關(guān)于復(fù)合地基樁土應(yīng)力影響因素及研究方法的討論

盧芳蕊 肖耀廷

（湖北文理學(xué)院，湖北 襄陽 441053）

關(guān)于復(fù)合地基樁土應(yīng)力影響因素及研究方法的討論

盧芳蕊 肖耀廷

（湖北文理學(xué)院，湖北 襄陽 441053）

復(fù)合地基問題看上去只是一個(gè)樁土相互作用的問題，但事實(shí)上，因?yàn)槠溆绊懸蛩睾芏啵率乖搯栴}分析起來具有很大的復(fù)雜性，關(guān)于復(fù)合地基的研究工作仍有很大的研究空間。復(fù)合地基的研究方法主要有試驗(yàn)的方法、數(shù)值計(jì)算和理論計(jì)算方法。但研究復(fù)合地基問題三種方法并不是孤立的，理論計(jì)算的完善促使數(shù)值計(jì)算的精度，數(shù)值計(jì)算的結(jié)果需要試驗(yàn)方法的檢驗(yàn)，這也是符合人們認(rèn)知實(shí)物的規(guī)律的。

復(fù)合地基；樁土應(yīng)力；載荷試驗(yàn)；數(shù)值計(jì)算

0 引言

隨著城市建設(shè)發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，建筑物行業(yè)得到前所未有的發(fā)展，人們除了對(duì)上部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提高了越來越高的要求之外，也對(duì)地基基礎(chǔ)問題提出了更高的要求。對(duì)于地基基礎(chǔ)問題，通常優(yōu)先采用天然地基承載，天然地基承載具有施工簡(jiǎn)單、施工速度快和造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)。但是隨著建筑用地越來越緊張，建筑物形式越來越復(fù)雜，天然地基很大程度上已經(jīng)無法滿足建筑物承載力的要求，此時(shí)需要對(duì)天然地基進(jìn)行處理。

當(dāng)天然地基無法滿足承載力和沉降要求時(shí)，通常的辦法就是采用條形基礎(chǔ)、筏板基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)和復(fù)合地基等形式。各種地基基礎(chǔ)處理方式有著其各自的優(yōu)勢(shì)，但復(fù)合地基由于其具有施工造價(jià)較低、施工速度快，形式多樣而被工程界廣泛使用。

我國(guó)復(fù)合地基技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，其形式已經(jīng)多達(dá)幾十種，可處理各種土質(zhì)以及復(fù)雜地形。目前關(guān)于復(fù)合地基的處理形式既有單樁型復(fù)合地基也有多樁型復(fù)合地基，既有不帶樁帽的復(fù)合地基也有帶樁帽的復(fù)合地基，既有等長(zhǎng)等直徑樁的復(fù)合地基也有不等樁長(zhǎng)不等直徑樁的復(fù)合地基，既有單一的復(fù)合地基也有樁體聯(lián)合水平增強(qiáng)體的復(fù)合地基。對(duì)于樁體材料，既有散體材料樁、柔性樁也有剛性樁?？傊畯?fù)合地基經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了各種各樣的形式，可以很好的解決建筑物承載力和沉降問題。

雖然復(fù)合地基的形式多種多樣，當(dāng)工程中最為關(guān)心的問題仍是承載力和沉降問題，而這兩個(gè)問題都離不開樁土應(yīng)力。同時(shí)目前復(fù)合地基設(shè)計(jì)理論發(fā)展仍滯后于復(fù)合地基技術(shù)的發(fā)展，很多設(shè)計(jì)理論不夠完善，故形成了本文探討的問題?；谏鲜龇治觯疚氖紫柔槍?duì)復(fù)合地基樁土應(yīng)力影響因素展開討論，進(jìn)而分析目前復(fù)合地基研究方法的特點(diǎn)。

1 復(fù)合地基的樁土應(yīng)力的影響因素

如上節(jié)所述，復(fù)合地基的形式是多種多樣的，各種復(fù)合地基樁土應(yīng)力的影響因素也不同，但是大致歸納起來有如下一些影響因素。影響樁土應(yīng)力的因素有墊層厚度、樁土相對(duì)剛度、下臥層的剛度、樁長(zhǎng)、面積置換率、荷載大小、樁帽尺寸以及水平增強(qiáng)體的剛度等等，接下來分別針對(duì)以上影響因素進(jìn)行分析。

