4.复合地基理论与设计
刚性桩复合地基处理
刚性桩复合地基几点思考天然地基在地基处理过程中, 部分土体得到增强, 或被置换, 或在天然地基中设置加筋体, 由天然地基土体和增强体两部分组成共同承担荷载的人工地基, 称为复合地基。
以桩作为地基中的竖向增强体并与地基土共同承担荷载的人工地基, 又称竖向增强体复合地基。
根据桩体材料特性不同, 可分为散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。
1.刚性桩复合地基设计1.1刚性桩复合地基适用于处理黏性士、粉土、砂土、素填土和黄土等土层。
对淤泥、淤泥质土地基应按地区经验或现场试验确定其适用性。
刚性桩复合地基中的刚性桩应采用摩擦型桩。
在使用过程中, 通过桩与土变形协调使桩与土共同承担荷载是复合地基的本质和形成条件。
由于端承型桩几乎没有沉降变形, 只能通过垫层协调桩土相对变形, 不可知因素较多, 如地下水位下降引起地基沉降, 由于各种原因, 当基础与桩间土上垫层脱开后, 桩间土将不再承担荷载。
《复合地基技术规范》（GB/T50783-2012）指出刚性桩复合地基中刚度桩应为摩擦型桩, 对端承型桩进行限制。
1.2刚性桩复合地基应从以下几个方面进行设计:1.3桩体材料1.4刚性桩复合地基中[1]的桩体可采用钢筋混凝土桩、素混凝土桩、预应力管桩、大直径薄壁筒桩、水泥粉煤灰碎石桩（CCFG桩）、二灰混凝土桩和钢管桩等刚性桩。
钢筋混凝土桩和素混凝土桩应包括现浇、预制, 实体、空心, 以及异形桩等。
1.5桩径根据沉管桩机的不同,刚性桩桩径一般设计成350mm、400mm和450mm。
不同地区可根据当地施工经验及成孔机械规格进行选用,以达到最佳挤密效果为宜1.6桩长选择桩长时应使桩端穿过压缩性较高的土层, 进入压缩性较低的土层。
1.4 桩距当刚性桩复合地基中的桩体穿越深厚软土时, 如采用挤土成桩工艺(如沉管灌注成桩) , 桩距过小易产生明显的挤土效应, 一方面容易引起周围环境变化, 另一方面, 挤土作用易产生桩挤断、偏位等情况, 影响复合地基的承载性能。
刚性桩复合地基处理
2.复合地基承载力计算
复合地基承载力由桩的竖向抗压承载力和桩间土地基承载力两部分组成。 由于桩土刚度 不同， 两者对承载力的贡献不可能完全同步。 一般情况下桩间土地基承载力发挥度要小一些。 复合地基承载力目前有以下几种计算方法： （1） 桩和土固定比例分担 （2） 先土后桩 （3） 先桩后土 （4） 按沉降量控制计算 （5） 变形分担 （6） 按照复合地基承载力计算公式计算 在实际工程中，一般采用按照复合地基承载力计算公式来计算。这就涉及到复合地基 承载力的修正问题[2]。刚性桩复合地基用于高层和超高层建筑时,一般有较大的基础埋深,即 有更大的边荷载,边荷载对复合地基承载力及变形有多大影响,如何合理地对其承载力进行修 正,对复合地基的设计有重要意义。 2.1 复合地基中桩的承载性状 复合地基中,桩间土表面作用着桩间土应力σ������ ,桩间土应力σ������ 在不同深度产生的附加应力, 使桩周正应力有较大的增量 ,在桩侧土中产生附加应力 ,桩身受到一个正向压力增量,桩侧阻 力也相应增大,导致桩的侧阻增加。桩间土应力产生的附加应力增量,也使桩端处垂直应力加 大,形成桩端边载效应,减少主应力差,增加桩的端阻力。 2.2 复合地基中土的承载性状 试验表明,边荷载对刚性桩复合地基桩间土承载力的提高十分明显 ,主要原因是边荷载 的作用抑制了基础外侧土体向上隆起的趋势,桩间土的侧向变形受到限制,从而使土的垂直变 形减少。另一方面由于复合地基中桩的存在,使桩间土的变形受到桩的约束,侧向变形受到制 约,从而也使土的垂直变形减少。这样,在边荷载与复合地基中桩的共同作用下,其承载力及模 量较天然地基土有十分明显的提高。 2.3 桩土荷载分担比 在有边荷载条件下,由于桩间土承载力及变形模量的提高 ,使桩土应力比降低 ,桩的荷载
