第1个回答 2024-05-18
随着我国地基处理技术的持续进步，复合地基在工程建设中的应用越来越广泛。复合地基是由天然地基土体和增强体共同构成的人工地基，根据增强体的布置方向，它可以分为竖向增强体和水平向增强体复合地基。竖向增强体复合地基包括散体材料桩、柔性材料桩和刚性桩复合地基。早期，复合地基的研究主要集中在碎石桩等散体材料桩上；随后，深层搅拌桩等柔性材料桩的广泛应用，使得柔性材料桩复合地基的研究受到了广泛关注；近年来，复合地基的概念进一步扩展，刚性桩复合地基应运而生。目前，刚性桩复合地基通常采用以水泥为主要胶结材料的桩体，如CFG桩、素混凝土桩、无砂混凝土桩、水泥砂浆灌注形成的树根桩、锚杆静压桩等，这些桩体具有较高的强度和刚度。刚性桩复合地基的设计基本思想是通过桩土变形调节，实现桩土共同作用，充分利用桩体强度和土体强度，以满足设计要求并降低工程成本。刚性桩复合地基在工程实践中已逐步得到应用，并积累了设计和施工经验，但理论研究相对滞后，对刚性桩复合地基的作用原理尚缺乏深入了解，设计参数的选择存在一定盲目性。为促进刚性桩复合地基技术的发展和设计优化，需要结合试验和实践资料，对其作用原理（包括应力特性、变形特性、褥垫作用以及桩-土-褥垫的共同作用）进行分析研究，了解影响刚性桩复合地基作用原理的因素，并提出相应的计算模式。
目前，刚性桩复合地基研究和应用存在的主要问题包括：①褥垫层的作用尚缺乏量化分析，现有计算模型多采用弹性模型，与实际情况存在较大差异；②复合地基中桩土荷载传递特性研究不够深入；③桩-土-褥垫体系的共同作用机理尚缺乏研究，计算理论与实测资料相差较大；④对实际工程中应用的逆作法施工复合地基（主要指锚杆静压桩）尚未进行研究。
本文在已有研究成果的基础上，结合实际工程测验资料，对以下几个方面进行了研究：
1. 根据褥垫层的极限状态分析，当褥垫厚度大于滑动面最大开展深度时，桩顶极限应力可不考虑边界条件（即刚性基础）的影响；当褥垫厚度小于滑动面最大开展深度时，边界条件对桩顶极限应力产生显著影响，H/B越小，影响程度越大，因此，必须考虑边界条件的影响；由于褥垫层滑动面内总存在随桩顶移动的土楔，处于弹性压密状态，当褥垫厚度小于压密临界厚度时，桩-褥垫体系处于弹性压密状态。通过对数螺旋曲线的特性，得出滑动面最大开展深度的表达式。
2. 分析了桩-褥垫体系的变形特性，将褥垫层的变形阶段划分为弹性阶段、弹塑性阶段及弹性压密阶段，采用孔穴扩张理论及弹性理论等建立计算模型。假定：①土体是弹塑性体，符合Mohr-coulomb破坏准则；②不考虑褥垫层介质重量，即γ=0；③桩顶相对变形是某一初始半径为r的半球形孔在褥垫层中的扩张过程，其扩张的最终半径为桩的半径r，且桩顶贯入土体的体积等于半球状孔穴体积的变化量；④球状孔穴的扩张压力即为桩顶应力；⑤基础底面产生的应力为均匀分布，经褥垫调整后，分别以均布荷载的形式作用于桩顶及桩间土表面。参照弹塑性力学问题的一般解法，列出三组基本方程（平衡方程、几何方程及本构方程），并给出破坏准则和边界条件求解得到不同变形阶段的桩顶应力和变形的关系。
3. 刚性桩复合地基作用机理研究。在分析复合地基的承载特性时，根据桩土表面沉降差发生方式及桩顶与基础连接方式的不同，分两种情况讨论：①褥垫柔性连接方式；②逆作法施工刚性连接方式。
4. 根据对桩土应力比影响因素的分析，在复合地基中桩、土、褥垫层的几何、力学参数及荷载水平都会对桩土应力比产生影响。
5. 在复合地基中，由于桩土共同作用，使桩的工作特性、荷载传递趋于复杂，明显不同于自由单桩，当荷载水平较小时，在相同的桩顶沉降下，复合地基中的单桩所承受的荷载小于自由单桩承受的荷载。但当复合地基沉降达到一定程度，满足临界条件时，复合地基中单桩承受的荷载将达到或超过自由单桩承受的荷载。
6. 桩对土的影响包括成桩过程中的扰动、挤密效应，桩对土侧向变形的限制及桩侧摩阻力对桩间土应力的影响。
7. 介绍了武钢钢渣砼复合地基试验的情况。
8. 复合地基的优化设计。刚性桩复合地基设计优化的基本思路为：通过调整桩土应力比使其满足式，并满足变形要求。基本原则为：①利用褥垫作用，调节褥垫参数，使桩土的承载力发挥系数为1；②考虑桩-土-褥垫体系的共同作用；③进行变形控制。
9. 根据对逆作法施工刚性连接方式复合地基（锚杆静压桩复合地基）的应用实例进行的分析，理论计算与实测的最终结果相差6.53mm，误差9.1%，吻合程度很高。若按桩基设计，应布桩512根。按复合地基设计并结合信息法施工后，设计压桩385根，节省桩数127根，约3429米，节省造价约25%，经济效益非常可观。