摘要：長(zhǎng)短樁復(fù)合地基是我國(guó)土木工程界近年來(lái)在實(shí)踐中逐漸發(fā)展的一種新型地基處理形式。工程實(shí)踐證明這種新型復(fù)合地基在減小基礎(chǔ)沉降，協(xié)調(diào)地基承載力與變形關(guān)系方面具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。然而，長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的設(shè)計(jì)理論目前仍處于研究階段，現(xiàn)行規(guī)范中尚無(wú)有關(guān)其強(qiáng)度及變形的具體計(jì)算方法。為推動(dòng)該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，本文建議進(jìn)行大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，不但可發(fā)展完善其理論，為相關(guān)規(guī)范制訂提供依據(jù)，也可以指導(dǎo)工程實(shí)踐應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞:長(zhǎng)短樁復(fù)合地基，作用機(jī)理，承載性能，承載力計(jì)算
　　隨著信息產(chǎn)業(yè)時(shí)代到來(lái)和計(jì)算機(jī)高新科技的快速發(fā)展，在土木工程建設(shè)中新型施工設(shè)備和方法更新速度加快，工程建設(shè)規(guī)模也日益擴(kuò)大，加之各地區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)地基基礎(chǔ)逐漸提出了更高的要求。于是，長(zhǎng)短樁復(fù)合地基應(yīng)運(yùn)而生，它是我國(guó)土木工程界近年來(lái)在實(shí)踐中逐漸發(fā)展的一種新型地基處理形式，其充分發(fā)揮了天然土體的承載能力，同時(shí)減少了沉降，即滿足了上層建筑結(jié)構(gòu)要求，又減少了打樁對(duì)于周圍環(huán)境的影響，同時(shí)大大地降低了地基成本。眾多工程實(shí)踐證明這種新型復(fù)合地基在減小基礎(chǔ)沉降，協(xié)調(diào)地基承載力與變形關(guān)系方面具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益[1]。
　　1長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的作用機(jī)理
　　長(zhǎng)短樁復(fù)合地基因長(zhǎng)樁和短樁的間作設(shè)置，在復(fù)合地基中形成三個(gè)不同作用的工作區(qū)域，即以提高承載力為主的長(zhǎng)、短樁聯(lián)合工作區(qū)（1區(qū)），以減少沉降為目的的長(zhǎng)樁工作區(qū)（2區(qū)），承受樁體荷載的持力土層（3區(qū)），三者共同作用，以提高淺層地基承載力、減少地基沉降量，形成良好的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基[2]。具體如圖1所示。
　　                        
　　圖1：長(zhǎng)短樁復(fù)合地基作用機(jī)理
　　1.1長(zhǎng)樁的作用機(jī)理
　　在長(zhǎng)短樁復(fù)合地基中，長(zhǎng)樁的主要作用是提高承載力、控制沉降量，它將荷載通過(guò)樁身向地基深處傳遞，減少壓縮層變形，同時(shí)對(duì)柔性短樁起到“護(hù)樁”作用，并與短樁一起抑制地基周圍土體的隆起。在1區(qū)深度范圍內(nèi)，樁體間將具有較明顯的“挾持”和“遮擋”效應(yīng)，樁間土體和樁體共同沉降；而在2區(qū)的長(zhǎng)樁，由于土體和樁體不能同時(shí)沉降，其樁尖對(duì)樁端土體將有相當(dāng)?shù)拇倘肓縖3]。
　　1.2短柱的作用機(jī)理
　　當(dāng)基底以下存在較厚的軟弱土層時(shí)，采用短柱對(duì)該區(qū)域土層進(jìn)行加固，可提高基底軟弱土層的承載力；若基底以下存在上、下兩層較為理想的樁端持力層，將長(zhǎng)、短樁分別落在下、上兩層樁端持力層，充分發(fā)揮上下兩層樁端持力層的特性，利用短柱提高復(fù)合地基的承載力，通過(guò)長(zhǎng)樁減少變形，在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)減少地基處理的工作量，達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理的效果。
