復(fù)合地基的設(shè)計(jì)理論及其計(jì)算方法研究

劉海

摘? ? 要：近年來(lái)，我國(guó)的工程建設(shè)規(guī)模不斷增大。傳統(tǒng)地基的處理方法造價(jià)高，難以滿足工程建設(shè)要求和大面積使用。研發(fā)高性能地基處理技術(shù)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大需求。本文基于復(fù)合地基理論體系，研發(fā)了高性能復(fù)合地基技術(shù)，滿足了不同類型的工程建設(shè)需求，推動(dòng)了建筑科技的進(jìn)步。本文闡述了復(fù)合地基的設(shè)計(jì)理論。根據(jù)作用形式，設(shè)計(jì)了復(fù)合地基的承載力和沉降計(jì)算方法。

關(guān)鍵詞：復(fù)合地基;設(shè)計(jì);計(jì)算;承載力

1? 引言

隨著復(fù)合地基技術(shù)的發(fā)展和完善，兩種不同類型的樁與地基土組成的復(fù)合地基被提出。隨著不斷深入地對(duì)樁基理論進(jìn)行研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，復(fù)合地基也具備了充足理論依據(jù)。

2? 討論

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)是由基體和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基 [1]。

2.1? ?復(fù)合地基的分類

復(fù)合地基一般分為水泥土攪拌樁復(fù)合地基、高壓噴射注漿樁復(fù)合地基、砂樁地基、振沖樁復(fù)合地基、土和灰土擠密樁復(fù)合地基、水泥粉煤灰碎石樁復(fù)合地基及夯實(shí)水泥土樁復(fù)合地基[2]。

在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的作用?；趶?fù)合地基荷載傳遞機(jī)理，我們將復(fù)合地基分為：豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基和水平向增強(qiáng)復(fù)合地基。其中，豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基包括：散體材料樁復(fù)合地基、柔性樁復(fù)合地基和剛性樁復(fù)合地基。

2.2? 復(fù)合地基特點(diǎn)及形成條件

2.2.1? 復(fù)合地基特點(diǎn)

首先，基體和增強(qiáng)體組成了加固區(qū)，地基是非均質(zhì)、各向異性的;其次，在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同直接承擔(dān)荷載的作用。

2.2.2? 復(fù)合地基的形成條件

增強(qiáng)體與天然地基土體通過(guò)變形協(xié)調(diào)共同承擔(dān)荷載作用。墊層是保證形成復(fù)合地基的基本措施，但不是必要的。

2.2.3? 復(fù)合地基的優(yōu)點(diǎn)

（1）大幅度節(jié)約造價(jià)。

（2）強(qiáng)度高，可以用在高層和超高層之間的建筑。

（3）工期縮短近三分之一，而且工藝很簡(jiǎn)單。

（4）沉降小，沉降量在6mm～20mm之間，可以有效的解決不均勻沉降。

（5）可以應(yīng)用在高層建筑、多層建筑、機(jī)場(chǎng)、大型儲(chǔ)罐、堆場(chǎng)、路基、橋梁基礎(chǔ)等多種建設(shè)工程。

