（岩土工程专业论文）复合地基优化的理论与措施研究.pdf

论文题目：复合地基优化的理论与措施研究 嚣耋篡程 一毖妒 研究生：张爱军签名：兰芝丝 指导教师：谢定义教授签名： 摘要 当前复合地基实践中出现了许多以优化为目的的新的生长点。对这些新的生长点进行 总结、提高和理论化研究，促进复合地基新型设计理念的变革和设计理论的形成是一项具 有重大现实与理论意义的工作。本论文以推动这些生长点的成熟与应用为主要目标，对复 合地基优化的理论与技术措施进行了较为系统的研究。 l 、论文提出了复合地基优化的总体目标和应该遵循的基本原则。较为全面地分析归 纳了复合地基优化的技术措施，使得目前零散、孤立的复合地基优化方法系统化、理论化， 从而建立了复合地基优化理论的基本框架体系。该框架体系以复合地基整个系统( 包括基 础、桩体、土体、褥垫和承台) 的共同工作理论和在各阶段的变化规律，以及地基处理的 各种有效技术为基础，以实际工程对象对地基承载力和地基沉降量的要求彼此协调为目 标，面向“全系统”、“主过程”和“多方法”整体配合互补寻优，抓住了复合地基优化的 实质因素。 2 、论文采取结合适当原型观测的数值试验方法对复合地基优化问题进行研究，建立 了基于a d i n a 软件平台，以b i o t 固结理论为基础的复合地基弹塑性大位移分析模型，并 用原型观测结果对建立的数值模型的正确性进行验证。模型中用剑桥模型反映地基土的本 构，用接触力学模型反映桩土之间的接触，用“单元生死”技术准确模拟了复合地基的施 工过程，用“重启动”功能和开挖“e l m e n td e a t hd e c a y ”功能模拟桩体开挖成孔和填石 过程，用“r e b a r ”单元模拟加筋网，从而可以灵活地模拟桩式、层式和桩层组合式复合 地基在各种旌工过程下的承载特性，在计算技术上具有先进性。 3 、论文分别以复合地基型式组合优化、施工过程优化以及工后加固优化等技术措施 的典型条件为例，利用本文建立的数值分析模型，分析了各典型条件下复合地基的工作机 理和特性。( 1 ) 对型式组合优化的条件，揭示了层桩组合式复合地基与层式、桩式复合地 基的承载特性差别；完善了层桩组合式复合地基“工后沉降”的定义，以及其在数值分析 中的确定方法；分析了桩体和网体刚度、桩体的渗透性、地基的渗透性以及运行荷载对复 合地基“工后沉降”的影响，为复合地基型式组合优化方法的应用提供了理论支持；( 2 ) 对无砂混凝土小桩复合地基技术不同施工过程优化条件的研究得出：不同的施工过程所形 成的复合地基具有不同的承载能力，良好的施工过程可以充分发挥上部建筑物荷载对地基 的压密和加速固结作用，提高地基土本身的承载力，从而提高复合地基的承载力，并可以 使沉降量绝大部分发生在施工期间，大大减少建筑物的工后沉降；( 3 ) 对工后加固的优化 条件，根据复合地基中桩间土本身的承载能力决定于浅层部位桩间土的力学特性，而桩体 的承载能力关键在于其深部的特点，提出复合地基浅层加固技术和利用浅层加固和深层后 灌浆技术进行复合地基工后优化的方法。以浅层换填的工后加固技术为例，采用数值试验 的方法，证实了工后浅层加固技术可以较大地提高复合地基承载力的事实，并分析了不同 加固深度对复合地基变形、承载力和桩体、桩间土塑性区的开展等各个方面的影响。 4 、论文还探讨提出了复合地基数值计算中桩土应力比和极限承载力、承载力特征值 的确定方法。前者鉴于桩顶应力状态复杂、群桩中桩之间相互影响使得与桩土应力比定义 不符以及常规g o o d m a n 等界面单元计算的法向应力不准等因素，而使数值计算中不易准 确确定桩土应力比的实际，提出将桩土接触面按接触力学问题处理，以桩体顶部中段平均 法向接触应力为桩所受应力值，以等应变假定为基础，按照桩与土的力平衡条件计算桩间 土应力，以两者之比得到桩土应力比的方法；后者鉴于数值计算中复合地基的极限承载力 和承载力特征值不易确定的实际，提出用数值计算方法模拟载荷试验，按照非线性迭代不 收敛时载荷板上作用的外荷载为复合地基极限承载力，而用计算出的p s 曲线，按照规 范规定的方法确定复合地基承载力特征值的方法。这些方法的提出是复合地基数值计算技 术的一个进步。 5 、论文鉴于浅层加固时主体桩已经施工完毕，可以进行载荷试验的有利条件，提出 了以加固前复合地基的载荷试验结果为依据，从加固前后地基综合变形模量的变化出发， 估算加固后复合地基承载力的非线性弹性方法，并编制了相应的计算程序。该方法避免了 室内试验结果不符合实际的缺陷且计算简单，使用方便，便于推广应用。在这个基础上， 进一步提出了复合地基“承载力可调节型设计”的思路和方法，通过用数值计算和实际工 程原型观测结果的验证，证明了它的正确性。 论文以上的系列研究将为复合地基由基础理论向优化理论的发展和深化起到重要的 促进作用。 