长短桩组合桩基础的分析

长短桩组合桩基础的分析
摘要：随着社会经济日新月异的飞速发展，针对高层建筑行业各界人士产生了更高层次的的需求。

高层建筑物工程中，桩筏基础的应用概率逐年升高。

桩筏基础有强大的的沉降控制作用和提供可靠的承载力的功能，且对各种施工环境游刃有余。

然而在桩筏基础的设计与应用中会出现长短不一的问题，本文针对这一问题进行了分析研究。

关键字：长短桩组合桩基础；基础类型；长短桩复合基地；
前言：目前，我国工程界已经对长短桩组合桩基础的设计思路提起了高度的关注，并逐步投入大量资源进行研究。

复合地基、桩基础、和桩筏基础的优化分析逐渐加深了深度和宽度。

由于包含有长短桩的桩基础或复合地基在控制基础沉降和节省投资方面体现出极大地优势，成为研究热点。

1长短桩组合桩基础的分类
由于工程地质条件的复杂性和土层分布的不均匀性，在工程建设过程中经常遇到采用长短桩组合桩基础的情况，综合来说主要分为以下四种类型。

（1）由于桩端持力层的起伏导致的桩长短的不一；
（2）由于变刚度调平的需要而布置的长短不一的桩；
（3）由于选用两层持力层而导致的桩的长短不一
（4）其他由于施工等原因而导致的桩的长短不一。

其中（1）、（4）属于被动使用长短桩，（2）、（3）属于主动使用长短桩。

由于以上事例的普遍性，长短桩经常主动或者被动的出现在工程中，我们重点讨论的是由于地基土中存在两层或多层土层可作为桩端持力层而采用长短桩组合桩基础的情况。

2长短桩组合桩基础适用条件
针对地基土中存在多层图层为桩端持力的情况，首先考虑考虑选择支承于较浅层持力层的较短桩基础，当上部结构载荷较小时，选取可以满足承载力和变形要求的浅层持力层端庄基础。

但当上部结构荷载较大时采用短桩基础往往会出现承载力满足要求而沉降量过大的情况，尤其当浅层持力层有软下卧层时，这种现象更为显著。

此时通常的做法是加大桩长，采用完全坐落于深层持力层上的全长桩基础方案，全长桩基础既可以提供足够的承载力，又能控制基础的变形在许可的范围内。

但是此种设计会加大施工难度和投资成本。

为解决上述问题，结合常规桩基础分析方法和沉降控制设计理论，按照长桩主要控制变形、短桩主要提供承载力的基本思路，提出高层建筑长短桩组合桩基础设计思想。

按桩沉降控制设计原理设置少量进入深层持力层的长桩以控制沉降，同时为利用浅层持力层良好的承载能力而设置部分短桩。

长短桩组合桩基础充分利用和发挥了长桩控制沉降的能力与地基土浅层持力层的承载能力。

与常规设计方法相比，长短桩组合桩基础减少了长桩数量，节省工程造价和施工工期。

3不同基础类型形状的比较分析
3.1长短桩组合装基础与等桩长基础
等桩长基础包括一般的长短桩组合桩基础和端承长桩下长短桩基础。

一下结果均为有限元弹塑性分析结果。

3.1.1沉降性状
等桩长基础沉降呈蝶形，而长短桩组合基础的沉降取决于长桩和短桩的具体布置形式，其沉降可能是中间大边上小。

全短桩基础的平均沉降和差异沉降均最
大；全长桩基础的平均沉降和差异沉降均最大；全长桩基础的平均沉降最小，而
差异沉降居中；长短桩组合桩基础的平均沉降居中，而差异沉降最小。

3.1.2荷载性状
等桩长基础中桩身轴力从桩顶至桩端逐渐减小，即只存在正的摩阻力。

而长
短桩组合基础中长桩均存在负摩阻力，一般的长短桩组合桩基础在短桩桩端处开
始出现负摩阻力。

一般的长短桩组合桩基础中短桩不会出现负摩阻力，而端承长
桩下的长短桩基础中的短桩却可能出现负摩阻力，这取决于基础垫层设置和长短
桩的具体位置，一般的长短桩组合桩基础中短桩桩顶荷载小于全短桩基础中短桩
荷载，而端承长桩下的长短桩基础中的短桩桩顶荷载大于全短桩基础中短桩荷载，而端承长桩下的长短桩基础中的短桩桩顶荷载大于全短桩基础中短桩的桩顶荷载。

