淺議長短樁復(fù)合地基

王玉銀

隨著信息產(chǎn)業(yè)時代到來和計算機高新科技的快速發(fā)展,在土木工程建設(shè)中,對于大型建筑結(jié)構(gòu),在沉降和承載力控制方面,樁基礎(chǔ)無疑是目前工程應(yīng)用中首選的地基形式,然而在多層和小高層建筑中樁基礎(chǔ)成本造價相對過高。為了在滿足工程需要的同時又能夠減小地基處理成本,復(fù)合地基應(yīng)運而生,其中尤以長短樁復(fù)合地基最為突出,其充分發(fā)揮了天然土體承載能力,同時減小了沉降,既滿足了上層建筑結(jié)構(gòu)要求,又減小了打樁對于周圍環(huán)境的影響,同時大大地降低了地基成本,是近年來在多層和小高層工程中得到廣泛應(yīng)用的一種地基形式。

1 復(fù)合地基的定義和樁基的區(qū)分

經(jīng)過處理形成的地基多數(shù)可歸屬為兩類:一類是天然地基土體的承載性質(zhì)得到普遍的改良形成均質(zhì)地基,如通過預(yù)壓法、強夯法以及換填法等形成的土體改良地基,這類地基的承載力與沉降計算類似于淺基礎(chǔ)。另一類是在地基處理過程中,部分土體得到增強,或置換,或在天然地基中設(shè)置加筋材料,加固區(qū)是基體(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(dān)荷載的作用,其通常被稱為復(fù)合地基。

復(fù)合地基和樁基礎(chǔ)尚存在一定的差異,復(fù)合地基理論的產(chǎn)生實際上是基于樁基理論。從地基工程成本上考慮,在滿足上層建筑結(jié)構(gòu)對變形控制要求的條件下,充分發(fā)揮樁間土的承載力,使樁分擔(dān)的上部荷載部分轉(zhuǎn)向樁間土,由樁間土承擔(dān)進而減小樁數(shù),降低地基成本。從環(huán)境的方面考慮,這種新型地基可以減小由于大面積的大量打樁施工所造成的原有天然地基內(nèi)超孔隙水壓力增加所引發(fā)的土體有效重度降低和地基內(nèi)出現(xiàn)滲流現(xiàn)象,包括流砂、管涌、上浮、局部不均勻沉降等對地基承載力和上部結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定造成的不利影響。樁基理論中主要考慮樁體和基礎(chǔ)底部相互作用對整體地基性狀的影響,充分發(fā)揮樁的承載力而忽略樁間土和基礎(chǔ)之間的直接相互作用,將樁間土作為地基承載力的安全儲備。從經(jīng)濟和適用方面上,這種設(shè)計理念在減小上層建筑差異沉降和提高地基承載力方面效果顯著,在大型高層建筑和超高層建筑中得到充分推廣,但對于多層和小高層建筑,在地質(zhì)條件優(yōu)越的情況下,相對于整個工程的成本來說,樁基礎(chǔ)成本較高,性價比較低。而復(fù)合地基正是考慮到這一點,充分發(fā)揮樁間土的承載力,更多地考慮樁間土和基礎(chǔ)的直接作用,在褥墊層和基礎(chǔ)的協(xié)調(diào)作用下,使樁和樁間土共同協(xié)同工作,達到提高地基承載力的目的,同時減小樁數(shù),降低成本造價。

