cm三維復(fù)合地基性狀研究

1、<p>　　南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　注 釋 表</b></p><p><b>　　A －基礎(chǔ)底面積</b></p><p>　　A －基礎(chǔ)筏板的面積</p><p><b>　　1</b></p><p>　

2、　A －基礎(chǔ)筏板的面積</p><p><b>　　2</b></p><p>　　A －短樁截面的總面積</p><p><b>　　p1</b></p><p>　　A －C 樁總截面面積</p><p><b>　　p2</b></p>

3、<p><b>　　d －樁的直徑</b></p><p>　　E －I 區(qū)第 i 層的樁土復(fù)合模量</p><p><b>　　c i</b></p><p><b>　　1</b></p><p>　　E －II 區(qū)第 i 層的樁土復(fù)合模量</p>

4、<p><b>　　c i</b></p><p><b>　　2</b></p><p>　　E －III 區(qū)下臥層土的變形模量</p><p><b>　　si</b></p><p>　　f －天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值</p><p>&

5、lt;b>　　k</b></p><p>　　f －M 樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值</p><p><b>　　sp,k1</b></p><p>　　f －CM 三維復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值</p><p><b>　　sp,k 2</b></p><p>　　G

6、s －樁側(cè)土體的剪切模量 Hi －第 i 層土的厚度i －1～n；</p><p>　　K －位移沉降系數(shù) n －各土層范圍內(nèi)的土的分層數(shù)； P －外荷載</p><p>　　r －樁軸線到計(jì)算點(diǎn)的水平距離</p><p>　　R －M 樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值</p><p><b>　　K</b></p>

7、;<p><b>　　1</b></p><p>　　R －C 樁總承載力標(biāo)準(zhǔn)值</p><p><b>　　k</b></p><p><b>　　2</b></p><p>　　S1 －I 區(qū)壓縮變形量 S2 －II 區(qū)壓縮變形量S3 －III 區(qū)下臥層壓縮

8、變形量S（z，r） －土體豎向位移</p><p>　　? －第 i 層土的平均附加應(yīng)力</p><p><b>　　σ</b></p><p><b>　　czi</b></p><p>　　σ －基礎(chǔ)底平面處土的自重應(yīng)力</p><p><b>　　cz0&l

9、t;/b></p><p>　　α －CM 樁間土強(qiáng)度提高系數(shù) β －CM 樁間土強(qiáng)度發(fā)揮度</p><p><b>　　vii</b></p><p><b>　　承諾書(shū)</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立</p><p

10、>　　進(jìn)行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容</p><p>　　外，本學(xué)位論文的研究成果不包含任何他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本</p><p>　　論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明</p><p><b>　　確方式標(biāo)明。</b></p><p>　　本人授權(quán)南京航

11、空航天大學(xué)可以有權(quán)保留送交論文的復(fù)印件，允</p><p>　　許論文被查閱和借閱,可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)</p><p>　　據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。</p><p>　　(保密的學(xué)位論文在解密后適用本承諾書(shū))</p><p><b>　　作者簽名：</b></p

12、><p><b>　　日 期：</b></p><p>　　南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　第一章 緒論</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，土木工程項(xiàng)目的規(guī)模也在日益擴(kuò)

13、大，單個(gè)</p><p>　　工程體量的增大，客觀上對(duì)地基基礎(chǔ)提出了更高的要求。另外，越來(lái)越多的建</p><p>　　筑設(shè)計(jì)追求標(biāo)志性、新穎性，設(shè)計(jì)師以犧牲建筑的功能和結(jié)構(gòu)的合理性為代價(jià)， 如庫(kù)哈斯設(shè)計(jì)的北京中央電視臺(tái)總部大樓采用大體量的懸挑如圖 1.1，上海浦東第一高樓環(huán)球金融中心高達(dá) 492 米如圖 1.2，由于建筑物形式的多樣化、復(fù)雜化， 天然地基已經(jīng)不能完全滿足要求。因此，地基

14、處理己成為建筑工程的重要研究 領(lǐng)域。</p><p>　　圖 1.1 CCTV 總部大樓 圖 1.2 環(huán)球金融中心</p><p>　　課題的提出及其研究意義</p><p>　　樁基礎(chǔ)由于它在提供承載力和控制基礎(chǔ)沉降方面的可靠性以及能適用于廣</p><p>　　泛的地質(zhì)條件而受到了越來(lái)越多的使用?？墒窃谄綍r(shí)的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中，</

15、p><p>　　我們總能遇見(jiàn)這樣一種問(wèn)題。</p><p>　　地基的淺層土層中存在壓縮模量、承載力稍高的土層。常規(guī)的設(shè)計(jì)方法是</p><p>　　考慮選擇將荷載傳遞到淺層持力層上。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)的荷載較小時(shí)，完全可以用</p><p>　　短樁基礎(chǔ)來(lái)承載上部的荷載并且能夠滿足地基沉降的要求。但是當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷</p><p>

16、;　　載比較大時(shí)，短樁基礎(chǔ)就會(huì)帶來(lái)承載力不滿足設(shè)計(jì)要求或者沉降量過(guò)大的情況，</p><p>　　特別是當(dāng)淺層持力層的下面是軟弱下臥層，這種矛盾就更為突出。此時(shí)的解決</p><p>　　辦法一般是通過(guò)加長(zhǎng)樁的長(zhǎng)度，使其穿過(guò)軟弱下臥層，利用深層的持力層來(lái)支</p><p>　　撐結(jié)構(gòu)上部荷載，這樣既能提供足夠的承載力，又可以控制基礎(chǔ)的變形在規(guī)范</p>

17、<p><b>　　1</b></p><p>　　CM 三維復(fù)合地基性狀研究</p><p>　　允許的范圍內(nèi)。但是新問(wèn)題又伴隨著這種解決辦法產(chǎn)生，通過(guò)增加樁的數(shù)量和</p><p>　　長(zhǎng)度，使得施工難度及工程投資大大增加。上部淺層土體沒(méi)有發(fā)揮它的作用，</p><p>　　較為可惜。如何減少這種情形下的

18、長(zhǎng)樁數(shù)量以及如何發(fā)揮樁間土體的承載能力</p><p>　　或者改善上部土體的壓縮性能，形成樁土共同作用的復(fù)合地基成為擺在我們面</p><p>　　前的一個(gè)問(wèn)題，這正是本文研究課題的背景。</p><p><b>　　復(fù)合地基的特點(diǎn)</b></p><p><b>　　復(fù)合地基概述</b><

19、/p><p>　　復(fù)合地基（composite sub grade, composite foundation）的概念是日本學(xué)者在20 世紀(jì) 60 年代初提出的，當(dāng)時(shí)是指一種砂井地基的數(shù)學(xué)模型。隨著地基處理技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合地基的概念得到了很大的擴(kuò)展[1]。文獻(xiàn)[2,3]對(duì)復(fù)合地基進(jìn)行了全 面和準(zhǔn)確的定義，復(fù)合地基是指在地基處理過(guò)程中，部分土體得到增強(qiáng)或者被 置換，或在地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)是由基體和增強(qiáng)體兩部