墊層厚度是樁土應(yīng)力最重要的影響因素之一。墊層厚度的大小對(duì)樁土應(yīng)力分配影響非常敏感。而實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)往往對(duì)墊層厚度對(duì)樁土應(yīng)力的影響認(rèn)識(shí)不夠，通常根據(jù)實(shí)際工作的經(jīng)驗(yàn)確定墊層厚度，這樣會(huì)對(duì)復(fù)合地基設(shè)計(jì)的合理性存在較大的不足。也有不少研究認(rèn)為通過樁徑與墊層厚度的比值也即徑厚比確定較合理，但是目前還沒有統(tǒng)一的關(guān)于墊層厚度確定方法。

樁土相對(duì)剛度是復(fù)合地基樁土應(yīng)力另一個(gè)重要因素，同一個(gè)場(chǎng)地在進(jìn)行復(fù)合地基處理時(shí)，采用剛性樁和柔性樁無論是承載力還是沉降特性都會(huì)存在很大的差異。剛性樁在承載力和沉降方面會(huì)好于柔性樁，但從設(shè)計(jì)合理性的角度來講未必，剛性樁雖然具有較大的承載力，但如果發(fā)揮不充分，則會(huì)造成設(shè)計(jì)上的浪費(fèi)，反之，柔性樁雖然承載力低，若能夠剛好發(fā)揮完全，則設(shè)計(jì)上更合理。所以樁土相對(duì)剛度對(duì)復(fù)合地基樁土應(yīng)力的影響是很復(fù)雜的。同時(shí)也正是基于這點(diǎn)，人們才逐步引入長(zhǎng)短樁復(fù)合地基等等的多樁型復(fù)合地基，采用兩種剛度有差異的樁型，分別調(diào)整復(fù)合地基的承載力和沉降特性。

下臥層的剛度會(huì)對(duì)樁體下端的向下位移影響較大，剛度較大的下臥層，使樁下端位移減小，從而減小樁土相對(duì)位移，會(huì)加大樁頂?shù)膽?yīng)力集中現(xiàn)象，也即會(huì)增加樁土應(yīng)力比。

樁長(zhǎng)是復(fù)合地基設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定的參數(shù)，通常樁長(zhǎng)的選取原則是采用承載力較高的土層作為持力層。但相關(guān)研究顯示，采用承載力一般的土層作為持力層也可以使樁土承載力發(fā)揮效果很好，主要是由于復(fù)合地基不同于樁基，復(fù)合地基依賴于樁土相互作用。但由于樁長(zhǎng)是設(shè)計(jì)中的待定參數(shù)，需要達(dá)到合理設(shè)計(jì)需反復(fù)做方案對(duì)比，實(shí)際操作難度較大，故采用承載力較高的土層作為持力層。這樣做既可以得到較好的承載力，也可以獲得較好的沉降特征。

荷載的小大是樁土應(yīng)力的一個(gè)重要影響因素。很多研究表明，隨著荷載水平的增加，樁土應(yīng)力比也是增加的，只是有些增加的緩慢，有些增加的快。分析其原因，主要是因?yàn)樵诤奢d較低時(shí)，樁土相對(duì)位移較小，土分配較多荷載，隨著荷載水平的增加，樁土相對(duì)位移增加，應(yīng)力向樁頂集中，樁土應(yīng)力比隨著荷載的增加而增加。

面積置換率也是設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)往往置換率會(huì)加以控制，因?yàn)檫^高的置換率會(huì)產(chǎn)生教高的造價(jià)，設(shè)計(jì)而言，過高的置換率也不一定會(huì)產(chǎn)生較好的設(shè)計(jì)效果。

目前發(fā)展的復(fù)合地基技術(shù)有一類樁頂是帶有樁帽的，這種復(fù)合地基的樁土應(yīng)力分配關(guān)系就和樁帽尺寸關(guān)系很大，某種程度上，樁帽實(shí)際上加大了樁頂截面，相當(dāng)于增加了置換率，承載力自然會(huì)得到提升。但帶樁帽的樁體又不同于大直徑樁，其樁帽與樁間土接觸部分，樁間土受到較大的壓力，從而會(huì)影響到樁間土的受力，帶樁帽的復(fù)合地基的研究目前相對(duì)于不帶樁帽的復(fù)合地基較少。還需進(jìn)一步研究。

還有一類發(fā)展起來的復(fù)合地基技術(shù)就是在復(fù)合地基上部設(shè)置一部分水平增強(qiáng)體，這部分水平增強(qiáng)因?yàn)檩^墊層具有更高的剛度，故承載力和沉降也得到了提高。但是由于水平增強(qiáng)體選用不同材料以及不同的厚度，其剛度也是變化的，不同剛度的水平增強(qiáng)體對(duì)樁土應(yīng)力的影響也是不同的。關(guān)于這方面研究也在繼續(xù)中。

