關于長短樁復合地基的研究

陳輝 高明霞

摘要：如今，伴隨著工程技術的突飛猛進，地基處理技術也得到了不斷完善，漸漸地，復合地基的技術理論也越來越成熟，隨之衍生出了新的長短樁復合地基技術。長短樁復合地基可以用剛柔性樁組合的手段做處理，這樣不僅能夠調節樁土變形使其最大限度的提高承載力；而且能夠完善設計方案和節省經濟投入。近幾年，由于缺少對新型長短樁復合地基的理論依據，致使實踐中問題百出，這也表現出人們對新型長短樁復合地基的基本受力方式了解不足。采用剛性長樁與半剛性、剛性或柔性短樁地基總體處理的方式，并在其中設置柔性墊層，使長樁、短樁、土和承臺一同承受荷載的技術，我們稱之為新型長短樁復合地基技術。短樁的布置是為了固結土體，為了增加地基的承載能力；長樁不僅可以使地基的承載能力顯著提高，而且可以起到限制地基整體沉降的作用。這種新型技術是結合了我國的國情、施工經驗和土地現狀衍生出來的。

關鍵詞：長短樁；復合地基；墊層

1.復合地基的定義和種類

如今，復合地基技術早已在國內外工程中普遍出現，至今國內外仍舊沒有一個統一的概念解釋什么是復合地基。最早的復合地基是碎石樁復合地基，其原理是在天然地基里面布置碎石樁。伴隨著深層攪拌法與高壓噴射注裝法在工程施工中被廣泛使用，各學者才漸漸開始關注水泥土樁復合地基。碎石樁與水泥土樁有著根本上的區別，碎石樁的樁體材料是碎石，故稱之為散體材料樁；水泥土樁的樁體材料是水泥土，故稱之為粘結材料樁。它們的受力性能完全不同。伴隨著水泥土樁復合地基的普及，碎石樁復合地基逐步被其替代，復合地基的定義也逐漸發生改變。后來，各學者的研究往更高強度的復合地基上發展。工程中的粘結材料樁有柔性樁和剛性樁兩種。

2.長短樁復合地基的定義和應用

在荷載的影響下，地基的附加應力和深度成反比，于是為了提高復合地基樁體的承載性能，在樁體中建議選擇長短不一的樁體來應對附加應力自上而下降低的特點。于是人們把地基中這些長短不一構成的樁體統稱長短樁復合地基。這種地基因為生成條件較為嚴格，故更應該保證長短樁在上部荷載的影響下，長、短樁與樁間土能夠一起共同直接承受基礎傳遞的荷載。當長樁沒有放入偏好的土層的時候，對長短樁的承載能力是沒有什么影響的。當長樁放入偏好的持力層里的時候，這時只能在基礎的下方布置柔性墊層，才能經過墊層的作用來調節長、短樁與樁間土它們之間的變形，確保它們之間在上部荷載的影響下，一同繼續直接承受基礎傳遞的荷載。假如地基土出現變化和地下水位的降低導致地基土出現固結的現象，直接導致復合地基中短樁與樁間土失去了承載能力，地基傳遞的荷載只有長樁單獨承受，于是很容易導致安全事故的出現。

長短樁的剛度一般是不一樣的，前者剛度比較大，工程中普遍使用鋼筋砼樁和低強度樁；后者的剛度比較小，工程中普遍利用水泥攪拌樁和碎石樁。為了使剛度不一樣的樁一起承擔荷載，可以在樁頂布置一定高度的碎石。復合地基中，長樁的布置既可以增加地基承載能力，又可以把荷載由樁身向下傳遞，于是壓縮層的變形被減小了很大一部分，所以工程中對長樁樁體的要求普遍偏高?？梢允褂脛傂詷?，如鋼筋砼樁等一些強度較高的。而短樁的布置的有下列兩點作用：

如果基底下方出現深度不同的軟弱土層的時候，可以使用短樁來增加基底的軟弱土層的承載能力，同時抵消其造成的不均勻沉降現象。如果基底下方出現上下兩層比較合理的樁端持力層的時候，可以使用短樁方法把樁端布置在上層持力層。倘若只采用短樁布置符合的承載力的設計要求，但因為加固的深度不夠深，導致沉降變形增大的概率增加。所以才需要采納長短樁共同布置的方法，把長樁樁端放在上層樁端的持力層上面，利用長樁的作用減小地基的變形，把短樁放在下層樁端的持力層上面，經過短樁的作用增加地基承載能力，相互補充又相互協調，大大提高了工作效率。

3.長短被復合地基的研究現狀

3.1國外研究現狀

國外的HOOPER學者對復合地基進行了有限元模擬研究，提出建造具有比較大豎向剛度的樁土混合地基不必有很多樁，都可以大幅度的減小沉降，樁的數量增加到一定時，再增加樁的數目也不會對沉降起到多大的效果?？偨Y了根據限制沉降原理設計地基基礎的基本理念，他提倡樁基礎的設計時，考慮沉降變形比承載能力的影響會更加經濟合理。通常來說，使用樁基礎的原因不單單是因為相鄰的地表面土層強度不夠，大部分原因還是深處的軟弱土層大范圍沉降導致的。使用樁基礎可以減少沉降變形，與舊的樁基礎對比，新設計的樁基礎布置間距更大，可以大大節省了樁的使用數量。教授進行了有限元模擬分析試圖證明這一理論，他還提出，在通常情況下，樁的布置是為了限制基礎沉降，對上部荷載并沒有什么顯著影響。

3.2國內研究現狀

陸文哲，謝康和利用有限元的方法對長短樁復合地基的變形做了研究。研究表明：復合地基的變形會因為長短樁的長度、剛度和墊層深度等多重因素的作用而不同。必須以實際工程中出現的案例，綜合分析處理，使工程既經濟又安全。

劉海濤，謝新宇發現椒江地區土體工程特性是利用灌注樁和攪拌樁加強了地基的特征，再經過大量的現場實驗，研究了復合地基的工程特性、樁土應力比和荷載分擔比。研究表明：在復合地基中的灌注樁和攪拌樁的應力比一般不改變，總在一定的范圍之內，兩類樁和土層的應力比隨著荷載的增大和增大。這種復合地基可以讓剛性柱、柔性樁和土體三者之間協調變形，充分利用它們的承載能力，使工程效率得到有效的提升。

4.結論

隨著社會各界對復合地基樁的不斷研究和改善，漸漸形成了一整套的沉降控制設計理論。豎向變剛度的復合地基技術經過不斷的施工改進也越來越成熟，給長短樁復合地基的出現提供一些研究根據，但這些還遠遠不夠支撐長短樁的實際施工，社會上還需要更多的理論依據和試驗數據去推動長短樁復合地基的發展和應用，使長短樁復合地基在施工更加經濟高效。

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