碎石桩复合地基优化设计方法研究
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２１ ０ ０年 第 ５期 （ 总第 １５期 ） ９
黑龙 江交通 科技
ＨＥＬＯＮＧＪＡＮＧ Ｉ Ｌ Ｉ ＪＡＯ１ＯＮＧ Ｊ 。 ＫＥ
Ｎｏ ５， ０ ０ ， ２ １
（ ｕ ｏ １５ Ｓ ｍ Ｎ ．９ ）
碎 石 桩 复 合 地 基 优 化 设 计 方 法 研 究
向长征 ， 张志伟 （ 湖南省航务勘察设计研究 院） 摘 要： 通过对碎石桩复合地基承载机理和桩土应力 比影 响因素 的深人分析 ， 提出了碎 石桩复合地基按基底
Fra Baidu bibliotek
沉降控制的优 化设计理论 ， 建议采用基础的设计荷 载作为计算荷载计算基础沉降 ， 对设计 步骤和过程作 了较
为详细的阐述 。 关键词 ： 碎石桩 ； 复合地基 ； 优化 中图分类号 ：４ ６ １ Ｕ １．
１ 复合 地 基 优化 设 计 方 法
１ １ 长 短桩 复合 地 基 ．
文献标识码 ： Ｃ
承载力能够满足设 计要求 ， 由于加 固区较浅 ， 降计算结果 沉 偏大 ； 如采用长桩方案 ， 桩端放在下层 持力层 ， 将 复合地基承 载力 、 变形计算均能够满 足设计 要求 ， 但地基处 理工作量加 大， 费用较高 。因此可采用 长短桩 组合 的刚性桩复合 地基 ， 长、 短桩分别落在下 、 上两层桩 端持力层上 ， 分发挥上下两 充 层桩端持力层 的特性 ， 用短桩 提高复合地 基 的承 载力 ， 利 通 过长桩减少变形 ， 在满足设计要求 的同时减少地基处理 的工 作 量。
一
地基处理 的主要 目的是提 高软 土地基 的强度 、 降低软弱 地基 的压缩性 ， 以减小基础 的沉降和差异 沉降。要综合的提 高地基土 的性质 ， 大限度 地发挥地 基土本 身的潜力 ， 最 可采 用两种或两种 以上的处理方法 ， 由此形成 的复合地基即为组
合型复合地基。 众所周知 ， 碎石桩具有 良好 的加快 地基土 固结 的作用 ， 但是该类柔性桩的工作主要受桩间土体 的被动约束所制约 ， 特别是桩项 ２～ ４倍桩径 的深度 范 围内 ， 间土将承受很 大 桩 的径向压力 ， 容易使桩体 发生鼓 胀破 坏 ， 因此使 这一类 复合 地基的承载力提高受 到 了限制。 ２ 碎石桩复合地基优化设计和按基底沉降控制设计 ２ １ 复合地基优化设计思路 ． 在对 复合地基进 行优化前 ， 首先要搞清楚采用复合地 基 的 目的。采用复合地基 主要是解决地基 承载力不足 ， 还是解 决 地基沉 降量过 大 ， 还是 两者 兼 而有 之。针对 上述 不 同情 况， 可以采用不同复合地基优化方法 。 对采用碎石桩复合地基 主要要求减小沉 降量时 ， 碎石桩 复合地基 的优化设计 显得更 为重要 。从 碎石桩复合 地基位
文章编号 ：０ ８— ３ ３ ２ １ ） ５— ０ ２—０ １０ ３ ８ （０ ０ ０ ０ ６ ２
在荷载作用下 ， 地基 中的 附加应 力 随着 深度增 加 而减 小 ， 了更有效地利用 复合地基 中桩体 的承载潜 能 ， 向增 为 竖 强体（ 桩体 ） 复合地基 中， 以取 不 同长度 的桩体 以适 应附 可 加应 力 由上 而 下 减 小 的特 征 。 由 不 同 长 度 的桩 体 组 成 的 桩 体 复合地基称为长短 桩复合地基 。 长短桩复合地基 的形式很 多。长桩 和短桩 可 以采 用同
１２ 组合 型 复合 地基 ．
种桩型 ， 也可以采用不同的桩型。短 桩常采用 散体 材料桩 和柔性桩 ， 如碎石桩 、 水泥土桩 、 石灰桩等。常采用 图 １ 示 所 的长短桩空间位置 。图 １ ａ 中 ， （ ） 长短桩相 间 ， 两长桩 之间也 可布置 ２根或更多 的短桩 。图 １ ｂ 和图（ ） 长短桩一 般 （） ｃ 中， 采用同一桩 型。图 １ ｂ 的布置 形式 比图 １ ｃ 的布置形 式 （） （） 更有利于减少沉降 ， 而图 １ ｃ 的布置 形式基 础 中的弯矩 可 （）