关键词：复合地基；优化；设计方法；数值试验 t i t l e ：r e s e a r c ho nt h e o r ya n dt e c h n i c a lm e a s u r e so f c o m p o s i t ef o u n d a t i o n0 p t i m l z a t i o n m a j o r ：g e o t e c h n i c a le n g i n e e r i n g n a m e ：z h a n ga i j u n s i g n a t u r e ： s u p e r v i s o r ：p r a f x i ed i n g y i a b s t r a c t s i g n a t 一曲； as e r i e so fn e wg r o w t hp o i n ta p p e a rr e c e n t l yi nt h ee n g i n e e r i n gp r a c t i c eo fc o m p o s 硷 f o u n d a t i o nd e i g na n dc o n s t r u c t i o nf r o mt h ea n g l eo fi t so p t i m i z a t i o n t om a k et h e m s u m m a r i z i n ga n di m p r o v i n gi nah i g h e rl e v e ls ot h a tt of o r man e w t r a n s f o r m a t i o na n dan e w d e s i g n t h e o r yo fc o m p o s 沁f o u n d a t i o ni sn o wa ni m p o r t a n tw o r kb o t hi np r a c t i c a la n di n t h e o r e t i c a ls e n s e t h i sp a p e ri sj u s ta i m e da tt h ed i r e c t i o np u s h i n gt h e s eg r o w t hp o i n t saf u r t h e r m a t u r ei n a p p l i c a t i o na n de s t a b l i s h i n g t h et h e o r ya n dm e a s u r eo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n o p t i m i z a t i o n 1 n eg e n e r a lt a r g e t 。t h ef u n d a m e n t a lp r i n c i p a la n dt h et e c h n i c a lm e a s u r e so fc o m p o s i t e f o u n d a t i o no p t i m i z a t i o na r eg i v e na n ds u m m a r i z e d , w h i c hm a k e st h es c a t t e r e da n di s o l a t e d m e t h o d sf o ro p t i m i z i n gt h ec o m p o s i t ef o u n d a t i o ns y s t e m a t i c a la n dt h e o r e t i c a la n dt h e n e s t a b l i s h e st h ef u n d a m e n t a lf r a m es y s t e mo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o no p t i m i z a t i o n t i l i sf r a m e s y s t e mi sb a s e do nt h e i n t e r a e t i o nt h e o r yo ft h ew h o l es y s t e mo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n , i n c l u d i n gt h ef o u n d a t i o n , p i l e ，s o i lb a s e m e n t ，c u s h i o na n d a l s op i l ep l a t f o r m ，o nt h e i r r e g u l a t i o n so fv a r i a t i o ni nd i f f e r e n ts t a g e so fc o m p o s i t ef o u n d a t i o nc o n s t r u c t i o na n de x e c u t i o n , a n da l s oo nt h es e r i e so fe f f e c t i v et e c h n i q u e si ns o i lb a s et r e a t m e n t ，h i t t i n gt h et a r g e ta t h a r m o n i z i n gt h er e q u i r e m e n t sb o t hi nb a s c m e n tb e a r i n gc a p a c i t ya n db a s e m e n