刚性长短桩体复合地基及其工程应用

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1、广东省土木建筑学会地基基础专业委员会2008学术交流会刚性长短桩体复合地基及其工程应用方辉1林本海I·2(1广东工业大学建设学院，2广州大学土木工程学院)摘要本文重点介绍了刚性长短桩体复合地基的基本理论并对目前常用的几种设计计算方法进行了分析和讨论，进而展望了承载理论和计算方法的发展趋势。结合工程实例分析，表明了刚性长短桩体复合地基与桩基础、浅基础的本质区别与联系。能充分调动桩间土体参与工作并在竖向方向上的刚度变化与附加荷载的变化趋势相同的刚性长短桩复合地基，因其高承载力、经济性优越和施工灵活并工期短，成为桩基础的巨大挑战。关键词刚性长短

2、桩体复合地基承载力沉降复合模量工程实例分析随着地基处理实践经验的不断丰富，复合地基理论也得到了长足发展。复合地基立足于地基处理关于置换、密实、灌浆、加筋、排水等方面的基本思路，着眼于地基土体与增强体共同工作的原则，丰富和发展了地基处理理论，是地基处理技术的一次升华。复合地基实践中考虑不同桩型、桩长、桩径、桩距等优化设计组合使复合地基显示出极强的生命力、经济性和适用性。刚性长短桩体复合地基的组合应用使得复合地基的承载力大大提高，使其应用于高层、超高层建筑成为可能，是对桩基技术的革命性挑战。1刚性长短桩体复合地基及其作用机理复合地基【l】是指

3、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材料，加固区是由基体(天然地基土体)和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载。依据增强体设置方向，复合地基常分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基(也称桩体复合地基)。桩体复合地基按照桩体材料性质不同又分为：散体桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基[1-2]。散体桩复合地基中桩体由散体材料组成，桩身材料没有粘结强度，依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体。柔性桩复合地基中桩体虽具有粘结强度，但因桩体强度不高，使复合地基的强度也不是

4、太高，一般只能达到200～300kPa。刚性桩复合地基中的加强桩体的强度大，是成为高强复合地基并承载力大大提高的关键，而刚与柔及长与短的不同桩型的有机组合进一步使其经济性得到优化，试验表明刚性长短桩体复合地基的承载力可达1000kPa，且应用于35层超高层建筑的沉降不到20mm。这是对桩基的巨大挑战。桩体、土体能否协调变形，合理分配应力，是保证复合地基中桩土共同作用的关键。桩土应力分配的过程伴随着桩顶向上(褥垫层)刺入或桩端向下(持力层)刺入而不断调整，若桩体无上下刺入，就难于进行应力分配，为此在桩体顶面设置的褥垫层意义重大，起均衡桩体、

5、土体的应力并协调变形的作用【3】，桩顶垫层是复合地基的重要组成部分。桩体复合地基中桩土共同作用的特性使其与桩基础和天然地基相区别。桩体复合地基中，173广东省土木建筑学会地基基础号业委员会2008学术交流会若使桩体弱化使其不发挥作用，则作用机理等同于天然地基；若使桩体强化并使桩间土体不发挥作用，其作用机理等同于桩基础。桩基础中土体不承担或只承受小部分荷载，而桩体复合地基中土体和桩体共同承担荷载，从而使桩体复合地基和桩基础的计算理论和方法不同。但长期以来，对复合地基的应用还主要局限于多层或小高层建筑的地基处理中，对于高层或超高层建筑中的应用

6、还受到限制。直到跨进新世纪以后随着学术界提出不同桩型、不同桩长的多元组合型复合地基——刚性长短桩体复合地基的实践和研究，不仅使复合地基的承载力大大提高，同时经济性和施工工期性也具明显优势，这是复合地基的重大进展或突破。刚性长短桩体复合地基【。】中，长桩将荷载向地基深处传递，减少压缩层变形，控制整体沉降，因此长桩桩体强度要求较高，多采用刚性桩，如素混凝土桩、管桩等；而短桩主要对上部土体进行处理，减小浅部的应力集中并促使应力向下部传递，提高承载力，消除上部土层引起的不均匀沉降，短桩可采用柔性桩或刚性桩。其作用机理如图l所示。褥垫层短桩桩间土长

7、桩凶世H：N‘凶‘世H：∞凶+世fH—j图l刚性长短桩体复合地基作用机理示意图刚性长桩和柔性短桩在平面上间隔布置，在空间中与土体一起随深度形成三个不同的刚度梯度【5】，即：工作区1：长桩刚度+短桩刚度+土体刚度；工作区2：长桩刚度+土体刚度；工作区3：土体刚度。由于上部荷载的附加应力随着深度的增加因应力扩散而减d、M-7l，需要的桩土刚度相应也减少。这样刚性长桩与短桩组成的复合地基的刚度随深度增加而降低的分布模式符合附加应力在地基中对桩土刚度的要求，所以刚性长短桩体复合地基不仅能充分发挥桩体的承载能力．同时能积极调动桩间不同深度的土体参与

8、工作。这是该种复合地基承载力能显著提高，成为高强复合地基，同时经济性具有优势，应用于高层或超高层建筑的原因所在。2刚性长短桩体复合地基的设计计算方法刚性长短桩体复合地基的设计计算包括承载力计算