20、分組成的人工 地基，在荷載作用下，基體與增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的作用。因此，復(fù)合地基既 不同于天然地基，也不同于樁基。絕大部分地基處理方法形成的人工地基屬于 復(fù)合地基。</p><p><b>　　復(fù)合地基的分類</b></p><p>　　復(fù)合地基的分類是必須和重要的，正確的分類有助于把握事物的本質(zhì)。最</p><p>　　初人們以不同的地基處理

21、方法來(lái)區(qū)分復(fù)合地基，隨著地基處理新技術(shù)的不斷涌</p><p>　　現(xiàn)和人們對(duì)問(wèn)題認(rèn)識(shí)的加深，發(fā)現(xiàn)這種分類并不科學(xué)，現(xiàn)今的分類已經(jīng)開(kāi)始涉</p><p>　　及各種復(fù)合地基承載的本質(zhì)區(qū)別，逐漸走向合理。</p><p>　　復(fù)合地基由增強(qiáng)體和地基土組成，兩者共同承擔(dān)上部荷載，因此加固區(qū)是</p><p>　　非均質(zhì)、各向異性體。復(fù)合地基與天然

22、地基同屬地基范疇，兩者間有內(nèi)在聯(lián)系，</p><p>　　又有本質(zhì)區(qū)別。復(fù)合地基與樁基都是采用樁的形式處理地基，兩者有相似之處，</p><p>　　但復(fù)合地基屬于地基范疇，而樁基屬于基礎(chǔ)范疇。</p><p>　　復(fù)合地基主要是指豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基，將地基土分為散體樁復(fù)合地基和</p><p>　　水泥土樁復(fù)合地基兩種。散體樁復(fù)合地基樁體材

23、料是由散狀材料組成，樁體沒(méi)</p><p>　　有或者有很小的凝聚力，樁體主要靠周圍的土體的握持力承載；水泥土樁復(fù)合</p><p>　　地基是由水泥土以及石灰等膠凝材料將軟弱地基的部分土體膠結(jié)到一起形成樁</p><p>　　體與天然地基共同承載。這兩類的復(fù)合地基的樁體材料的應(yīng)力－應(yīng)變曲線和樁</p><p>　　側(cè)限強(qiáng)度有明顯的不同，復(fù)合

24、地基內(nèi)的應(yīng)力、應(yīng)變場(chǎng)也有明顯的區(qū)別。</p><p><b>　　2</b></p><p>　　南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　龔曉南[2]根據(jù)增強(qiáng)體的性質(zhì)，將復(fù)合地基分為 3 類：1）散體材料樁復(fù)合地 基， 如砂樁、碎石樁、礦渣樁、渣土樁復(fù)合地基；2）柔性樁復(fù)合地基， 如土 樁、石灰樁、灰土樁、水泥土樁、CFG 樁復(fù)合

25、地基；3）剛性樁復(fù)合地基，如混 凝土疏樁、小樁復(fù)合地基。葉書(shū)麟[4]則把復(fù)合地基按樁身材料分為如下 3 類：1）散體土類樁復(fù)合地基， 如碎石樁、砂樁復(fù)合地基；2）水泥土類樁復(fù)合地基， 如水泥土攪拌樁、旋噴樁復(fù)合地基；3）混凝土類樁復(fù)合地基，如樹(shù)根樁、CFG 樁[5~7]復(fù)合地基。</p><p>　　隨著對(duì)復(fù)合地基認(rèn)識(shí)的深入，又將復(fù)合地基的概念進(jìn)一步拓寬，將土工織</p><p>　　

26、物、加筋土等組成的人工地基也看成復(fù)合地基，成為橫向增強(qiáng)體復(fù)合地基。并</p><p>　　把一般意義上的樁式復(fù)合地基稱為縱向增強(qiáng)體復(fù)合地基，也稱樁式復(fù)合地基。</p><p>　　進(jìn)而得出廣義的復(fù)合地基的概念。</p><p>　　廣義的復(fù)合地基包括水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基和豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基兩大</p><p>　　類。其中，水平向增強(qiáng)體復(fù)合地

27、基指水平向的土工布、土工格柵等土工加筋材</p><p>　　料對(duì)天然地基進(jìn)行水平向增強(qiáng)。豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基指對(duì)天然地基采用垂直向</p><p>　　或者傾斜的樁體（樁體可以是等長(zhǎng)度也可以是不等長(zhǎng)度）來(lái)增強(qiáng)的人工地基。</p><p>　　廣義的復(fù)合地基的分類如下：</p><p>　　散體材料樁復(fù)合地基 </p><

28、p>　　豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基 柔體材料樁復(fù)合地基</p><p>　　復(fù)合地基 剛體材料樁復(fù)合地基</p><p><b>　　剛性基礎(chǔ)</b></p><p><b>　　水平增強(qiáng)體復(fù)合地基</b></p><p><b>　　柔性基礎(chǔ)</b></p>&l

29、t;p><b>　　復(fù)合地基的特點(diǎn)</b></p><p>　　隨著復(fù)合地基技術(shù)的發(fā)展和推廣應(yīng)用，目前復(fù)合地基已與淺基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)</p><p>　　一道成為基礎(chǔ)工程中常用的三種地基基礎(chǔ)形式。</p><p>　　大量的已建和在建工程表明，復(fù)合地基具有很多優(yōu)點(diǎn)[8~9]：</p><p>　　1、工藝簡(jiǎn)單。復(fù)合地基

30、的工藝可以概括為成樁和成孔兩大部分，有的樁型</p><p>　　如深層攪拌樁復(fù)合地基可以一次完成成孔和成樁。由于樁徑小且不用鋼筋，大</p><p>　　大的減少了樁基礎(chǔ)中常見(jiàn)的塌孔、縮徑等質(zhì)量通病，質(zhì)量容易得到保證，復(fù)合</p><p>　　地基目前已有成熟的施工工藝、原料拌和、灌注或夯填均易操作，技術(shù)指標(biāo)容</p><p><b&

31、gt;　　易控制。</b></p><p>　　2、造價(jià)低廉。復(fù)合地基是要發(fā)揮樁間土的承載力，減少樁的數(shù)量，而且不</p><p>　　使用昂貴的鋼材，耗用建筑三材少，一般可就地取材或是利用工業(yè)廢料，如粉</p><p><b>　　3</b></p><p>　　CM 三維復(fù)合地基性狀研究</p>

32、;<p>　　煤灰，礦渣或其他工業(yè)垃圾、建筑垃圾等，不但原料費(fèi)用低廉，還具有良好的 環(huán)境效益、社會(huì)效益。以南京江寧區(qū)的托樂(lè)嘉花園小區(qū)為例，全采用 CM 三維復(fù)合地基代替樁基，不僅大大的縮短了工期，還可以直接節(jié)約基礎(chǔ)費(fèi)用 40～50% 左右，節(jié)約投資近千萬(wàn)元。</p><p>　　3、施工方便。復(fù)合地基的施工機(jī)械均為常用建筑機(jī)械，如長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)、振</p><p>　　沖器、

33、干振器、振動(dòng)夯管打樁機(jī)、粉噴機(jī)、混凝土泵等。</p><p>　　4、應(yīng)用廣泛。采用復(fù)合地基可明顯提高地基承載力，減少沉降，過(guò)去人們</p><p>　　認(rèn)為復(fù)合地基只能用于中、小型工程，隨著復(fù)合地基技術(shù)的發(fā)展，在大型工程</p><p>　　及高層建筑中應(yīng)用越來(lái)越多，甚至在三十余層的高層建筑中的應(yīng)用也不乏其例，</p><p>　　此外復(fù)合