（6）使用于需要采用樁地基或者是需要地基處理的土層。

（7）地基承載力的可補(bǔ)性大幅度提高了地基強(qiáng)度。

2.3? ?復(fù)合地基設(shè)計(jì)理論

根據(jù)地基土的物理力學(xué)特性及其分布情況，在復(fù)合地基當(dāng)中設(shè)置的樁不僅能夠提高承載力，而且可以減小壓縮層變形。當(dāng)基底以下存在較厚的軟弱土層時(shí)，采用短樁對(duì)該區(qū)域土層進(jìn)行加固，減小地基上層的沉降變形，同時(shí)也可提髙基底土層的承載力。長(zhǎng)樁的主要作用是彌補(bǔ)經(jīng)短樁加固后的地基承載力的不足，同時(shí)也減少了復(fù)合地基的沉降。復(fù)合地基的樁的強(qiáng)度必須滿足承載力的要求。當(dāng)基底以上存在理想的持力層時(shí)，如果我們把短樁端放在上層持力層，復(fù)合地基承載力能滿足設(shè)計(jì)要求，但沉降計(jì)算結(jié)果偏大，不能夠滿足設(shè)計(jì)需求。如果我們把長(zhǎng)樁端放在下層持力層，復(fù)合地基的承載力能滿足設(shè)計(jì)需求，但工作量增大，花費(fèi)高。在這種情況下，復(fù)合地基把基礎(chǔ)的沉降控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，達(dá)到減小基礎(chǔ)沉降量的目的。當(dāng)采用剛性樁復(fù)合地基時(shí)，由于剛性樁與樁間土模量比較大，造成應(yīng)力集中現(xiàn)象顯著。因此，考慮用短樁增大樁間土的承載能力，減小剛性樁的應(yīng)力集中，再與長(zhǎng)樁共同作用。形成的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基來(lái)提高地基的承載能力。短樁能提髙地基的承載能力，還能增大地基土豎向剛度，減小復(fù)合地基加固區(qū)變形。長(zhǎng)樁會(huì)抑制復(fù)合地基周圍土體的隆起。

2.4? 復(fù)合地基的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)中，長(zhǎng)樁采用混凝土鉆孔樁，短樁采用水泥土攪拌樁。分析復(fù)合地基計(jì)算模式后，結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)計(jì)長(zhǎng)樁為直徑60cm鉆孔灌注樁，強(qiáng)度為C25，有效樁長(zhǎng)為38.m，樁端持力層進(jìn)100cm，短樁與長(zhǎng)樁間采用直徑60cm水泥土攪拌樁，樁長(zhǎng)為900cm。承載力標(biāo)準(zhǔn)值fsp。復(fù)合地基的承載力達(dá)到373kPa，滿足設(shè)計(jì)要求。

3? 復(fù)合地基承載力計(jì)算

根據(jù)復(fù)合地基情況分析，提出復(fù)合地基承載力的計(jì)算模式?；居?jì)算流程如下：

（1）對(duì)短樁復(fù)合地基的承載力進(jìn)行估算;（2）對(duì)長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力進(jìn)行估算;（3）對(duì)短樁、長(zhǎng)樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行計(jì)算;（4）對(duì)承載力進(jìn)行修正。

設(shè)計(jì)時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)充分地考慮受荷后抗力達(dá)到極值，不應(yīng)再考慮給對(duì)長(zhǎng)樁的抗力留寬裕度。這樣控制了基礎(chǔ)的沉降，又充分發(fā)揮復(fù)合地基的承載力。

4? 復(fù)合地基沉降的計(jì)算

分析土中附加應(yīng)力的分布及復(fù)合地基復(fù)合模量的計(jì)算是復(fù)合地基沉降計(jì)算中的重要部分。首先，我們需要分析變形機(jī)理。對(duì)于長(zhǎng)短樁復(fù)合地基，樁間土體和樁體共同沉降，樁體的變形模量大，土體和樁體不可能共同沉降。

復(fù)合地基的最終沉降S三部分壓縮變形量組成，如式3：

5? 結(jié)論

隨著復(fù)合地基的出現(xiàn)，柔性樁復(fù)合地基承載力較低、工程造價(jià)較髙的問(wèn)題被解決了。本文介紹了復(fù)合地基的設(shè)計(jì)理論，并提出了復(fù)合地基的承載力和沉降計(jì)算模式，在不同程度上滿足了高層建筑承載力和沉降變形的要求。因此，在今后的建設(shè)中，復(fù)合地基值得進(jìn)一步應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 閆明禮，等.CFG樁復(fù)合地基在工程中的應(yīng)用，建筑學(xué)會(huì)地基基礎(chǔ)學(xué)術(shù)委員會(huì)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集，1990：219～223.

[2]馬驥，等.長(zhǎng)短樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算[J].巖土工程技術(shù)，2001（2）：86～91.