復(fù)合基樁與樁復(fù)合地基的區(qū)別

施加成 李良勇

明達海洋工程有限公司，北京 100013

巖土工程

復(fù)合基樁與樁復(fù)合地基的區(qū)別

施加成*李良勇

明達海洋工程有限公司，北京 100013

復(fù)合基樁和樁復(fù)合地基同時考慮了樁和樁間土共同承擔(dān)荷載的作用。在設(shè)計參數(shù)時，又都同時采用了樁基礎(chǔ)的兩個抗力公式，但兩者的設(shè)計及計算方法上是不同的，應(yīng)用時不可混淆。

復(fù)合基樁 樁復(fù)合地基 承載力 計算

在各種地基處理工藝中，由于樁或樁復(fù)合地基承載力高，施工方便，質(zhì)量又可靠，是大型橋墩，高層及超高層建筑良好基礎(chǔ)方案之一，一直深受建設(shè)單位、設(shè)計人員及施工單位的歡迎和認可。在樁基礎(chǔ)設(shè)計中，由于對不同樁基設(shè)計規(guī)范要求及理解不一，常引起使用上的混亂。特別是復(fù)合基樁和樁復(fù)合地基，兩者都同時考慮了樁和樁間土共同承擔(dān)上部荷載的作用，在設(shè)計參數(shù)時，又都采用了樁基礎(chǔ)的兩個抗力公式，很容易讓人們混淆不清，兩者在本質(zhì)上和計算上是有區(qū)別的，本人對其在設(shè)計、計算及布樁上的差異進行分析，供同行參考。

2 復(fù)合基樁和樁復(fù)合地基

2.1 關(guān)鍵名詞及其含義

樁系指設(shè)置在地內(nèi)的預(yù)制或現(xiàn)澆的柱狀構(gòu)件；傳統(tǒng)的樁的理論是假定上部結(jié)構(gòu)荷載全部由樁來承擔(dān)的。

基樁系指群樁基礎(chǔ)中的單樁。

復(fù)合基樁是指由基樁和連接于樁頂?shù)某信_共同組成，它包含承臺底土阻力，即由樁和承臺底地基土共同承擔(dān)上部荷載的基樁。

復(fù)合地基是指由兩種或兩種以上力學(xué)性能不同的介質(zhì)共同承受上部構(gòu)筑物荷載的地基。顧名思義樁復(fù)合地基是指樁加固的復(fù)合地基。

2.2 復(fù)合基樁和樁復(fù)合地基不同之處

復(fù)合基樁和樁復(fù)合地基雖然都同時考慮了樁和樁間土共同承擔(dān)荷載，在設(shè)計計算參數(shù)時，又都采用了樁基礎(chǔ)的兩個抗力公式，但兩者在本質(zhì)上還是有區(qū)別的：

（1）從構(gòu)造組成來看，復(fù)合基樁中的基樁與承臺相連接，樁中鋼筋是插入承臺的，是基礎(chǔ)的一個組成部分。而復(fù)合地基的樁與承臺不連接，是地基的一個組成部分.

（2）從荷載受力來看，復(fù)合基樁的基樁是將承臺上部荷載力傳至樁間和樁尖持力層地基上，屑傳力的基礎(chǔ)，而復(fù)合地基中的豎向樁，是承臺底地基土進行加固，以滿足承臺上部荷載承載力的要求，屬受力的地基。

（3）從計算機理來看，復(fù)合基樁的基樁是按樁基礎(chǔ)的兩個抗力公式進行計算，當(dāng)基樁產(chǎn)生壓縮變形時，又增加了承臺底地基土的極限阻力，當(dāng)基樁為端承樁時，復(fù)合基樁理論是不適用的。而復(fù)合地基中的豎向加固樁，只是借用樁基礎(chǔ)的兩個抗力公式進行參數(shù)計算，利用樁的擠密作用，置換作用，樁體作用，達到提高軟弱地基的強度，減少地基壓縮變形的目的。