表1 桩的最小中心距
建筑地基处理技术规范精选全文
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二.真空预压： 3.1.4真空预压的抽气设备宜采用射流真空泵。 3.1.5地基土渗透性强时，应设置黏土密封墙。
真空预压施工图
三.真空和堆载联合预压： 3.1.6采用真空和堆载联合预压时，应先抽真空再进行堆载， 并继续抽真空。 3.1.7堆载前，应在膜上铺设编织布或无纺布等保护层。 3.1.8堆载加载过程中，应满足地基稳定性设计要求。
换填垫层法施工
2.2质量检验
垫层的施工质量检验必须分层进行，以确保每层都能达到设计要 求，常用的几种方法如下：
环刀法 贯入仪法 静力触探试验 轻型动力触探试验 标准贯入试验 重型动力触探试验
用于对粉质黏土、灰土、粉煤灰和 砂石垫层的检验
用于对砂石和矿渣垫层的检验
垫层的质量检验应通过现场试验，以设计压实数所对应的 贯入度标准进行检验，常用环刀法、灌砂法、灌水法来检验。
砂石桩
4.砂石桩的施工顺序：对砂土地 基宜从外围或两侧向中间进行。 5.施工时桩位水平偏差不应大于 0.3 倍套管外径；垂直度偏差不 应大于1%。
沉管砂石桩施工现场
5.1.3振冲碎石桩、沉管砂石桩复合 地基的质量检验应符合下列规定： 1.检查施工各项记录，如有遗漏或 不符合规定要求的桩 ，应补做或 采取有效的补救措施。 2.施工后应间隔一定时间，方可进 行质量检验。
水泥浆搅拌桩施工现场
3）关闭搅拌机械。
5.3 旋喷桩复合地基
5.3.1旋喷桩复合地基施工应符合下列规定： 1.工序为机具就位、贯入喷射管、喷射注浆、拔管和冲洗等。 2.钻孔的位置与设计位置的偏差不得大于50 mm。
基础工程及地基处理
03 常见地基处理方法介绍
换土垫层法
01 02
原理
将基础下一定范围内的软弱土层挖去，然后回填强度较高、压缩性较低 的砂、碎石、素土、灰土、粉煤灰、矿渣等材料，并分层夯实至设计要 求的密实度。
适用范围
适用于浅层软弱地基及不均匀地基的处理。
03
优点
通过换填具有较高抗剪强度的地基土，提高地基承载力，减少沉降量。
利用高频电磁波在地下介 质中的传播特性，探测地 基处理后的异常体及其范 围。
瑞利波法
通过分析瑞利波在地基中 的传播速度变化，评价地 基的密实度和均匀性。
声波检测法
利用声波在不同介质中传 播速度的差异，检测地基 处理后的质量情况。
有损检测技术应用探讨
钻芯法
通过钻取芯样，直观观察地基处理后的土层结构、颜色、密实度 等，评价其质量。
施工质量控制
在施工过程中，应严格控制施工质量，包括材料质量、施工工艺、尺 寸精度等方面的控制，确保施工质量符合设计要求和相关标准。
安全防护措施
在施工过程中，应采取必要的安全防护措施，如穿戴防护用品、设置 安全警示标志、定期检查施工设备等，确保施工人员的安全。
06 地基处理效果评价与检测
效果评价指标体系建立
• 振密挤密法：采用一定的手段，通过振动或挤密使地基土体孔隙比减小，强度 提高，达到地基处理的目的。
• 置换及拌入法：采用挖除基础底面下一定深度内的软弱土层或不均匀土层，回 填其他性能稳定、无侵蚀性、强度较高的材料，并夯压密实所形成的垫层。或 者在软弱土层中部分土被人工挖除或被爆破振松后，回填碎石、石屑、砂等材 料，并经夯实而成的垫层。
地质条件
地基土的物理性质、化学性质以 及地质构造等因素可能导致地基 问题。如软土、湿陷性黄土、膨 胀土等不良地质条件，以及地震、
水泥土搅拌桩复合地基设计
水泥土搅拌桩复合地基设计介绍——结合常州地区经验吴祖德（常州市建设工程施工图设计审查中心，江苏213002）摘要：结合常州实践经验和设计规范,介绍了水泥土搅拌桩的构造特点、施工方法、以及常用加固方法及型式，其中详细介绍了设计方法，复合地基承载力设计值和沉降量的计算，以及相应的应用软件，可提供给相关专业技术人员在工作中参考应用。