34、地基還可以應(yīng)用于處理地基液化，邊坡加固等，都具有良好的效果。</p><p>　　因此它是目前最常用的地基處理方法。它充分考慮了增強(qiáng)體和土體兩部分的承</p><p>　　載能力，減小了地基變形，使地基的承載能力得到了提高。</p><p><b>　　CM 三維復(fù)合地基</b></p><p>　　CM 三維復(fù)合地基的

35、定義</p><p><b>　　A</b></p><p><b>　　A</b></p><p><b>　　第一剛度</b></p><p><b>　　樁 樁</b></p><p>　　樁 樁 樁 第二剛度</p&

36、gt;<p><b>　　注: C樁</b></p><p><b>　　剛性樁</b></p><p><b>　　水泥深攪樁</b></p><p><b>　　第三剛度</b></p><p>　　圖 1.3 CM 三維復(fù)合地基平面圖

37、圖 1.4 CM 三維復(fù)合地基剖面圖</p><p>　　CM 三維復(fù)合地基是 1.2.2 中廣義復(fù)合地基中豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基的一種形 式的演變，CM 三維復(fù)合地基是由 CM 樁形成豎向基礎(chǔ)材料增強(qiáng)體系，如圖 1.3、 圖 1.4。該項(xiàng)技術(shù)是由專利發(fā)明人沙祥林[10]在現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外復(fù)合地基的研究理論與 實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出的改變樁體材料性質(zhì)、物理性狀指標(biāo)，提出的采用 C 樁－剛性長(zhǎng)樁和 M 樁－柔性短樁共同作

38、用，并作為豎向增強(qiáng)體材料。</p><p><b>　　4</b></p><p>　　南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　沙祥林對(duì)該新型樁體復(fù)合地基的傳力特性、應(yīng)力分析、墊層效應(yīng)及承載力進(jìn)行了初步的研究分析。建筑上部荷載通過(guò)梁、板、柱體或者墻體傳遞到基礎(chǔ) 上的整塊筏板，筏板上的荷載又通過(guò)筏板下的 CM 三維復(fù)合地基的樁體傳遞到

39、 地基持力層，保持上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，總結(jié)并提出的一種新型的、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先并 達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的高強(qiáng)復(fù)合地基，是建設(shè)部 1997 年科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目之 一，并已經(jīng)初步運(yùn)用于工程實(shí)踐。</p><p>　　上圖 1.4 復(fù)合地基剖面中可見(jiàn)，自基礎(chǔ)筏板到基礎(chǔ)底層持力層，經(jīng)過(guò) C 樁、M 樁對(duì)地基的加強(qiáng)，形成三種不同的剛度區(qū)域，C 樁、M 樁與樁間土體形成的第一剛度區(qū)域，C 樁和樁間土體形成的第二剛度區(qū)域，C 樁樁底

40、以下持力層形成 第三剛度區(qū)域。建筑上部荷載經(jīng)過(guò)三個(gè)剛度區(qū)域合理分配，通過(guò)三維空間協(xié)作 對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行加強(qiáng)，改善了地基基礎(chǔ)的力學(xué)性能，有效的發(fā)揮了樁間土體的 作用[11]。</p><p>　　控制建筑物的絕對(duì)及差異沉降是土木工程界關(guān)注的重要問(wèn)題，樁筏基礎(chǔ)在</p><p>　　技術(shù)上是可行的、造價(jià)也是比較經(jīng)濟(jì)的一種基礎(chǔ)形式。但是它的運(yùn)用范圍有一</p><p>　　

41、定的限制，如 1.2 中提及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題。Poulos[12]指出：當(dāng)?shù)鼗?lt;/p><p>　　為相對(duì)較硬的土層時(shí)，土體壓縮模量較大，適宜采用樁筏基礎(chǔ)，此時(shí)的地基通</p><p>　　過(guò)筏板可以提供非常大的地基承載能力，而樁主要用于提高基礎(chǔ)的性能。但是</p><p>　　當(dāng)?shù)鼗喜康臏\層地基土為軟弱土層，或者在距離地表一定深度內(nèi)存在軟弱下</

42、p><p>　　臥層等情況時(shí)，則不宜采用樁筏基礎(chǔ)，因?yàn)榈鼗鶞\部軟弱下臥層引起的地基沉</p><p>　　降會(huì)極大的減小筏板對(duì)基礎(chǔ)剛度所做的貢獻(xiàn)。</p><p>　　為使樁筏復(fù)合地基的優(yōu)點(diǎn)在我國(guó)沿海地區(qū)的軟土地基中得到充分發(fā)揮，運(yùn)</p><p>　　用沙祥林的地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)理念，采用 C 樁和 M 樁相結(jié)合，采用 M 樁對(duì)基礎(chǔ)下的</p&

43、gt;<p>　　軟弱層進(jìn)行加固，提高表層土層的承載力，并可以消除局部軟土引起的不均勻</p><p>　　沉降；使 C 樁樁端落在強(qiáng)度較高、壓縮性較小的土層上，將荷載通過(guò) C 樁樁身 向地基深處傳遞。C 樁 M 樁在深層以及淺層自三維方向以空間組合的形式實(shí)現(xiàn) 提高地基承載力和控制沉降的目的[13]。</p><p>　　CM 三維復(fù)合地基的研究現(xiàn)狀</p>&

44、lt;p>　　目前，國(guó)內(nèi)外對(duì) CM 三維復(fù)合地基的研究并沒(méi)有太多的理論推導(dǎo)，主要是</p><p>　　基于工程數(shù)據(jù)的測(cè)量以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析而得到經(jīng)驗(yàn)分析。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)實(shí)際工</p><p>　　程情況，確定布樁方案，C 樁采用混凝土樁、鋼管樁等，M 樁采用水泥土攪拌</p><p>　　樁、砂石樁等。同時(shí)為防止筏板脫空、樁頂應(yīng)力集中，充分發(fā)揮樁間土的承載<

45、;/p><p>　　能力，在筏板下設(shè)置墊層，從而形成 CM 三維復(fù)合地基，在軟土地區(qū)運(yùn)用于工</p><p><b>　　5</b></p><p>　　CM 三維復(fù)合地基性狀研究</p><p><b>　　程實(shí)踐。</b></p><p>　　趙錫宏[14]教授通過(guò)對(duì)上海地區(qū)

46、實(shí)測(cè)資料的分析認(rèn)為，只要樁筏最大承載力</p><p>　　大于建筑物上部荷載，CM 復(fù)合地基共同承擔(dān)荷載的傳遞過(guò)程實(shí)質(zhì)上是樁與地基</p><p>　　土承載力逐步發(fā)揮與轉(zhuǎn)變的過(guò)程，其荷載分配過(guò)程與土的固結(jié)也即孔隙水壓力</p><p>　　的消散相聯(lián)系，并隨地基土的固結(jié)或孔隙水壓力的消散而趨于穩(wěn)定。</p><p>　　馮國(guó)棟、劉祖德[1