　　1.3褥墊層的作用機(jī)理
　　褥墊層在復(fù)合地基中有著極為重要的作用，可以有效地調(diào)整復(fù)合地基的樁土荷載分配，充分發(fā)揮土體的承載能力特別是發(fā)揮淺層土體的承載作用。由于墊層的流動(dòng)性，樁在荷載作用下產(chǎn)生的應(yīng)力集中使墊層發(fā)生側(cè)向流動(dòng)而產(chǎn)生向上刺入，結(jié)果讓樁土間的應(yīng)力重新分配，從而提高地基的承載性能，調(diào)節(jié)變形。
　　2長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載性能分析
　　2.1樁應(yīng)力特性
　　長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的長(zhǎng)樁應(yīng)力分布，和一般剛性樁復(fù)合地基分布相同，樁身最大應(yīng)力不在樁頂，而在樁頂以下一定深度處。這是因?yàn)樵趶?fù)合地基中，承臺(tái)與樁頂之間設(shè)置了褥墊層，在承受上部荷載時(shí)，因長(zhǎng)短樁變形模量大于樁間土，應(yīng)力集中明顯，樁頂在褥墊層中產(chǎn)生應(yīng)力塑性區(qū)，隨著荷載增加，樁將產(chǎn)生向褥墊層的“上刺入”，造成在復(fù)合地基樁土上部某一深度范圍內(nèi)豎向方向上，土體位移大于樁頂位移。
　　2.2樁土應(yīng)力、樁土應(yīng)力比
　　長(zhǎng)樁和短柱的樁頂應(yīng)力和樁土應(yīng)力比一般均隨總荷載的增加而增加，并且變形剛度大的長(zhǎng)樁的樁頂應(yīng)力和樁土應(yīng)力比明顯大于短柱樁土應(yīng)力比。在加載過(guò)程中，長(zhǎng)短樁樁頂應(yīng)力比變化不大[4]。
　　2.3樁土荷載分擔(dān)比
　　樁間土的荷載分擔(dān)比隨著復(fù)合地基總荷載的增加而逐漸減少，而樁的荷載分擔(dān)比則隨總荷載的增加而逐漸增加。這說(shuō)明褥墊層存在，樁間土在加載初期就發(fā)揮了較大的作用，樁的承載力及其在復(fù)合地基中的作用，需要達(dá)到一定荷載后才逐漸發(fā)揮出來(lái)。變形剛度較大的長(zhǎng)樁的荷載分擔(dān)比較大，而變形剛度較小的短樁的荷載分擔(dān)比較小，兩類樁的荷載分擔(dān)比均隨荷載的增加逐漸增加。
　　3長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力計(jì)算分析
　　3.1長(zhǎng)樁協(xié)力模式下承載力計(jì)算分析[5]
　　根據(jù)剛性樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的理論和工程實(shí)踐，并參照同一樁長(zhǎng)復(fù)合地基承載力計(jì)算的方法計(jì)算長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的承載力，基本方法是將經(jīng)短柱加固后的復(fù)合地基視為長(zhǎng)樁復(fù)合地基的“樁間土”。具體方法如下：
　　（1）短樁復(fù)合地基（即“樁間土”）的承載力可用下面的公式估算：
　　式中，—短柱復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；—天然地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；—短柱分擔(dān)的總面積，m2；—短柱截面總面積，m2；—樁間土強(qiáng)度提高系數(shù)；—樁間土強(qiáng)度發(fā)揮度，對(duì)一般工程=0.9~1.0；對(duì)重要工程或變形要求高的建筑物，=0.75~0.9；—短柱承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN。
　　（2）長(zhǎng)樁復(fù)合地基承載力可用下面的公式估算：
　　式中，—長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；—短柱復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；—長(zhǎng)樁分擔(dān)的總面積，m2；—長(zhǎng)樁截面的總面積，m2；—長(zhǎng)樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN。
　　（3）短樁、長(zhǎng)樁單樁承載力標(biāo)準(zhǔn)值可按下式計(jì)算，取其中較小者：
　　
　　
　　式中，—折減系數(shù)，取0.30~0.33；—樁體28天立方體試塊強(qiáng)度，kN/m2;