ts e t t l e m e n to f p r a c t i c a le n g i n e e r i n go b j e c t i ti sf a c e dt o t h ew h o l es y s t e mo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n ，t o t h e p r i n c i p a ls e q u e n c e so fc o m p o s i r ef o u n d a t i o n a n dt o t h em a n i f o l dm e a s u r e so fs o i lb a s e t r e a t m e n t f o rf i n d i l l gt h eo p t i m i z e ds c h e m ei nv i e wa saw h o l e ，w h i c hg r a s p st h ee s s e n t i a l f a c t o r sr e f l e c t i n gt h ec o m p o s i t ef o u n d a t i o no p t i m i z a t i o n 2 t h em e t h o dc o u p l i n gt h ea p p r o p r i a t er e s u l t so fp r o t o t y p em e a s u r e m e n tw i t ht h a to f n u m e r i c a lc a l c u l a t i o ni sa d o p t e da sa l le f f e c t i v em e t h o di nr e s e a r c h i n gt h ep r o b l e m so f c o m p o s i t ef o u n d a t i o no p t i m i z a t i o n a ne l a s t i c p l a s t i ca n a l y z i n gm o d e li nl a r g ed i s p l a c e m e n t si s d e v e l o p e db a s e do i lt h eb i o t 8c o n s o l i d a t i o nt h e o r y , t a k i n gt h ea d i n as o f t w a r e a si t s c a l c u l a t i n gp l a t f o r m t l l i sm o d e li sc h a r a c t e r i z e db ya p p l y i n gt h ec a m b r i d g em o d e lt od e s c r i b e t h eb a s es o i l t h ec o n t a c tm e c h a n i c sm o d e lt od e s c r i b et h ec o n t a c tp r o p e r t yb e f w e e ns o i la n d p i l e s ，t h e “c e l ll i f ed e a t hd e c a y t e c h n i q u ea n dt h e r e s e ta n dd i ge l e m e n td e a t hd e c a y ”t o i 缸 s i m u l a t et h ee x c a v a t i o no fp i l eh o l e sa n ds t o n ef i l l i n gi nt h e m ，t h e “r e b a re l e m e n t t os i m u l a t e t h ev a i nn e ts t r e n g t h e n i n gt h es o i lb a s e t h e s eg i v eap o s s i b i l i t yt om o d e lf l e x i b l yt h eb e a r i n g c h a r a c t e r i s t i c so fc o m p o s i t ef o u n d a t i o ni nt y p e so fp i l e ，o fs t r a t u ma n do fp i l e s t r a t u md u r i n g d i f f e r e n tp e r i o da n do r d e ro ft h e i rc o n s t r u c t i o n t h i sa p p e a r s 觚o b v i o u sa d v a n c ei nc a l c u l a t i n g t e c h n i q u eo f c o m p o s i t ef o u n d a t i o n 3 t h ea c t i o nm e c h a n i s ma n dc h a r a c t e r i s t i