4复合地基及其设计

复合地基及其设计
［摘要］工程建设中，常会遇到承载力不能满足设计要求的软土地基或其他不良地基，就必须对其进行加固处理。

由于桩处理技术具有技术合理、施工快捷、设备通用、确保质量、节约投资之特点，所以软土地基常采用各类桩处理技术。

经过各类桩技术处理的地基均称为复合地基，复合地基是利用桩与桩周土摩擦所增生的力及其桩顶褥垫层与桩间土形成一个整体，共同承受上部传力，使其天然地基大幅提高承载能力。

［关键词］桩处理技术复合地基设计计算
1 认识复合地基
建筑地基是泛指承受其上建筑工程作用力的地基，可以是土质地基或岩质地基。

原有土层能够满足设计要求，可以直接用作建筑物地基时，这种地基称之天然土质地基；原有土层不能满足设计要求，需要加固处理后才能用作建筑物地基，这种地基统称人工处理土质地基。

土质地基加固处理方法分为两大类，一是桩处理技术，主要采用各种材料的桩体进行加固处理；二是非桩处理技术，主要采用换填垫层、预压、强夯、换土、灌浆等加固处理。

习惯上把桩技术处理过的地基称为复合地基，把非桩技术处理过的地基称为处理地基。

由于桩处理技术应用范围广，施工方法简便，处理效果明显，技术可靠性高，目前多采用桩技术对低承载力的土质地基或其他不良土质地基进行加固处理。

加固处理地基相对天然地基来说，施工方法复杂，材料用量较多，资金投入较大，但适应的建筑工程规模也较大，如多层楼房、荷载较大的路基、桥梁等，将能更好满足工程建设需要。

由于国家基础建设日益加强，近几十年桩处理的复合地基被大量应用，不断改新，技术保证性愈来愈高，如20 世纪60—80年代多采用石灰桩、砂土桩、挤密桩等来改善原状土质地基；20世纪80—90 年代，由于城市发展，多层楼房普遍修建，广泛应用深层搅拌桩及粉体喷射桩来改善原状土质地基；21 世纪以来，由于较高楼房的大量修建，多采用水泥粉煤灰碎石桩来改善原状土质地基。

2 复合地基桩简介
建筑工程中常会遇到承载力满足不了设计要求的天然软土地基，这就需要对其进行加固处理，使其成为设计要求的复合地基。

凡是用来对软土地基进行加固处理以提高原土承
载力的桩，统称为复合地基桩。

目前国内主要应用的复合地基桩有振冲桩、砂石桩、石灰桩、灰土挤密桩、水泥粉煤灰碎石桩、夯实水泥桩、水泥土搅拌桩、高压喷射注浆桩、柱锤冲扩桩等。

复合地基是利用在土质地基中造桩后，依靠桩对原有地基的加强作用，从而提高原状土的承载力，来满足上部结构承载要求。

这种桩除少数是用刚性材料做成的刚体桩（如水泥粉煤灰碎石桩）外，其余均为柔性材料做成的柔体桩或半刚性桩，如砂石桩、碎石桩等散体材料桩属于柔体桩；土桩、灰土桩、水泥土夯实桩、水泥土搅拌桩、高压喷射注浆桩等属于半刚性桩。

散体材料桩是指用中砂、粗砂、砾砂、砂石、矿渣、卵石、角砾、圆砾、碎石等粗粒料作充填物的桩，所以散体材料桩又称粗颗粒材料桩，根据充填材料类别可分为砂桩、砂石桩、碎石桩、矿渣砂石桩、矿渣碎石桩等。

习惯上把散体材料桩统称为碎石桩，按照施工工艺又分为振冲碎石桩（或称湿法碎石桩）和振实碎石桩（或称干法碎石桩），采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法碎石桩；采用干振、振挤、锤击等挤密方法制成的碎石桩称为振实碎石桩或干法碎石桩。

为方便应用，工程上把湿法制成的砂桩、砂石桩、碎石桩等统称为振冲桩，把干法制成的砂桩、砂石桩、碎石桩统称为砂石桩。

复合地基桩的特点是刚度小、桩间距小、桩身承载力小，常用作建筑物软基础的加固处理，分散布满建筑物基础下，通过褥垫层使桩和桩间土形成一个完整的复合地基，并提高原地基承载力，达到建筑物对地基的承载要求，具有加固土层厚、处理面积大、施工方法简单、施工进度快、处理效果显着等特点。