　　—單樁截面面積，m2；—樁的周長(zhǎng)，m；—第i層土與土性和施工工藝有關(guān)的極限側(cè)阻力，kPa，按建筑樁基技術(shù)規(guī)范有關(guān)規(guī)定取值；—第i層土厚度；—與土性與施工工藝有關(guān)的極限端阻力，kPa，按建筑樁基技術(shù)規(guī)范有關(guān)規(guī)定取值；—安全系數(shù)，取2.0。
　　（4）承載力的修正。由于復(fù)合地基的基礎(chǔ)一般有較大的埋深，而復(fù)合地基荷載試驗(yàn)一般是在設(shè)計(jì)基底標(biāo)高處進(jìn)行的，因此對(duì)復(fù)合地基的承載力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行修正后，才得到承載力標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2002）中第3.0.4條規(guī)定，地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行修正時(shí)，基礎(chǔ)寬度的地基承載力修正系數(shù)取零，基礎(chǔ)埋深的地基承載力修正系數(shù)應(yīng)取1.0，則經(jīng)深度修正后長(zhǎng)短樁復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為：
　　式中，—經(jīng)深度修正復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kPa；—基底以上土的加權(quán)平均重度，kN/m2，地下水位以下取負(fù)重度；—基礎(chǔ)埋深，m。
　　3.2長(zhǎng)樁控沉的承載力計(jì)算分析
　　通過(guò)長(zhǎng)樁控沉的長(zhǎng)短樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)的目的在于當(dāng)淺層短樁復(fù)合地基承載力基本能夠滿足上部荷載的要求，而地基深層為壓縮性較高的土，在上部荷載作用下地基變形將導(dǎo)致基礎(chǔ)產(chǎn)生過(guò)大的沉降量，而通過(guò)設(shè)置適當(dāng)數(shù)量的長(zhǎng)樁來(lái)控制和減少基礎(chǔ)的沉降量。此類復(fù)合地基的承載力具體設(shè)計(jì)如下：
　　（1）長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的極限承載力的計(jì)算公式：
　　式中，—長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的極限承載力，kN；—長(zhǎng)樁的樁數(shù)；—修正系數(shù)，軟土中可取近似值1.0；—分別為長(zhǎng)樁單樁的極限側(cè)阻力和極限端阻力，kN；—基底處短樁復(fù)合地基的極限承載力，kPa；—基底面積，m2。
　　(2)短樁復(fù)合地基的極限承載力可用下面的公式估算：
　　式中，—短柱復(fù)合地基的極限承載力，kPa；—天然地基極限承載力，kPa；—短柱分擔(dān)的總面積，m2；—短柱截面總面積，m2；—樁間土強(qiáng)度提高系數(shù)；—樁間土強(qiáng)度發(fā)揮度，對(duì)一般工程=0.9~1.0；對(duì)重要工程或變形要求高的建筑物，=0.75~0.9；—短樁極限承載力，kN。
　　(3)長(zhǎng)、短樁極限承載力的計(jì)算可參考3.1(3)中的公式。
　　(4)現(xiàn)有長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的安全系數(shù)的確定方法一般不考慮樁、土分擔(dān)以及樁、土各自安全系數(shù)取值的影響，常常籠統(tǒng)取2.0。
　　4結(jié)論與展望
　　（1）長(zhǎng)短樁復(fù)合地基在減小基礎(chǔ)沉降，協(xié)調(diào)地基承載力與變形關(guān)系方面具有較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益
　　（2）長(zhǎng)短樁復(fù)合地基是一種以短樁控制承載力、長(zhǎng)樁協(xié)力或控制沉降、樁間土調(diào)節(jié)荷載分配的新型地基處理方法。
　　（3）長(zhǎng)短樁復(fù)合地基的理論研究還不充分，建議進(jìn)行大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得豐富的原始數(shù)據(jù)，以發(fā)展理論和指導(dǎo)工程應(yīng)用。
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