c so fc o m p o s i t ef o u n d a t i o nu n d e rs o m et y p i c a l c o n d i t i o n ss e l e c t e da s e x a m p l e so fo p t i m i z i n g i nt y p e so fb a s es o i l i m p r o v e m e n t , i n c o n s t r u c t i o no r d e ra sw e l la si np o s t - s t a b i l i z a t i o no fb a s es o i la r ea n a l y z e db yu s i n gt h e d e v e l o p e ds o t t w a r ea n dc a l c u l a t i n gm o d e l t h er e s u l to f a n a l y s i su n d e rt h ec o n d i t i o no p t i m i z e d i nt y p eo fb a s e m e n ti m p r o v e m e n th a sr e v e a l e dt h ed i f f e r e n c e so fb e a r i n gc h a r a c t e r i s t i c s b e t w e e nt h ec o m p o s i t ef o u n d a t i o n si nt y p eo f p i l ea n di nt y p eo f s t r a t u m h a si m p r o v e db o mt h e d e f i n i t i o no f p o s t - c o n s t r u c t i o ns e t t l e m e n t o fc o m p o s i t ef o u n d a t i o na n dt h em e t h o do fi t s d e t e r m i n a t i o n , a n dh a sa n a l y z e da l s ot h ee f f e c to fs t i f f n e s so fp i l ea n dn e t , t h ee f f e c to f p e r m e a b i l i t yo fp i l ea n db a s es o i l s ，a n dt h ee f f e c to fl o a d i n ga c t i o no nt h em a g n i t u d eo f p o s t c o n s t r u c t i o ns e t t l e m e n t d u r i n gt h ee x e c u t i o no fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n t h er e s u l to f a n a l y s i su n d e rt h ec o n d i t i o no p t i m i z e di nc o n s t r u c t i o no r d e ro fac o m p o s i t ef o u n d a t i o nb u i l t w i t hs m a l lp i l e so fc o n c r e t ew i t h o u ts a n ds h o w st h a tt h ec o m p o s i t ef o u n d a t i o no fd i f f e r e n t c o n s t r u c t i o no r d e rh a sd i f f e r e n tb e a r i n gc a p a c i t y , t h eb e t t e rp l a n e di nc o n s t r u c t i o no r d e r c o m p o s i t ef o u n d a t i o nc a l lb r i n gt h es u p p e r - c o n s t r u c t i o nw e i g h ti n t op l a ya n ds p e e du pt h e p r o c e s so fs o i lc o m p r e s s i o na n ds o i lc o n s o l i d a t i o n , t h a tl e a d st oi m p r o v i n gt h eb e a r i n gc a p a c i t y o fs o i lb a s eo rc o m p o s i t ef o u n d a t i o n m e a n w h i l e ，al a r g ep a r to fs e t t l e m e n to c c u r sd u r i n gt h e p e r i o do fc o n s t r u c