淺談樁基礎(chǔ)與樁體復(fù)合地基的區(qū)別和聯(lián)系

摘要：本文闡述了樁基礎(chǔ)和樁型復(fù)合地基的發(fā)展過(guò)程，分析了樁基礎(chǔ)和樁型復(fù)合地基的相似之處，并且從荷載傳遞的路徑、結(jié)構(gòu)構(gòu)成和樁體材料、樁體本身的受力情況三方面綜合分析了兩者的差異，得出兩者的根本區(qū)別是荷載傳遞路徑不同的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：樁基礎(chǔ)樁型復(fù)合地基荷載傳遞

中圖分類號(hào):TU72文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2012)03(b)-0000-00

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷高速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)模也日益擴(kuò)大。為了合理有效的利用土地資源，建設(shè)工作者不斷的使用各種方法對(duì)軟弱地基等不利于工程建筑的因素進(jìn)行改造，以提高地基強(qiáng)度，保證地基的穩(wěn)定性，減少地基的沉降和不均勻沉降等等。當(dāng)天然地基能夠滿足建筑物建設(shè)需求時(shí)通常采用淺基礎(chǔ)，當(dāng)天然地基不能滿足建筑物的要求時(shí)，通常就需要采用人工處理地基形成復(fù)合地基或選擇深部持力層設(shè)計(jì)樁基。

1 樁基礎(chǔ)和樁體復(fù)合地基的發(fā)展過(guò)程

樁基礎(chǔ)是一種古老的基礎(chǔ)型式。早在七千余年前的新石器時(shí)代，人們?cè)诤春驼訚傻乩镌阅局脚_(tái)，修建居住點(diǎn)來(lái)防止猛獸侵犯。中國(guó)最早的樁基是在浙江省河姆渡原始社會(huì)遺址中發(fā)現(xiàn)的。樁基技術(shù)到宋代已經(jīng)比較成熟，在《營(yíng)造法式》中載有臨水筑基一節(jié)。到了明、清兩代，樁基技術(shù)更趨完善。如清代《工部工程做法》一書(shū)對(duì)樁基的選料、布置和施工方法等方面都有了規(guī)定。上海市龍華鎮(zhèn)龍華塔（建于北宋太平興國(guó)二年）和山西太原市晉祠圣母殿（建于北宋天圣年間），都是中國(guó)現(xiàn)存的使用樁基礎(chǔ)的古建筑。樁基礎(chǔ)技術(shù)經(jīng)歷了幾千年的發(fā)展直至今日，無(wú)論是樁體材料、樁類型、制樁機(jī)械或施工方法都有了巨大的發(fā)展，已經(jīng)形成了現(xiàn)代化基礎(chǔ)工程體系。

復(fù)合地基的概念被提出來(lái)是在1960年。從20世紀(jì)70年代起，我國(guó)開(kāi)始利用碎石樁處理地基，在砂土、粉土中消除地基液化和提高地基承載力，效果令人滿意。第二次世界大戰(zhàn)以后，美國(guó)研制成功一種就地?cái)嚢铇?MIP)，這種攪拌樁是從旋轉(zhuǎn)的中空螺旋鉆桿端部向周圍被攪散的土中噴射水泥漿，然后再由葉片攪拌均勻而形成的樁體。1953年，日本清水建設(shè)株式會(huì)社從美國(guó)引進(jìn)這種施工方法，并進(jìn)一步加以改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出CSL法和MR-D法，都是通過(guò)鉆桿供給水泥漿，用鉆桿自帶的特殊形狀的攪拌翼片攪拌土體，形成水泥土樁。20世紀(jì)60年代，日本和瑞典分別開(kāi)發(fā)出深層攪拌法，專用于加固深層軟土。1977年，我國(guó)冶金部建筑研究總院和交通部水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院進(jìn)行了室內(nèi)試驗(yàn)和施工機(jī)具研制工作。1978年成功研制出我國(guó)第一臺(tái)SJB-1型雙攪拌軸、中心管輸漿、陸上型深層攪拌機(jī)。1984年開(kāi)始，由江陰振沖機(jī)廠生產(chǎn)SJB型成套深層攪拌機(jī)械，加固深度可達(dá)25-30m。1992年，交通部第一航務(wù)工程局開(kāi)發(fā)出了我國(guó)第一代深層攪拌船。

2 二者之間的聯(lián)系：

樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基均為天然軟弱土層上進(jìn)行建筑的改造方法，樁基礎(chǔ)是由樁基和鏈接于樁頂?shù)某信_(tái)共同組成，復(fù)合地基是指天然地基在地基處理過(guò)程中部分土體得到增強(qiáng)或被置換，或在天然地基中設(shè)置加筋材料，加固區(qū)由天然地基土體或被改良的天然地基土體和增強(qiáng)體兩部分組成，本文中所指的樁體復(fù)合地基也稱豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基，是指增強(qiáng)體在地基中的排布方向是豎直向的。適用對(duì)象為天然承載力不滿足建筑要求，或天然地層情況不適合建筑的地區(qū)。

廣義上來(lái)說(shuō)，可以認(rèn)為樁基礎(chǔ)也是一種特殊的地基處理方法，復(fù)合地基是介于天然地基和樁基礎(chǔ)之間的一種形式。復(fù)合地基的樁土應(yīng)力比為1時(shí)就是天然地基，不考慮樁間土的承載力時(shí)則與樁基礎(chǔ)的計(jì)算方法一致。