2 長短樁復(fù)合地基的作用機理和研究現(xiàn)狀

隨著對復(fù)合地基理論認識的提高以及實踐經(jīng)驗的積累,提出了由兩種不同類型(或同種類型而長度差別較大)的樁與土組成的三元組合型復(fù)合地基。這種新型復(fù)合地基形式從目前研究與應(yīng)用情況來看,基本形式大多為長短樁復(fù)合地基。目前,在承載力和沉降變形設(shè)計理論方面存在兩種設(shè)計理念:一種是長樁協(xié)力形式的長短樁復(fù)合地基。當(dāng)基底以下存在較厚的軟弱土層時,采用短樁對該區(qū)域土層進行加固,減小地基土層的沉降變形,同時也可提高基底土層的承載力。而長樁的主要作用是彌補經(jīng)短樁加固后的地基承載力的不足,同時長樁的設(shè)置也減小了復(fù)合地基的沉降。另一種是長樁控沉形式的長短樁復(fù)合地基。當(dāng)基底以下存在上下兩層較為理想的樁端持力層時,如采用短樁方案將樁端放在上層持力層,即使復(fù)合地基承載力能夠滿足設(shè)計要求,由于加固較淺,沉降變形將有可能偏大。采用長樁和短樁相結(jié)合的方案,將長樁、短樁樁端分別落在上、下兩層樁端持力層上,充分發(fā)揮上、下兩層樁端持力層的特性,長樁與短樁間隔設(shè)置,利用短樁提高復(fù)合地基的承載力,通過長樁不僅能夠提高地基承載力,而且可將荷載通過樁身向地基深處傳遞,減少壓縮層變形。

研究表明,長短樁復(fù)合地基存在以下特點:

1)隨著荷載增加,靜壓剛性長短樁復(fù)合地基中樁間土和樁頂應(yīng)力均呈線性增大,樁頂應(yīng)力大于樁間土應(yīng)力。柔性基礎(chǔ)下長短樁復(fù)合地基樁和土受力較均衡。在相同的地質(zhì)條件下,長短樁復(fù)合地基中長樁應(yīng)力比短樁復(fù)合地基中的樁頂應(yīng)力增長較快。剛性基礎(chǔ)下長短樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比大于柔性基礎(chǔ)下長短樁復(fù)合地基樁土應(yīng)力比。

2)盡管樁頂應(yīng)力遠遠大于樁間土應(yīng)力,但由于樁間土受力面積較大,因此仍然承擔(dān)較大部分荷載,樁間土承載力對長短樁復(fù)合地基承載力影響較大。

3)各復(fù)合地基承載力均高于天然地基承載力,從而可以大大減小地基沉降量。剛性基礎(chǔ)下復(fù)合地基沉降變形小于柔性基礎(chǔ)下復(fù)合地基沉降變形。長短樁復(fù)合地基承載力高于短樁復(fù)合地基承載力,且前者比后者在減小地基沉降方面有顯著的技術(shù)優(yōu)勢。增加樁長可以提高復(fù)合地基承載力和減小沉降。

4)在靜壓剛性長短樁復(fù)合地基中,剛、柔性基礎(chǔ)對復(fù)合地基整體受力變形產(chǎn)生不同影響。兩種基礎(chǔ)下復(fù)合地基的受力機理不同。在剛性基礎(chǔ)下,復(fù)合地基受力變形以長樁為主導(dǎo),隨后帶動短樁和樁間土協(xié)調(diào)變形,長樁承載力充分發(fā)揮。而在柔性基礎(chǔ)下,復(fù)合地基受力變形以樁間土和短樁所組成的復(fù)合土體為主,隨后協(xié)同長樁受力沉降,在加載過程中,復(fù)合土體承載力發(fā)揮程度較高,而長樁承擔(dān)荷載相對較少。

3 結(jié)語

由于工程場地環(huán)境的多樣化和復(fù)雜化,為了能夠使長短樁復(fù)合地基理論得到廣泛應(yīng)用,仍然需要對不同環(huán)境下長短樁復(fù)合地基的承載性狀進行系統(tǒng)分析,從中歸納出其變化規(guī)律,促進其快速發(fā)展。

[1] GB 50007-2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范[S].

[2] JGJ 79-2002,建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].

[3] 龔曉南.復(fù)合地基發(fā)展概況及其在高層建筑中的應(yīng)用[J].土木工程學(xué)報,1999(5):33-34.

[4] 蔡建明,錢 波,王麗雅.長短樁復(fù)合地基工作機理及其應(yīng)用[J].山西建筑,2009,35(8):135-136.