t i o n w h i c hl a r g e l yd e c r e a s e st h e “p o s t c o n s t r u c t i o ns e t t l e m e n t o fb u i l d i n g a sf o rt h ec o m p o s i t ef o u n d a t i o nt r e a t e db yt h em e t h o do f p o s t - c o n s t r u c t i o ns t a b i l i z a t i o n , s u c h a ss t r e n g t h e n e db yd i f f e r e n tm e t h o di ns h a l l o wp a r to fs o i lb a s e ( f o re x a m p l e ，t h es o i l r e p l a c e m e n t ) a n ds t r e n g t h e n e db yg r o u t i n gt h ed e e p e rp a r to fs o i la r o u n dp i l e s ，t h er e s u l to f t h e i ra n a l y s i sh a sp r o v e dt h ef a c tt h a te v e nt h es h a l l o wi m p r o v e m e n tt e c h n i q u ec a no b v i o u s l y i n c r e a s et h eb e a r i n gc a p a c i t yo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n t h ei n f l u e n c eo fs t r e n g t h e n e dd e p t ho n b a s e m e n td e f o r m a t i o n , o nb e a r i n gc a p a c i t ya n do np l a s t i cd o m a i ni ns o i lb e t w e e n p i l e sa r ea l s o a n a l y z e d 4 t h em e t h o d so fd e t e r m i n i n gt h e p i l e s o i ls t r e s sr a t i o a n dd e t e r m i n i n gt h e u l t i m a t eb e a r i n g c a p a c i t y o fc o m p o s i t ef o u n d a t i o nu n d e rt h ec o n d i t i o no fn u m e r i c a lc a l c u l a t i o na r cp r o p o s e d w h i c hm a k e st h e i rv a l u e sc a l c u l a t e dc l o s et ot h a ti np r a c t i c a lc o n d i t i o n i tm a k e sa l s oa p r o g r e s s i n t h ef i e l do f n u m e r i c a lc a l c u l a t i o no f c o m p o s i t ef o u n d a t i o n 5 t h es h a l l o w s t r e n g t h e n i n gt e c h n i q u e i se x t e n d e dt of o r man e wt h i n k i n ga b o u t a d j u s t a b l e - b e a r i n gc a p a c i t yd e s i g n o fc o m p o s i t ef o u n d a t i o n , w h i c hc a nb eu s e dn o to n l yt o a v o i dt h es h o r t c o m i n g so ft h et e s tr e s u l ti nl a b o r a t o r y , b u ta l s ot oa p p l ys i m p l y , c o n v e n i e n t l y a n de a s i l y t h i sp o s s i b i l i t yc o m e sf r o mt h a tt h ep i l e sa sam a i np a r to f c o m p o s i t ef o u n d a t i o na r e u s u a l l ye s t a b l i s h e da tf i r s t , w h i c hg i v e sac o n v e n i e n tc o n d i t i o nt oc o n d u c tt