注：执行《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012)时，注意规范用词，称“水泥土搅拌桩”,不再称“深层搅拌桩”、“粉喷桩”；水泥土搅拌桩的施工工艺分为：浆液搅拌法（简称湿法)；粉体搅拌法（简称干法).关键词:水泥土搅拌桩单桩承载力复合地基承载力沉降计算1深层搅拌桩在常州地区的实践1.1 常州实践常州市于1992年引进水泥土搅拌桩加固软土地基,首先采用在亚细亚傍留芳路6层住宅，淤泥质土有20m深。
至今常州仍然用得很多，其间也出现过一些问题，施工控制不好，有产生不均匀沉降、裂缝等。
上海有一段时间,因出现过问题，禁用水泥土搅拌桩，后来放宽好用了，有附加条件，要经过沉降计算,并符合要求。
在常州水泥土搅拌桩主要适用加固地耐力120KPa以下淤泥质、粉质粘土。
大于120、130、140KPa 也处理,但搅拌机械动力较困难，施工要细心。
地耐力120KPa以下的地基，处理后可达100～300KPa，含砂、粉粒的土可达大于300KPa。
一般处理后的复合地基可达200KPa以内.水泥土强度，常州在1～1.2MPa(个别有1。
4MPa），复合地基在150~180KPa.表1 常州早期深层搅拌桩典型工程介绍注：（1)早期单桩承载力设计值中，桩强度折减系数为0.2～0.5;（2)序号3,无淤泥层，上面150KPa,下面140KPa，桩打至粉质粘土；土含粉、砂粒,所以桩身强度高，且打入持力层，所以沉降量很少；（3)序号4，表层3～5m淤泥质土，下面为亚粘土;因桩尖有持力层，沉降很小.1。
2 干法湿法干法-—粉体搅拌法（喷干水泥)，加固深度不宜大于15m。
(完整)岩土工程测试与监测技术课后思考题答案
第一章绪论1、论述岩土工程测试和监测的主要内容及其重要性?答：（1）、岩土工程测试技术一般分为室内试验技术，原位实验技术和现场监测技术等几个个方面。
在原位测试方面，地基中的位移场、应力场测试，地下结构表面的土压力测试，地基土的强度特性及变形特性测试等方面将会成为研究的重点，随着总体测试技术的进步,这些传统的难点将会取得突破性进展。
（2）、a。
、不论设计理论与方法如何先进、合理，如果测试技术落后,则设计计算所依据的岩土参数无法准确测求，不仅岩土工程设计的先进性无法体现，而且岩土工程的质量与精度也难以保证.所以,测试技术是从根本上保证岩土工程设计的精确性、代表性以及经济合理性的重要手段.b。
测试工作是岩土工程中必须进行的关键步骤,它不仅是学科理论研究与发展的基础，而且也为岩土工程实际所必需。
c.监测与检测可以保证工程的施工质量和安全,提高工程效益。
在岩土工程服务于工程建设的全过程中，现场监测与检测是一个重要的环节，可以使工程师们对上部结构与下部岩土地基共同作用的性状及施工和建筑物运营过程的认识在理论和实践上更加完善。
依据监测结果,利用反演分析的方法，求出能使理论分析与实测基本一致的工程参数。
岩土工程测试包括室内土工试验、岩体力学实验、原位测试、原型实验和现场监测等，在整个岩土工程中占有特殊而重要的作用。
第二章测试技术基础知识1、简述传感器的定义与组成。
答:传感器是指能感受规定的物理量，并按一定规律转换成可用输入信号的器件或装置.传感器通常由:敏感元件、转换元件、测试电路三部分组成。
2、传感器的静态特性的主要技术参数指标有哪些?答：主要有：灵敏度、线性度（直线度）、回程误差(迟滞性）。
3、钢弦式传感器的工作原理是什么？答：工作原理：是由敏感元件（一种金属丝弦）与传感器受力部件连接固定，利用钢弦的自振频率与钢弦所受到的外加张力关系式测得各种物理量.4、什么是金属的电阻应变效应？怎样利用这种效应制成应变片？答：金属导体在外力作用下发生机械变形时，其电阻值随着它所受机械变形(伸长或缩短）的变化而发生变化的现象，称为金属的电阻应变效应。
