发布时间：2022-04-16所属分类：建筑师职称论文浏览：1次
摘 要： 摘要: 国内外特别是我国近几年来地基处理的发展过程中，体现出将各种地基处理技术进行交叉、综合应用，形成了有特色的复合加固技术。本文对我国正在进行修订和编制的地基处理方面相关规范进行介绍，并对我国地基处理具有特色和代表性的发展进行回顾和总结。 关键词: 地
摘要: 国内外特别是我国近几年来地基处理的发展过程中，体现出将各种地基处理技术进行交叉、综合应用，形成了有特色的复合加固技术。本文对我国正在进行修订和编制的地基处理方面相关规范进行介绍，并对我国地基处理具有特色和代表性的发展进行回顾和总结。
关键词: 地基处理; 复合加固技术; 柱状加固体; 复合地基
1 我国地基处理方法现状
1. 1 地基处理技术的发展特点
目前，我国地基处理技术的发展是岩土工程界最为活跃的领域之一，体现出了“百花齐放、百家争鸣” 的局面。近几年来地基处理发展的一个典型趋势就是在既有的地基处理方法基础上，不断发展新的地基处理方法，特别是将多种地基处理方法进行综合使用，形成了极富特色的复合加固技术。这些复合加固技术发展特点主要体现在如下五个方面:
( 1) 由单一加固技术向复合加固技术发展;
( 2) 复合地基的加固体由单一材料向复合加固体发展;
( 3) 复合地基加固技术与非复合地基加固技术的结合;
( 4) 静力加固与动力加固技术的结合;
( 5) 机械加固与非机械加固的结合。
其中一些复合加固方法已得到较为广泛的应用，例如真空-堆载联合预压技术等，并已取得了较为成熟的经验，建议了可靠的设计、施工、监测与检测方法，并被纳入本次修订的 JGJ 79—2011《建筑地基处理技术规范》中。但也有一些方法未经过足够的工程实践检验，尚在不断的验证与发展中，其机理有待进一步研究，设计、施工、检测与检验等尚需规范化和标准化。
1. 2 地基处理方法
根据最新修订的 JGJ 79—2011《建筑地基处理技术规范》，我国建筑地基处理根据其加固机理、施工方法等划分的主要方法见表 1。鉴于设计理论、施工方法、检验方法已经积累了较为成熟的经验，本次修订增加了“真空-堆载联合预压”、“多桩型复合地基”及 “微型桩”，取消了石灰桩法。
如前所述，在上述方法基础之上，还形成了为数众多的复合加固方法及在传统方法基础之上发展的新方法。以真空预压和复合地基为例( 如表 2 所示) ，其中基于真空预压发展了较多的复合加固方法，对真空预压技术进行了显著的发展和提升，并在铁路与公路软基加固、吹填土的大面积加固中进行了应用。对复合地基来说，其发展主要体现在加固体形式的发展和不同加固体的联合使用，同时，非复合地基加固手段和复合地基加固的联合使用也是复合地基发展中一个有特色的方向，例如复合地基与塑料排水板的联合使用。
当然，其中一些新技术的加固机理还没有深入研究，工程上还尚未积累足够的经验，特别是长期的工程观测，因此，在应用时应根据加固目的、使用要求、工程地质条件等慎重选用。
1. 3 复合地基加固体发展
在土质较为软弱的地区，复合地基处理越来越成为地基处理的主要形式，广泛用于房屋建筑、铁路与公路、码头与堆场、油罐等的地基处理。在软土地区路堤柱体式加固方法中常用的竖向加固体有碎石桩、挤密砂桩、石灰桩、深层搅拌桩、旋喷桩、混凝土桩、预制桩、PCC 桩、大直径薄壁筒桩、Y 型灌注桩及其他复合加固体。根据上述柱体式加固方法中竖向加固体桩体材料、有无黏结强度、抗拉压强度差异可分为: 散体类柔性加固体、有一定黏结强度的半刚性加固体、无筋刚性加固体、钢筋混凝土加固体、复合加固体等。