调至最小。
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五二 ］ ＝
８
ｂ
图 １ 长短桩复合地基示意图
长短桩复合地基是一种很有发展潜力 的复合地基 ， 特别 适用于压缩土层较厚 的地基 。从 复合地 基应力场 和位移 场 特性分析可知 ， 由于复合地基 加 固区的存在 ， 高应力 区向地 基深处移动 ， 地基压 缩土层 变深 。为 了减小沉 降 ， 必要 对 有 较深的土层进行处理 。采用 沿深度 变强度 和变模量 的长 短 桩复合地基可 以有效减小沉降 ， 降低加 固成本 。在长短桩 复 合地基 中， 加固区浅层地基 中既有长桩 、 又有短 桩 ， 复合地基 置换率高 。不仅地基承载力 高 ， 且加 固区复合 模量 大 ， 而 可 以满足加 固要求 。在加 固 区深 层 地基 中， 加应 力相 对较 附 小， 只有长桩 ， 也可以达 到满 足承载力要求 ， 有效减小沉降 的 目的。可 以说长短桩复合地基 加 固区的特性 比较符合 荷载 作用下地基 中应力 场和位移 场特 性。 对于软土层相对不厚 的情况 ， 设置短桩 的目的主要有 以 下两方面 ： （） １ 当基底 以下存在厚度不大 的（ 局部 ） 软弱土层 时， 采 用短桩对该区域土层进行加 固， 可提高基底 软弱土层 的承载 力 ， 除局部软弱土引起 的不均匀沉 降 ， 消 短桩 的加 固深度 、 加 固范围可通过分析勘察 报告 、 基坑 开挖试验槽 、 便触探 等 轻 手段确定 ， 在这种情 况下短桩 可采用 夯实水 泥土桩 、 旋喷桩 等形式与长桩 间作形成多桩型复合地基 ， 可称 为短桩补 强 亦 组合复合地基 ； （） ２ 当基底 以下 存在上 下两 层较 为理 想 的桩端 持力层 时， 如采用短桩方案 ， 桩端放在 上层 持力 层 ， 将 即使复合地基
黑龙 江交通 科技
ＨＥＬＯＮＧＪＡＮＧ Ｉ Ｌ Ｉ ＪＡＯ１ＯＮＧ Ｊ 。 ＫＥ
Ｎｏ ５， ０ ０ ， ２ １
（ ｕ ｏ １５ Ｓ ｍ Ｎ ．９ ）
碎 石 桩 复 合 地 基 优 化 设 计 方 法 研 究
向长征 ， 张志伟 （ 湖南省航务勘察设计研究 院） 摘 要： 通过对碎石桩复合地基承载机理和桩土应力 比影 响因素 的深人分析 ， 提出了碎 石桩复合地基按基底
Fra Baidu bibliotek
沉降控制的优 化设计理论 ， 建议采用基础的设计荷 载作为计算荷载计算基础沉降 ， 对设计 步骤和过程作 了较
为详细的阐述 。 关键词 ： 碎石桩 ； 复合地基 ； 优化 中图分类号 ：４ ６ １ Ｕ １．
１ 复合 地 基 优化 设 计 方 法
１ １ 长 短桩 复合 地 基 ．
文献标识码 ： Ｃ
承载力能够满足设 计要求 ， 由于加 固区较浅 ， 降计算结果 沉 偏大 ； 如采用长桩方案 ， 桩端放在下层 持力层 ， 将 复合地基承 载力 、 变形计算均能够满 足设计 要求 ， 但地基处 理工作量加 大， 费用较高 。因此可采用 长短桩 组合 的刚性桩复合 地基 ， 长、 短桩分别落在下 、 上两层桩 端持力层上 ， 分发挥上下两 充 层桩端持力层 的特性 ， 用短桩 提高复合地 基 的承 载力 ， 利 通 过长桩减少变形 ， 在满足设计要求 的同时减少地基处理 的工 作 量。
一
地基处理 的主要 目的是提 高软 土地基 的强度 、 降低软弱 地基 的压缩性 ， 以减小基础 的沉降和差异 沉降。要综合的提 高地基土 的性质 ， 大限度 地发挥地 基土本 身的潜力 ， 最 可采 用两种或两种 以上的处理方法 ， 由此形成 的复合地基即为组