47、5]教授指出，樁筏共同承載條件隨著沉降的增加存在從量</p><p>　　變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)化，提出了在不同地質(zhì)與幾何條件下，筏板下地基土承擔(dān)外部荷</p><p>　　載的判斷依據(jù)。在某些情況下，筏板開(kāi)始分擔(dān)相當(dāng)大的荷載份額，但隨著荷載</p><p>　　水平的提高與沉降的增加（即土的固結(jié)），該份額會(huì)消減，甚至趨于零。而對(duì)于</p><p>　

48、　某些地下水埋藏較深，或樁底部持力層位于地下水位之上的情形，CM 樁、土體、</p><p>　　筏板共同作用機(jī)理將取決于樁與樁間地基土的壓縮。</p><p>　　劉青鋒[16]指出，采用 CM 樁復(fù)合地基技術(shù)處理后的地基承載力可以提高 3～8 倍，且有利于抗震，因而它可以廣泛地應(yīng)用于地震區(qū)的多層、高層及超高層建筑。同時(shí)，CM 樁施工采用長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)一次成樁，不產(chǎn)生泥漿和粉塵，有利于環(huán)

49、 境保護(hù)。</p><p>　　王明恕[17]認(rèn)為，C 樁混凝土的彈性模量比筏板底部地基土的壓縮模量高的</p><p>　　多，樁間土經(jīng)壓縮下傳的荷載比樁所下傳的荷載小，樁端壓應(yīng)力下傳擴(kuò)散重疊</p><p>　　后與土壓力疊加，樁能夠“超前傳遞荷載”，即建筑物荷載首先由樁承擔(dān)，地基土</p><p>　　分擔(dān)的荷載將隨荷載水平的提高而趨于

50、某一常數(shù)。</p><p>　　楊克已[18]教授認(rèn)為，CM 樁、土體、筏板共同作用過(guò)程中，筏板底地基土在</p><p>　　受荷過(guò)程中存在滯后作用、樁間土體分擔(dān)荷載隨外荷水平提高而加大，且主要</p><p>　　發(fā)生在 50%基礎(chǔ)極限荷載之后。這又與已有的部分實(shí)測(cè)資料似乎相矛盾，正是這種狀況反映了 CM 樁、筏板、土體荷載分擔(dān)問(wèn)題的復(fù)雜性，是不同結(jié)構(gòu)與地 層

51、物理力學(xué)性質(zhì)的綜合反映，不能簡(jiǎn)單地歸納于某一固定模式。楊克已教授綜 合相關(guān)試驗(yàn)與研究后認(rèn)為：樁間土體分擔(dān)荷載的比例隨樁距加大而增加，接近 對(duì)數(shù)函數(shù)曲線；在達(dá)到基礎(chǔ) 50%極限荷載之前，樁間土體分擔(dān)甚少，且隨樁數(shù) 的增多而加大。</p><p>　　姚仰平等[19]通過(guò)對(duì)黃土地區(qū)高層建筑框剪結(jié)構(gòu)、CM 復(fù)合地基的共同工作原</p><p>　　位實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，揭示了樁頂反力和筏板、土體反

52、力的大小及其分布規(guī)律。</p><p>　　實(shí)測(cè)表明，筏板與其下土體之間存在較大接觸壓力，CM 復(fù)合樁基與樁間土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)總荷載，樁間土分擔(dān)荷載比例達(dá) 28.6%以上，且隨上部荷載增加， 樁間土體分擔(dān)荷載比例降低。</p><p>　　謝新宇、劉海淘等[20]針對(duì)深厚軟土地基中下臥層土體的工程特性，通過(guò)大</p><p><b>　　6</b

53、></p><p>　　南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　型現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，檢測(cè)并記錄了 CM 復(fù)合地基中的各項(xiàng)承載體的受荷狀態(tài)，為以后</p><p>　　的進(jìn)一步分析提供了寶貴的數(shù)據(jù)。</p><p>　　總之，從前人的研究成果可看 CM 復(fù)合地基各項(xiàng)承載體分擔(dān)荷載受諸多因素影響，例如筏板底地基土層性質(zhì)、CM 樁長(zhǎng)、基礎(chǔ)

54、埋深、樁距、樁端持力層性 質(zhì)、地基土壓縮模量等因素。CM 三維復(fù)合地基的受力性狀的復(fù)雜性可見(jiàn)一斑。</p><p><b>　　本文的主要研究?jī)?nèi)容</b></p><p>　　本文將在總結(jié)前人研究工作的基礎(chǔ)上，主要針對(duì) CM 三維復(fù)合地基進(jìn)行以</p><p><b>　　下幾方面的研究：</b></p>

55、<p>　?。?）分析 CM 三維復(fù)合地基的作用機(jī)理，以及 C 樁、M 樁、筏板和樁間土</p><p>　　的荷載傳遞途徑，推導(dǎo)樁間距離對(duì)群樁位移沉降的影響，得出位移沉降影響系</p><p><b>　　數(shù)計(jì)算公式。</b></p><p>　?。?）通過(guò)有限元數(shù)值模擬計(jì)算 C 樁、M 樁、筏板和樁間土的應(yīng)力分布； （3）通過(guò)調(diào)

56、整 C 樁、M 樁的長(zhǎng)度和樁徑，以及樁間土體的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)而改變復(fù)合地基的整體壓縮模量來(lái)模擬分析 CM 三維復(fù)合地基的工作狀態(tài)的變 化規(guī)律；</p><p>　?。?）結(jié)合實(shí)際工程資料，對(duì)比分析 CM 三維復(fù)合地基沉降計(jì)算值和實(shí)測(cè)地</p><p><b>　　基沉降的差異。</b></p><p><b>　　7</b&g

57、t;</p><p>　　CM 三維復(fù)合地基性狀研究</p><p>　　第二章 CM 三維復(fù)合地基的性狀分析</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　近年來(lái)關(guān)于等長(zhǎng)群樁基礎(chǔ)、長(zhǎng)短樁組合樁基礎(chǔ)的相互作用問(wèn)題的研究已非常之多，但往往都是針對(duì)坐落于同一持力層的相同樁長(zhǎng)的群樁基礎(chǔ)或者分別作 用于不同持力

58、層的長(zhǎng)短樁群樁基礎(chǔ)。CM 三維復(fù)合地基和群樁基礎(chǔ)還是有本質(zhì)的不同。群樁基礎(chǔ)的研究仍然屬于樁基礎(chǔ)的范疇，是一種樁基礎(chǔ)的形式。CM 三維復(fù)合地基是針對(duì)淺層土層承載力不足，從而用柔性 M 樁對(duì)其進(jìn)行地基加固，消 除地基土液化和加速土體固結(jié)，設(shè)置褥墊層從而使加固后的樁間土體承擔(dān)更多 部分的上部結(jié)構(gòu)荷載，設(shè)置 C 樁以減少 M 樁加固土層的壓縮量，控制沉降。</p><p><b>　　單樁沉降分析</

59、b></p><p>　　在實(shí)際工程中，復(fù)合地基通常是由群樁所組成。而群樁分析的理論很大程</p><p>　　度由單樁理論引申和演變而來(lái)，并取決于單樁的受力性狀。因而許多學(xué)者對(duì)單</p><p>　　樁工作機(jī)理進(jìn)行了研究，并提出許多預(yù)估的方法。目前，大體上可歸納為四種</p><p>　　方法[21]，即荷載傳遞法、彈性理論法、剪切位

