1　地基處理技術(shù)及分類
地基處理技術(shù)分類方法很多, 按照加固地基的機(jī)理,常將地基處理技術(shù)分為六類: 置換, 排水固結(jié), 振密、擠密, 灌入固化物, 加筋和冷、熱處理。可以將采用各類地基處理方法處理形成的人工地基分為兩類: 一類是天然地基土體的物理力學(xué)性質(zhì)得到普遍的改良, 類似于均質(zhì)地基。這類人工地基的承載力和沉降計(jì)算方法基本上與原天然地基, 或與淺基礎(chǔ)的相同, 不同的是地基土層的物理力學(xué)指標(biāo)得到改善。另一類是在地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng), 或被置換, 或在天然地基中設(shè)置加筋材料, 形成復(fù)合地基。例如: 采用振沖置換法, 強(qiáng)夯置換法, 砂石樁置換法, 石灰樁法, 深層攪拌法, 高壓噴射注漿法, 振沖密實(shí)法, 擠密砂石樁法, 土樁、灰土樁法, 夯實(shí)水泥土樁法,孔內(nèi)夯擴(kuò)樁法, 樹(shù)根樁法, 低強(qiáng)度樁復(fù)合地基法, 鋼筋混凝土樁復(fù)合地基法等, 均可形成復(fù)合地基。
通過(guò)地基處理形成復(fù)合地基在地基處理形成的人工地基中占有很大的比例, 而且呈發(fā)展趨勢(shì)。淺基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算理論比較成熟, 而復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算理論正在發(fā)展之中。從上述分析可以看到重視復(fù)合地基理論研究的必要性和重要性。同時(shí)也應(yīng)該看到, 復(fù)合地基理論和實(shí)踐的發(fā)展將進(jìn)一步促進(jìn)地基處理水平的提高。復(fù)合地基技術(shù)在地基處理技術(shù)中有著非常重要的地位。
2　復(fù)合地基與雙層地基
有的學(xué)者將復(fù)合地基視為雙層地基, 將雙層地基有關(guān)計(jì)算方法應(yīng)用到復(fù)合地基計(jì)算中。事實(shí)上, 復(fù)合地基與雙層地基在荷載作用下的性狀有較大區(qū)別, 在復(fù)合地基計(jì)算中直接應(yīng)用雙層地基計(jì)算方法是不妥當(dāng)?shù)? 有時(shí)是偏不安全的, 下面作簡(jiǎn)要分析。
圖1 ( a) 、( b) 分別為復(fù)合地基和雙層地基的示意圖。設(shè)復(fù)合地基加固區(qū)復(fù)合模量為E1 , 其他區(qū)域土體模量為E2 , 顯然El > E2。設(shè)雙層地基的上層土體模量為E1 , 下層土體模量為E2。雙層地基上層土厚度與復(fù)合地基加固區(qū)深度相同, 記為H。以條形基礎(chǔ)為例, 地基上荷載作用面寬度均為B而且荷載密度相同。現(xiàn)分析在荷載作用中心線下復(fù)合地基加固區(qū)下臥層中A點(diǎn)[見(jiàn)圖1 ( a) ] 和雙層地基中對(duì)應(yīng)的B點(diǎn)[見(jiàn)圖1 ( b) ] 豎向應(yīng)力情況。不難看出復(fù)合地基A點(diǎn)豎向應(yīng)力σA , 比雙層地基中B點(diǎn)豎向應(yīng)力σB大。如果增大El /E2值, 則σA值增大, 而σB值減小。理論上當(dāng)El /E2趨向∞時(shí), 雙層地基中B點(diǎn)豎向應(yīng)力σB趨向零,而復(fù)合地基A點(diǎn)豎向應(yīng)力σA是不斷增大的。由上述分析可以看出復(fù)合地基與雙層地基在荷載作用下地基性狀的差別是很大的。
圖1　復(fù)合地基與雙層地基
根據(jù)前面分析, 在荷載作用下雙層地基與復(fù)合地基中附加應(yīng)力場(chǎng)分布及變化規(guī)律有著較大的差別, 將復(fù)合地基認(rèn)為雙層地基, 低估了深層土層中的附加應(yīng)力值, 在工程上是偏不安全的。
3　復(fù)合地基與淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)
當(dāng)天然地基能夠滿足建筑物對(duì)地基的要求時(shí), 通常采用淺基礎(chǔ); 當(dāng)天然地基不能滿足建筑物對(duì)地基的要求時(shí),需要對(duì)天然地基進(jìn)行處理形成人工地基以滿足建筑物對(duì)地基的要求。樁基礎(chǔ)是軟弱地基最常用的一種人工地基形式。廣義地講, 樁基技術(shù)也是一種地基處理技術(shù), 而且是一種最常用的地基處理技術(shù)。考慮樁基技術(shù)比較成熟, 而且已形成一套比較全面、系統(tǒng)的理論, 通常將樁基技術(shù)與地基處理技術(shù)并列, 在討論地基處理技術(shù)時(shí)一般不包括樁基技術(shù)。采用的地基處理方法不同, 天然地基經(jīng)過(guò)地基處理后形成的人工地基性態(tài)也不同。經(jīng)過(guò)地基處理形成的人工地基多數(shù)可歸屬為兩類: 一類是在荷載作用范圍下的天然地基土體的力學(xué)性質(zhì)得到普遍的改良, 如通過(guò)預(yù)壓法、強(qiáng)夯法, 以及換填法等形成的土質(zhì)改良地基。這類人工地基承載力與沉降計(jì)算基本上與淺基礎(chǔ)相同, 因此可將其劃歸淺基礎(chǔ)。另一類是在地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng), 或被置換, 或在天然地基中設(shè)置加筋材料, 形成復(fù)合地基。例如水泥土復(fù)合地基、碎石樁復(fù)合地基、低強(qiáng)度混凝土樁復(fù)合地基等。根據(jù)上述分析, 淺基礎(chǔ)、復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)已成為工程建設(shè)中常用的三種地基基礎(chǔ)型式。
在淺基礎(chǔ)中, 上部結(jié)構(gòu)荷載是通過(guò)基礎(chǔ)板直接傳遞給地基土體的。按照經(jīng)典樁基理論, 在端承樁樁基礎(chǔ)中, 上部結(jié)構(gòu)荷載通過(guò)基礎(chǔ)板傳遞給樁體, 再依靠樁的端承力直接傳遞給樁端持力層。不僅基礎(chǔ)板下地基土不傳遞荷載,而且樁側(cè)土也基本上不傳遞荷載。在摩擦樁樁基礎(chǔ)中, 上部結(jié)構(gòu)荷載通過(guò)基礎(chǔ)板傳遞給樁體, 再通過(guò)樁側(cè)摩阻力和樁端端承力傳遞給地基土體, 而以樁側(cè)摩阻力為主。經(jīng)典樁基理論不考慮基礎(chǔ)板下地基土直接對(duì)荷載的傳遞作用。雖然客觀上大多數(shù)情況下摩擦樁樁間土是直接參與共同承擔(dān)荷載的, 但在計(jì)算中是不予以考慮的。在復(fù)合地基中,上部結(jié)構(gòu)荷載通過(guò)基礎(chǔ)板直接同時(shí)將荷載傳遞給樁體和基礎(chǔ)板下地基土體。對(duì)散體材料樁, 由樁體承擔(dān)的荷載通過(guò)樁體鼓脹傳遞給樁側(cè)土體和通過(guò)樁體傳遞給深層土體。對(duì)粘結(jié)材料樁由樁體承擔(dān)的荷載則通過(guò)樁側(cè)摩阻力和樁端端承力傳遞給地基土體。