不同加固材料加固体强度特性各异，其破坏模式也不同。散体类柔性加固体无黏结强度、无抗拉与抗弯能力，有一定抗压和抗剪能力; 具有一定黏结强度的半刚性加固体几乎无抗拉能力和抗弯能力，有一定抗压、抗剪能力; 无筋刚性加固体有较高黏结强度、较高抗压和抗剪能力，较低的抗拉能力和很低的抗弯能力; 钢筋混凝土刚性加固体则有较高黏结强度，加有配筋，具有较高的抗拉、抗弯、抗压和抗剪能力。复合地基加固体的类型丰富多样，其发展呈现如下特点:
( 1) 同一加固体由不同材料、不同工艺完成，形成具有多功能的加固体;
( 2) 同一场地采用不同的加固体形成多元复合地基;
( 3) 刚性桩( 素混凝土桩、钢筋混凝土桩) 被越来越多地应用于地基处理。
根据加固体的材料、施工工艺、成桩后加固体强度特征、压缩性等，可分为四类，如表 3 所示[1]。
当然，一些工程中应用的柱状复合加固体存在着承载力离散大、成桩后质量检测困难、成桩工艺没有标准化、设计缺乏规范方法、加固体直径过大等问题。因此，尚需积累经验、充分验证，解决设计、施工、检测的标准化后方可慎重推广应用。
在地基处理技术取得突出进展的同时，不可否认，目前对地基处理技术的研究是落后于工程实践的，特别是对一些地基处理新方法，其加固机理、设计方法、施工方法、检测原理和方法的研究还不够深入。因此，开展对我国现有地基处理技术的系统总结，及时总结我国地基处理技术的经验、引领地基处理技术的发展方向，对于我国地基处理向高水平的发展至关重要。
1. 4 我国地基处理方法与国外地基处理方法对比
文献[2]针对 “地基处理、路堤快速填筑及工作平台的岩土工程解决方案”中就: ①在不稳定地基上路堤的建设; ②既有道路和路堤的拓宽与扩展; ③路基加固施工平台的地基加固，三个方面的岩土工程问题列出了 44 种与高速公路建设的岩土工程问题相关的岩土工程技术与方法，并进行系统地归纳、总结，见表 4。由表 4 可看出，针对美国高速公路相关技术中涉及地基处理所列出的方法，大部分与我国目前采用的方法相同或相似。
2 我国地基处理相关规范修订情况
近四年来，我国启动了建筑地基基础方面的多本规范的修订与编制，其中与地基处理相关的规范、规程包括国家标准 GBJ 50007—2002《建筑地基基础设计规范》、JGJ 79—2002《建筑地基处理技术规范》、JGJ 123—2000《既有建筑地基基础加固规范》等的修订，和《复合地基技术规范》、JGJ/ /T 210—2010《刚柔形状复合地基技术规范》等的编制。这些规范、规程的编制也集中反映了我国近十年来在地基处理领域取得的理论进展和积累的工程经验。
2. 1 GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》修订[3]
作为建筑地基基础领域的综合性国家标准，本次修订的一个重要内容就是增加了复合地基变形的一个原则性计算方法，采用加固区复合模量，按照分层总和法计算复合地基沉降( 见规范[3]7. 2. 10 条) 。由于采用复合地基的建筑物沉降观测资料较少，沿用了天然地基的沉降计算经验系数。
一些针对不同刚度、强度柱状加固体复合地基的桩间土及桩端以下土的分层沉降的观测结果指出，当桩端仍处于软弱土层时，或长度达 30m 的刚性桩复合地基，桩端处可产生显著的刺入量，桩顶一定深度范围内则因褥垫层的设置而导致桩身上部一定深度范围内的土层受到压缩。除此之外，桩身相当长度范围内桩间土几乎不受到压缩，说明桩长范围内( 即加固区) 复合土层的压缩量主要发生在桩端以上和桩顶以下一定厚度的土层。
