關(guān)于長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的研究

陳輝 高明霞

摘要：如今，伴隨著工程技術(shù)的突飛猛進(jìn)，地基處理技術(shù)也得到了不斷完善，漸漸地，復(fù)合地基的技術(shù)理論也越來(lái)越成熟，隨之衍生出了新的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基技術(shù)。長(zhǎng)短樁復(fù)合地基可以用剛?cè)嵝詷督M合的手段做處理，這樣不僅能夠調(diào)節(jié)樁土變形使其最大限度的提高承載力；而且能夠完善設(shè)計(jì)方案和節(jié)省經(jīng)濟(jì)投入。近幾年，由于缺少對(duì)新型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的理論依據(jù)，致使實(shí)踐中問(wèn)題百出，這也表現(xiàn)出人們對(duì)新型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的基本受力方式了解不足。采用剛性長(zhǎng)樁與半剛性、剛性或柔性短樁地基總體處理的方式，并在其中設(shè)置柔性墊層，使長(zhǎng)樁、短樁、土和承臺(tái)一同承受荷載的技術(shù)，我們稱(chēng)之為新型長(zhǎng)短樁復(fù)合地基技術(shù)。短樁的布置是為了固結(jié)土體，為了增加地基的承載能力；長(zhǎng)樁不僅可以使地基的承載能力顯著提高，而且可以起到限制地基整體沉降的作用。這種新型技術(shù)是結(jié)合了我國(guó)的國(guó)情、施工經(jīng)驗(yàn)和土地現(xiàn)狀衍生出來(lái)的。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)短樁；復(fù)合地基；墊層

1.復(fù)合地基的定義和種類(lèi)

如今，復(fù)合地基技術(shù)早已在國(guó)內(nèi)外工程中普遍出現(xiàn)，至今國(guó)內(nèi)外仍舊沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的概念解釋什么是復(fù)合地基。最早的復(fù)合地基是碎石樁復(fù)合地基，其原理是在天然地基里面布置碎石樁。伴隨著深層攪拌法與高壓噴射注裝法在工程施工中被廣泛使用，各學(xué)者才漸漸開(kāi)始關(guān)注水泥土樁復(fù)合地基。碎石樁與水泥土樁有著根本上的區(qū)別，碎石樁的樁體材料是碎石，故稱(chēng)之為散體材料樁；水泥土樁的樁體材料是水泥土，故稱(chēng)之為粘結(jié)材料樁。它們的受力性能完全不同。伴隨著水泥土樁復(fù)合地基的普及，碎石樁復(fù)合地基逐步被其替代，復(fù)合地基的定義也逐漸發(fā)生改變。后來(lái)，各學(xué)者的研究往更高強(qiáng)度的復(fù)合地基上發(fā)展。工程中的粘結(jié)材料樁有柔性樁和剛性樁兩種。

2.長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的定義和應(yīng)用

在荷載的影響下，地基的附加應(yīng)力和深度成反比，于是為了提高復(fù)合地基樁體的承載性能，在樁體中建議選擇長(zhǎng)短不一的樁體來(lái)應(yīng)對(duì)附加應(yīng)力自上而下降低的特點(diǎn)。于是人們把地基中這些長(zhǎng)短不一構(gòu)成的樁體統(tǒng)稱(chēng)長(zhǎng)短樁復(fù)合地基。這種地基因?yàn)樯蓷l件較為嚴(yán)格，故更應(yīng)該保證長(zhǎng)短樁在上部荷載的影響下，長(zhǎng)、短樁與樁間土能夠一起共同直接承受基礎(chǔ)傳遞的荷載。當(dāng)長(zhǎng)樁沒(méi)有放入偏好的土層的時(shí)候，對(duì)長(zhǎng)短樁的承載能力是沒(méi)有什么影響的。當(dāng)長(zhǎng)樁放入偏好的持力層里的時(shí)候，這時(shí)只能在基礎(chǔ)的下方布置柔性墊層，才能經(jīng)過(guò)墊層的作用來(lái)調(diào)節(jié)長(zhǎng)、短樁與樁間土它們之間的變形，確保它們之間在上部荷載的影響下，一同繼續(xù)直接承受基礎(chǔ)傳遞的荷載。假如地基土出現(xiàn)變化和地下水位的降低導(dǎo)致地基土出現(xiàn)固結(jié)的現(xiàn)象，直接導(dǎo)致復(fù)合地基中短樁與樁間土失去了承載能力，地基傳遞的荷載只有長(zhǎng)樁單獨(dú)承受，于是很容易導(dǎo)致安全事故的出現(xiàn)。