第四章复合地基
桩基础
端承桩
土层
土层 土层
岩层
摩擦桩
复合地基
土层
二、复合地基的效用 ①桩体效用
桩体复合地基中桩体的刚度比桩间土体的大，在荷载作 用下，为了保持桩体和桩间土之间变形协调，地基中的应 力将按材料模量分配。因此，桩体上产生应力集中现象， 使桩体承担较大比例的荷载，桩间土承担的荷载相应减小。 这样就使复合地基承载力较原天然地基承载力有所提高， 地基沉降量减小。随着桩体刚度的提高，其桩体效用发挥 更加明显。
区别于桩基础
区别于天然地基
浅基础
复合地基
桩基础
Shallow Foundation Composite Foundation Pile Foundation
二、复合地基的分类
柔性桩复合地基（碎石桩、砂桩） 竖向增强体复合地基 半刚性桩复合地基（石灰桩、深层搅拌桩） 复合地基 刚性桩复合地基（混凝土类桩） 水平向增强体复合地基
1)用桩体强度指标和桩间土强度指标
2)用复合土体综合强度指标
四、复合地基沉降 复合地基总沉降量 s是加固区的沉降量 s1 和 加固区下卧层的沉降量 s2两部分之和。
4.1 加固区沉降量s1的计算 1）复合模量法 将复合地基中增强体和基体两部分组成的非均质加固 区视为一分层均质的复合土体，采用复合模量代替原非均 质加固土体的模量。
3.2 应力比公式
3.3 复合土体稳定分析法
在圆弧分析法计算中，假设的圆弧滑动面往往经过加固区 和未加固区。地基土的强度应分区计算。加固土和未加固 土采用不同的强度指标，未加固区采用天然地基土体强度 指标。加固区土体强度指标可采用复合土体综合强度指标， 也可分别采用桩体和桩间土的强度指标计算。
地基处理技术答案1
1．我国《建筑地基基础设计规范》(GB50007—2002)中规定，软弱地基是由高压缩性土层构成的地基，其中不包括哪类地基土？红粘土2．在选择地基处理方案时，应主要考虑上部结构、基础和地基的共同作用。
3．软粘土的工程性质较差，一般情况下，软粘土不具备以下哪个工程性质？高压缩模量1．地基处理所面临的问题有:强度及稳定性问题,压缩及不均匀沉降问题,渗漏问题,液化问题,特殊土的特殊问题2．我国的《建筑地基基础设计规范》中规定：软弱地基就是指压缩层主要由:淤泥,淤泥质土,冲填土,杂填土,其他高压缩性土层.构成的地基。
3．地基处理的目的有:提高地基承载力, 减少地基变形, 防止地基液化、震陷、侧向位移.4．对于饱和软粘土适用的处理方法有：降水预压法, 堆载预压法,搅拌桩法5．对于松砂地基适用的处理方法有：强夯法, 挤密碎石桩法, 碾压法, 振冲碎石桩法6．对于液化地基适用的处理方法有：强夯法, 挤密碎石桩, 振冲法7．以下哪些方法属于地基处理方法? 水泥搅拌桩法,砂桩法,CFG桩法8．以下土层哪些属于软土地基?泥炭, 淤泥质土, 冲填土9．在选择确定地基处理方案以前应综合考虑因素:气象条件因素, 地质条件因素, 结构物因素10．地基处理的对象是不良地基或软土地基，这些地基的主要问题是:承载力及稳定性的问题, 动荷载下的地基液化、失稳和震陷的问题, 沉降变形问题, 渗透破坏的问题1．试述地基处理的类型。
换土垫层法、振密挤密法等等2．选用地基处理方法时应遵循什么原则？p10第6行3．对较深厚的松散砂土地基有哪几种方法进行处理较经济?砂桩、表层压实法、振冲挤密法4．对较深厚的软弱饱和粘性土地基有哪几种方法进行处理较经济?电渗排水法、砂井法5．一海港扩建码头，地基为海积淤泥，厚达40m。
规划在一年后修建公路、办公楼与仓库，需大面积进行地基加固，试选择具体地基处理方案。
水泥土搅拌法1．在复合地基载荷试验中，当压力—沉降曲线平缓光滑时，砂石桩，粘土地基可按相对变形s／d(s／b)＝o．015确定承载力特征值。
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f spk m