京津城际高速铁路刚性桩复合地基观测了桩间土及桩端以下土的分层沉降观测断面图[4]，其中加固体采用素混凝土桩，在挡土墙下筏板下的素混凝土桩按 1. 4m × 1. 4m 布置，路堤内部填土的筏板基础下则按1. 5m × 1. 5m 布置，有效桩长 28m，桩径 500mm。
实测的两个断面的桩间土及桩端以下土层的沉降沿深度的分布见图 1( b) ，据此计算的桩间土压缩应变见图 1( a) 。可以看出，桩间土的主要压缩发生在加固体桩端以上的 1 /6 ～ 1 /4 高度范围内，而不是沿桩身全长分布。
荆志东等针对京津城际高速铁路采用的桩板式复合地基支承形式进行了离心机试验研究，并与无板的常规复合地基进行了对比试验。由于两种工况均在桩顶铺设 50cm 厚的砂垫层，在离心试验后观察发现，两种情况下均出现了桩端刺入砂垫层现象。未加混凝土板的路基模型，发现在桩顶处有桩刺穿垫层甚 至刺入路基的现象，桩土相对位移较大，刺入垫层的平均深度大于 50cm 垫层厚度。而有混凝土板时桩顶的刺入量仅限于混凝土板下部的垫层厚度 50cm。因此，在进行沉降计算时，如桩顶褥垫层厚度较大，桩顶、桩端分别产生的向上和向下刺入量不能忽略。因此，GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》的 7. 2. 10 条提供的计算方法实质上是考虑加固区综合压缩的一种经验方法，不能理解为桩身全长范围内土层均发生压缩，以及加固区复合土层的分层压缩量沿深度逐渐减小( 附加应力沿深度减小) 。
2. 2 JGJ 79—2002《建筑地基处理技术规范》修订
2. 2. 1 主要修订内容简介
本次修订首先是将地基处理技术按处理机理重新进行了分类，如表 1 所示。本次修订的主要内容如下:
( 1) 增加处理后的地基应满足建筑物承载力、变形和稳定性要求的规定;
( 2) 增加采用多种地基处理方法综合使用的地基处理工程验收检验的综合安全系数的检验要求;
( 3) 增加地基处理采用的材料，应根据场地环境类别符合有关标准对耐久性设计的要求;
( 4) 增加处理后的地基整体稳定分析方法;
( 5) 增加加筋垫层下卧层验算设计方法的说明;
( 6) 增加真空和堆载联合预压处理的设计、施工要求;
( 7) 增加高夯击能的设计参数;
( 8) 增加复合地基承载力考虑基础深度修正的有黏结强度增强体桩身强度验算方法;
( 9) 增加建筑工程采用水泥土搅拌桩复合地基处理的施工设备能力的要求;
( 10) 增加多桩形复合地基设计施工要求;
( 11) 增加注浆加固内容;
( 12) 增加微型桩加固内容;
( 13) 增加检验与监测内容;
( 14) 增加复合地基增强体单桩载荷试验要点;
( 15) 增加处理地基承载力载荷试验要点;
( 16) 调整复合地基承载力和变形计算表达式;
( 17) 调整复合地基变形计算经验系数;
( 18) 调整复合地基承载力试验要点。
可以看出，复合地基作为地基处理的一个应用广泛的技术，在该规范中占了较多篇幅，本次修订、增加的内容也最多，体现出了其在地基处理技术领域中的重要性。另外，本次修订内容也体现了多种地基处理技术联合使用的特点，例如上述修正内容( 2) 、( 6) 、 ( 10) 均是与多种地基处理技术联合使用相关的条文。
2. 2. 2 复合地基稳定分析方法
本次修订一个最重要的内容之一就是增加了复合地基稳定计算方法。路堤的整体稳定问题是在软土地区进行路堤快速填筑施工的关键问题。为此，越来越多地采用在软土地基中设置柱状加固体形成复合地基支承路堤的方法。当采用散体类桩体时可能不会满足路堤的稳定性要求或工后沉降的要求时，常采用刚性桩加固软土地基。
