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【摘 要】通过对复合地基受力性状的分析，结合实际施工经验，论述了碎石垫层在碎石桩复合地基中的必要性。
【关键词】碎石垫层;振冲碎石桩;复合地基;必要性
0.前言
碎石桩复合地基作为软土地基处理的一项技术,以其机具简便、操作简单、质量易控制、既经济又有效而广泛应用于软土地区。
碎石桩为散体材料桩，是依靠碎石置换软土，并形成高強度（相对软土）的桩柱体来提高承载力和减小沉降的。本文通过对复合地基受力性状的分析，结合实际工程经验，提出碎石垫层在碎石桩复合地基中是必不可少的。
1.碎石桩复合地基受力性状分析
碎石桩是依靠桩间土的侧限阻力而成桩的，它既不传递摩擦力也不依靠端承力来承受荷载。复合地基提高承载力减少变形的作用是依靠桩土协调作用来实现的，散体材料桩承受的竖向荷载有一部分转化为桩间土承受的水平荷载，使桩间土的受力状态从原来单纯的垂直向受力状态改变为以水平向受力为主的空间应力状态，这是散体材料桩复合地基的一个重要特性。
石桩复合地基承载能力决定于两个因素，一个因素是碎石桩柱体，包括桩体自身的承载能力和桩体在荷载作用下桩间土产生的围压对其承载能力提高产生的影响两个方面；另一个因素是桩间土，包括桩间土对桩体的侧限能力和桩间土通过桩体排水固结后強度得以改善的程度两个方面。
碎石桩复合地基变形的组成包括桩体的自身沉降和桩间土的变形兩部分。桩体的自身沉降是以桩柱体在荷载作用下的压胀变形为主，对于桩间土的变形则是以压缩变形为主。复合地基置换率多为0.2-0.4，即压胀变形可忽略不计，可近似认为桩、土变形均是由压缩变形引起的，因此，在荷载作用下，碎石桩复合地基变形可近似认为由桩顶的变形和桩间土表面的变形构成。说明了碎石桩复合地基表面和浅部性能对地基处理的效果起决定作用。
2.碎石垫层在复合地基中的作用
复合地基工作的前提是桩土协调一致。如何使桩、土协调工作，比较有效的方法就是铺设垫层。
2.1垫层作用
在荷载作用下碎石垫层可以通过碎石的流动补偿性调整桩、土应力分配和复合地基变形，使基础－复合地基共同作用。
2.1.1碎石垫层的拱效应
试验表明，复合地基在受荷初期，应力开始向桩顶集中，桩顶沉降大于桩间土沉降，说明碎石垫层中卸载拱已经形成，拱脚位于桩顶，荷载经卸载拱传向桩顶，而位于卸载拱下面的桩间土所受应力则大大减小。
2.1.2调整桩、土应力比
由于桩顶和桩间土的沉降不同，调动碎石垫层的流动补偿性，逐步调整桩、土应力比，不使应力过分集中在桩间土而造成复合地基上部整体剪切破坏或应力过分集中在桩体上而造成鼓胀和刺入破坏。经过一段时间的调整和协调工作，桩、土应力趋于合理分配状态，此时，复合地基即处于平稳状态。
2.1.3保护表土和改善接触条件作用
实践证明，边施工碎石桩边铺设碎石垫层能避免施工机械对施工后的复合地基表土的扰动，在软土地基中还可以改善表层排水条件，使表土强度有所提高。
2．2碎石垫层厚度与复合地基工作性状关系
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－91）规定在振冲碎石桩桩顶应铺设一层20～50cm厚的碎石垫层。随垫层厚度的增加，桩顶应力减小，土顶应力则增加，并随上部荷载的增加，此现象更为明显，这样可使桩土应力比最大值下移，而桩周土的围限力则随深度加深而增大，避免了剪切破坏和鼓胀破坏。试验和经验认为合理的垫层厚度为30～50cm。
2.3工程实例结果对比分析
某生产厂房为钢筋混凝土框架结构。场地地层由上至下依次为：
（1）杂填土（Q4ml）：杂色，稍湿～湿，松散。主要由粘土、建筑垃圾及少量板岩、石英岩碎石组成，且回填无序，碎石含量20%～30%，碎石粒径1～20cm。回填时间小于五年。该层在场地均有分布，层厚1.8～3.4m，层底标高0.15～2.22m。
（2）粉砂（Q4el）：黄褐色、灰褐色，饱水，松散。以石英质砂粒为主；部分孔含有机质淤泥夹层，有腥臭味。该层在场地均有分布，层厚0.4～2.4m，层底标高-0.77～1.58m。
