由廣義虎克定律得知：

    Ｅp =［δｚ－μｐ（δｘ＋δｙ）］/εZ(1)

 

    樁體變形模量Ep是樁體受到的綜合應力δｚ－μｐ（δｘ＋δｙ）與豎向應變εZZ 的比值，其中μｐ（δｘ＋δｙ）表示樁周土的側限阻力。說明復合地基工作的前提是樁土協調一致！如何使樁、土協調工作，應力分配合理也就成為復合地基研究的一個課題，比較簡便和有效的方法就是鋪設墊層。

 

    3．1墊層作用

    眾所周知，在荷載作用下碎石墊層可以通過碎石的流動補償性調整樁、土應力分配和復合地基變形，使基礎－復合地基共同作用。特別是在碎石樁復合地基中，由于碎石墊層材料與樁體材料一致，更使墊層――樁體――樁間土成為有機的一體，協調作用更為明顯。

 

    3.1.1碎石墊層的拱效應:試驗表明，復合地基在受荷初期，應力開始向樁頂集中，樁頂沉降大于樁間土沉降，說明碎石墊層中卸載拱已經形成，拱腳位于樁頂，荷載經卸載拱傳向樁頂，而位于卸載拱下面的樁間土所受應力則大大減小。

 

    3.1.2調整樁、土應力比:由于樁頂和樁間土的沉降不同，調動碎石墊層的流動補償性，逐步調整樁、土應力比，不使應力過分集中在樁間土而造成復合地基上部整體剪切破壞或應力過分集中在樁體上而造成鼓脹和刺入破壞。經過一段時間的調整和協調工作，樁、土應力趨于合理分配狀態，此時，復合地基即處于平穩狀態。

 

    3.1.3保護表土和改善接觸條件作用:實踐證明，邊施工碎石樁邊鋪設碎石墊層能避免施工機械對施工后的復合地基表土的擾動，在軟土地基中還可以改善表層排水條件，使表土強度有所提高；同時，能改善基礎與復合地基的接觸條件防止地基反力不均而造成“脫空”或基礎傾斜。

 

    3．2碎石墊層厚度與復合地基工作性狀關系

    據有關復合地基的研究與模型實驗得知，隨墊層厚度的增加，樁頂應力減小，土頂應力則增加，并隨上部荷載的增加，此現象更為明顯，這樣可使樁土應力比最大值下移，而樁周土的圍限力則隨深度加深而增大，避免了剪切破壞和鼓脹破壞。但是，在某一墊層厚度下樁頂應力減小和土頂應力增加皆趨于平緩，說明復合地基有效發揮樁、土承載性能存在一合理的墊層厚度，試驗和經驗認為合理的墊層厚度為30～50cm。繼續增加厚度在技術上已無意義，且經濟上不合理。

 

    3. 3工程實例結果對比分析

    碎石樁根據其制樁工藝可分為：振沖碎石樁和干法碎石樁兩大類。采用振動水沖工藝制樁的，稱為振沖碎石樁，采用各種無水工藝（干振、振擠、錘擊、強夯等）制樁的，統稱為干法碎石樁。本文僅對振沖碎石樁實例進行分析。

 

    3.3.1陜西九棉819#住宅樓振沖碎石樁6組試樁工程:場地軟土為淤泥及淤泥質粉細砂，根據陜西九棉建筑設計室設計碎石墊層厚度為40cm。經碎石樁復合地基處理后復合地基較快穩定，表面堅實，碾壓未有反彈現象。單樁復合地基載荷試驗對比得知，有墊層的單樁復合地基載荷試驗沉降較小，當取s/d=0.015時對應的荷載也較高，且每加一級荷載沉降皆能很快地穩定下來。根據設計院的要求作三組有墊層單樁復合地基載荷試驗，對比三組無墊層下的單樁復合地基載荷試驗，結果表明，無墊層下的復合地基承載力特征值絕大多數為130～150kPa,而有墊層下的試驗結果卻是特征值全部為大于180kPa。試驗數據表明有墊層的復合地基性狀比無墊層下的復合地基性狀有明顯的改善，見表1。                                                                      

 

