路堤下的褥垫层和混凝土基础下的褥垫层作用有何不同?

在路堤下采用水泥搅拌桩时,为了提高桩的应力比,才需要设置褥垫,但作用和刚性的混凝土基础下是不同的。问题是路堤下设直褥垫层的作用和刚性的混凝土基础下设置褥垫层作用各是什么?有什么区别?


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金浩

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在混凝土基础下和路堤下设置褥垫的作用是完全相反的。

加固地基的第一目的是为了提高地基承载能力,设置竖向加固体时,依靠加固体的竖向刚度来提高复合地基的承载能力。因此,桩土应力比就成为能否发挥桩的承载力的重要指标。在相同桩间土的前提下,桩土应力比越高,桩所承担的荷载越多,复合地基的承载能力就越高,当然这需要在桩身的强度容许的范围内。

刚性的混凝土基础底面不可能发生很大的挠曲变形,为桩、土应力分担提供了必要的条件。在桩、土的顶部位移相等的条件下,如已知桩和土刚度就可以分配桩、土的应力分担比,或者从实测的桩、土分担比,反向估计桩、土的刚度比。

对于路堤下的复合地基,情况就不同了,由于路堤是柔性的,即桩顶有条件可以挤人路堤土中,桩顶的应力不可能比土顶部的应力高出太多,即桩、土的应力均匀化了。这样一来,桩就不能发挥承载的作用,复合地基就不能形成。

我认为在路堤下设置的半刚性垫层(如土工合成材料的加筋、各种掺加料的处理等)可以使桩顶的荷载得以提高,垫层的厚度和刚度可以调整桩土应力比,这种垫层本来是路堤的一部分,可以扩散底部压力,提高地基的承载能力,同时也有助于发挥桩顶的承载作用。

后来,在混凝土基础下出现采用了褥垫的情况,这几年研究得很火爆,把褥垫的作用说得非常多,但与未设置褥垫的混凝土基础底面相比较,褥垫的作用是降低桩顶的压力,减少桩士应力比,则肯定是褥垫发挥了主要作用。

这就引出了一个悖论:在复合地基中设置桩体是为了提高复合地基的承载力,复合地基承载力的提高主要依赖桩的承载作用的发挥,也就是希望桩多发挥一些作用,而设置褥垫的目的是使桩体应力比降下来,希望桩少发挥一点作用。

路堤下设置垫层是为了提高桩土应力比,让桩多承担一些荷载,提高复合地基的承载力;在刚性的混凝土基础下设置垫层是为了降低桩土应力比,让桩少承担一些荷载,避免将桩头压碎了。这是两种截然不同的作用。

说穿了,设置褥垫是怕桩顶分担荷载太大了,桩体被承台压碎了,这是脆性的CFG 桩所要求的。但现在把褥垫推广到所有的复合地基是不合适的,如水泥搅拌桩的刚度有限,而且不那么脆性,从来也没有发生过桩体被压碎的情况,对水泥搅拌桩也用褥垫,有点“殃及池鱼”的味道。

有两种可以减少桩顶荷载的办法,一种是用褥垫,由于桩体进入褥垫而降低应力比来提高土的分扭部分;另一种是把柱距做得大些,降低置换率,也可以提高土的分担作用,降低桩土应力比。

能达到同一目的的这两种方法中,哪一种方法比较经济呢?

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