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摘要：复合地基在高层建筑中的应用越来越广,而褥垫层在复合地基中又起着至关重要的作用,论文从褥垫层的作用机理出发,探讨了在褥垫层的作用机理，对褥墊层的合理厚度进行了分析。
关键词：CFG桩；褥垫层；作用机理
Abstract: the composite foundation in the high-rise building more and more wide application, and serveral problems in composite foundation and in plays an important role, from paper serveral problems on the mechanism, the paper discusses the function mechanism of serveral problems, the thickness of the reasonable serveral problems are analyzed.
Keywords: CFG pile; Serveral problems; mechanism
中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：
褥垫层技术是CFG桩复合地基的核心技术，复合地基的许多特性都与褥垫层有关。CFG桩复合地基与水泥土桩复合地基相比可以有效减小基础沉降，与桩基础相比可以更加充分地利用桩间土的承载力，这其中非常重要的因素就在于褥垫层的设置。褥垫层的压缩模量和厚度是影响复合地基桩土共同作用的一个关键因素。本文对褥垫层在复合地基中的作用进行了分析。
1形成复合地基的条件
1.1基础与桩之间不设置褥垫层
当CFG桩穿越软弱土层，坐落在坚硬土层上时，由于坚硬土层的压缩模量远大于软弱土层的压缩模量，而基础又直接作用于桩和桩间土上，复合地基沉降主要由桩的压缩变形控制。通常桩的压缩模量远大于桩间土，压缩变形很小。相应桩间土的变形很小，桩间土的承载力很难发挥，荷载基本由桩全部承担。
为了发挥桩间土的承载能力，可以缩短桩长，使桩不坐落在坚硬土层上，而是悬浮于软弱土层中，此时，桩的沉降加大，桩间土的变形有所增加，其承载力有所发挥，但即使如此，桩间土的承载能力也不能充分发挥，其受力特性与桩基础相似，此时桩间土承载能力发挥系数为0.11～0.48，桩间土强度的发挥程度很低。因此，基础直接作用在桩与桩间土上，无论桩端是否落在好土层上，桩间土的承载能力都不能充分发挥。
1.2基础下设置一定厚度的褥垫层
在荷载作用下，由于桩的模量远大于土的模量，桩间土表面变形大于桩顶变形，桩向褥垫层刺入，伴随这一变化过程，粒状散体材料不断调整补充到桩间土表面上，基础通过褥垫层始终与桩间土保持接触，桩间土始终参与工作，桩间土承载能力得以发挥。
可见，基础下是否设置褥垫层，对于复合地基受力影响很大。特别是对刚性或半刚性桩复合地基，基础下不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，在给定荷载作用下，桩承受较多荷载，随时间增加，桩发生一定沉降，一部分荷载逐渐向土体转移，桩承担的荷载随时间的增加而有所减少，土承担的荷载随时间增加而有所增加。桩间土承载能力发挥依赖于桩的沉降，如果桩端落在坚硬土层上，桩的沉降很小，桩上荷载向土上转移的数量很小，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。
2褥垫层的作用
2.1保证桩和桩间土共同承担荷载
若基础下不设置褥垫层，特别对中、高粘结强度桩复合地基，如果基础直接与桩和桩间土接触，在垂直荷载作用下承载特性和桩基差不多。在给定荷载作用下，桩承受较多荷载，随时间的增加，桩发生一定沉降，荷载逐渐向土体转移。其时程曲线的特点是：土承担的荷载随时间增加逐渐增加，桩承担的荷载随时间增加逐渐减少。如果桩落在坚硬土层和岩石上，桩的沉降很小，桩上的荷载向土体转移数量很小，桩间土承载力不能充分发挥。在基础下设置一定厚度的褥垫层，情况就不同了，即使桩端设置在好的土层上，也能保证一部分荷载通过褥垫作用到桩间土上。
2.2调整桩土荷载分担比
复合地基桩、土荷载分担，当褥垫层厚度很小时，桩、土应力比很大。在软土中，桩、土应力比可以超过100，桩分担的荷载相当大。在褥垫层厚度很大时，桩土应力比接近于1.0。此时桩的荷载分担比很小。
2.3减小基础底面的应力集中