式中： ssp / ss
Ra u p q si l pi p q p Ap
i 1 n
地基处理
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砂石桩复合地基 应力复合法 石灰桩复合地基
其它柔性桩复合地基
水泥土搅拌桩复合地基 变形复合法 CFG桩复合地基 旋喷桩复合地基 其它半刚性、刚性桩复合地基
载并协调变形（包括剪切变形）的地基。
复合地基计算简图
1 复合地基的分类
（1）根据地基中增强体的方向可分为水平向增强体复合地基 和竖向增强体复合地基。
均质人工地基
双层地基
水平向增强 复合地基
竖直向增强 复合地基
（2）根据复合地基工作机理可作下述分类；
散体材料桩复合地基 粘结材料桩复合地基 柔性桩复合地基 半刚性桩复合地基 刚性桩复合地基
形成条件
2 复合地基性状
2.1 作用机理
桩体作用
垫层作用
加速固结作用
挤密作用
加筋作用
垫层的作用：
理论研究和试验研究表明，基础和复合地基加固 区之间设置垫层不仅可保证各类增强体与桩间土 形成复合地基共同承担上部荷载，而且可以有效 改善复合地基中浅层的受力状态，如减小桩土荷 载分担比、提高桩间土的抗剪强度、提高增强体 承受竖向荷载的能力等。
p Ep n s Es
地基处理
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（3）复合压缩模量 在复合地基计算中，为了简化计算，将其视为一均质的复 合土层，那么与原非均质复合土层沉降量等价的均质复合 土层的压缩模量称为复合压缩模量
Esp mEp (1 m)Es
Esp [1 m(n 1)]Es
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复合地基常用的形式
水平向增强 复合地基
竖直向增强 复合地基
斜向增强复 合地基
长短桩复合 地基
地基——复合地基——桩基 的区别
天然地基
复合地基
桩基础
复合地基中不存在类似桩基中的群桩效应。
复合地基犹似钢筋混凝土，其中地基中的桩体有如混凝
土中的钢筋。它的实质就是考虑桩、土的共同作用，这 无疑较之仅仅认为荷载由桩体来承担要经济和合理。
2.2
破坏模式
1．对于不同的桩型，有不同的破坏模式。 2．对于同一桩型，当其桩身强度不同时，也会有不同的破坏模式。 3．对于同一桩型，当土层条件不同时，也将发生不同的破坏模式。
非均质粘性土中碎石桩破坏机理
水泥土桩体与桩间 土应力应变关系
复合地基的二次屈服现象
2.3 设计参数
（1）面积置换率
加固区土层的复合压缩模量Esp
Espi ζEsi
f spk f ak
5 复合地基一般设计过程
1.资料分析 2. 复合地基处 理方案的确定 3. 选择桩截面 尺寸 4. 加固深度选 择
地基处理
5. 加固范围的
9. 确 定 复 合 地 基桩的平面布 置和桩间距 10. 复合地基承 载力验算
桩体的横截面积(Ap)与该桩体所承担的复合地基面积(Ae)之比称为复合 地基面积置换率(m)，
d2 m 2 Ae de
Ap
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等边三角形布桩：de 1.05s 正方形布桩： 矩形布桩：
地基处理
de 1.13s
de 1.13 s1s2
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（2）桩土应力比
桩土应力比是指复合地基中桩体的竖向平均应力与桩间土 的竖向平均应力之比。
f spk mf pk (1 m) f sk
f spk [1 m(n 1)] f sk
