长短桩复合地基设计

长短桩复合地基设计

一、前言

当地基承载力或变形不能满足设计要求时，需做地基处理，复合地基方案在地基处理中用的非常普遍。复合地基的桩型很多，不同的桩型加固机理和加固效果是不同的，实际工程中如何针对设计要求合理选择桩型是方案选择的核心。本文仅就这一问题做一讨论。

采用复合地基有时主要为了提高地基承载力，有时主要是为了减少沉降量，有时两者兼而有之，在确定使用复合地基前，应予以分析。当软弱土层较厚时，采用复合地基往往是为了控制沉降，在这种情况下采用复合地基具有较大的优点。若软弱土层很薄，而基岩又很浅，采用桩基础可能优于采用复合地基。另外，复合地基需要通过一定的沉降量来协调发挥桩土共同承担荷载，对沉降量控制要求很高的情况下不宜采用复合地基技术。对一具体工程是否采用复合地基技术应根据荷载大小、地基土层工程地质情况、建筑物对工后沉降量的要求等方面综合分析而定。

随着对复合地基理论认识的提高以及实践经验的积累，学术界提出了不同桩型、桩长的多元组合型复合地基——刚柔结合长短桩复合地基。

长桩：提高地基承载力，将荷载通过桩身向地基深处传递，减少压缩层变形，控制整体的沉降。桩体强度要求较高，多采用

CFG桩、钢筋混凝土桩、预制桩等。

短桩：主要对土体进行处理，减小浅层的应力集中，提高承载力，消除软弱土层引起的不均匀沉降，桩体采用散体桩和柔性桩如搅拌桩、碎石桩、石灰桩等。

褥垫层：促使桩—土协调变形，合理分配应力，保证桩土共同作用。复合地基的实质是桩、土共同作用。桩土应力分配的过程伴随着桩顶上刺或桩端下刺，因此需设置合适厚度和刚度的褥垫层保证桩、土能共同承担荷载。

长短桩的优点（以螺杆桩复合地基为例）：

（1）、螺杆桩复合地基在地基中形成平面及空间合适的刚度梯度，从而获得了高强度的复合地基。

（2）、螺杆桩复合地基中形成了土的三维应力状态，使土的强度高于其自身承载力的基本值，从而使土的参与工作系数大于1，这是任何其它类型复合地基无法实现的。

（3）、螺杆桩复合地基中优化的竖向刚度，使之形成了三层地基，从而减小了复合地基的沉降。特别是它有效地解决了建筑物或构筑物的不均匀沉降问题。

（4）、螺杆桩复合地基的设计可以有效降低地震力对结构的影响，同时，即使在建筑物过大水平位移情况下，仍可以有效的传递垂直荷载，并由于加固后消除了可液化土层，从而可以广泛地应用于地震区。

（5）、螺杆桩复合地基可以采用国内具有的机械施工，因而具备了设备及工艺的广泛适应性。

（6）、螺杆桩复合地基适合需要人工方法提高其承载力的土层。如：杂填土、大孔隙土、淤泥质土、膨胀土、湿陷性黄土、松散状粉砂土，各种陆相、海相沉积或其陆、海相沉积互层。

（7）、螺杆桩复合地基可以大幅度提高地基承载力、改善桩间土性能、减小沉降，因而可以广泛应用于高层建筑物以及机场、堆场、路基工程、桥梁基础、储油罐等工程的地基处理。

（8）、螺杆桩复合地基中螺杆桩可用常规的建材，因此有材料来源广泛、材料廉价的特点。

（9）、螺杆桩复合地基检测验收方法符合国家规范的要求。螺杆桩复合地基的优越性

（1）、大幅度节省投资

与普通桩基和其它类型复合地基相比，可节约造价。

（2）、强度高

处理后的螺杆桩复合地基可用于高层与超高层建筑。

（3）、工期短、工艺简单

平均施工工期比普通钻孔桩桩基础缩短三分之一以上。

（4）、沉降小

据对已完工项目的沉降观测统计：沉降量在5—25㎜，特别是它有效地解决了不均匀沉降问题。

（5）、应用范围

可应用于高层建筑、多层建筑、机场、大型储罐、堆场、路基、桥梁基础等多种建设工程。

（6）、适用多种土层

适用于需要采用桩基础或需要地基处理的土层。

（7）、良好的抗震性

螺杆桩复合地基中刚性加筋穿过液化层，并可有效的传递垂直荷载，通过垫层的弹性联接、桩、土的三维应力状态均大大提高了建筑物的抗震性。

（8）、地基承载力的可补性

当天然地基承载力较高，但仍不能满足上部建筑的需要时，则螺杆桩复合地基可以充分利用原天然地基承载力，以缺多少补多少的新概念，使地基强度大幅度提高。

（9）、上部结构的设计、施工条件可大大改善

螺杆桩复合地基可以完全满足上部结构设计单位提出的承载力和沉降要求，这些要求在本所的地基交付时，将得到政府质检部门的严格验收。因此，选用螺杆桩复合地基后，可使上部结构的设计单位仅需向我所提供的地基视为高强度均匀地基，使得上部结构设计、施工条件大为改善。

经过学术界工程界多年的研究，复合地基技术有了很大的发展，其应用更加广泛，并且优势更加突出。但是复合地基技术仍存在是不足的地方有待各界通过理论实验更深入研究使得复合地基方案更加优化。

1短桩复合地基概念

长短桩复合地基通过长桩结合短桩的设计，在附加应力较大的上部土层中设置较大密度的桩，在下部土层中减少桩的密度，通过调整桩的长度，保证复合地基承载力满足的前提下，设置长桩减小下卧层的沉降量，从而控制复合地基的总沉降量达到设计要求。这就是在材料消耗相同的情况下，进行优化设计的思路。

2长短桩复合地基性状简述

长短桩复合地基中长短桩间隔布置，长桩一般采用强度较高的刚性桩（如CFG桩，钢筋混凝土桩、预应力空心管桩等），短桩常用柔性桩（如碎石桩、水泥土搅拌桩等）。

长短桩复合地基中长桩模量的变化对复合地基的沉降和承载力性状影响不显著，但桩长的影响较大，随着长桩桩长的增加，复合地基沉降几乎线形下降，分担的荷载也有较大的提高，但长桩存在临界桩长，超过临界桩长时，复合地基沉降和荷载分担不再有明显变化。

长短桩复合地基中短桩选择比较灵活，桩的模量变化幅度也较大。短桩模量的变化对复合地基沉降和承载力有一定程度的影响，特别是当短桩模量在50MPa~2000 MPa之间大幅度变化时影响最为明显。随着短桩模量的增加，复合地基沉降明显减小，短桩分担的荷载也增加了。柔性短桩的特点决定其桩长的增加对复合地基特性影响不大，但刚性则不然。随着刚性短桩桩长的增加，复合地基沉降明显减小，荷载分担增加。因此对于地基上部存在较好土层的情况，可采用