复合桩基

减沉型复合桩基设计实例及设计要点

[摘要] 减沉型复合桩基以其良好的经济性，受到工程界的广泛重视。本文通过一个工程实例，简述深厚软土地区减沉型复合桩基的设计方法、适用范围及设计中应注意的问题。

[关键词] 深厚软土减沉型复合桩基设计方法

一、引言

减沉型复合桩基是指设计时考虑桩—承台—土共同作用承受上部结构荷载，以控制基础沉降为目的的复合桩基。当天然地基的沉降不能满足要求时，增设部分桩，就可以将基础的沉降量控制在许可的范围之内。与普通的桩基相比，因计入了承台的有利作用，比普通桩基减少了桩数，具有可观的经济效益。《地基基础设计规范》（GB50007-2001）在8.5.13条中提出了设计要求，但未给出明确的设计方法。下面，笔者通过一个工程实例，简述深厚软土地区减沉型复合桩基的设计方法、适用范围及设计中应注意的问题。

二、工程概况和工程地质条件

浙江省秦山县核电南苑21#、22#、23#、24#楼为四幢多层点式住宅。地上六层，地下设一层半地下室。檐口高度为19.900m，总建筑面积为11836m2。上部为砖混结构，现浇钢筋混凝土楼、屋盖。地震基本烈度为6度，场地土类别为Ⅲ类。

建筑场地地形平坦，地貌属冲积平原。地下水位约在地表下2.50m处。属软弱场地土，可不考虑土壤液化。根据地质勘察报告，地表下各土层的物理力学指标见表一。

表一各土层的物理力学指标

三、基础设计方案比较及选用

经计算，上部结构传至基础的荷载标准组合值为N=54610KN。因甲方要求尽量节约投资，故在设计时，我们以21#楼为例，分别按普通桩基、天然地基、减沉型复合桩基进行设计，对比三者的经济性，从中优选出一种最合适的。

（一）采用普通桩基

根据本建筑的荷重及工程地质条件，初步考虑采用普通桩基。因本建筑场地周边埋有地下管线，故采用Ф600钻孔灌注桩。桩尖进入○31层内1.5m，桩长为33~35m。单桩承载力特征值按[1]计算：R a= u*∑q sia*l i + q pa*A（1）

单桩承载力取为810kpa。本建筑所需桩数为

n=N/ R a=69根（2）

本建筑高度仅为19.900m，而桩长却有35m，桩长与建筑总高之比为1.76：1。这显然是很不经济的。（二）采用天然地基

由表一可见，○21粉质粘土有一定厚度，且承载力较高，f a=160Kpa。考虑以○21层为持力层，布置墙下钢筋混凝土条形基础。为防止软弱下卧层○22淤泥质粘土破坏，在设计时我们按○22承载力标准值f a=95 Kpa反算得条基宽度为2.2~1.4m。但按[1]的分层总和法试算沉降时，得S=312mm。

可见按天然地基设计，沉降过大。况且如此大的沉降必然导致较大的沉降差。因此，天然地基的方

案也是行不通的。

（三）采用减沉型复合桩基

从以上的分析可以看出，当采用天然地基时○21粉质粘土已能满足承载力要求，仅是因为其下软土层过厚，沉降过大。针对这种情况，我们设计的思路是：在充分发挥○21层土承载力的基础上，增设部分桩减少沉降，使两者形成减沉型复合桩基。影响复合桩基沉降量的因素包括桩型、桩长、承台宽度、桩数等。而对一座建筑而言，按给定桩距布桩时，所能布置的桩数是定值。因此，我们在设计时，先确定桩径、承台宽度、桩数，仅以桩长为变量，求出桩长l与建筑沉降s的关系，最后按建筑允许沉降确定实际桩长。

1.选择桩型及桩长

在减沉型复合桩基中，桩必须是摩擦桩，或是端承力较小的端承摩擦桩。桩长不宜过大。因为，当桩长大于24d时，承台分担荷载的比例随桩长的增加反而减少了。[2]

对于本工程，桩型仍选用Ф600钻孔灌注桩，桩端以○22淤泥质粘土为持力层，桩长初定为15m。之所以采用这种“悬浮桩”，我们主要考虑了以下两个方面的问题：一是因场地条件所限，好土层○31层埋藏过深，若一味按[1]中 5.8.13的第3条要求桩端进入压缩性较小的“好土层”，势必增加桩长，这就又走了普通桩基的老路了；二是通过减少桩的长径比，来减少桩本身的压缩变形，达到减少基础沉降的目的。