h ef i e l dl o a d i n gt e s t a n dt oo b t a i nal o a d i n g - s e t t l e m e n tc u r v eo fs o i lb a s e b a s e do nt h ec h a n g eo f g e n e r a lm o d u l u s o fd e f o r m a t i o nb e f o r ea n da f t e rs o i li m p r o v e m e n tt h i so r v ec a nb eu s e dt op u tf o r w a r da n o n - e l a s t i cm e t h o df o re s t i m a t i n gt h eb e a r i n gc a p a c i t yo f c o m p o s i t ef o u n d a t i o n s u c ham e t h o d h a sb e e nr e c o m m e n d e da n dc o m p i l e di ti n t oa c a l c u l a t i n gp r o g r a mi nt h i sp a p e r t h ev a l i d i t yo f t h et h i n k i n ga n dm e t h o do f a d j u s t a b l e b e a r i n gc a p a c i t yd e s i g n ”o fc o m p o s i t ef o u n d a t i o nh a s b e e np r o v e db yc o m p a n n gt h er e s u l t sf r o mn u m e r i c a lc a l c u l a t i o na n d p r o t o t y p em e a s u r e m e n t t h ea b o v e m e n t i o n e ds e r i e so fr e s e a r c hw o r km a yb et a k e na sa ni m p o r t a n ts t e pl e a d i n gt h e t h e o r yo fc o m p o s i t ef o u n d a t i o nf r o mi t sf u n d a m e n t a lt oi t so p t i m i z e da n dp r o m o t i n gt h el a t e r t h e o r yi n t op r a c t i c a la p p l i c a t i o n k e y w o r d ：c o m p o s i t ef o u n d a t i o n ；o p t i m i z a t i o n ；m e t h o do f d e s i g n ；n u m e r i c a ll e s t 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我个 人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所论述的工作和成 果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文储躲趁登稀月弦日 学位论文使用授权声明 本人至重蕴三导师的指导下刨作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩，并 已经在西安理工大学申请博士傩学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意授权 西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定提交 印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生上交的 学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编人有关数据库进行检索；2 ) 为教学和 科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室 等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：年月枷日 1 绪论 l 绪论 地基处理或称人工地基是岩土工程师在工程建设中发挥人的主观能动性，改造和利用 自然软弱岩土体作为建筑物地基的一种有效技术。它已有相当长的历史和相当丰富的实践 经验。2 0 世纪6 0 年代以来，逐渐形成和完善起来的复合地基理论是长期地基处理技术的 升华，为人类更加主动地发挥软弱土中的加强体与自然体共同承载、协调工作起到了巨大 的推动作用。从广义上，它概括了当代地基处理的各种技术，可以将它们按加强体的几何 特征和力学特征区分为层式复合地基( 一般的垫层层、预压层、强夯层、加筋层等等) 和 桩式复合地基( 一般的碎石桩、旋喷桩、搅拌桩和树根桩等等) ，使各种地基处理方法在 其基本工作特性的基础上实现了集合，并在工艺发展的基础上，推动了理论的研究。