60、移法、有限單元法。</p><p>　　目前對(duì)于單樁的分析，相對(duì)成熟的還是主要在承載力方面，對(duì)沉降的分析</p><p>　　相對(duì)較少。通常單樁的沉降分析是基于 Mindlin 課題的彈性理論解。</p><p>　　Poulos 提出了剛性單樁彈性理論法[22]，在此基礎(chǔ)上他引入相互作用系數(shù)的 概念，運(yùn)用彈性疊加原理，將剛性單樁分析推廣到剛性群樁分析[23]。&l

61、t;/p><p>　　Randolph 采用剪切位移法提出了均質(zhì)土中剛性單樁和可壓縮性單樁的分析</p><p>　　方法，給出了樁頂荷載與沉降的解析計(jì)算表達(dá)式，并將其推廣到土體模量隨深</p><p>　　度線性變化的非均質(zhì)土中[24]。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)彈性疊加原理，提出了剛性群</p><p>　　樁和可壓縮性群樁的分析方法，采用一定的近似處

62、理，給出了外荷載和沉降之</p><p>　　間的關(guān)系矩陣[25]。</p><p>　　Wei Dongguo 博士[26]在 Randolph 的研究基礎(chǔ)上，采用冪函數(shù)形式擬合沿深</p><p>　　度的剪切模量和極限側(cè)阻變化，對(duì)非均質(zhì)土中單樁和群樁進(jìn)行了彈塑性分析，</p><p>　　為解決大規(guī)模的群樁位移提供了參考辦法。</

63、p><p>　　同時(shí)自樁的荷載傳遞函數(shù)被提出以來(lái)，劉金礪等學(xué)者對(duì)樁的荷載傳遞規(guī)律</p><p>　　進(jìn)行了研究[27]。很多學(xué)者專家也進(jìn)行了不同角度的分析和研究，提出了許多實(shí)</p><p><b>　　8</b></p><p>　　南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　用的荷載傳遞函

64、數(shù)模型[28,29]，如雙曲線模型、雙折線模型、指數(shù)－對(duì)數(shù)模型等等。</p><p>　　其中肖宏彬等[30,31]用荷載傳遞函數(shù)法對(duì)樁的荷載傳遞進(jìn)行了全面的分析。研究結(jié)</p><p>　　果表明：用荷載傳遞函數(shù)法求解樁的承載和沉降一般都比較復(fù)雜，盡管不考慮</p><p>　　土體的連續(xù)性，難以簡(jiǎn)便得出明確的結(jié)論。</p><p>　　當(dāng)

65、然，剪切位移法也有其自身的優(yōu)劣。剪切位移法比荷載傳遞函數(shù)法簡(jiǎn)單，</p><p>　　但是它只適用于均質(zhì)土層，并且忽略土體的變形的非線性的影響。為了推進(jìn)研</p><p>　　究的進(jìn)行，在研究的過(guò)程中，先假定土體的均質(zhì)屬性，得出初步的結(jié)論，進(jìn)而</p><p>　　可以向課題的縱深方向延伸。</p><p>　　本章以剪切位移法為基礎(chǔ)，引入廣

66、義剪切位移法[32]，提出一套綜合考慮樁、</p><p>　　土、墊層共同作用的復(fù)合地基沉降計(jì)算方法。</p><p>　　樁側(cè)土體的沉降位移方程</p><p>　　根據(jù) CM 樁側(cè)周圍土體本身各向異性、非連續(xù)性的特點(diǎn)，為了探索研究思</p><p>　　路，假定樁側(cè)周圍的土體處于彈性狀態(tài)下。單樁周圍土體剪切變形的模式如圖</p&g

67、t;<p>　　所示。假定在單樁與土相鄰界面不發(fā)生相對(duì)位移, 針對(duì)樁土體系中任意一</p><p><b>　　樁體</b></p><p>　　圖 2.1 樁周土的剪切變形示意模型圖</p><p>　　個(gè)高程平面OX ，分析沿樁側(cè)的環(huán)形單元圖 ABCD 隨著發(fā)生的位移。樁受荷載作用發(fā)生沉降后, 單元 ABCD 隨之發(fā)生位移,

68、并發(fā)生剪切變形成為 A1B1C1D1 。同時(shí) 將剪應(yīng)力傳遞給鄰近的單元</p><p>　　B E C F 。這個(gè)傳遞的過(guò)程連續(xù)的逆著半徑方向向外</p><p><b>　　1 1 1 1</b></p><p>　　傳遞，傳到最外點(diǎn)，直到該點(diǎn)的剪切應(yīng)變很小，可以忽略不計(jì)。</p><p>　　假設(shè)距離樁中心軸 r 處

69、土體單元的豎向位移為 s。由于豎向剪切變形引起的</p><p><b>　　9</b></p><p>　　CM 三維復(fù)合地基性狀研究</p><p>　　沉降變形對(duì)水平位移的影響很小，故可以忽略不計(jì)。矩形土體微元的剪切應(yīng)變</p><p><b>　　為：</b></p><

70、p><b>　　d</b></p><p><b>　　s</b></p><p><b>　　γ = （2－1）</b></p><p><b>　　d</b></p><p><b>　　r</b></p>&

71、lt;p>　　當(dāng)應(yīng)變很小時(shí)，其剪切應(yīng)力為：</p><p><b>　　d</b></p><p><b>　　s</b></p><p><b>　　τ = （2－2）</b></p><p><b>　　G</b></p><

72、p><b>　　s</b></p><p><b>　　d r</b></p><p>　　其中：G 為土體的剪切模量。</p><p><b>　　s</b></p><p>　　假設(shè)單元體的厚度為 a，作用在單元上的力，根據(jù)彈性理論可以得出豎向平</p>

73、<p><b>　　衡方程，</b></p><p>　　2πrτa = 2πrτ a ，則，</p><p><b>　　0 0</b></p><p><b>　　r</b></p><p>　　τ =τ （2－3）</p><p>&l

74、t;b>　　00</b></p><p><b>　　r</b></p><p>　　其中 r ，τ0 分別為樁的半徑和樁的側(cè)壁和土體接觸面的剪應(yīng)力，由此得出</p><p><b>　　0</b></p><p>　　樁側(cè)地表下任意深度 z 處樁側(cè)土水平面的豎向位移為：<

75、/p><p><b>　　τ r r</b></p><p><b>　　= （2－4）</b></p><p><b>　　0 0 ln( )</b></p><p><b>　　m</b></p><p><b>　　G

76、r</b></p><p><b>　　s</b></p><p><b>　　0</b></p><p>　　式中：S(z,r) 為土體的豎向位移，</p><p>　　G 為樁側(cè)土的剪切模量，r 為樁軸線到計(jì)</p><p><b>　　s</

77、b></p><p><b>　　廣義剪切位移法</b></p><p>　　剪切位移法由彈性階段發(fā)展到廣義剪切位移法[32]（非線性），廣義剪切位移</p><p>　　法用四折線模擬τ ～γ 實(shí)驗(yàn)曲線，將樁周土的變形視為同心圓柱體，結(jié)合空間軸</p><p>　　對(duì)稱平衡微分方程，建立樁周土彈塑性剪切位移場(chǎng)。&