（4）從檢測方法和承載力確定來看，復(fù)合基樁中的基樁與樁基礎(chǔ)的單樁豎向抗壓靜載荷試驗一樣，判定標(biāo)準是用 0～S曲線的極限荷載值或沉降量來確定。樁身質(zhì)量判斷可用高、低應(yīng)變動測試驗來檢測，而復(fù)合地基中的樁，其單樁豎向承載力標(biāo)準值，只供設(shè)計人員從理論上去推導(dǎo)復(fù)合地基承載力，一般可不檢驗。主要應(yīng)該通過現(xiàn)場載荷試驗的 0～S曲線中比例極限或相對沉降量來確定其復(fù)合地基承載力標(biāo)準值，樁身質(zhì)量一般由預(yù)留混凝土試塊或現(xiàn)場標(biāo)貫試驗確定的。

由上可見，復(fù)合基樁與樁復(fù)合地基無論從構(gòu)造、受力，計算機理和試驗及取值標(biāo)準都是不一樣的，由于對兩者深人探討不夠，造成實踐應(yīng)用上的混亂，有些工程采用的是復(fù)合地基加固，而設(shè)計樁長卻采用了復(fù)合基樁的20～30m樁長等等。

3 復(fù)合基樁和樁復(fù)合地基承載力的計算

3.1 樁復(fù)合地基承載力計算

依據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）【1】（以后簡稱地基處理規(guī)范）規(guī)定：除應(yīng)通過現(xiàn)場復(fù)合地基載荷試驗確定外，也可按以下公式進行計算：

化簡（1）得

式中：fspk—復(fù)合地基的承載力標(biāo)準值;

m—面積置換率；

Ap—樁的截面積；

fsk—樁間天然地基土承載力標(biāo)準值；

β—樁間土承載力折減系數(shù)，樁端軟土?xí)r取0.5～1.0，硬土?xí)r取0.1～0.4，當(dāng)不考慮樁間軟土作用時，取零；

fcuk—與攪拌樁樁身加固土配比相同的室內(nèi)加固土試塊（邊長70.7mm或50mm的立方體）的無側(cè)限抗壓強度平均值；

η—強度折減系數(shù)；可取0.35～0.50；

Up —樁周長；

L—樁長；

qp—樁端天然地基土的承載力標(biāo)準值；

α—樁端天然地基土的承載力折減系數(shù)，可取0.4～0.6。

3.2 復(fù)合基樁承載力計算

依據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）【2】（以后簡稱樁基規(guī)范）5.2.2.條規(guī)定：對于樁數(shù)超過3根的非端承樁樁基，宜考慮樁群，土、承臺的相互作用效應(yīng)。

（1）復(fù)合基樁的豎向承載力設(shè)計值按下式計算：

式中θsk、θpk—分別為單樁總極限側(cè)阻力和總極限阻力標(biāo)準值；

θck—相應(yīng)于任一復(fù)合基樁的承臺底地基土總極限阻力標(biāo)準值；

qck— 承臺底1/2承臺寬度深度范圍（≤5m）內(nèi)地基土極限土極限阻力標(biāo)準值；

Ac— 承臺底地基土凈面積；

θuk— 單樁豎向極限承載力標(biāo)準值；

ηs，ηp，ηsp，ηc—分別為樁側(cè)阻群樁效應(yīng)系數(shù)，樁端阻群樁效應(yīng)系數(shù)，樁側(cè)阻端阻綜合群樁效應(yīng)系數(shù)，承臺底土阻力群樁效應(yīng)系數(shù)，按表 1確定；γs，γp，γsp，γc—分別為樁側(cè)阻抗力分項系數(shù)，樁側(cè)阻端阻綜合阻抗力分項系數(shù)，承臺底土阻抗力分項系數(shù)，按表2確定。

