩的设置已经失去了意义。这样设计的复合地基承载 力，不会比天然地基有较大的提高，而且建筑物的变形也大。综合以上分析，结合大量的工程实践的总结，即考虑到技术上可靠、经济上合理，褥垫层厚度取10 30cm为宜。