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变形复合法 变形复合法认为复合地基在达到其承载力的时候，复合地 基中的桩与桩间土并不同时达到各自的承载力，桩的承载 力全部发挥而土的承载力并未全部发挥
Ra 1 m f sk Ap
3 复合地基承载力的Βιβλιοθήκη 定3.1 复合地基承载力确定
复合地基承载力一般应通过现场复合地基荷载试验确定，
应按《地基处理规范》的附录进行。
初步设计时也可按复合求和法估算。 应力复合法 复合求和法 变形复合法
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应力复合法
应力复合法认为复合地基在达到其承载力的时候，复合地 基中的桩与桩间土也同时达到各自的承载力
后来
深层搅拌法和高压喷
射注浆法的应用，人们开 始重视水泥土桩复合地基
的研究
复合地基定义的争论
砂石桩复合地基或水泥土桩复合地基 桩体与基础不相连
桩和桩间土共同承担荷载
?
根据桩体的刚度
与桩体刚度无关 根据其工作状态
复合地基是指两种刚度（或模量）不同的材料（桩体和 桩间土）所组成，在相对刚性基础上两者共同分担上部荷
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砂石桩复合地基
桩土应力比n一般取2~4，原土强度低取大
值，原土强度高取小值。 CFG桩复合地基 桩间土折减系数β 取0.75~0.95。天然地基承载
力较高时取大值。
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水泥土搅拌桩复合地基
桩间土折减系数 β 取值：当桩端土未经修正的承
载力特征值大于桩周土的承载力特征值的平均值 时，可取0.1~0.4，差值大时取低值；当桩端土未
经修正的承载力小于桩周土的承载力特征值的平
均值时，可取0.5~0.9，差值大或设褥垫层时均取 高值
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旋喷桩复合地基
桩间土折减系数β 取值取0~0.5，承载力较低时取 低值。
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3.2 复合地基承载力的修正
经处理后的地基，仅根据基础埋深对地基承载力特征值进
行修正 。
f spa f spk d m d 0.5
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4 复合地基变形计算
变形计算深度 复合地基变形计算深度的确定方法与天然地基相同
0.025 si s n
i 1
n
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若zn小于加固深度H1 ，则zn=H1
s s1
若zn大于加固深度H1
§14
复合地基理论
复合地基（Composite Foundation）一词,国外最早见于1962年。 复合地基的概念已成为很多地基处理方法的理论分析及公式建立的 基础和根据。它已广泛地运用于如碎石桩、砂桩、水泥土搅拌桩、 旋喷桩和石灰桩等加固地基的理论分析中。
初期
主要 指天 然地基 中 设 置碎石 桩而 形成的 碎 石桩复合地基
确定
6. 桩体承载力
的确定
7. 复合地基承载 力特征值的确定 8.确定面积置换率
11.其它验算 12.绘制施工图
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复合地基承载力检测（载荷试验
s s1 s 2
地基（包括加固区和下卧层）压缩变形量计算通常采 用分层总和法或《建筑地基规范》提供的方法，表达 式为
s=ψss’ = ψs
m n p0 p0 z z z z i j j 1 i i 1 i 1 j j 1 E E i 1 j 1 spi sj