复合地基

多元复合地基

多元复合地基，又称“组合型复合地基”、“二元复合地基”。韩煊等［1］多元复合地基的概念可定义为：为了实现多种加固功能或出于经济性因素的考虑，在加固区中均匀地设置由多于一种的加固方法或加固设计参数而形成的桩体，使地基得到两种(或以上)不同桩的加强所形成的复合地基称为“多元复合地基”。其中桩身强度较高的桩可称为主桩，强度较低的桩可称为次桩。根据多元复合地基的组成，可以将其分为以下两类：1)变桩型多元复合地基。即复合地基中存在两种(或以上)的桩型，例如同时采用碎石桩和CFG桩的复合地基。2)变参数多元复合地基。即复合地基中仅有一种桩型，例如均为水泥搅拌桩，但采用不同的桩长形成的复合地基。

丁邦颖等［2］根据刚柔性桩组合的多元复合地基的静载荷试验数据，分析了多元复合地基中刚性桩、柔性桩的桩顶应力及桩端应力随上部荷载的变化；刚性桩桩身荷载传递规律；不同褥垫层厚度对桩顶应力及桩身荷载传递的影响。试验结果表明：刚柔性桩桩顶和桩端应力随着上布荷载的增加而增大；刚性桩桩身最大轴力不在桩顶，桩身负摩阻力随着深度增加而减小；随着垫层厚度的增加，刚性桩桩身负摩阻力增大，最大轴力位置下移。

王仙芝等［3］的室内模型试验和理论研究成果，考虑土的弹塑性和桩、土接触的高度非线性行为，建立比较合理的多元复合地基数值模型；通过改变设计参数：桩径，桩长（主桩、次桩），桩模量，褥垫层厚度，褥垫层模量)，对多层地基多元复合地基承载力作了较系统的研究，主桩桩径、主桩桩身模量、次桩桩径、褥垫层模量对多元复合地基承载力特征值影响较大，适当增加它们的设计值可提高多元复合地基承载力。

尚新生等［4～6］在考虑散体桩涂抹作用非散体桩对下卧层排水通道的减弱作用的基础上，依据应力条件下的平衡方程和连续条件下的固结方程，由假定的无穷级数解，推导出特征方程，进而得到散体桩一柔性桩组合和散体桩一刚性桩组合时的多元复合地基固结解析解，经与实例数值计算结果进行对比表明，该解析解基本与数值解吻合。解析解计算结果表明，土层的固结快慢与各自的渗透系数和压缩模量有关。土层渗透系数越大，刚度越大，则孔压越小，固结越快；桩径比越小，桩体刚度越大，则固结越快。

研究了柔性桩一刚性桩组合多元复合地基, 在土性条件为均质地基、双层地基(上弱下硬; 上硬下弱) 两类三种情况和三种不同的布置方案下, 承载和沉降特性随桩长、桩土模量和垫层厚度变化而变化的规律性, 分析了差异的原因与机理。

从单桩与桩间土的荷载—沉降曲线出发，采用荷载—沉降的双曲线模型，给出了多元复合地基桩土应力比的解析解。分析表明，桩土应力比随荷载的变化形式有3种，具体的变化形式与桩、桩间土的初始切向压缩模量和极限承载强度有关。

郑俊杰等［7～10］提出了两种分类情况下，多元复合地基的承载力计算方法、沉降计算方法及检测方法，对多元复合地基设计施工中的若干问题进行了讨论，并列举了工程实例。他提出多元复合地基的检测方法可以分为两类，一类是直接采用规范中复合地基静载试验的方法；另一类是分别对主桩或次桩进行单桩或复合地基静载荷试验，然后利用多元复合地基承载力计算公式计算出结果。

利用面积加权的原理得到了多元复合地基承载力的计算公式，公式中次桩及桩间土承载力发挥度系数与桩的类别、强度、长度、置换率、桩端土及桩间土的类别及强度有关。多元复合地基静载检测时，其压板宜采用方形或矩形，其尺寸按实际桩数所承担的处理面积确定。

通过自行研发的试验装置，对钢管桩与砂桩多元复合地基进行一系列室内模型试验，得到其工作性状：钢管桩与砂桩多元复合地基的荷载沉降曲线特征，钢管桩、砂桩和土的应力特点。桩土应力比特点，各种桩和土的荷载分担比曲线特征。研究表明：本室内静载试验模型虽然不能完全模拟现场钢管桩与砂桩多元复合地基的工作性状，但从定性上分析钢管桩与砂桩多元复合地基的工作性状是可行的。从试验结果可见：当处理粉细砂类土时，钢管桩与

砂桩多元复合地基明显优于砂桩复合地基。

选取双折线模型作为土的弹塑性本构模型，并在假设桩土变形协调的前提下，应用参变量变分原理求解多元复合地基的复合模量在弹性及塑性状态下的解析解。该解在桩间土为弹性状态时与目前工程中应用的面积加权法结果一致；当桩间土进入塑性状态时，与荷载及土的前后刚度比等因素有关。最后，采用大型有限元分析软件ANSYS对以上结论进行仿真验算。

刘杰等［11］采用柔性桩与桩周土的相对位移表达式来表示多元复合地基中柔性桩桩侧摩阻力的分布规律，结合变形协调条件、物理方程和力的平衡方程，分析了刚性承台下柔性桩一土一垫层的相互作用，并将计算结果与模型试验结果进行了对比。结果表明：增加垫层厚度或提高垫层变形模量均能缓解桩顶应力集中，充分调动桩周土的承载能力；随着柔性桩的刚度提高，或垫层厚度增大；或垫层变形摸量提高，柔性桩复合体的承载力均有不同程度的提高；最大桩侧摩阻力位于桩顶一下l／4～l／3桩长处；由于桩顶向垫层刺入使桩身存在负摩擦区，导致桩身最大轴力并不在桩顶，又因柔性桩的刚度不大，桩顶刺入作用较弱，负摩擦区段的长度短，故负摩擦不大。对比试验结果验证了所提提出方法具有可行性。

多元复合地基已有许多成功的工程实例。

参考文献

［1］韩煊,李宁.多元复合地基的概念及其基本设计思路.工业建筑.2005,35.

［2］丁邦颖,刘杰,曾庆国.多元复合地基荷载传递的试验研究.中南公路工程.2007,32,2. ［3］王山芝,王龙飞,郑俊杰.参数变化对多元复合地基承载力的影响.路基工程.2010,3. ［4］尚新生,林银飞,王明程,谢定义,邵生俊.散体一柔性桩组合和散体一刚性桩组合复合地基的固结解.岩石力学与工程学报.2009,28,2.

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［8］郑俊杰,区剑华,吴世明,袁内镇.多元复合地基的理论与实践.岩土工程学报.2002,24,2. ［9］郑俊杰,王仙芝,韩超,高学伸.钢管桩与砂桩多元复合地基室内模型试验.华中科技大学学报(自然科学版).2008,36,9.

［10］郑俊杰,区剑华,袁内镇,方秦汉.多元复合地基压缩模量参变量变分原理解析解.岩石力学与工程学报.2003,25,3.

［11］刘杰,何杰.多元复合地基中柔性桩一土一垫层的相互作用.建筑科学工程学报.2008,25,4.

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［17］王仙芝,区剑华,郑俊杰.CFG桩和水泥土桩多元复合地基法的工程应用.岩土力学.2002,23.