剛性長短樁體復合地基及其工程應用

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1、廣東省土木建筑學會地基基礎專業(yè)委員會2008學術交流會剛性長短樁體復合地基及其工程應用方輝1林本海I·2(1廣東工業(yè)大學建設學院，2廣州大學土木工程學院)摘要本文重點介紹了剛性長短樁體復合地基的基本理論并對目前常用的幾種設計計算方法進行了分析和討論，進而展望了承載理論和計算方法的發(fā)展趨勢。結合工程實例分析，表明了剛性長短樁體復合地基與樁基礎、淺基礎的本質區(qū)別與聯(lián)系。能充分調動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相同的剛性長短樁復合地基，因其高承載力、經(jīng)濟性優(yōu)越和施工靈活并工期短，成為樁基礎的巨大挑戰(zhàn)。關鍵詞剛性長短

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

3、天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強，或被置換，或在天然地基中設置加筋材料，加固區(qū)是由基體(天然地基土體)和增強體兩部分組成的人工地基。在荷載作用下，基體和增強體共同承擔荷載。依據(jù)增強體設置方向，復合地基常分為水平向增強體復合地基和豎向增強體復合地基(也稱樁體復合地基)。樁體復合地基按照樁體材料性質不同又分為：散體樁復合地基、柔性樁復合地基和剛性樁復合地基[1-2]。散體樁復合地基中樁體由散體材料組成，樁身材料沒有粘結強度，依靠周圍土體的圍箍作用才能形成樁體。柔性樁復合地基中樁體雖具有粘結強度，但因樁體強度不高，使復合地基的強度也不是

4、太高，一般只能達到200～300kPa。剛性樁復合地基中的加強樁體的強度大，是成為高強復合地基并承載力大大提高的關鍵，而剛與柔及長與短的不同樁型的有機組合進一步使其經(jīng)濟性得到優(yōu)化，試驗表明剛性長短樁體復合地基的承載力可達1000kPa，且應用于35層超高層建筑的沉降不到20mm。這是對樁基的巨大挑戰(zhàn)。樁體、土體能否協(xié)調變形，合理分配應力，是保證復合地基中樁土共同作用的關鍵。樁土應力分配的過程伴隨著樁頂向上(褥墊層)刺入或樁端向下(持力層)刺入而不斷調整，若樁體無上下刺入，就難于進行應力分配，為此在樁體頂面設置的褥墊層意義重大，起均衡樁體、

5、土體的應力并協(xié)調變形的作用【3】，樁頂墊層是復合地基的重要組成部分。樁體復合地基中樁土共同作用的特性使其與樁基礎和天然地基相區(qū)別。樁體復合地基中，173廣東省土木建筑學會地基基礎號業(yè)委員會2008學術交流會若使樁體弱化使其不發(fā)揮作用，則作用機理等同于天然地基；若使樁體強化并使樁間土體不發(fā)揮作用，其作用機理等同于樁基礎。樁基礎中土體不承擔或只承受小部分荷載，而樁體復合地基中土體和樁體共同承擔荷載，從而使樁體復合地基和樁基礎的計算理論和方法不同。但長期以來，對復合地基的應用還主要局限于多層或小高層建筑的地基處理中，對于高層或超高層建筑中的應用

6、還受到限制。直到跨進新世紀以后隨著學術界提出不同樁型、不同樁長的多元組合型復合地基——剛性長短樁體復合地基的實踐和研究，不僅使復合地基的承載力大大提高，同時經(jīng)濟性和施工工期性也具明顯優(yōu)勢，這是復合地基的重大進展或突破。剛性長短樁體復合地基【?！恐?，長樁將荷載向地基深處傳遞，減少壓縮層變形，控制整體沉降，因此長樁樁體強度要求較高，多采用剛性樁，如素混凝土樁、管樁等；而短樁主要對上部土體進行處理，減小淺部的應力集中并促使應力向下部傳遞，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。其作用機理如圖l所示。褥墊層短樁樁間土長

7、樁兇世H：N‘兇‘世H：∞兇+世fH—j圖l剛性長短樁體復合地基作用機理示意圖剛性長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不同的剛度梯度【5】，即：工作區(qū)1：長樁剛度+短樁剛度+土體剛度；工作區(qū)2：長樁剛度+土體剛度；工作區(qū)3：土體剛度。由于上部荷載的附加應力隨著深度的增加因應力擴散而減d、M-7l，需要的樁土剛度相應也減少。這樣剛性長樁與短樁組成的復合地基的剛度隨深度增加而降低的分布模式符合附加應力在地基中對樁土剛度的要求，所以剛性長短樁體復合地基不僅能充分發(fā)揮樁體的承載能力．同時能積極調動樁間不同深度的土體參與

8、工作。這是該種復合地基承載力能顯著提高，成為高強復合地基，同時經(jīng)濟性具有優(yōu)勢，應用于高層或超高層建筑的原因所在。2剛性長短樁體復合地基的設計計算方法剛性長短樁體復合地基的設計計算包括承載力計算