剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基及其工程應(yīng)用

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1、廣東省土木建筑學(xué)會(huì)地基基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)2008學(xué)術(shù)交流會(huì)剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基及其工程應(yīng)用方輝1林本海I·2(1廣東工業(yè)大學(xué)建設(shè)學(xué)院，2廣州大學(xué)土木工程學(xué)院)摘要本文重點(diǎn)介紹了剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基的基本理論并對(duì)目前常用的幾種設(shè)計(jì)計(jì)算方法進(jìn)行了分析和討論，進(jìn)而展望了承載理論和計(jì)算方法的發(fā)展趨勢(shì)。結(jié)合工程實(shí)例分析，表明了剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基與樁基礎(chǔ)、淺基礎(chǔ)的本質(zhì)區(qū)別與聯(lián)系。能充分調(diào)動(dòng)樁間土體參與工作并在豎向方向上的剛度變化與附加荷載的變化趨勢(shì)相同的剛性長(zhǎng)短樁復(fù)合地基，因其高承載力、經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)越和施工靈活并工期短，成為樁基礎(chǔ)的巨大挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞剛性長(zhǎng)短

2、樁體復(fù)合地基承載力沉降復(fù)合模量工程實(shí)例分析隨著地基處理實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富，復(fù)合地基理論也得到了長(zhǎng)足發(fā)展。復(fù)合地基立足于地基處理關(guān)于置換、密實(shí)、灌漿、加筋、排水等方面的基本思路，著眼于地基土體與增強(qiáng)體共同工作的原則，豐富和發(fā)展了地基處理理論，是地基處理技術(shù)的一次升華。復(fù)合地基實(shí)踐中考慮不同樁型、樁長(zhǎng)、樁徑、樁距等優(yōu)化設(shè)計(jì)組合使復(fù)合地基顯示出極強(qiáng)的生命力、經(jīng)濟(jì)性和適用性。剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基的組合應(yīng)用使得復(fù)合地基的承載力大大提高，使其應(yīng)用于高層、超高層建筑成為可能，是對(duì)樁基技術(shù)的革命性挑戰(zhàn)。1剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基及其作用機(jī)理復(fù)合地基【l】是指

3、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(天然地基土體)和增強(qiáng)體兩部分組成的人工地基。在荷載作用下，基體和增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載。依據(jù)增強(qiáng)體設(shè)置方向，復(fù)合地基常分為水平向增強(qiáng)體復(fù)合地基和豎向增強(qiáng)體復(fù)合地基(也稱(chēng)樁體復(fù)合地基)。樁體復(fù)合地基按照樁體材料性質(zhì)不同又分為：散體樁復(fù)合地基、柔性樁復(fù)合地基和剛性樁復(fù)合地基[1-2]。散體樁復(fù)合地基中樁體由散體材料組成，樁身材料沒(méi)有粘結(jié)強(qiáng)度，依靠周?chē)馏w的圍箍作用才能形成樁體。柔性樁復(fù)合地基中樁體雖具有粘結(jié)強(qiáng)度，但因樁體強(qiáng)度不高，使復(fù)合地基的強(qiáng)度也不是

4、太高，一般只能達(dá)到200～300kPa。剛性樁復(fù)合地基中的加強(qiáng)樁體的強(qiáng)度大，是成為高強(qiáng)復(fù)合地基并承載力大大提高的關(guān)鍵，而剛與柔及長(zhǎng)與短的不同樁型的有機(jī)組合進(jìn)一步使其經(jīng)濟(jì)性得到優(yōu)化，試驗(yàn)表明剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基的承載力可達(dá)1000kPa，且應(yīng)用于35層超高層建筑的沉降不到20mm。這是對(duì)樁基的巨大挑戰(zhàn)。樁體、土體能否協(xié)調(diào)變形，合理分配應(yīng)力，是保證復(fù)合地基中樁土共同作用的關(guān)鍵。樁土應(yīng)力分配的過(guò)程伴隨著樁頂向上(褥墊層)刺入或樁端向下(持力層)刺入而不斷調(diào)整，若樁體無(wú)上下刺入，就難于進(jìn)行應(yīng)力分配，為此在樁體頂面設(shè)置的褥墊層意義重大，起均衡樁體、