（3）淤泥质粉质粘土（Q4el）：灰黑色，流塑～软塑，有腥臭味，部分孔含有贝壳等有机质。该层在场地均有分布，层厚0.5～3.2m，层底标高-2.55～0.33m。
（4）粉质粘土（Q3el）：黄褐色，软塑～可塑，该层在场地均有分布，层厚0.5～3.5m，层底标高-4.58～-1.00m。
（5）中砂（Q3el）：黄褐色，稍湿，松散～稍密。以石英质砂粒为主，下部含少量中粗砂。该层在场地均有分布，层厚0.4～7.6m，层底标高-10.95～-1.40m。
（6）强风化板岩（Zwhg）：黄褐色～灰褐色, 岩体具碎裂、层状结构，岩芯呈碎块及土状，手折易断。该层在场地均有分布，顶板标高-10.95～-1.40m。
生产厂房设计碎石垫层厚度为40Cm。经碎石桩复合地基处理后复合地基较快稳定，表面坚实，碾压未有反弹现象。笔者曾在10cm厚的碎石垫层上作两组单桩复合地基载荷试验，对比无垫层下的单桩复合地基载荷试验，结果表明，无垫层下的复合地基承载力基本值绝大多数为100～110Kpa,而有垫层下的试验结果却是基本值全部为大于120Kpa。试验数据表明有垫层的复合地基性状比无垫层下的复合地基性状有明显的改善。
对比说明，碎石垫层作为复合地基与建筑物的过渡层，能有效地加快复合地基的稳定时间，应视为复合地基不可分割的一部分。
3.结语
经以上的理论分析和工程实践证明：
（1）垫层能产生卸载拱作用。
（2）垫层可改善地基与基础的接触条件，使基础―复合地基协调工作。
（3）碎石桩复合地基工作是通过碎石垫层―碎石桩体――桩间土的协调工作来完成的。
（4）碎石垫层在碎石桩复合地基中是非常重要的，且存在一合理的厚度，试验证明20－50cm比较经济、技术合理。
【参考文献】
［１］向春尧.复合地基设计.见：林宗元主编.岩土工程治理手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，1993.38～67．
［２］张东刚.复合地基成桩及受力特性的分析.岩土工程师,1999,11(1):1～4．
［３］张定.复合地基中桩体变形模量的分析与计算.岩土工程学报,1999,21(2):205～208．
【关键词】碎石垫层;振冲碎石桩;复合地基;必要性
0.前言
碎石桩复合地基作为软土地基处理的一项技术,以其机具简便、操作简单、质量易控制、既经济又有效而广泛应用于软土地区。
碎石桩为散体材料桩，是依靠碎石置换软土，并形成高強度（相对软土）的桩柱体来提高承载力和减小沉降的。本文通过对复合地基受力性状的分析，结合实际工程经验，提出碎石垫层在碎石桩复合地基中是必不可少的。
1.碎石桩复合地基受力性状分析
碎石桩是依靠桩间土的侧限阻力而成桩的，它既不传递摩擦力也不依靠端承力来承受荷载。复合地基提高承载力减少变形的作用是依靠桩土协调作用来实现的，散体材料桩承受的竖向荷载有一部分转化为桩间土承受的水平荷载，使桩间土的受力状态从原来单纯的垂直向受力状态改变为以水平向受力为主的空间应力状态，这是散体材料桩复合地基的一个重要特性。
石桩复合地基承载能力决定于两个因素，一个因素是碎石桩柱体，包括桩体自身的承载能力和桩体在荷载作用下桩间土产生的围压对其承载能力提高产生的影响两个方面；另一个因素是桩间土，包括桩间土对桩体的侧限能力和桩间土通过桩体排水固结后強度得以改善的程度两个方面。
碎石桩复合地基变形的组成包括桩体的自身沉降和桩间土的变形兩部分。桩体的自身沉降是以桩柱体在荷载作用下的压胀变形为主，对于桩间土的变形则是以压缩变形为主。复合地基置换率多为0.2-0.4，即压胀变形可忽略不计，可近似认为桩、土变形均是由压缩变形引起的，因此，在荷载作用下，碎石桩复合地基变形可近似认为由桩顶的变形和桩间土表面的变形构成。说明了碎石桩复合地基表面和浅部性能对地基处理的效果起决定作用。
2.碎石垫层在复合地基中的作用
复合地基工作的前提是桩土协调一致。如何使桩、土协调工作，比较有效的方法就是铺设垫层。
2.1垫层作用
在荷载作用下碎石垫层可以通过碎石的流动补偿性调整桩、土应力分配和复合地基变形，使基础－复合地基共同作用。