2.确定承台宽度

对减沉型复合桩基，我们考虑承台下土体已能满足承载力要求，桩仅起减沉作用。故承台宽度算法同天然地基，其平面布置见图一。

3. 布桩并确定桩数

要充分发挥桩、土的承载力，使两者相互作用形成复合桩基，控制桩间距s是十分重要的。如果桩的距离过小（s<3d），则桩长范围内的土中应力严重重叠。这样就使桩间土明显压缩下移，导致桩—土界面相对滑移减小，从而降低桩侧阻力的发挥程度。试验和理论计算表明，当桩距s>6d时，桩的工作性状就接近于单桩了。[3]在减沉型复合桩基中，我们要充分发挥桩的作用，使其按单桩工作，这样就要求桩距在4~6d（挤土桩取大值，非挤土桩取小值）。另外，[1] 中5.8.13的第4条也有相同的要求。

对于本工程，首先在十、T、L形墙交点处布桩，因为这些部位往往是荷载集中的位置；然后，再按大于4d的桩距，沿墙均匀插桩。图一是本工程的桩位布置图，最后实际布桩40根。

4.计算单桩承载力特征值

在建筑物的使用阶段，复合桩基中的桩是处于极限状态下工作的，单桩的承载力应是桩周土提供的

承载力值。[4]在计算减沉型复合桩基中的单桩承载力时，要注意“实际桩长”不等于“有效桩长l0”。因为在减沉型复合桩基在受力时，承台下一定范围内的桩间土随承台和桩一起向下运动，桩和桩间土的相对位移受到限制，桩侧这部分土的摩阻力不能充分发挥，所以在计算单桩承载力时，应减去这范围内的桩长。据笔者的经验，有效桩长

l0i=l i-ξ*b （3）

其中ξ=0.7~1.0，b为承台宽度。则单桩承载力特征值

R a= u*∑q sia*l0i+ q pa*A（4）

桩长为15m时，单桩承载力特征值取为495kpa。

5.沉降计算

在满足承载力要求的情况下，减沉型复合桩基能否安全工作的关键是能否将基础的沉降控制在允许的范围之内。沉降计算的理论，近几年在国内发展很快。现在采用较多的，基本分为两类：一是采用的等代墩基法计算。其原理是将桩和桩间土当成一实体，按Boussinesq课题计算桩端以下土体的附加应力，再按分层总和法计算沉降，最后将结果乘以系数休正得到桩基的沉降。二是按Mindlin公式求出每桩土中引起的应力，与基底附加应力引起土中应力迭加后，再以分层总和法求沉降。计算时可用计算机求精确解，也可采用影响圆法、沉降漏斗法等近似方法。对于减沉型复合桩基，一般采用第二种方法。本工程中，我们按[1]的方法，采用建科院PKPM系列中的JCCAD软件电算得到：当桩长为15m时，基础的平均沉降为90.01mm。

6.采用不同桩长试算确定最终桩长

再对5m、10m、20m三种桩长，计算对应的建筑物沉降，可得到如图二所示的沉降s与桩长l的关系曲线。根据关系曲线就可按建筑物允许沉降确定桩基实际所需桩数。通过对s-l曲线观察，当桩长l在11m左右的时候，曲线由陡降段转变为缓变段，l=11m为曲线的拐点。按11m代入重新计算，得单桩承载力特征值为470kpa，沉降为113.85mm，承台底面土体分担上部荷载比例为79.8%。对本建筑而言，允许沉降一般为100~150mm，故最终选定桩长为11m。

四、沉降观测结果和经济技术分析

本工程于2001年2月开工，2002年6月竣工。住户搬入居住已近三年。经施工部门观测，本建筑沉降约为60~70mm。

按每立方米综合造价0.1万元，对比普通桩基与减沉型复合桩基的经济技术指标见表二：表二桩基方案对比

可见四幢楼仅桩基一项就可以节约4x（68.2-12.4）=223万元。考虑到减沉型复合桩基承台较普通桩基宽，节省费用约为150万元。