78、lt;/p><p>　　由土樣試驗(yàn)得到的τ ～γ 曲線，可用四折線模擬，如圖 2.2，并分離出塑性 應(yīng)變?nèi)鐖D 2.3。其中：τ1 標(biāo)志著彈性階段結(jié)束，塑性階段剛剛開(kāi)始， 3</p><p><b>　　τ =τ 標(biāo)志</b></p><p><b>　　u</b></p><p>　　著土體發(fā)生剪切破壞

79、。</p><p>　　τ 為τ1 、τ3 之間的某一適當(dāng)值，用來(lái)更精確模擬τ ～γ 曲</p><p><b>　　2</b></p><p><b>　　10</b></p><p>　　南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　線。γ 、γ 3 為對(duì)應(yīng)于τ2 、

80、τ3 的塑性剪應(yīng)變。G 、G 1 、 2</p><p>　　G 分別為模擬各階段 p p e p p</p><p><b>　　2</b></p><p>　　的剪切模量。可取為G 1 = (0.4 ~ 0.6)G ，G 2 = (0.1 ~ 0.3)G 。</p><p><b>　　p e p e<

81、;/b></p><p><b>　　Gp1</b></p><p><b>　　因此有，</b></p><p>　　樁頂受荷載后，樁周圍土的剪切變形可以理想的視為通行圓柱體，如圖 2.4。</p><p><b>　　P</b></p><p>

82、;<b>　　土</b></p><p><b>　　土</b></p><p>　　圖 2.4 樁周土體剪切位移同心圓柱體以及單元體模型</p><p><b>　　11</b></p><p>　　CM 三維復(fù)合地基性狀研究</p><p>　　受荷

83、樁身周圍土的變形可理想的視作同心圓柱體，取一微分單元，根據(jù)空間軸</p><p>　　對(duì)稱建立平衡微分方程：</p><p>　　而樁受荷載以后，樁身附近的剪力τ 的增加遠(yuǎn)大于σ 的增加，所以可以略</p><p><b>　　z</b></p><p>　　分離變量并求解得： 0r0</p><p&

84、gt;　　τ = （2－11）</p><p><b>　　τ</b></p><p><b>　　r</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p>　　τ 、 r0 分別為樁側(cè)側(cè)壁與土體接觸處土的剪切應(yīng)力和樁的半徑。</p><p&g

85、t;<b>　　0</b></p><p><b>　　將前述控制剪應(yīng)力</b></p><p>　　τ 和τ2 代入，得到在樁側(cè)剪應(yīng)力τ0 作用下樁周達(dá)到相應(yīng)</p><p><b>　　1</b></p><p>　　控制剪應(yīng)力的區(qū)域半徑 r 和r2 ：</p>

86、<p><b>　　1</b></p><p><b>　　其最大值 r 即為</b></p><p><b>　　1max</b></p><p>　　取值應(yīng)該進(jìn)一步作出區(qū)分：當(dāng) r > r ≥ r ，取用 G 1 ；當(dāng)r2 > r ≥ r3 ，取用G 2 。</p&

87、gt;<p><b>　　1 2</b></p><p><b>　　p p</b></p><p>　　當(dāng)τ =τ =τ 時(shí)，r0 = r3 ，表示在樁外側(cè)一個(gè)很薄的土層中將發(fā)生剪切位移，</p><p><b>　　0 3 u</b></p><p>　　屬于

88、全塑性區(qū)，數(shù)值分析時(shí)取G 為極小值。</p><p><b>　　p3</b></p><p>　　由彈性理論軸對(duì)稱問(wèn)題的幾何方程，剪應(yīng)變的表達(dá)式為：</p><p>　　則距離樁中心處 r 的剪切位移；</p><p><b>　　12</b></p><p>　　南京航空

89、航天大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p><b>　　∞</b></p><p><b>　　r</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　W r rdr rdr</p><p><b>　　( )</b>&l

90、t;/p><p>　　= ∫ = ∫ ； （2－15）</p><p><b>　　r</b></p><p><b>　　r r</b></p><p>　　注： （1）當(dāng)τ2 =τ3 時(shí)，代表理想的彈性－塑性硬化模型。</p><p>　　當(dāng)τ =τ =τ 時(shí)，代表的是理想的

91、彈性－全塑性模型。</p><p><b>　　1 2 3</b></p><p>　?。?）式（2－9）～（2－15），只涉及平衡方程與幾何方程，并未涉及土</p><p>　　的本構(gòu)方程，所以可以用于彈塑性狀態(tài)。</p><p>　?。?）按 Cooke[33]在倫敦黏土中試驗(yàn)樁結(jié)果 20 0</p>

92、<p>　　r = r 。從工程的觀點(diǎn)來(lái)看，</p><p><b>　　m</b></p><p>　　W (r) =W (r) +W (r) （2－16）</p><p><b>　　r re rp</b></p><p>　　現(xiàn)分別求解W (r) 、W (r) ，參見(jiàn)圖 2.5。&l

93、t;/p><p><b>　　re rp</b></p><p>　　將式（2－6）代入（2－15）得：</p><p><b>　　τ r r</b></p><p><b>　　W r = ，（</b></p><p><b>　　( ) ln

94、 m</b></p><p>　　0 0 r ≤ r ） （2－17） re m</p><p><b>　　G r</b></p><p><b>　　e</b></p><p><b>　　τ r r</b></p><p><b&

95、gt;　　W r m</b></p><p>　　( ) = 0 0 ln （2－18） re 0</p><p><b>　　G r</b></p><p><b>　　e 0</b></p><p>　　W (r) = 0 ，（r > r ） （2－19）</p>

96、<p><b>　　re m</b></p><p><b>　　τ</b></p><p><b>　　τ3</b></p><p><b>　　樁身</b></p><p><b>　　Wre</b></p>

97、;<p><b>　　Wre+ Wrp</b></p><p><b>　　彈塑性區(qū) 彈性區(qū)</b></p><p><b>　　Wr</b></p><p>　　圖 2.5 剪切位移計(jì)算示意圖</p><p><b>　　13</b><

98、;/p><p>　　CM 三維復(fù)合地基性狀研究</p><p>　　將式（2－6）、（2－7）、（2－8）分別代入（2－15）得：</p><p>　?。?）τ0 ≤τ1 ，r 任意：W (r) = 0 （2－20）</p><p><b>　　rp</b></p><p>　?。?）τ1 <τ

99、0 <τ2 ，r1 < r < r ：W (r) = 0 （2－21）</p><p><b>　　m rp</b></p><p>　　τ r r Uτ τ</p><p>　　r < r < r ：W r 0 0 1 0</p><p>　　( ) = ln = ln （2－22） 0

100、1 rp</p><p><b>　　G r 2πG τ</b></p><p><b>　　p p</b></p><p><b>　　1 1 1</b></p><p><b>　　Uτ τ</b></p><p>　　r =

101、r ： W r 0 0</p><p>　　( ) = ln （2－23） 0</p><p><b>　　rp</b></p><p><b>　　2πG τ</b></p><p><b>　　p</b></p><p><b>　　1 1