当褥垫厚度很小时，桩对基础的应力集中很显著，和桩基础一样，需要考虑桩对基础的冲切破坏。当褥垫层厚度大到一定程度后，基底反力即为天然地基的反力分布。
2.4调整桩土水平荷载的分担
复合地基中的桩主要传递垂直荷载，当基础承受水平荷载时，桩、土时如何参与工作的呢？一般情况下，复合地基中桩不配置钢筋，桩在水平荷载作用下不会断裂，会不会影响建筑物的正常使用，这些常常是设计人员最担心的一个主要问题。工程实践和相关试验表明：褥垫层厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶承受的水平荷载越小；褥垫厚度不小于10cm，桩体不会发生水平折断，桩在复合地基中也不会失去工作能力。
3垫层模量的影响
要保持基础与桩间土接触，保证桩土共同作用，桩体必须有上、下刺人量。刺人变形的大小与桩、土、垫层模量及桩径等有关。模量小的垫层层间流动性较大，为桩向上刺人提供了充分的条件。垫层模量越低，越能减缓桩的应力集中程度，对桩土荷载的分担能起到良好的调节作用。褥垫层的压缩模量应在20MPa～100MPa较为适宜。
4褥垫层的合理厚度
褥垫层厚度过小，桩对基础将产生很显著的应力集中，需要考虑桩对基础冲切，且会使得基础厚度增加。如果基础承受水平荷载作用，可能造成复合地基中桩发生断裂。由于褥垫厚度过小，桩间土承载力不能充分发挥，要达到设计要求的承载力，必然要增加桩的数量或长度，造成经济上的浪费。
褥垫层厚度大，桩对基础产生的应力集中很小，可不考虑桩对基础的冲的作用，基础受水平荷载的作用，不会发生桩的折断，并能充分发挥桩间土的承载能力。若褥垫厚度过大会导致桩土应力比等于或接近1.0。此时桩承担的荷载太小，实际上复合地基的设置已经失去了意义。这样设计的复合地基承载力，不会比天然地基有较大的提高，而且建筑物的变形也大。规范及工程实践表明,褥垫层厚度宜取10～30cm为宜。
5结论
褥垫层的作用不仅是形成复合地基的基本条件，而且在复合地基受荷过程中起到了调节桩土如何分担基地压力的问题，桩土应力比的变化则会对地基沉降产生重要影响。因此设计时,必须根据实际情况,选择合理的垫层厚度及垫层模量,最大限度地发挥桩间土的承载能力,从而达到优化设计的目的。
参考文献：
[1]建筑地基处理技术规范JGJ79-2002[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]阎明礼,张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社,2001,11:50,82-92,153-154.
[3]雷颖占,郝晓.关于CFG桩褥垫层厚度设计的分析[J].四川建筑科学研究,2007,33(4):51-53.
关键词：CFG桩；褥垫层；作用机理
Abstract: the composite foundation in the high-rise building more and more wide application, and serveral problems in composite foundation and in plays an important role, from paper serveral problems on the mechanism, the paper discusses the function mechanism of serveral problems, the thickness of the reasonable serveral problems are analyzed.
Keywords: CFG pile; Serveral problems; mechanism
中图分类号：TU47 文献标识码：A 文章编号：
褥垫层技术是CFG桩复合地基的核心技术，复合地基的许多特性都与褥垫层有关。CFG桩复合地基与水泥土桩复合地基相比可以有效减小基础沉降，与桩基础相比可以更加充分地利用桩间土的承载力，这其中非常重要的因素就在于褥垫层的设置。褥垫层的压缩模量和厚度是影响复合地基桩土共同作用的一个关键因素。本文对褥垫层在复合地基中的作用进行了分析。
1形成复合地基的条件
1.1基础与桩之间不设置褥垫层
当CFG桩穿越软弱土层，坐落在坚硬土层上时，由于坚硬土层的压缩模量远大于软弱土层的压缩模量，而基础又直接作用于桩和桩间土上，复合地基沉降主要由桩的压缩变形控制。通常桩的压缩模量远大于桩间土，压缩变形很小。相应桩间土的变形很小，桩间土的承载力很难发挥，荷载基本由桩全部承担。