2.1.1碎石垫层的拱效应
试验表明，复合地基在受荷初期，应力开始向桩顶集中，桩顶沉降大于桩间土沉降，说明碎石垫层中卸载拱已经形成，拱脚位于桩顶，荷载经卸载拱传向桩顶，而位于卸载拱下面的桩间土所受应力则大大减小。
2.1.2调整桩、土应力比
由于桩顶和桩间土的沉降不同，调动碎石垫层的流动补偿性，逐步调整桩、土应力比，不使应力过分集中在桩间土而造成复合地基上部整体剪切破坏或应力过分集中在桩体上而造成鼓胀和刺入破坏。经过一段时间的调整和协调工作，桩、土应力趋于合理分配状态，此时，复合地基即处于平稳状态。
2.1.3保护表土和改善接触条件作用
实践证明，边施工碎石桩边铺设碎石垫层能避免施工机械对施工后的复合地基表土的扰动，在软土地基中还可以改善表层排水条件，使表土强度有所提高。
2．2碎石垫层厚度与复合地基工作性状关系
《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－91）规定在振冲碎石桩桩顶应铺设一层20～50cm厚的碎石垫层。随垫层厚度的增加，桩顶应力减小，土顶应力则增加，并随上部荷载的增加，此现象更为明显，这样可使桩土应力比最大值下移，而桩周土的围限力则随深度加深而增大，避免了剪切破坏和鼓胀破坏。试验和经验认为合理的垫层厚度为30～50cm。
2.3工程实例结果对比分析
某生产厂房为钢筋混凝土框架结构。场地地层由上至下依次为：
（1）杂填土（Q4ml）：杂色，稍湿～湿，松散。主要由粘土、建筑垃圾及少量板岩、石英岩碎石组成，且回填无序，碎石含量20%～30%，碎石粒径1～20cm。回填时间小于五年。该层在场地均有分布，层厚1.8～3.4m，层底标高0.15～2.22m。
（2）粉砂（Q4el）：黄褐色、灰褐色，饱水，松散。以石英质砂粒为主；部分孔含有机质淤泥夹层，有腥臭味。该层在场地均有分布，层厚0.4～2.4m，层底标高-0.77～1.58m。
（3）淤泥质粉质粘土（Q4el）：灰黑色，流塑～软塑，有腥臭味，部分孔含有贝壳等有机质。该层在场地均有分布，层厚0.5～3.2m，层底标高-2.55～0.33m。
（4）粉质粘土（Q3el）：黄褐色，软塑～可塑，该层在场地均有分布，层厚0.5～3.5m，层底标高-4.58～-1.00m。
（5）中砂（Q3el）：黄褐色，稍湿，松散～稍密。以石英质砂粒为主，下部含少量中粗砂。该层在场地均有分布，层厚0.4～7.6m，层底标高-10.95～-1.40m。
（6）强风化板岩（Zwhg）：黄褐色～灰褐色, 岩体具碎裂、层状结构，岩芯呈碎块及土状，手折易断。该层在场地均有分布，顶板标高-10.95～-1.40m。
生产厂房设计碎石垫层厚度为40Cm。经碎石桩复合地基处理后复合地基较快稳定，表面坚实，碾压未有反弹现象。笔者曾在10cm厚的碎石垫层上作两组单桩复合地基载荷试验，对比无垫层下的单桩复合地基载荷试验，结果表明，无垫层下的复合地基承载力基本值绝大多数为100～110Kpa,而有垫层下的试验结果却是基本值全部为大于120Kpa。试验数据表明有垫层的复合地基性状比无垫层下的复合地基性状有明显的改善。
对比说明，碎石垫层作为复合地基与建筑物的过渡层，能有效地加快复合地基的稳定时间，应视为复合地基不可分割的一部分。
3.结语
经以上的理论分析和工程实践证明：
（1）垫层能产生卸载拱作用。
（2）垫层可改善地基与基础的接触条件，使基础―复合地基协调工作。
（3）碎石桩复合地基工作是通过碎石垫层―碎石桩体――桩间土的协调工作来完成的。
（4）碎石垫层在碎石桩复合地基中是非常重要的，且存在一合理的厚度，试验证明20－50cm比较经济、技术合理。
【参考文献】
［１］向春尧.复合地基设计.见：林宗元主编.岩土工程治理手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，1993.38～67．
［２］张东刚.复合地基成桩及受力特性的分析.岩土工程师,1999,11(1):1～4．
［３］张定.复合地基中桩体变形模量的分析与计算.岩土工程学报,1999,21(2):205～208．