尤其 是桩式复合地基，因其具有广泛的适应性和大荷载深层传递上的优越性而得到迅速的发展 【1 1 。地基处理技术与复合地基理论相辅相成，互相促进，已经在土木建筑、水利水电、公 路交通和铁路等多个领域内相继应用。 当前，地基处理技术与复合地基理论的广泛结合，出现了许多以优化为目的的新的生 长点。如：多元复合地基各优势的结合，工前、工中和工后处理的结合，天然地基利用与 改造的结合，增强承载力和防止沉降的结合，信息获取与应用的结合，以及现场测试与经 验的结合等。这些新现象的出现使设计理念正在发生新的变化。对这些新生长点进行总结、 提高和理论化，促进复合地基新型设计理念的变革和设计理论的形成是当前一项具有重大 现实与理论意义的工作。 1 1 复合地基研究历史的简要回顾 复合地基( c o m p o s i t es u b g r a d eo rc o m p o s i t ef o u n d a t i o n ) 的概念是日本学者在2 0 世纪 6 0 年代初提出的。当时是指一种计算砂井地基的数学模型。随着地基处理技术的发展， 复合地基的概念得到了很大的扩展。现在，复合地基一般指天然地基的一部分或全部被人 工置换或者加强，这部分加强体与原有地基土的自然体共同承担外部荷载的人工地基 2 3 1 1 4 1 。由于它在荷载作用下，基体与增强体共同承担荷载的作用，因此它既不同于天然 地基，也不同于桩基。在地基基础理论分析中引入复合地基的概念是一种巨大的进步，复 合地基理论研究的进步与地基处理技术的发展起到了相互推动的作用。 1 1 1 复合地基发展的实践基础地基处理技术 地基处理技术是复合地基发展的实践基础，它是伴随着人类文明的起源而兴起的。在 古代中国，早在几千年以前，人类先祖就懂得采用各种木桩来加固沼泽地基上的杆栏式建 筑( 浙江余姚河姆渡出土) ；就懂得在夯实黄土地基上建造“房屋”( 甘肃大地湾考古) ；就 懂得对建筑物地基进行夯实处理( 西安半坡古代文明遗址) ；就懂得烧制石灰，并将之与 土混合作为建筑物垫层材料应用于地基和路基处理中( 大量的考古发现表明) ：就懂得用 石灰、粘土和砂子拌和成三合土修筑驿道( 春秋战国以前) 。在古埃及，曾用石灰、石膏 西安理工大学博士学位论文 和砂予来加固大金字塔的地基和尼罗河河堤；在古印度，也用石灰和粘土来建造挡水坝： 在古罗马帝国纳波里城，居民们曾用当地大量堆积的火山灰掺入不同比例的生石灰制成一 种称为罗马水泥的固化剂，用来进行建筑和处理地基。 现代的地基处理技术源于欧洲。1 8 3 5 年法国工程师设计了最早的砂石桩( 设计桩长 2 m ，直径2 0 c m ，每根桩的承载力为1 0 k n ) ，应用于海湾沉积软土上建造兵工厂的地基工 程。由于1 9 世纪科学技术水平的限制，地基处理技术曾一度发展较慢。直到2 0 世纪3 0 年代特别是第二次世界大战以后，由于科学的进步和大规模基础建设的兴起，使地基处理 技术才得到迅猛的发展。 应该指出，前苏联对砂石桩技术的广泛应用，及在计算方法理论、施工工艺、施工机 械、振动和锤击等施工方法，以及土桩和挤密桩等新型桩型等方面取得的成就和日本1 9 5 8 年提出的振动重复拔管砂石桩新型施工方法，使世界范围内砂石桩的应用水平提高到了一 个新的水平。 原苏联阿别列夫教授首创了土桩挤密法( 1 9 3 4 年) ，对湿陷性黄土的深层处理取得了 极大的成功。德国工程师s s t e u e r m a n 提出振冲法的原理( 1 9 3 6 年) ，s s t e u e r m a n 供职 的j o h a n nk e l l e r 公司研制了第一台具有现代振冲器形式的雏形振冲器( 1 9 3 7 年) ，在处理 柏林一幢建筑物的7 5 m 深的松砂地基时，使地基的承载力提高了一倍。英国工程师引入 振冲器并将k e l l e r 公司的电动振冲器改为用水力驱动( 1 9 5 7 年) ，将振冲器的作用进一步 扩大。日本在2 0 世纪5 0 年代用振冲器加固油罐的松砂地基，来提高地基的抗液化能力， 加固效果得到地震的实际考验。 此后在地基处理技术中出现了2 0 世纪6 0 年代法国m e n a r d 技术公司首创的强夯法处 理地基( 也称动力固结法，英文为d y n r n l i cc o n s o l i d a t i o nm e t h o d ) ；2 0 世纪7 0 年代，出 现了用于地基加固和防水帷幕的高压喷射技术( 日本) ，即c c p 工法，也就是我们现在说 的高压喷射法( j e tg r o u t i n g ) ，也称为旋喷法；出现了第二次世界大战以后美国发明、在 日本得到了进一步的完善和推广的深层搅拌法地基处理技术，当时称为m i p ，使地基处理 技术发挥了日益巨大的作用。 我国的现代地基处理技术自2 0 世纪5 0 年代从原苏联引进土桩挤密技术开始，经历了 5 0 年代到6 0 年代和改革开放以后二个繁荣发展的时期。近十多年来，我国地基处理技术 发展非常迅速，许多技术、设备和工艺已处于国际领先地位。 1 9 5 9 年我国在上海重型机器厂采用沉管挤密砂桩法进行地基处理，1 9 7 8 年又在宝山 钢铁厂采用振动重复压拔管砂桩施工法处理原料堆场地基。