为了发挥桩间土的承载能力，可以缩短桩长，使桩不坐落在坚硬土层上，而是悬浮于软弱土层中，此时，桩的沉降加大，桩间土的变形有所增加，其承载力有所发挥，但即使如此，桩间土的承载能力也不能充分发挥，其受力特性与桩基础相似，此时桩间土承载能力发挥系数为0.11～0.48，桩间土强度的发挥程度很低。因此，基础直接作用在桩与桩间土上，无论桩端是否落在好土层上，桩间土的承载能力都不能充分发挥。
1.2基础下设置一定厚度的褥垫层
在荷载作用下，由于桩的模量远大于土的模量，桩间土表面变形大于桩顶变形，桩向褥垫层刺入，伴随这一变化过程，粒状散体材料不断调整补充到桩间土表面上，基础通过褥垫层始终与桩间土保持接触，桩间土始终参与工作，桩间土承载能力得以发挥。
可见，基础下是否设置褥垫层，对于复合地基受力影响很大。特别是对刚性或半刚性桩复合地基，基础下不设置褥垫层，复合地基承载特性与桩基础相似，在给定荷载作用下，桩承受较多荷载，随时间增加，桩发生一定沉降，一部分荷载逐渐向土体转移，桩承担的荷载随时间的增加而有所减少，土承担的荷载随时间增加而有所增加。桩间土承载能力发挥依赖于桩的沉降，如果桩端落在坚硬土层上，桩的沉降很小，桩上荷载向土上转移的数量很小，桩间土承载能力难以发挥，不能成为复合地基。
2褥垫层的作用
2.1保证桩和桩间土共同承担荷载
若基础下不设置褥垫层，特别对中、高粘结强度桩复合地基，如果基础直接与桩和桩间土接触，在垂直荷载作用下承载特性和桩基差不多。在给定荷载作用下，桩承受较多荷载，随时间的增加，桩发生一定沉降，荷载逐渐向土体转移。其时程曲线的特点是：土承担的荷载随时间增加逐渐增加，桩承担的荷载随时间增加逐渐减少。如果桩落在坚硬土层和岩石上，桩的沉降很小，桩上的荷载向土体转移数量很小，桩间土承载力不能充分发挥。在基础下设置一定厚度的褥垫层，情况就不同了，即使桩端设置在好的土层上，也能保证一部分荷载通过褥垫作用到桩间土上。
2.2调整桩土荷载分担比
复合地基桩、土荷载分担，当褥垫层厚度很小时，桩、土应力比很大。在软土中，桩、土应力比可以超过100，桩分担的荷载相当大。在褥垫层厚度很大时，桩土应力比接近于1.0。此时桩的荷载分担比很小。
2.3减小基础底面的应力集中
当褥垫厚度很小时，桩对基础的应力集中很显著，和桩基础一样，需要考虑桩对基础的冲切破坏。当褥垫层厚度大到一定程度后，基底反力即为天然地基的反力分布。
2.4调整桩土水平荷载的分担
复合地基中的桩主要传递垂直荷载，当基础承受水平荷载时，桩、土时如何参与工作的呢？一般情况下，复合地基中桩不配置钢筋，桩在水平荷载作用下不会断裂，会不会影响建筑物的正常使用，这些常常是设计人员最担心的一个主要问题。工程实践和相关试验表明：褥垫层厚度越大，桩顶水平位移越小，即桩顶承受的水平荷载越小；褥垫厚度不小于10cm，桩体不会发生水平折断，桩在复合地基中也不会失去工作能力。
3垫层模量的影响
要保持基础与桩间土接触，保证桩土共同作用，桩体必须有上、下刺人量。刺人变形的大小与桩、土、垫层模量及桩径等有关。模量小的垫层层间流动性较大，为桩向上刺人提供了充分的条件。垫层模量越低，越能减缓桩的应力集中程度，对桩土荷载的分担能起到良好的调节作用。褥垫层的压缩模量应在20MPa～100MPa较为适宜。
4褥垫层的合理厚度
褥垫层厚度过小，桩对基础将产生很显著的应力集中，需要考虑桩对基础冲切，且会使得基础厚度增加。如果基础承受水平荷载作用，可能造成复合地基中桩发生断裂。由于褥垫厚度过小，桩间土承载力不能充分发挥，要达到设计要求的承载力，必然要增加桩的数量或长度，造成经济上的浪费。
褥垫层厚度大，桩对基础产生的应力集中很小，可不考虑桩对基础的冲的作用，基础受水平荷载的作用，不会发生桩的折断，并能充分发挥桩间土的承载能力。若褥垫厚度过大会导致桩土应力比等于或接近1.0。此时桩承担的荷载太小，实际上复合地基的设置已经失去了意义。这样设计的复合地基承载力，不会比天然地基有较大的提高，而且建筑物的变形也大。规范及工程实践表明,褥垫层厚度宜取10～30cm为宜。
5结论
褥垫层的作用不仅是形成复合地基的基本条件，而且在复合地基受荷过程中起到了调节桩土如何分担基地压力的问题，桩土应力比的变化则会对地基沉降产生重要影响。因此设计时,必须根据实际情况,选择合理的垫层厚度及垫层模量,最大限度地发挥桩间土的承载能力,从而达到优化设计的目的。
参考文献：
[1]建筑地基处理技术规范JGJ79-2002[S].北京:中国建筑工业出版社,2002.
[2]阎明礼,张东刚.CFG桩复合地基技术及工程实践[M].北京:中国水利水电出版社,2001,11:50,82-92,153-154.
[3]雷颖占,郝晓.关于CFG桩褥垫层厚度设计的分析[J].四川建筑科学研究,2007,33(4):51-53.