3.2长短桩组合桩基础与长短桩复合地基
着重讨论端承长桩下长短桩基础和长短桩复合地基的性状比较，端承长桩下
长短桩基础可看作是长短桩组合桩基础与长短桩复合地基之间的一个过渡型式。

3.2.1沉降性状
布置相同长桩和短桩数目的长短桩桩基础和长短桩复合地基，二者陈江的分
布形式取决于何在分布和布桩位置，均可能出现反蝶形沉降形式。

一般情况下，
长短桩组合桩基础的平均沉降要小于长短桩复合地基的沉降大小。

从差异沉降的
角度，长短桩复合地基和长短桩组合桩基础大致相当。

如图2所示，通过两种基础类型下长桩位移的比较中可看出，复合地基中长桩的沉降大
于长短桩桩基础中长桩的沉降，且二者的差距在桩顶最大，沿深度逐渐减小。

就短桩的沉降
而言，长达UN装组合桩基础中短桩沉降要大于长短桩复合地基中的短桩沉降。

桩土的相对位移方面，长短桩组合桩基础中长桩比长短桩复合地基的长桩的中心点位置
要深，而长短桩复合地基中短桩的中心点位置相对端承长桩下长短桩基础的要深。

3.2.2荷载性状
如图3、4所示，长短桩复合地基中短桩桩顶荷载小于长短桩组合桩基础中短桩的桩顶荷载。

长短桩复合地基中长桩桩顶荷载和最大桩身轴力都远大于长短桩组合桩基础中长桩的对
应荷载。

结合上面的短桩荷载分析，由于长短桩桩基础中端庄作用的发挥要大于长短桩复核
基地中短桩的作用，从而长桩分担的荷载相对长短桩复合地基的长桩要小。

由于长短桩复合地基中长桩的最大轴力较大，为了减小长桩的轴力可以通过减小垫层的
模量或者增加点层的厚度来解决，但会导致基础的沉降增大。

而长短桩基础中无论是沉降还
是长桩的最大轴力都小于长短桩复合地基中响应值，因此对于长桩桩端存在较硬的持力层时，采用端承长桩下长短桩桩基础要比长短桩复合地基更合理。

3.3长短桩组合桩基础与端承长桩下长短桩基础
长短桩组合桩基础与端承长短桩下长短桩基础的本质区别在于前者长桩为摩擦型长桩，
而后者长桩为端承型长桩。

从形式上，前者长桩直接与筏板相连接，而后者通过垫层与筏板
相接触。

3.3.1沉降性状
由于二者均属于长桩和端庄混合布置的基础类型，两种基础类型的差异沉降都很小，从
整个沉降性状上二者物明显区别，沉降方面的主要区别在于长桩和土体之间的相对位移。

端
承长桩下长短桩基础中长桩相对于土体向上运动的范围远远大于长短桩组合桩基础中长桩相
对于土体的向上位移。

3.2.2荷载性状
一般情况下，长短桩组合桩基础中的短桩桩顶荷载要小于端承长桩下长短撞击初中短桩
的桩顶荷载。

在荷载施加初始阶段，长短桩组合桩基础中长桩作用主要通过桩顶荷载来发
挥，而端承长桩下长短桩桩基础中长桩作用基本上通过负摩阻力的形式来发挥。

在整个短桩长度范围内，长短桩zu7he桩基础长桩轴力变化不大，如图5所示，而端承长桩下长短桩基础的长桩轴力一直持续增大，如图4所示。

结束语：
鉴于高层建筑物在沉降上有较高的要求，考虑到土层中有至少两层的桩端持力层、减沉桩原理以及端庄提供承载力、长桩控制变形众多因素，相关研究人员提出了长短桩组合桩基础设计理念。

据研究结果显示长短桩组合桩基础不仅可以大幅缩减长桩用量，而且可以更高效地控制沉降，保障了建筑工程的安全性。

为高层建筑中长短桩组合桩基础的应用提供了更精确的数据依据。

参考文献：
[1]邓超，龚晓南. 长短桩复合地基在高层建筑中的应用[ J] . 建筑施工，2003，25（1）.
[2]梁发云. 混合桩型复合地基工程性状的理论与试验研究[ D] . 上海：上海交通大学，2004.。