（2）承臺底土阻力群樁效應(yīng)系數(shù)的確定

依據(jù)樁基規(guī)范5.2.3.2條規(guī)定；承臺底土阻力發(fā)揮值與樁距、樁長，承臺寬度，樁的排列，承臺內(nèi)外區(qū)面積比等有關(guān)，承臺底阻力群樁效應(yīng)系數(shù)按下式計算：

表1 側(cè)阻、端阻群樁效應(yīng)系數(shù)ηs，ηp及側(cè)阻端阻綜合群樁效應(yīng)系數(shù)ηspTable1 Group effect coefficient ηs，ηp,for Lateral resistance as well as end resistance pile,and its composite pile group efficiency coefficient ηsp

表2 樁基豎向承載力抗力分項系數(shù)Table2 Resistance partialfactors for vertical bearing capacity of pile foundation

圖1 承臺底分區(qū)圖Fig.1 Bottom of pile cap section

表3 承臺內(nèi)、外區(qū)土阻力群樁效應(yīng)系數(shù)、Table3 Pile group effect coefficient for soil resistance ,in the pile cap inner and outer zoon

表3 承臺內(nèi)、外區(qū)土阻力群樁效應(yīng)系數(shù)、Table3 Pile group effect coefficient for soil resistance ,in the pile cap inner and outer zoon

Sa/d Bc/L ηic ηec 3 4 5 6 3 4 5 6≤0.20 0.11 0.14 0.18 0.21 0.40 0.15 0.20 0.25 0.30 0.60 0.19 0.25 0.31 0.37 0.80 0.21 0.29 0.36 0.43≥1.00 0.24 0.32 0.40 0.46 0.63 0.75 0.80 1.00

4 工程實例

4.1 例1：天津塘沽濱海新區(qū)

4.1.1 工程概況 某10層住宅樓，磚混結(jié)構(gòu)，每層總壓力為 13kPa，要求地基承載力標(biāo)準值為130kPa（13×10=130kPa），筏板基礎(chǔ)，面積A為498m2。

4.1.2 地層情況 場地位于渤海濱海平原，為陸海交互沉積，基底主要地層如下：

（1）0～1.0m素填土，黃褐色，軟塑，天然含水量w=36%，液性指數(shù)IL=1.0，孔隙比e=1.05，樁極限側(cè)阻力標(biāo)準值 qsik=22kPa，地基承載力標(biāo)準值fk=90kPa；

（2）1.0～4.5m，粉質(zhì)粘土，天然含水量w=29%，液性指數(shù)IL=0.95，孔隙比e=1.0，qsik=40kP a，fk=110kPa；

（3）4.5～6.0m，粉質(zhì)粘土，w=28%，IL=0.93，e=0.91，qsik=50kPa，fk=135kPa；

（4）6.0～9.5m，粉土，w=25%，e=0.70，qsik=55kPa，fk=150kPa。極限端阻力標(biāo)準值qpk=1200kPa。

①按剛性樁復(fù)合地基設(shè)計

設(shè)計樁尖進入(4)層粉土，樁長為5.25m，樁徑為200mm×200mm微型預(yù)制樁，單樁豎向極限承載力為：

取單樁豎向承載力標(biāo)準值（k為安全系數(shù)取2）：

代入公式（2），β取 0.73，得面積置換率

樁間土承擔(dān)的荷載為

②按復(fù)合基樁設(shè)計

則 A0= A-n×Ap = 498-n×0.04

查表 2 得 γs= γp= 1.65，γc= 1.70

設(shè)Sa/d = 5，Bc/L =1

承臺下地基土承載力標(biāo)準值

則 θsk= n（u∑qsik×Li）= 4×0.2（3.5×40+1.5×50+0.25×55）×n= 183n

則 θpk= nqpkAp= 0.2×0.2×1200n = 48n

樁所承擔(dān)荷載為：

4.2 例2：河北白溝新區(qū)

