特殊地质环境下采用CM复合地基技术的问题探讨

　　1基本原理和特点

 

　　1.1构成和作用机理

 

　　CM地基是由刚性素混凝土桩、亚刚性水泥土桩和砂石褥垫层混合配置而成的。其中，刚性素混凝土桩叫C桩，亚刚性水泥土桩叫M桩，CM地基就由此而来。CM地基是把刚性桩和亚刚性桩优化后进行设计配置，在地基中形成二维平面和三维空间都合适的刚度梯度。亚刚性桩施工加速了土的固结，在很大程度上改善了土的物理学性能。

 

　　依据CM地基的构成特点，结合其承载力估算公式分析，C桩的土应力比较高，同时，M桩可以加速土的固结，减少可液化土层，进而可以改善其力学性能，提高桩间的土强度系数。由于C桩和M桩的配置不同，密度会发生变化，所以，面积置换率的可调性也会增大。综上所述，这三方面的提升幅度较大，所以，会获得高强度的复合地基。设置砂层褥垫层能保证桩与土合作，减少不均匀沉降，改变其厚度，同时，还可以调整桩和土的应力比，所以说，它在复合地基中起到的作用非常重要，是CM地基的技术特点之一。CM地基与复合地基的原理基本相同——将刚性增强体加入天然地基中。由于C桩和M桩的刚度远远大于桩间土，基础板下等量变形时地基应力就会分布开，桩身产生的应力就会相对集中，并且绝大部分荷载都是由桩体本身承担的，所以，减小桩间的土应力，就会形成桩体效应。同时，土垫层可以均匀分布应力，扩大应力角度，形成垫层效应，所以，通过双重作用就会形成高强度的复合地基。

 

　　1.2 技术特点

 

　　桩在平面上将C桩与M桩交叉布置，竖面上C桩长、M桩短，在桩的优化设计上，要合理配置两桩，形成高强度的复合地基。通过检测后，其最高的耐力可达800kPa。CM地基优化配置的桩形成竖向刚度三层地基，有效地提高了变形模量，从而减少了地基沉降。在平面上形成3个刚度平面，对桩土协调变形极有利，并在竖向上形成3个刚度梯度，即第一刚度为C桩+M桩+土，第二刚度为C桩+土，第三刚度为天然土层。这样的组合不仅能降低工程造价，还会减少变形。在设计CM地基时，将一层30cm的砂石垫层嵌入到地基和基础底板之间，极大地降低了地震对其的影响，而且加固后建筑的载荷影响可以基本消除可液化土层，降低了危害程度。

 

　　1.3基本设计原则

 

　　在实际设计过程中，可以将C桩设计成摩擦桩，也可以是端承摩擦桩，可以选择一些压缩性低、承载力高的土层当作持力层，例如，密实的砂土活硬塑黏土等，但是，一般不选择中风化岩层。M桩可以采用可塑或软塑黏土当作持力层。如果将CM桩放在一定范围内，CM桩之间应该间隔布置，呈现方形、三角形等。

 

　　在施工过程中，可以选用粗砂、中砂和碎石等作为褥垫材料。但是，直径最大不超过20mm，厚度为刚性桩1/2直径。把C40混凝土填芯放在管桩顶端，不小于1m，长度为桩体外径的2倍。根据实际的基地地质条件等，合理优化基地形变、深度和强度等。

 

　　2计算复合基地形变

 

　　根据国家相关规定，复合基地变形深度应该大于土层的深度。复合土层的分层实际上与天然地基基本相同，复合模量Esp实际上是桩间土体的模拟量和CM桩间模拟量的加权平均值。各模拟量如表1所示。
 

 

　　在C桩、M桩和土的共同作用下，CM基地上部的复合模拟量化为：

 

　　Esp=mmEm+mcEc+Es-mcEs-mmEs.（1）

 

　　式（1）中，Esp表示该地区的复合模量；Ec表示长桩的压缩模量；Em表示短桩的压缩模量；Es表示桩间土的压缩模量；mc表示长桩的面积置换率；mm表示短桩的面积置换率。

 

　　在C桩和土的共同作用下，CM基地下部的复合模拟量为：

 

　　Esp=mcEc+Es-mmEs.（2）

 

　　3计算复合基地承载力

 

　　结合实际工作经验，通过多桩基地静载试验选定CM复合承载力的特征值。在初步计算CM复合基地承载力的过程中，在C桩、M桩和土的共同作用下，复合基地上部的承载力为：

 

　　fsp=ηcmcRac/Apc+ηmmmRam/Apm+ηsfs-ηsmcfs-ηsmmfs.（3）

 

　　式（2）中，fsp表示CM桩复合地基的承载力标准值；ηc表示刚性桩承载力修正系数；mc表示刚性桩面积置换率；Rac表示刚性桩单桩承载力特征值；Apc表示刚性桩单桩截面积；ηm表示亚刚性桩承载力修正系数；mm表示亚刚性桩面积置换率；Ram表示亚刚性桩单桩承载力特征值；Apm表示亚刚性桩单桩截面积；ηs表示桩间土承载力发挥程度系数；fs表示桩间土承载力标准值。

 

　　在C桩和土的共同作用下，复合基地下部承载力为：

 

　　fsp=ηcmcRac/Apc+ηsfs-ηsmcfs.（4）

 

　　4需注意的问题

 

　　将C桩沿剪力墙布置的原因是：①单桩承载力不是很高；②在布置时，其结构与现用结构有一定的区别。

 

　　采用这种剪切方式的好处有两点：①减少沉降差异、弯矩和剪切力，优化基地分布，降低制造成本；②提高单桩承载能力。

 

　　5结束语

 

　　总而言之，CM复合基地技术是一种新型的高科技基地处理技术。在特殊的地质条件下，使用该技术所达到的效果比较好，不仅可以最大程度地调动土体，还可以降低基地沉降，提高承载力，从而最大程度地降低施工成本，推动经济的发展。

 

　　参考文献
 

[1]陈华龙.CM三维高强复合地基技术在长螺旋钻孔压灌桩复合地基中的补救应用[J].中华民居，2013（9）：359-360.