上述分析可以看出，復(fù)合地基問題看上去只是一個(gè)樁土相互作用的問題，但事實(shí)上，因?yàn)槠溆绊懸蛩睾芏?，致使該問題分析起來具有很大的復(fù)雜性，關(guān)于復(fù)合地基的研究工作仍有很大的研究空間。

2 復(fù)合地基的研究方法

復(fù)合地基的研究方法大致歸納起來主要有試驗(yàn)的方法、數(shù)值計(jì)算和理論計(jì)算方法。三種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。試驗(yàn)的方法成本較高，但試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)可靠。數(shù)值計(jì)算方法，成本低，但計(jì)算可靠性有待商榷。理論計(jì)算方法在解決一些簡(jiǎn)單問題或者局部問題具有可行性，可對(duì)于復(fù)雜問題由于影響因素過多，理論計(jì)算困難很大。

試驗(yàn)方法主要是指復(fù)合地基的載荷試驗(yàn)，研究時(shí)既可以采用模型試驗(yàn)也可以采用原位試驗(yàn)，當(dāng)然原位試驗(yàn)的試驗(yàn)費(fèi)用要高得多，故很多研究機(jī)構(gòu)采用模型試驗(yàn)的方法。模型試驗(yàn)是將工程中的各個(gè)部件按照一定比例縮小的方法，然后在試驗(yàn)裝置各個(gè)關(guān)心的位置設(shè)置一些量測(cè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。但模型試驗(yàn)由于并不是在現(xiàn)場(chǎng)直接進(jìn)行試驗(yàn)，故測(cè)試的可靠度上較原位的載荷試驗(yàn)要低。但考慮到其試驗(yàn)成本，仍是目前主要的研究手段。原位的載荷試驗(yàn)是工程單位在確定復(fù)合地基承載力的最主要的方法，該方法也是目前最為可靠地方法。

數(shù)值計(jì)算方法也是目前復(fù)合地基研究的主要方法之一。目前的大型商業(yè)有限元軟件都可以模擬復(fù)合地基問題。但軟件也是基于程序執(zhí)行，而程序的建立則是依靠計(jì)算理論的發(fā)展。關(guān)于復(fù)合地基問題中仍有很多問題還在繼續(xù)探討之中，故數(shù)值計(jì)算也有其很大的局限性。但如果研究對(duì)象是復(fù)合地基的影響因素等問題是，數(shù)值計(jì)算可以發(fā)揮很大的優(yōu)勢(shì)。需要指出的是，并不能單一的依靠數(shù)值計(jì)算的結(jié)果下結(jié)論，最終需要與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。

如前面所說，理論計(jì)算方法的發(fā)展仍是核心，理論計(jì)算發(fā)展了，數(shù)值計(jì)算才能得到發(fā)展。所以試驗(yàn)的方法、數(shù)值計(jì)算和理論計(jì)算方法并不是孤立的，三者是相互促進(jìn)的，理論計(jì)算的完善促使數(shù)值計(jì)算的精度，數(shù)值計(jì)算的結(jié)果需要試驗(yàn)方法的檢驗(yàn)，這也是符合人們認(rèn)知實(shí)物的規(guī)律的。

3 結(jié)語

復(fù)合地基問題看上去只是一個(gè)樁土相互作用的問題，但事實(shí)上，因?yàn)槠溆绊懸蛩睾芏?，致使該問題分析起來具有很大的復(fù)雜性，關(guān)于復(fù)合地基的研究工作仍有很大的研究空間。

復(fù)合地基的研究方法主要有試驗(yàn)的方法、數(shù)值計(jì)算和理論計(jì)算方法。但研究復(fù)合地基問題三種方法并不是孤立的，理論計(jì)算的完善促使數(shù)值計(jì)算的精度，數(shù)值計(jì)算的結(jié)果需要試驗(yàn)方法的檢驗(yàn)，這也是符合人們認(rèn)知實(shí)物的規(guī)律的。

[1] JGJ79—2012建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2012.

[2] 華南理工大學(xué)等，地基與基礎(chǔ)[M]. 北京：中國(guó)建筑出版社，1991

[3] 錢德玲.基礎(chǔ)工程[M]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2008.

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1007-6344（2015）08-0027-01

湖北文理學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（編號(hào)89）