近二十年来，砂石桩地基处理 技术在工业建筑、油罐、堤防、码头、原料堆场、路堤等领域里得到广泛的应用。 6 0 年代中期，我国对土桩挤密法进行了大量的试验研究，为解决西安地区的杂填土地 基的深层处理问题，发明了灰土挤密法，并用之进行湿陷性黄土地基的处理。大量的工程 实践表明，该法对消除黄土的湿陷性效果显著。目前土桩挤密法和灰土桩挤密法已经在广 大的黄土地区得到了广泛的应用，成为湿陷性黄土地区地基处理的主流方法，取得了很好 2 1 绪论 的效果。 1 9 7 7 年我国开始应用振冲法加固地基，水利部南京水利科学研究所和交通部水运规划 设计研究院共同研制出我国第一台1 3 k w 的振动水冲器，1 9 7 7 年9 月首先应用于南京船 厂船体车间软粘土地基加固，加固深度达到1 3 1 8 m 。之后，电力部北京勘测设计院研 制了7 5 k w 的大功率振冲器，应用于四川省铜街子水电站工地穿过厚8 米的漂卵石夹砂层 对下面的细砂进行振密处理( 康景俊、尤立新，1 9 8 5 ) 。近年来，振冲法在我国工业与民 用建筑、水利水电、交通以及尾矿坝、灰场等领域得到了广泛的应用。 1 9 7 7 年l o 月冶金部建筑研究总院和交通部水运规划设计院进行深层搅拌法的试验和 设备研制工作，并于1 9 8 0 年在上海宝钢三座卷管设备基础软土地基加固工程中获得成功。 2 0 世纪7 0 年代末期开始我国在地基处理技术和地基处理设备方面不断取得新的进展 和广泛的应用。 1 1 2 复合地基的基础理论 随着地基处理技术的发展和地基处理工程的大量开展，地基分析计算理论也得到大大 的提高。复合地基理论就是在地基处理技术长足发展的形势下诞生的，复合地基理论的诞 生又极大地促进了地基处理技术的进步。复合地基理论的提出，改变了长期以来在地基设 计中要么地基土承担上部荷载，要么桩体承担上部基础的荷载的状况，第一次建立了桩土 共同承担上部荷载的思想，以这种思想来分析复合地基的类型、承载机理和沉降分析与承 载力计算，甚至优化设计，形成了复合地基完整的理论。由于大部分地基处理后的人工地 基可以用复合地基理论研究，因此复合地基理论是解决人工处理后地基承载能力问题的有 效手段，是进行地基处理设计的依据。 1 ) 复合地基类型系列 对复合地基进行正确的分类有助于把握事物的本质，随着人们对问题认识的加深，复 合地基分类已开始涉猎到复合地基承载的本质区别，逐渐走向合理。 起初人们首先注意到各种桩式处理的地基，将地基分为散体桩复合地基和水泥土桩复 合地基两种 2 1 。认为：散体桩复合地基桩体材料是由散状材料( 碎石、砂及钢渣等) 组成， 桩体没有或有很小的凝聚力，桩体主要靠周围土体的握持力承载；而水泥土桩复合地基是 由水泥及石灰等胶结材料将软弱地基的部分土体胶结到一块形成桩体( 如旋喷桩，搅拌桩 等) 与天然地基共同承载。这两类复合地基桩体材料的应力应变曲线和侧限强度有明显 的不同，复合地基内的应力、应变场也有明显的区别，但对于同一类地基，不论施工方法 有多大的不同，其基本性质是一致的。 人们后来将复合地基的概念进一步地拓宽，将土工织物、加筋土等组成的人工地基也 看成复合地基，称为横向增强体复合地基【5 】【6 】。而把一般意义上由桩处理的复合地基称为 纵向增强体复合地基( 也称桩式复合地基) 。其中，纵向增强体复合地基包括了散体桩复 合地基、柔体桩复合地基和刚体桩复合地基三种。水平向增强体复合地基包括水平向的土 工布、土工格栅等土工加筋材料对天然地基进行水平向增强的人工地基。 3 西安理工大学博士学位论文 再后，人们考虑到上部基础刚度与复合地基作用荷载类型的不同，对复合地基又分成 刚性荷载下复合地基和柔性荷载下复合地基两种。由于这两种复合地基有截然不同的承载 机理，也应该分别研究。 这样复合地基的分类可示意如图1 - ! 所示： r 刚性基础 r 散体桩复合地基1 柔性基础 i二 f 号皇要罂竺兰2 警基l 柔体桩复合地基j 刚性基础 i 桩式复合地基 1 1 一 1 柔性基础 ii二 复合地基1 l 刚体桩复合地基 l 刚性基础 i， l 柔性基础 l -水平增强体复合地基j 刚性基础 l 柔性基础 图1 - 1 复合地基分类示意图1 3 】【4 】 最近人们注意到大荷载上部结构对地基承载力的严格要求，出现了将横向增强体复合 地基与纵向增强体复合地基在一个地基上联合应用，以及将各种地基处理方法在一个地基 中联合应用的趋势，形成了多种另外的复合地基类型，即：混合型复合地基或多元复合地 基。这种多元复合地基类型引起了许多学者研究的兴趣。 文献 7 】 8 】针对深厚软土地基的地基处理，提出综合应用散体桩、柔体桩和刚体桩三 种或两种桩型进行一个地基的加固，利用各类复合地基的优点，提出多元复合地基的概念。 文中将多元复合地基中桩身强度较高的桩定为主桩，较低的桩定为辅桩，按照主桩和辅桩 的关系将多元复合地基分为两类，第一类多元复合地基中，主桩的置换作用是复合地基承 载的主要部分，辅桩主要起到加速固结、提高整体强度等辅助作用；第二类多元复合地基 中，复合地基的承载力主要靠辅桩的承担，而主桩只是布置在节点和荷载较大的承重墙下， 以达到减少整体沉降的目的。这样布置将发挥各种桩的优点，达到节省工程投资，提高地 基整体承载能力的效果。 文献 9