5、土體的應(yīng)力并協(xié)調(diào)變形的作用【3】，樁頂墊層是復(fù)合地基的重要組成部分。樁體復(fù)合地基中樁土共同作用的特性使其與樁基礎(chǔ)和天然地基相區(qū)別。樁體復(fù)合地基中，173廣東省土木建筑學(xué)會(huì)地基基礎(chǔ)號(hào)業(yè)委員會(huì)2008學(xué)術(shù)交流會(huì)若使樁體弱化使其不發(fā)揮作用，則作用機(jī)理等同于天然地基；若使樁體強(qiáng)化并使樁間土體不發(fā)揮作用，其作用機(jī)理等同于樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)中土體不承擔(dān)或只承受小部分荷載，而樁體復(fù)合地基中土體和樁體共同承擔(dān)荷載，從而使樁體復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)的計(jì)算理論和方法不同。但長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)復(fù)合地基的應(yīng)用還主要局限于多層或小高層建筑的地基處理中，對(duì)于高層或超高層建筑中的應(yīng)用

6、還受到限制。直到跨進(jìn)新世紀(jì)以后隨著學(xué)術(shù)界提出不同樁型、不同樁長(zhǎng)的多元組合型復(fù)合地基——?jiǎng)傂蚤L(zhǎng)短樁體復(fù)合地基的實(shí)踐和研究，不僅使復(fù)合地基的承載力大大提高，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性和施工工期性也具明顯優(yōu)勢(shì)，這是復(fù)合地基的重大進(jìn)展或突破。剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基【?！恐?，長(zhǎng)樁將荷載向地基深處傳遞，減少壓縮層變形，控制整體沉降，因此長(zhǎng)樁樁體強(qiáng)度要求較高，多采用剛性樁，如素混凝土樁、管樁等；而短樁主要對(duì)上部土體進(jìn)行處理，減小淺部的應(yīng)力集中并促使應(yīng)力向下部傳遞，提高承載力，消除上部土層引起的不均勻沉降，短樁可采用柔性樁或剛性樁。其作用機(jī)理如圖l所示。褥墊層短樁樁間土長(zhǎng)

7、樁兇世H：N‘兇‘世H：∞兇+世fH—j圖l剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基作用機(jī)理示意圖剛性長(zhǎng)樁和柔性短樁在平面上間隔布置，在空間中與土體一起隨深度形成三個(gè)不同的剛度梯度【5】，即：工作區(qū)1：長(zhǎng)樁剛度+短樁剛度+土體剛度；工作區(qū)2：長(zhǎng)樁剛度+土體剛度；工作區(qū)3：土體剛度。由于上部荷載的附加應(yīng)力隨著深度的增加因應(yīng)力擴(kuò)散而減d、M-7l，需要的樁土剛度相應(yīng)也減少。這樣剛性長(zhǎng)樁與短樁組成的復(fù)合地基的剛度隨深度增加而降低的分布模式符合附加應(yīng)力在地基中對(duì)樁土剛度的要求，所以剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基不僅能充分發(fā)揮樁體的承載能力．同時(shí)能積極調(diào)動(dòng)樁間不同深度的土體參與

8、工作。這是該種復(fù)合地基承載力能顯著提高，成為高強(qiáng)復(fù)合地基，同時(shí)經(jīng)濟(jì)性具有優(yōu)勢(shì)，應(yīng)用于高層或超高層建筑的原因所在。2剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算方法剛性長(zhǎng)短樁體復(fù)合地基的設(shè)計(jì)計(jì)算包括承載力計(jì)算