102、</b></p><p>　?。?）τ2 <τ0 <τ3 ，r1 < r < r ：W (r) = 0 （2－24）</p><p><b>　　m rp</b></p><p>　　τ r r Uτ τ</p><p>　　r < r < r ：W r 0 0 1 0&l

103、t;/p><p>　　( ) = ln = ln （2－25） 2 1</p><p><b>　　rp 2</b></p><p><b>　　G r πG τ</b></p><p><b>　　p1 p1 1</b></p><p><b>

104、　　1 r 1 r</b></p><p>　　r < r < r ：W (r) r [ ln 1 ln 2 ]</p><p><b>　　=τ +</b></p><p><b>　　0 2 0 0</b></p><p><b>　　rp</b>&

105、lt;/p><p><b>　　G r G r</b></p><p><b>　　p p</b></p><p><b>　　1 2 2</b></p><p><b>　　Uτ τ τ</b></p><p><b>　　

106、1 1</b></p><p>　　= 0 [ ln 2 + ln ] （2－26）</p><p>　　2π G τ G τ</p><p><b>　　p1 1 p2 2</b></p><p><b>　　Uτ τ τ</b></p><p><b&g

107、t;　　1 1</b></p><p>　　r = r ： ( ) = 0 [ ln 2 + ln 0 ] （2－27）</p><p><b>　　W r</b></p><p><b>　　0</b></p><p><b>　　rp</b></p>

108、<p>　　2π G τ G τ</p><p><b>　　p1 1 p2 2</b></p><p>　　（4）τ0 =τ3 ，r > r0 。當(dāng)r = r0 ，樁側(cè)將發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，W (r) 可以任意發(fā)展，</p><p><b>　　rp</b></p><p>　　是否

109、滑動(dòng)視全樁樁身各點(diǎn)的摩擦阻力而定，其中 U 為樁身周長(zhǎng)。</p><p>　　公式（2－20）～（2－27）便建立了樁周圍土體的非線性剪切位移場(chǎng)，特別是式（2－20）、（2－23）、（2－27）可以計(jì)算出樁側(cè)土體的非線性剪切位移， 可以用于樁土共同作用分析中分析樁的非線性工作性狀。</p><p>　　樁與樁之間的互相影響</p><p>　　基于群樁相互作用理論

110、疊加原理，間距為 s 的兩樁 A，B 中任意一根樁的沉</p><p>　　降位移可由三部分疊加組成：</p><p>　　1、A 樁在自身荷載 P 作用下的彈性位移，見(jiàn)圖 2.6(a)； 2、A 樁和 B 樁的沉降位移的影響，相鄰樁 B 樁在荷載 P 作用下，引起 A樁彈性位移，見(jiàn)圖 2.6(b)；</p><p>　　3、B 樁無(wú)荷狀態(tài)下樁身的“加筋與遮簾”

111、[34]作用，導(dǎo)致 A 樁的彈性位移折減，見(jiàn)圖 2.6(c)。</p><p>　　結(jié)合本文 2.2.1 中式（2－1）的位移沉降方程以及 Randolph and Wroth[24]模型，相對(duì)樁周土剛度，視樁為剛性樁，樁間距為 s，由 A 樁荷載產(chǎn)生的 A 樁位 移為：</p><p><b>　　14</b></p><p>　　南京航

112、空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　由 B 樁荷載對(duì) A 樁產(chǎn)生的位移：</p><p>　　由 B 樁的存在對(duì) A 樁沉降的影響，石名磊教授分析的“加筋與遮簾”作用。</p><p><b>　　τ r r r</b></p><p>　　S` = ln( ) （2－30）</p><p&g

113、t;　　0 0 0 m AB</p><p><b>　　sG s</b></p><p>　　將影響樁沉降的三部分位移疊加，得 A 樁總體位移沉降。</p><p>　　w = S + S + S` （2－31）</p><p><b>　　A AB AB</b></p><p

114、>　　τ r r r r r</p><p><b>　　= + ?</b></p><p>　　0 0 (ln( m ) ln m 0 ln m )</p><p><b>　　G r s s s</b></p><p><b>　　0</b></p>&

115、lt;p>　　將影響沉降位移，式（2－31）與 A 樁作為單樁在相同自身荷載 P 作用下產(chǎn)生的彈性位移式（2－1）相比，則可以得到樁與樁之間的位移沉降系數(shù) K；</p><p><b>　　P P P</b></p><p>　　L A 樁 A 樁 L L</p><p>　　2r0 2r0 2r0 2r0 2r0</p>

116、<p><b>　　s srx rx</b></p><p><b>　　a b c</b></p><p>　　圖 2.6 兩樁相互作用下樁的沉降組成</p><p><b>　　15</b></p><p>　　CM 三維復(fù)合地基性狀研究</p>

117、<p>　　0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11</p><p><b>　　s（nd）</b></p><p>　　圖 2.7 群樁樁間距對(duì)沉降的影響</p><p>　　的減小，位移沉降系數(shù)呈明顯的增加趨勢(shì)。</p><p>　　CM 地基的沉降計(jì)算方法</p><p&g

118、t;<b>　　沉降過(guò)程分析</b></p><p>　　在軟土地基上進(jìn)行工程建設(shè)控制沉降特別重要。軟土地基地區(qū)發(fā)生建筑工</p><p>　　程事故不少是由于沉降過(guò)大，特別是不均勻沉降過(guò)大，不均勻沉降引起建筑內(nèi)</p><p>　　部構(gòu)件應(yīng)力過(guò)大，造成結(jié)構(gòu)破壞。事實(shí)上人們不難發(fā)現(xiàn)，不少工程采用復(fù)合地</p><p>　

119、　基主要是為了減少沉降，因此，復(fù)合地基沉降計(jì)算在復(fù)合地基設(shè)計(jì)中有很重要</p><p>　　的地位。特別是按沉降控制，沉降計(jì)算在設(shè)計(jì)過(guò)程中的地位就顯得更為重要。</p><p>　　但是，目前復(fù)合地基沉降計(jì)算水平遠(yuǎn)低于復(fù)合地基承載力計(jì)算水平，實(shí)測(cè)資料</p><p>　　更少，同時(shí)復(fù)合地基沉降計(jì)算理論還很不成熟，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程實(shí)踐的需要。</p>&

120、lt;p>　　但是，現(xiàn)有的很多實(shí)際的工程在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，已經(jīng)頻繁的采用了復(fù)合地</p><p>　　基的設(shè)計(jì)。在保證工程安全的前提下，只能依靠提高工程安全可靠度，加大設(shè)</p><p>　　計(jì)的安全系數(shù)?？傊?，目前完善的復(fù)合地基設(shè)計(jì)理論和實(shí)際工程的運(yùn)用還沒(méi)有</p><p>　　達(dá)成一致。不少學(xué)者結(jié)合自己的工程經(jīng)驗(yàn)提出了一些沉降計(jì)算方法，作者將其</

121、p><p>　　綜合、分解、結(jié)合復(fù)合地基分類，使其系統(tǒng)化。</p><p>　　CM 三維復(fù)合地基的沉降是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過(guò)程，它和樁土之間的荷載分配</p><p>　　緊密聯(lián)系。樁土共同分擔(dān)荷載在筏板和樁沒(méi)有脫離之前的存在是沒(méi)有疑義的，</p><p><b>　　16</b></p><p>　　