JTS 147-1—2010《港口工程地基规范》指出[6]，对有桩的土坡和地基，稳定性验算时不宜计入桩的抗滑作用。TB 10001—2005《铁路路基设计规范》[7]则没有对路堤稳定提出规定。
在实际工程中，即使采用各种桩体加固软土地基，复合地基稳定破坏事故也时有发生。台华高速公路采用干振碎石桩进行软土地基处理[8]，在路堤填筑过程中发生了地基失稳滑移，后来提出刚性桩地基处理加固方案，经数值分析及现场刚性桩试验段测试结果表明刚性桩方案可以满足路堤填筑要求。浙江沿海地区某高速公路[9]，软基路段约占总长的三分之一，在路基填筑过程中，粒料桩处理路段出现了路基滑移和沉降偏大的现象。某线铁路软土路堤[10]采用水泥搅拌桩进行加固处理，在施工过程中当路堤填高至5. 2m时突然发生失稳滑塌。广珠高速公路某软土路段采用管桩复合地基处理，桩顶垫层中铺设两层土工格栅。当填土高度达到 7m 时，路基滑塌，管桩随路基滑动而倾覆，表现出刚度较软土大很多的管桩与软土难以协调变形，桩间土先发生滑动，带动管桩倾覆。除此之外，还有很多未予以报道的复合地基上路堤失稳的案例。
复合地基稳定性的计算方法存在不合理性而可能会过高估计复合地基的稳定性[11-13]，因此如何合理地评估复合地基的整体稳定性是一个亟需解决的工程问题。
关于复合地基的稳定性问题国内外学者进行了不少研究，也得出了一些有益的研究成果。J. Han 等[11-12]和 M. P. Navin 等[13]通过深层搅拌桩加固复合地基稳定性数值分析发现对搅拌桩加固复合地基按桩体剪切破坏过高估计了复合地基稳定性。B. B. Broms 也指出了路堤下不同位置的水泥土桩体的可能破坏模式有弯曲破坏和受拉破坏，并不一定发生剪切破坏，如图 2( a) 所示。M. Miyake 等[14-15]、M. Kitazume 等[16-17]通过离心机试验研究了路堤填土荷载对用于加固复合地基的水泥搅拌桩的影响。研究发现，用于加固复合地基的水泥搅拌桩的破坏模式有桩体弯曲破坏、桩体倾斜、桩体侧移、桩体剪切破坏、桩体受压破坏以及桩周土体绕流。其中 M. Kitazume 等[16]通过离心机试验发现了路堤下搅拌桩的弯曲破坏模式，而不是发生剪切破坏，见图 2( b) 。M. Terashi 等[18]则通过离心机试验发现桩间土发生了滑动破坏。
郑刚、刘力等[19-21]采用有限差分数值方法对刚性桩加固软弱地基上的复合地基稳定性进行了研究。研究结果表明，不论是在单桩还是群桩条件下，不同位置刚性桩对复合地基稳定性的贡献机理不同，弯曲破坏比剪切破坏更易于发生，甚至桩体有可能发生如图 3 所示的两次弯曲破坏，基于钢筋混凝土桩复合地基支承路堤的离心机试验也证明了两次弯曲破坏的可能性，并证明桩体发生弯曲破坏后继而发生倾覆破坏而引发路堤滑动失稳，如图 3 所示。
由上述研究可知，路堤下绝大部分位置的加固体均按其抗弯承载力而不是抗剪承载力控制复合地基的稳定性，并提出了按桩体在滑动面上发生弯曲破坏，由弯矩提供复合地基抗滑贡献对桩体换算为等效抗剪强度，采用极限平衡法进行复合地基稳定分析的方法。
由以上研究成果可以发现，复合地基中各加固体在填土或其他柔性荷载作用下有多种破坏模式，特别是对于抗剪强度较高的刚性桩来说并不一定发生剪切破坏。而目前对采用上述桩体加固复合地基进行整体稳定分析时均采用传统的复合地基稳定计算方法，即采用极限平衡法并假定圆弧滑动面，沿滑动面上桩体和土体产生剪切破坏。对于散体类桩，由于桩体无抗弯刚度，因此桩体中不产生弯矩，假定发生剪切破坏是合理的，而当采用这种计算方法分析软土地基上刚性桩复合地基的整体稳定性时会过高估计复合地基的稳定性，是偏于不安全的，而且也是不合理的。