合型复合地基。 众所周知 ， 碎石桩具有 良好 的加快 地基土 固结 的作用 ， 但是该类柔性桩的工作主要受桩间土体 的被动约束所制约 ， 特别是桩项 ２～ ４倍桩径 的深度 范 围内 ， 间土将承受很 大 桩 的径向压力 ， 容易使桩体 发生鼓 胀破 坏 ， 因此使 这一类 复合 地基的承载力提高受 到 了限制。 ２ 碎石桩复合地基优化设计和按基底沉降控制设计 ２ １ 复合地基优化设计思路 ． 在对 复合地基进 行优化前 ， 首先要搞清楚采用复合地 基 的 目的。采用复合地基 主要是解决地基 承载力不足 ， 还是解 决 地基沉 降量过 大 ， 还是 两者 兼 而有 之。针对 上述 不 同情 况， 可以采用不同复合地基优化方法 。 对采用碎石桩复合地基 主要要求减小沉 降量时 ， 碎石桩 复合地基 的优化设计 显得更 为重要 。从 碎石桩复合 地基位
文章编号 ：０ ８— ３ ３ ２ １ ） ５— ０ ２—０ １０ ３ ８ （０ ０ ０ ０ ６ ２
在荷载作用下 ， 地基 中的 附加应 力 随着 深度增 加 而减 小 ， 了更有效地利用 复合地基 中桩体 的承载潜 能 ， 向增 为 竖 强体（ 桩体 ） 复合地基 中， 以取 不 同长度 的桩体 以适 应附 可 加应 力 由上 而 下 减 小 的特 征 。 由 不 同 长 度 的桩 体 组 成 的 桩 体 复合地基称为长短 桩复合地基 。 长短桩复合地基 的形式很 多。长桩 和短桩 可 以采 用同
１２ 组合 型 复合 地基 ．
种桩型 ， 也可以采用不同的桩型。短 桩常采用 散体 材料桩 和柔性桩 ， 如碎石桩 、 水泥土桩 、 石灰桩等。常采用 图 １ 示 所 的长短桩空间位置 。图 １ ａ 中 ， （ ） 长短桩相 间 ， 两长桩 之间也 可布置 ２根或更多 的短桩 。图 １ ｂ 和图（ ） 长短桩一 般 （） ｃ 中， 采用同一桩 型。图 １ ｂ 的布置 形式 比图 １ ｃ 的布置形 式 （） （） 更有利于减少沉降 ， 而图 １ ｃ 的布置 形式基 础 中的弯矩 可 （）
调至最小。
； ＿ 丌Ｔ＿ｌ； ｒ －７ ； ｆＩ ＂－ ＇
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五二 ］ ＝
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图 １ 长短桩复合地基示意图
长短桩复合地基是一种很有发展潜力 的复合地基 ， 特别 适用于压缩土层较厚 的地基 。从 复合地 基应力场 和位移 场 特性分析可知 ， 由于复合地基 加 固区的存在 ， 高应力 区向地 基深处移动 ， 地基压 缩土层 变深 。为 了减小沉 降 ， 必要 对 有 较深的土层进行处理 。采用 沿深度 变强度 和变模量 的长 短 桩复合地基可 以有效减小沉降 ， 降低加 固成本 。在长短桩 复 合地基 中， 加固区浅层地基 中既有长桩 、 又有短 桩 ， 复合地基 置换率高 。不仅地基承载力 高 ， 且加 固区复合 模量 大 ， 而 可 以满足加 固要求 。在加 固 区深 层 地基 中， 加应 力相 对较 附 小， 只有长桩 ， 也可以达 到满 足承载力要求 ， 有效减小沉降 的 目的。可 以说长短桩复合地基 加 固区的特性 比较符合 荷载 作用下地基 中应力 场和位移 场特 性。 对于软土层相对不厚 的情况 ， 设置短桩 的目的主要有 以 下两方面 ： （） １ 当基底 以下存在厚度不大 的（ 局部 ） 软弱土层 时， 采 用短桩对该区域土层进行加 固， 可提高基底 软弱土层 的承载 力 ， 除局部软弱土引起 的不均匀沉 降 ， 消 短桩 的加 固深度 、 加 固范围可通过分析勘察 报告 、 基坑 开挖试验槽 、 便触探 等 轻 手段确定 ， 在这种情 况下短桩 可采用 夯实水 泥土桩 、 旋喷桩 等形式与长桩 间作形成多桩型复合地基 ， 可称 为短桩补 强 亦 组合复合地基 ； （） ２ 当基底 以下 存在上 下两 层较 为理 想 的桩端 持力层 时， 如采用短桩方案 ， 桩端放在 上层 持力 层 ， 将 即使复合地基