复合地基桩不是仅仅利用它的自身承载能力，而是利用桩的自身与桩间土的摩擦所形成的整体地基来承受上部建筑物的下传力。

用桩处理的地基必须设置褥垫层，以将建筑物基础与桩连为整体，形成良好的传力系统，如不设垫层，复合地基与普通的桩基础受力情况相似，只能利用桩承载能力，桩间土的承载能力难以发挥，所以就不是复合地基。

只有基础下设置垫层，才能发挥桩间土的承载作用，使桩与桩间土形成复合地基。

所以，复合地基是由垫层、桩与桩间土共同构成的一个整体。

复合地基处理桩由桩孔和充填材料组成。

桩孔多以机械成孔，也有少数用洛阳铲人工成孔或人工挖孔；充填材料主要有土料、石灰、水泥、煤灰、粗砂、碎石或其中2～3 种的混合料等。

充填材料在填入孔中的施工过程中，经过夯实、锤击、振动、喷射、搅拌等
不同方法，不但使充填材料得以密实，而且使孔的四周土体受到侧向挤压而密实，不但桩身有一定的承载能力，而且桩和桩间土形成的复合地基承载能力比原基础有1～3 倍的提高，从而使本来承载能力小、不能满足建筑物建设要求的天然地基变成了承载能力较高、能满足建筑物建设要求的复合地基。

3 复合地基桩基本特性
复合地基桩处理技术广泛用于住宅、仓库、厂房等各类房屋工程及其公路路基、铁路路基、渠堤、涵洞、广场、飞机场、停车场、挡土墙等工程中。

复合地基型桩具有较好的发展空间，随着科学技术的进步，新的桩技术不断发展。

目前主要采用的复合地基桩有振冲桩、砂石桩、石灰桩、土挤密和灰土挤密桩、水泥粉煤灰碎石桩、夯实水泥桩、水泥土搅拌桩、高压喷射注浆桩、柱锤冲扩桩等。

其中，尤以水泥土搅拌桩（粉喷桩及深层搅拌桩）、高压喷射注浆桩、水泥粉煤灰碎石桩应用最为广泛。

各类复合地基桩基本技术特性见表1。

4 复合地基设计探讨
凡是天然软土地基承载力达不到设计要求时，都要进行原地造桩而形成复合地基。

复合地基设计的目的在于求出复合地基的单桩竖向承载能力和复合地基承载能力，并最终使其达到设计要求。

单桩承载力是指一根桩的总承载力，是桩体受力概念；复合地基承载力是指桩及桩周土的共同承载力，是桩土联合受力概念。

复合地基设计是一个系统计算过程，复合地基承载力的求出需要经过一系列计算，各种桩形成的复合地基设计都应该遵循合理的计算程序，取得可靠的技术参数。

根据《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2002）的规定，各类桩加固处理地基承载力计算公式见表2。

虽然《建筑地基处理技术规范》中规定了各类桩复合地基承载力计算公式，但是并没有给出各类桩复合地基系统性计算方法，而且目前国内也没有完整阐述各类复合地基设计计算方法的书用以参考，使得设计实用极不方便，甚至有些感到无从下手。

那么，究竟如何获得各种桩复合地基设计方法呢？读者无须作难，你只要熟练掌握一种桩复合地基设计方法，而其他各类桩复合地基的设计就会迎刃而解。

本人主编的《粉喷桩设计与施工》一书可助你一臂之力：该书系统完整地介绍了粉喷桩的工作原理、设计程序和具体计算方法，并附有设计实例。

因为各种桩复合地基的工作原理、设计程序和具体计算方法都与粉喷桩
复合地基基本相同，任何复合地基的设计过程，主要都是计算桩径、桩距、桩长、桩土应力分担、单桩承载力、群桩承载力、复合地基承载力、基础沉降等。

因此，任何桩形成的复合地基设计，都可以参考粉喷桩设计方法，仅需依据具体情况对某些计算作适当调整而已。

5 试桩要求
任何复合地基造桩施工前，都应先进行试桩施工，以检查单桩承载力和复合地基承载力是否与设计结果相符合，当与设计有较大差异时，可对设计进行修正计算，避免造成难以弥补的事故。

试桩数量通常4～6 棵，宜选择在布桩以外的空地造桩；当土地面积受限制或为了节约资金，也可按照布桩图直接在设计桩位打试桩。

试桩的施工方法及质量检测应与正桩完全相同。