122、南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文</p><p>　　樁筏沒(méi)有分開(kāi)時(shí)問(wèn)題的研究，又回歸于樁筏基礎(chǔ)層面而有悖于 CM 復(fù)合地基的</p><p>　　討論。但考慮樁土工作的微觀機(jī)理對(duì)其的影響卻是及其復(fù)雜的。簡(jiǎn)單地說(shuō)其分</p><p>　　擔(dān)荷載的實(shí)質(zhì)就是 CM 樁群與筏板及土體的共同作用，多種介質(zhì)及其界面的多</p><p>　　種變形（包括彈塑

123、性、固結(jié)、蠕變和摩擦滑動(dòng)變形）間的反復(fù)協(xié)調(diào)問(wèn)題。下面</p><p>　　對(duì)地基的沉降和樁土分擔(dān)荷載發(fā)生發(fā)展的各個(gè)階段做一簡(jiǎn)單的分析。</p><p>　　第一階段：在初始階段，建筑上部荷載的重量幾乎全部由土體承擔(dān)。當(dāng)筏</p><p>　　板的混凝土硬化以后，荷載開(kāi)始向樁體轉(zhuǎn)移，土體承擔(dān)的荷載逐漸減小；隨著</p><p>　　施工荷載的增

124、加，荷載開(kāi)始把大部分荷載轉(zhuǎn)嫁給較大剛度的樁，即本文中的 C</p><p>　　樁，同時(shí)土承擔(dān)的荷載減小，這個(gè)階段筏板與地基土是接觸的。</p><p>　　第二階段：隨著時(shí)間的發(fā)展，打樁所引起的超孔隙水壓力逐漸消散，相應(yīng)</p><p>　　樁土荷載分擔(dān)比有所調(diào)整以及樁承擔(dān)的荷載進(jìn)一步增大，導(dǎo)致土分擔(dān)荷載也隨</p><p>　　之減小。如

125、果樁端土壓縮模量比較大，而樁間土比較軟的情況下，則在某一時(shí)</p><p>　　間段內(nèi)，樁間土在筏板底面壓力和樁群疊加應(yīng)力下孔隙水壓力的消散所產(chǎn)生的</p><p>　　固結(jié)壓縮量很可能超過(guò)樁端的刺入沉降量，筏板與地基土脫離，則此時(shí)上部結(jié)</p><p>　　構(gòu)的荷載全部由樁承擔(dān)。</p><p>　　第三階段：建筑的荷載全部由樁承擔(dān)以后，由

126、于筏板下的土不承擔(dān)上部結(jié)</p><p>　　構(gòu)的荷載，則建筑物的沉降不斷增加，此時(shí)的沉降速率比孔隙水壓力消散速率</p><p>　　大，這樣經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間，基地與地基土再度接觸，樁與土又開(kāi)始共同承擔(dān)建</p><p><b>　　筑物的荷載。</b></p><p>　　第四階段：地基土與筏板底部重新接觸以后，樁承擔(dān)

127、的荷載逐漸減小，建</p><p>　　筑物的沉降速率相應(yīng)降低。由于孔隙水壓力的消散需要很長(zhǎng)的時(shí)間，所以當(dāng)孔</p><p>　　隙水壓力消散引起地基土沉降大于建筑物的沉降時(shí)，則基底與地基土再度脫離，</p><p>　　即建筑物的荷載再次由樁單獨(dú)承擔(dān)。</p><p>　　第五階段：工程實(shí)踐表明，打入粘性土中的樁，其承載力隨時(shí)間的增長(zhǎng)而&l

128、t;/p><p>　　增長(zhǎng)。因此，在該階段，如果基底與地基土脫離，而樁具有足夠的承載力時(shí)，</p><p>　　樁可單獨(dú)承擔(dān)建筑物的荷載。但如果此時(shí)樁的承載力不足以單獨(dú)承擔(dān)建筑物荷</p><p>　　載時(shí)，地基與地基土則以脫離和接觸的形式循環(huán)繼續(xù)下去，直到建筑物的沉降</p><p>　　穩(wěn)定為止[35]。對(duì)于軟土的地基中的摩擦樁，最終可能出現(xiàn)

129、地基土與樁側(cè)再次保</p><p>　　持穩(wěn)定接觸，沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，樁與土共同承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)的荷載。</p><p>　　基于上面樁土共同作用各個(gè)階段的分析表明，位移沉降是一個(gè)反復(fù)循環(huán)和</p><p>　　協(xié)調(diào)的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，同時(shí)伴有土體被壓密，基底與基底土的脫離和接</p><p>　　觸（飽和土則有孔隙水壓力的消散）和強(qiáng)度增長(zhǎng)的過(guò)

130、程。對(duì)于實(shí)際工程中樁土</p><p>　　作用，荷載承擔(dān)的發(fā)展過(guò)程未必完全經(jīng)過(guò)上面各個(gè)過(guò)程。其過(guò)程經(jīng)歷時(shí)間的長(zhǎng)</p><p><b>　　17</b></p><p>　　CM 三維復(fù)合地基性狀研究</p><p>　　短主要取決于 CM 樁和土體之間的樁側(cè)摩擦阻力的大小，樁間土的物理力學(xué)性</p>&

131、lt;p>　　質(zhì)。當(dāng)樁間土為飽和粘土?xí)r，歷時(shí)就會(huì)很長(zhǎng)；反之，如樁間土透水性較強(qiáng)，或</p><p>　　為非飽和土，則歷時(shí)就較短。最終，形成 CM 樁和樁間土體共同協(xié)調(diào)承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)荷載，并且 CM 三維復(fù)合地基的沉降達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的平衡過(guò)程。</p><p><b>　　沉降計(jì)算基本原理</b></p><p>　　CM 三維復(fù)合地基因其

132、樁長(zhǎng)的差異，作用機(jī)理有別于一般的樁體復(fù)合地基，因 C 樁和 M 樁間作設(shè)置，在復(fù)合地基中形成三個(gè)不同作用的工作區(qū)域，即以提 高承載力為主的 C 樁、M 樁聯(lián)合工作區(qū)(工作 I 區(qū))，以減小沉降量為目的的 C樁工作區(qū)(工作 II 區(qū))，以及承受樁體荷載的持力土層或無(wú)樁工作區(qū)(工作 III 區(qū))。 三者共同工作，以提高淺層地基承載力、減少地基沉降量，形成良好的承載基 礎(chǔ)體系[36]。</p><p>　　在 C

133、M 三維復(fù)合地基中，C 樁的主要作用是將上部荷載通過(guò)樁身向地基深處傳遞，減小壓縮土層的變形，同時(shí)對(duì)柔性 M 樁起到“護(hù)樁”作用，并與 M 樁一起抑制地基周圍土體的隆起。在 I 區(qū)深度范圍內(nèi)，C 樁、M 樁之間將具有較明顯的 “挾持”及“遮擋”效應(yīng)，兩種樁之間土體和樁體共同沉降；而在 II 區(qū)的 C 樁，由 于土體和樁體不能完全同步沉降，其樁尖對(duì)樁端土體將產(chǎn)生一定刺入量。</p><p>　　根據(jù)地基土的物理力