3 二者之間的區(qū)別：

（1）上部荷載的傳遞路線不同

按照經(jīng)典樁基理論，樁基礎(chǔ)的上部荷載通過(guò)基礎(chǔ)底板傳遞給樁體，再依靠樁的側(cè)摩阻和樁端端承力傳遞給地基土層，經(jīng)典樁端理論不考慮基礎(chǔ)底板下地基土堆荷載的傳遞作用。雖然客觀上樁間土是直接參與承擔(dān)和傳遞荷載的，但是在設(shè)計(jì)計(jì)算中是不考慮的。

對(duì)于復(fù)合地基來(lái)說(shuō)，荷載通過(guò)基礎(chǔ)底板傳遞給樁體和地基土體。散體材料樁承擔(dān)的荷載中，部分通過(guò)樁體鼓脹傳遞給樁側(cè)土體，另一部分通過(guò)樁體傳遞給深層土體。粘結(jié)材料樁承擔(dān)的荷載通過(guò)樁體側(cè)摩阻和端承力傳遞給地基土體。

（a）（b）

圖1 荷載傳遞路徑圖

（2）組成結(jié)構(gòu)和樁體材料

樁基礎(chǔ)是由基礎(chǔ)底板以下部堅(jiān)實(shí)土層或巖層作為持力層。由樁體和承接上部結(jié)構(gòu)的承臺(tái)組成樁基。樁基礎(chǔ)的樁身材料有三種，分別為混凝土樁，鋼樁和組合材料樁?；炷翗冻煞譃榛炷粒筛鶕?jù)工程具體情況設(shè)置鋼筋籠或不配筋，成樁工藝又有灌注樁和預(yù)制樁兩種。鋼樁主要有鋼管樁，H型鋼樁和鋼軌樁。組合材料樁是由以上兩種材料組合而成的樁，可以在鋼管樁內(nèi)充填混凝土，或者上部為鋼管樁下部為混凝土樁等形式的組合。承臺(tái)的材料通常為鋼筋混凝土，作用是將各樁聯(lián)合成整體，把上部結(jié)構(gòu)傳來(lái)的荷載轉(zhuǎn)換并分配給各個(gè)樁體，在上不結(jié)構(gòu)和下部樁體之間起到傳遞和分配荷載的作用，并且協(xié)同下部樁體的沉降。

樁體復(fù)合地基可根據(jù)增強(qiáng)體的材料的性質(zhì)分為散體材料樁復(fù)合地基（例如砂石樁復(fù)合地基和振沖樁復(fù)合地基），柔性材料樁復(fù)合地基（例如灰土樁復(fù)合地基和水泥土攪拌樁復(fù)合地基）和剛性材料樁復(fù)合地基（CFG樁復(fù)合地基等），根據(jù)原始土體組成和強(qiáng)度不同選取合理的樁體材料；樁體材料不同，設(shè)計(jì)時(shí)的面積置換率也不同，樁體材料剛度越大，面積置換率就越小。對(duì)于剛性材料樁復(fù)合地基，在設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)在樁體頂部設(shè)置150-300mm的褥墊層，褥墊層材料為級(jí)配砂石，在力的傳遞上可以保證基礎(chǔ)式中通過(guò)褥墊層的塑性調(diào)節(jié)作用，把一部分荷載傳遞到樁間土上，保證樁和土共同承擔(dān)荷載并且協(xié)同變形，并且可以減小基礎(chǔ)底面的應(yīng)力集中。故承臺(tái)與褥墊層分別是樁基礎(chǔ)和樁型復(fù)合地基采取的協(xié)同變形和傳遞荷載的措施，雖然常見(jiàn)，但不能利用其作為區(qū)別樁基礎(chǔ)的標(biāo)志。

（3）樁體受力情況不同

對(duì)于樁基礎(chǔ)來(lái)說(shuō)，樁體所承受的水平荷載則是依靠樁側(cè)土層的側(cè)向阻力來(lái)支撐的，軸向荷載是通過(guò)作用于樁周土的樁側(cè)摩阻和樁端地層的樁端阻力共同承擔(dān)的，而側(cè)摩阻與端阻力的荷載分擔(dān)比例則由地基土的性質(zhì)、樁的尺寸和施工工藝等條件共同決定。按上述因素可將樁分為端承型樁和摩擦型樁兩大類，摩擦型樁的樁頂荷載全部或主要由樁側(cè)摩阻力承受，端承型樁的樁頂荷載全部或主要由端阻力承受，樁側(cè)阻力相對(duì)較小或可忽略不計(jì)。以常見(jiàn)的摩擦型樁為例，軸力圖如圖2（a）所示，樁頂荷載Q由樁端阻力Nl和側(cè)摩阻力QS兩部分共同承擔(dān)。

對(duì)于樁體復(fù)合地基，特別是剛性樁復(fù)合地基中，由于在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到樁體與樁周土間的協(xié)同作用，樁體本身的壓縮性被充分利用。以CFG樁復(fù)合地基為例，軸力圖如圖2（b）所示，在豎向荷載作用下，樁體和樁間土同時(shí)沉降，在某一深度內(nèi)，土的沉降大于樁，則土對(duì)樁體產(chǎn)生負(fù)摩阻力，使淺部樁體的軸力呈逐漸增大的形式。

圖2 軸力圖

綜上所述，樁基礎(chǔ)和樁型復(fù)合地基雖然在很多方面頗為相似，但是由于兩者最根本的荷載傳遞機(jī)理是不同的，其荷載分布和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等才會(huì)出現(xiàn)諸多區(qū)別，再具體個(gè)案中要注意區(qū)分。

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