浅谈CM桩复合地基技术

摘要:简单介绍了CM桩的定义、适用条件和作用机理,结合新桩基规范中的变刚度调平设计概念,并通过实验数据的对比,说明了CM桩复合地基技术有很好的利用价值和很大的发展空间。

Abstract: Describe the definition,the applicable conditions and the mechanism of action of the CM-pile, with the optimized design of pile foundation stiffness to reduce differential settlement of the new Pile Code, and through comparison of the experimental datas this paper shows that the composite foundation of CM-pile has good value on using and a large space for development.

关键词:CM桩复合地基;长短桩;变刚度调平设计

Key words: composite foundation of CM-pile;long-short pile;optimized design of pile foundation stiffness to reduce differential settlement

中图分类号:TU74文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)07-0103-02

0引言

复合地基的概念是日本学者在20世纪60年代初提出的,当时是指一种砂型地基的数学模型。随着地基处理技术的发展,复合地基的概念得到了很大的扩展。复合地基是指在地基处理过程中,部分土体得到增强或置换,或在地基中设置加筋材料,加固区是由基体和增强体两部分组成的人工地基,在荷载作用下,基体与增强体共同承担荷载的作用。CM三维复合地基是在原有的单一桩复合地基的工作原理、垫层效应、传力特性、应力分析的基础上由沙祥林先生提出的一种新型复合桩基。与传统的地基处理相比,C桩与M桩间隔布置,桩对土体起到了“夹持”作用,使得M桩提高地基的承载力,通过C桩减少地基的变形,在满足设计要求的同时减少地基处理的工作量。

1国内外进展及发展前景

20世纪50年代,范恩锟教授首次采用石灰桩加固地基,至60年代选用火山灰、砂、粉煤灰等不同掺合料与生石灰一起制成的石灰桩在江苏、浙江、湖北、陕西等地广泛采用,到70年代,振冲碎石桩和干法挤密碎石桩作为处理加固可液化地基的方法在全国得到开展。

郑刚、顾晓鲁[1]通过结合有关复合地基承载力的确定标准,从承台一桩一土相互作用的角度,详细分析探讨了刚性桩复合地基载荷试验涉及的有关概念中一些问题。

池跃君、宋二祥[2]利用有限元程序,对在竖向荷载下的刚性桩复合地基轴力及沉降进行了分析计算,探讨了其二者与垫层厚度、桩长、土体模量及桩间距等因素的关系,并进一步对刚性复合地基设计参数的选取原则进行了讨论。

刘海淘、谢新宇[3]通过大型现场试验,分析CM三维复合地基的主要工程性状,对桩土应力比以及荷载分担比的发展规律进行了分析研究。

与单一的桩基础相比,CM桩复合地基能够发挥桩间土的作用,其C桩的用量较少,间距较大,直径较小,从而使桩间土的挤压作用也明显减弱,在降低了施工难度的同时,既减少了工程量,也降低了工程造价 ,符合“技术上可行,经济上合理”的原则。

2适用条件

2.1 从承载力出发,当地基中有两个好的桩端持力层时,若桩端落在第一层时,承载力不能完全满足承载力的要求;若落在第二层时,承载力又过高,偏于保守。此时可考虑将部分桩落在第一层,另一部分落在第二层,形成长短桩复合地基。

2.2 尽管用等长的桩体在承载力方面能满足要求,但由于存在软弱下卧层,使变形不能满足要求,此时可在其中设置较长的桩体以减少变形,形成长短桩复合地基。

2.3 以上两种情况兼而有之的情况,设置长短桩来增强承载力,减少沉降量。

3CM三维复合地基作用机理

3.1 通过采用长C桩(进入深层良好土层)与短M桩(进入浅层较好土层)的合理布置,形成三层地基刚度,从而调整地基的刚度分布,达到理想的协同工作应力状态,以达到有效控制基础沉降的目的;

3.2 通过合理确定桩的间距形成土的三维应力状态,使土的强度得到大幅度提高和较充分地利用;

3.3 通过布置褥垫层使地基与上部结构柔性连接,在水平荷载作用下,可以有效地传递垂直荷载。

在新桩基规范中,变刚度调平设计被作为一个创新点提了出来。变刚度调平设计是通过调整基桩的竖向支承刚度分布,使桩基础沉降趋于均匀。变刚度调平设计的本质是调整桩基影响范围内的土的受荷水平,特别是桩端土的受荷水平。从而使桩基础沉降均匀,因为桩基础的变形的实质是其影响范围内土的变形[4]。

从理论上讲,变刚度调平设计有局部增强、变桩距、变桩径、局部增加桩长四种模式。其中以第四种模式最有效。因为桩基础的沉降,特别是群桩基础的沉降,主要是桩基影响范围内土的变形。为使沉降趋于均匀,应使桩基影响范围内的土,特别是桩端土的受荷水平接近,这样才能使沉降趋于均匀,而在荷载集度高的部位将桩局部加长,可使荷载扩散范围加大,类似于天然地基增大基础底面积,降低桩端土受荷水平。

虽然桩基不完全同于CM桩复合地基,在桩基的变刚度调平设计中其重点是通过变刚度的这种方式来减少桩基的不均匀沉降,而在CM桩复合地基的设计中重点是减少复合地基的沉降,但我认为其变刚度的思想在两者的设计过程中完全的可以通用,桩与土的刚度不同,CM桩中的C桩和M桩的刚度又不同,这就是这种思想的很好的体现。我认为在不久的将来在地基处理规范中对于用桩处理地基也会引入这样的规范,所以CM桩还是有很好的发展前景。在某一试验中,得到表1。

从表1中可粗略的看出在天然地基中采用这四种方案,全长桩的沉降量最少,全短桩和无桩的沉降量很大,而长短桩虽然比全长桩的沉降量大,但是它相对于后两种方案来讲,沉降量大大的减少了,再者它对于全长桩,经济上有优势,因此长短桩有很大的利用价值和空间。

由图1可知:随着复合地基中的长桩数量增加,总沉降量减少;而且在一定范围内是迅速减少,超出此范围后则减少的幅度降低。故在实际应用中,需要考虑优化设计的问题。

从此处我们还可以看出,在以后运用多种方法处理地基时,我们应该合理的确定每种方法的配比,努力从效果、经济、生态多方面使我们的方案达到最优,我觉得这才是做好地基处理的目标,这会有很大的研究价值和发展空间。

4CM桩的沉降计算

CM桩沉降由三部分组成的:S=S1+S2+S3

S1为短桩范围H1内土的压缩量,S2为短桩桩端至长桩桩端范围H2内土的压缩量,S3为长桩桩端下面H3的土的压缩量。

通过表2和图2可知:在无桩或全短桩方案中,S2所占的比例是很大的,均超过50%;但对长短桩或全长桩,S2所占的比例均小于50%。可见,长桩的加入可以减少土体深层的沉降值。

参考文献:

[1]郑刚,顾晓鲁.对刚性桩复合地基承载力检验方法的辨析[J].建筑结构学报,2001,(1).

[2]池跃君,宋二祥.刚性桩复合地基竖向承载特性分析[J].工程力学,2003,(4).

[3]刘海淘,谢新宇.刚-柔性桩复合地基试验研究[J].岩土力学.2005,(2).

[4]刘金波,黄强.建筑桩基技术规范理解应用.中国建筑工业出版社.2008.