4.2.1 工程概況 某住宅樓，為框剪結(jié)構(gòu)，條形基礎(chǔ)，基礎(chǔ)面積為 650m2，設(shè)計要求地基承載力標(biāo)準值為165kPa。

4.2.2 地層情況 基底主要地層如下：

（1）0～3.99m素填土，含水量w=31%，液性指數(shù)IL= 0.99，孔隙比e= 0.90，極限側(cè)阻力標(biāo)準值qsik= 25kPa，承載力標(biāo)準值fk= 85kPa；

（2）3.99～4.7m，粘土，W=37%，IL= 0.99，e=1.0，qsik= 32kPa，fk= 105kPa；

（3）4.7～5.9m，粉質(zhì)粘土，w=27.5%，IL=0.87，e=0.97，qsik=45kPa，fk=125kPa；

（4）5.9～7.62m，粉土，w=27.2%，e=0.8，qsik=55kPa，fk=150kPa，qpk=1500kPa。

①按剛性樁復(fù)合地基設(shè)計

設(shè)計樁尖進入（4）層粉土，樁長為 6.9m，樁徑為 350mm×350mm的預(yù)制樁，單樁豎向極限承載力為：

取單樁豎向承載力標(biāo)準值（k為安全系數(shù)取2）：

代人公式(2)，β取0.94，得置換率：

樁間土承擔(dān)的荷載為：

②復(fù)合基樁設(shè)計

則 Ao= A-n×Ap=650-n×0.352= 650 -0.1225n

查表 2 得 γs= γp= 1.65，γc=1.70

設(shè)Sa/ d=5，Bc/L=1

承臺下地基土承載力標(biāo)準值fk=85kPa

則 θpk= nqpkAp= n×0.352×1500=183.75n

則 θsk= n（u∑qsikLi）= 4×0.35（3.99×25+0.71×32+1.2×45+1×55）×n=324.06n

樁間土所承擔(dān)的荷載為25%

將上面計算結(jié)果列于表4。

表4 計算數(shù)據(jù)對比一覽表Table4 Comparative list of calculated data

5 結(jié)論

（1）復(fù)合基樁和樁復(fù)合地基雖然同時考慮了樁和樁間土共同承擔(dān)荷載，在設(shè)計參數(shù)時，又都采用了樁基礎(chǔ)的兩個抗力公式，但兩者在設(shè)計及計算上是不同的【3】，應(yīng)用時千萬不能混淆。

（2）地基處理后地基強度和基礎(chǔ)沉降兩者都能滿足規(guī)范和設(shè)計要求，但按剛性樁復(fù)合地基設(shè)計比按復(fù)合基樁設(shè)計能節(jié)約40%～49%的樁。

（3）剛性樁復(fù)合地基設(shè)計，樁間土承擔(dān)47%～61%的荷載，樁承擔(dān) 39%～53%荷載。而復(fù)合基樁設(shè)計樁間土僅承擔(dān)25%～38%的荷載，樁則承擔(dān)了62%～75%的荷載。

1 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012，79

2 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008，94

3 黃熙齡，秦寶玖. 地基基礎(chǔ)的設(shè)計與計算運用[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008

Differences between composite pile foundation and pile composite foundation

Shi Jiacheng Li Liangyong
MingDa Offshore Engineering Co, Ltd,Beijing 100013,China

Both the composite pile foundation and the pile composite foundation take into account the role of the pile and the soil between the piles to bear the load. In the design parameters, two resistance formulas of the pile foundation are adopted simultaneously, but the design and calculation methods are different.

composite pile foundation, pile composite foundation, bearing capacity, calculation

TU473.1；TU472

A

1006–5296（2017）03–0181–06

* 第一作者簡介：施加成（1960～）男，從事巖石工程勘察，地基基礎(chǔ)施工，高級工程師

2017-07-10；改回日期：2017-08-20