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结合 JGJ 91—2002《建筑地基处理技术规范》关于复合地基稳定计算方法的修订课题，规范编制组针对目前国内外关于软土地基中刚性桩的整体稳定性分析方法，建立关于软土地基上复合地基的典型算例，进行复合地基的稳定分析，并与传统的复合地基稳定计算方法进行比较，探讨不同计算方法的合理性和适用性，并提出软土地基中刚性桩复合地基的整体稳定性分析建议方法，即基于整体滑动面形成并失稳时，加固体完全发生弯曲破坏，并在 JGJ 79—2002《建筑地基处理技术规范》第 3. 0. 7 条规定，处理后的地基整体稳定分析可采用圆弧滑动法，其稳定安全系数不应小于 1. 30。散体加固材料的抗剪强度指标，可按加固体材料的密实度通过试验确定; 胶结材料的抗剪强度指标可按桩体断裂后滑动面材料的摩擦性能确定。在新编制的国家标准《复合地基技术规范》( 已报批，待批准) 条文说明中也指出，“复合地基稳定分析方法宜根据复合地基类型合理选用”，“对刚性桩复合地基，最危险滑动面上的总剪切力可只考虑传至复合地基桩间土地基面上的荷载，最危险滑动面上的总抗剪切力计算中，可只考虑复合地基加固区桩间土和未加固区天然地基土体对抗力的贡献”，“稳定分析中没有考虑由刚性桩承担的荷载产生的滑动力和刚性桩抵抗滑动的贡献”，“由于没有考虑由刚性桩承担的荷载产生的滑动力的效应可能比刚性桩抵抗滑动的贡献要大，稳定分析安全系数应适当提髙”。
2. 2. 3 多桩型复合地基
关于多桩型复合地基，本次修订提出复合地基的承载力与变形计算推荐方法，并提出了如下重要规定:
( 1) 桩型及施工工艺的确定应考虑土层情况、承载力与变形控制要求、经济性、环境要求等综合因素;
( 2) 对复合地基承载力贡献较大或用于控制复合土层变形的长桩，应选择相对较好的持力层并应穿过软弱下卧层; 对处理欠固结土的增强体，其长度应穿越欠固结土层; 对消除湿陷性土的增强体，其长度宜穿过湿陷性土层; 对处理液化土的增强体，其长度宜穿过可液化土层;
( 3) 如浅部存有较好持力层的正常固结土，可采用刚性长桩与刚性短桩、刚性长桩与柔性短桩的组合方案;
( 4) 对浅部存在软土或欠固结土，宜先采用预压、压实、夯实、挤密方法或柔性桩复合地基等处理浅层地基，而后采用刚性或柔性长桩进行处理的方案;
( 5) 对湿陷性黄土应根据现行国家标准 GB 50025 《湿陷性黄土地区建筑规范》的规定，选择压实、夯实或土桩、灰土桩等处理湿陷性，再采用刚性长桩进行处理的方案;
( 6) 对可液化地基，可采用碎石桩等方法处理液化土层，再采用有黏结强度桩进行处理的方案;
( 7) 对膨胀土地基采用多桩型复合地基方案时，宜采用灰土桩等处理其膨胀性，长桩宜穿越膨胀土层到达大气影响急剧层以下稳定土层，且不应采用桩身透水性较强的桩。
( 8) 多桩型复合地基的布桩宜采用正方形或三角形间隔布置，刚性桩可仅在基础范围内布置，其他增强体桩位布置应满足液化土地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基对不同性质土处理范围的要求。
此外，2008 年以来，《复合地基技术规范》、《刚柔性桩复合地基技术规范》[22]、《现浇混凝土大直径管桩复合地基技术规程》[23]的编制进一步发展和丰富了我国复合地基理论与技术体系。——论文作者：郑 刚1 龚晓南2 谢永利3 李广信4
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