                                                       表1  試驗結果匯總表

 

 

 

    兩部分檢測結果表明，在墊層下的復合地基對應的180kPa時沉降量為3.933mm~4.689mm，平均沉降量為4.249mm；360kPa時最大沉降量為8.595mm~10.785mm，平均沉降量為9.015mm；在無墊層下的復合地基對應的180kPa時沉降量為6.708mm~8.932mm，平均沉降量為8.054mm；360kPa時最大沉降量為13.595mm~14.785mm，平均沉降量為14.348mm。對比說明有墊層下的復合地基能使樁、土強度充分發揮作用，從而提高復合地基性能。

 

    3.3.3本工程振沖碎石樁處理工程設計碎石墊層40cm，施工完后30日，沉降基本趨于穩定，碾壓過程未出現反彈和蠕動等不良現象，據沉降和位移觀測數據結果表明，復合地基性能完全符合工程使用要求。而未設計碎石墊層復合地基基本能穩定，但沉降量相對較大。

 

    對比說明，碎石墊層作為復合地基的過渡層，能有效地加快復合地基的穩定時間，應視為復合地基不可分割的一部分。

 

    無墊層作用下的碎石樁復合地基，荷載直接作用在樁頂和表土上。

 

    由于碎石樁體頂部初期自身沉降較大，特別是振沖碎石樁，初期沉降大于樁間土的沉降，造成荷載初期集中在樁間土上，當荷載較大特別是樁身上部質量又較差時易使樁與樁間土一道構成鍥形滑  體，產生淺部整體剪切破壞。隨時間的推移，碎石樁體自身沉降完成，碎石樁柱體的應力集中逐漸起作用，荷載向樁體集中。由于樁間土強度較樁體低很多，此時樁間土沉降大于樁體，樁間土可能沒有分擔或僅分擔極少部分荷載。這樣，荷載過分集中于樁體上，在4D（D為樁徑）深度范圍內，樁體側向變形增大，擠壓樁間土，而樁間土在淺部的側阻力較小，且因分擔的荷載小而無法靠上部受荷的增大來增加側阻力，也就無法通過樁間土側限阻力的增大來提高樁體強度，當樁體側向變形產生的側擠力大于樁間土的側阻力時，樁體產生鼓脹破壞；同時，因荷載集中于樁體上，當樁底為軟土時，應力擴散至軟土時也易造成樁底刺入破壞。因此，無墊層作用下的碎石樁復合地基隱患較多，這些隱患應靠碎石墊層的協調作用來消除，許多工程失敗的原因皆在于未把碎石墊層作為碎石樁復合地基不可分割的一部分來看待。

 

    經以上的理論分析和工程實踐證明：

    (1)墊層能產生卸載拱作用。

    (2)墊層能有效地、合理地調整樁、土應力比，使樁、土應力比最大值下移到樁頂下某一深度，充分發揮樁、土強度。

    (3)墊層可作為表土排水措施，加速表土的“殼”化。

    (4)墊層可改善地基與基礎的接觸條件，使基礎――復合地基協調工作。

    (5)碎石樁復合地基工作是通過碎石墊層――碎石樁體――樁間土的協調工作來完成的。

    (6)碎石墊層在碎石樁復合地基中是非常重要的，且存在一合理的厚度，試驗證明20－50cm比較經濟、技術合理。

1、林宗元主編.巖土工程治理手冊.沈陽：遼寧科學技術出版社，1993.38～67

2、張東剛.復合地基成樁及受力特性的分析.巖土工程師,1999,11(1):1～4

3、張定.復 合 地 基中 樁 體 變 形 模量 的 分 析 與 計 算. 巖 土 工 程學 報,1999,21(2):205～208

4、宰金嶂等.碎石墊層復合樁基實驗研究及機理分析.見:魏道垛等主編.巖土工程的實踐與發展.上海:上海交通大學出版社,1999.344～350

5、中華人民共和國行業標準:建筑地基處理技術規范(JGJ79-2002).北京:中國計劃出版社,1992

6、魏道垛等主編.巖土工程的實踐與發展.上海:上海交通大學出版社,1999.300～304

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)