長(zhǎng)短樁的剛度一般是不一樣的，前者剛度比較大，工程中普遍使用鋼筋砼樁和低強(qiáng)度樁；后者的剛度比較小，工程中普遍利用水泥攪拌樁和碎石樁。為了使剛度不一樣的樁一起承擔(dān)荷載，可以在樁頂布置一定高度的碎石。復(fù)合地基中，長(zhǎng)樁的布置既可以增加地基承載能力，又可以把荷載由樁身向下傳遞，于是壓縮層的變形被減小了很大一部分，所以工程中對(duì)長(zhǎng)樁樁體的要求普遍偏高。可以使用剛性樁，如鋼筋砼樁等一些強(qiáng)度較高的。而短樁的布置的有下列兩點(diǎn)作用：

如果基底下方出現(xiàn)深度不同的軟弱土層的時(shí)候，可以使用短樁來(lái)增加基底的軟弱土層的承載能力，同時(shí)抵消其造成的不均勻沉降現(xiàn)象。如果基底下方出現(xiàn)上下兩層比較合理的樁端持力層的時(shí)候，可以使用短樁方法把樁端布置在上層持力層。倘若只采用短樁布置符合的承載力的設(shè)計(jì)要求，但因?yàn)榧庸痰纳疃炔粔蛏?，?dǎo)致沉降變形增大的概率增加。所以才需要采納長(zhǎng)短樁共同布置的方法，把長(zhǎng)樁樁端放在上層樁端的持力層上面，利用長(zhǎng)樁的作用減小地基的變形，把短樁放在下層樁端的持力層上面，經(jīng)過(guò)短樁的作用增加地基承載能力，相互補(bǔ)充又相互協(xié)調(diào)，大大提高了工作效率。

3.長(zhǎng)短被復(fù)合地基的研究現(xiàn)狀

3.1國(guó)外研究現(xiàn)狀

國(guó)外的HOOPER學(xué)者對(duì)復(fù)合地基進(jìn)行了有限元模擬研究，提出建造具有比較大豎向剛度的樁土混合地基不必有很多樁，都可以大幅度的減小沉降，樁的數(shù)量增加到一定時(shí)，再增加樁的數(shù)目也不會(huì)對(duì)沉降起到多大的效果?？偨Y(jié)了根據(jù)限制沉降原理設(shè)計(jì)地基基礎(chǔ)的基本理念，他提倡樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)時(shí)，考慮沉降變形比承載能力的影響會(huì)更加經(jīng)濟(jì)合理。通常來(lái)說(shuō)，使用樁基礎(chǔ)的原因不單單是因?yàn)橄噜彽牡乇砻嫱翆訌?qiáng)度不夠，大部分原因還是深處的軟弱土層大范圍沉降導(dǎo)致的。使用樁基礎(chǔ)可以減少沉降變形，與舊的樁基礎(chǔ)對(duì)比，新設(shè)計(jì)的樁基礎(chǔ)布置間距更大，可以大大節(jié)省了樁的使用數(shù)量。教授進(jìn)行了有限元模擬分析試圖證明這一理論，他還提出，在通常情況下，樁的布置是為了限制基礎(chǔ)沉降，對(duì)上部荷載并沒(méi)有什么顯著影響。

3.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

陸文哲，謝康和利用有限元的方法對(duì)長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的變形做了研究。研究表明：復(fù)合地基的變形會(huì)因?yàn)殚L(zhǎng)短樁的長(zhǎng)度、剛度和墊層深度等多重因素的作用而不同。必須以實(shí)際工程中出現(xiàn)的案例，綜合分析處理，使工程既經(jīng)濟(jì)又安全。

劉海濤，謝新宇發(fā)現(xiàn)椒江地區(qū)土體工程特性是利用灌注樁和攪拌樁加強(qiáng)了地基的特征，再經(jīng)過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，研究了復(fù)合地基的工程特性、樁土應(yīng)力比和荷載分擔(dān)比。研究表明：在復(fù)合地基中的灌注樁和攪拌樁的應(yīng)力比一般不改變，總在一定的范圍之內(nèi)，兩類(lèi)樁和土層的應(yīng)力比隨著荷載的增大和增大。這種復(fù)合地基可以讓剛性柱、柔性樁和土體三者之間協(xié)調(diào)變形，充分利用它們的承載能力，使工程效率得到有效的提升。

4.結(jié)論

隨著社會(huì)各界對(duì)復(fù)合地基樁的不斷研究和改善，漸漸形成了一整套的沉降控制設(shè)計(jì)理論。豎向變剛度的復(fù)合地基技術(shù)經(jīng)過(guò)不斷的施工改進(jìn)也越來(lái)越成熟，給長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的出現(xiàn)提供一些研究根據(jù)，但這些還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠支撐長(zhǎng)短樁的實(shí)際施工，社會(huì)上還需要更多的理論依據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)去推動(dòng)長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的發(fā)展和應(yīng)用，使長(zhǎng)短樁復(fù)合地基在施工更加經(jīng)濟(jì)高效。

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