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岩土研究院

人工增强体复合地基作用原理

363 2021-04-19 15:33:13

各种人工增强体本身物理力学性质均远好于软土地基性质,它与地基土作为复合地基共同作用大大提高复合承载力与抵抗变形的能力。人工竖向增强体若采用散体材料则挤密软土地基并置换了部分软土,缩短了土体内排水距离,改善了地基软土的排水条件,加速土体固结;其缺陷在于形成预定的桩体存在一定的制约因而单桩承载力的提高受限。人工竖向增强体若采用非散体材料复合地基则由于增强体不能成为排水通道,在地基固结方面起不了散体材料复合地基的作用,但较易形成预定的桩体因而单桩承载力可十分明显提高。采用人工,水平增强体如加筋垫层形成具有相对大的抗弯刚度的柔性板式基础,使 上部荷载在地基表面均匀分布,避免了局部塑性区的形成和开展,从而提高了地基承载力并减少了地基沉降。竖向增强体(桩)、水平向增强体(加筋体及砂石料)、人工增强体之间土体三部分相互作用,协同工作,共同承担荷载,促进了地基物理力学性质及承载条件的改善。其作用包括如下几方面。

岩土工程

(1) 人工水平增强体如加筋垫层增强作用。水平向筋体和具有良好级配的砂石垫层形成一个有一定抗弯、抗剪和抗压强度的柔性板式基础,将 上部荷载较均匀地分布到下部软土层顶面。同时,具有水平向加筋体的存在,软十的抗剪切能力增强,其破坏形式有别于未经处理的地基,提高了地基的承载能力和减小地基的沉降。此外,也,可改变地基可能的破坏形式;荷载作用下的单一软基由于软土层抗剪强度低,易直接刺入破坏,并且引起附近软十的降起;存在水平加筋体垫层的时候,由干垫层的存在,地基十破裂面不能直接穿过垫层,只能通过垫层的作用挤压垫层下深层的软土而导致下卧软土发生具有更大抵抗力的整体剪切破坏。

(2)复合地基挤密置换及增强作用。在软土中设置人工竖向增强材料 (包括散体如碎石与非散体如水泥),大大改善了地基的物理力学性能,并与土体构成具有良好承载能力的复合地基;竖向增强体将上部荷载通过桩体向地基深处传递,并挤密置换了部分软土,使桩周土体够提供更大的侧向约束力,增强了复合地基的内摩擦角。尽管散体桩在形成预定桩体时存在—定的制约使单桩承载力提高受限,但人工散体可明显改善软十排水条件。为深层软土提供了排水通道,在荷载不断增加的过程中改善了土体本身的性能,加速软土排水固结,明显改善了软土的物理力学特性,提高了地基稳定性及承载力和抗变形能力。需要注意的是,非散体材料桩复合地基由于桩体不能成为排水通道,不具备相应的功能,但其可提供更高的单桩承载力。

(3)水平增强体(散体垫层)排水功能结合竖向增强体(如碎石桩、砂石桩等)排水功能改善了地基排水条件。竖向增强体若为散体材料桩复合地基,则与水平散体垫层共同构成性能良好的排水体系。固结理论表明,达到相同的固结度所需的时间与渗流路径的平方成正比。在软基中设散体材料桩改善了软层的排水条件,缩短了渗流路径,在荷载作用下,孔隙水逐渐排出地基再通过水平散体垫层排出。

(4)人工竖向与水平增强体以及土体组成约束调节与承载体系。两个方向增强体与地基土在荷载作用下相互作用,共同工作,形成一个多因素复合地基承载体系。如散体材料桩复合地基在荷载的作用下,桩间土和桩体分别按一定的比例承担荷载作用∶当间土体软弱时,在荷载作用下散体材料桩很容易发生过量的鼓胀变形,导致桩破坏。水平加筋体垫层可以有效调节桩土应力比,约束可能的桩顶鼓胀变形从而充分发挥桩间土体承载能力。在荷载的作用下,由于桩体刚度大于土体,在桩顶处受较大的荷载作用发生沉降变形,变形达发生到一定程度后桩间土开始承受荷载和桩体共同沉降以及桩体和桩间土的相互影响并最终达到按一个稳定比例分担的荷载。