淺談樁基礎與樁體復合地基的區別和聯系

摘要：本文闡述了樁基礎和樁型復合地基的發展過程，分析了樁基礎和樁型復合地基的相似之處，并且從荷載傳遞的路徑、結構構成和樁體材料、樁體本身的受力情況三方面綜合分析了兩者的差異，得出兩者的根本區別是荷載傳遞路徑不同的結論。

關鍵詞：樁基礎樁型復合地基荷載傳遞

中圖分類號:TU72文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)03(b)-0000-00

隨著我國經濟建設的不斷高速發展，基礎設施建設的規模也日益擴大。為了合理有效的利用土地資源，建設工作者不斷的使用各種方法對軟弱地基等不利于工程建筑的因素進行改造，以提高地基強度，保證地基的穩定性，減少地基的沉降和不均勻沉降等等。當天然地基能夠滿足建筑物建設需求時通常采用淺基礎，當天然地基不能滿足建筑物的要求時，通常就需要采用人工處理地基形成復合地基或選擇深部持力層設計樁基。

1 樁基礎和樁體復合地基的發展過程

樁基礎是一種古老的基礎型式。早在七千余年前的新石器時代，人們曾在湖泊和沼澤地里栽木筑平臺，修建居住點來防止猛獸侵犯。中國最早的樁基是在浙江省河姆渡原始社會遺址中發現的。樁基技術到宋代已經比較成熟，在《營造法式》中載有臨水筑基一節。到了明、清兩代，樁基技術更趨完善。如清代《工部工程做法》一書對樁基的選料、布置和施工方法等方面都有了規定。上海市龍華鎮龍華塔（建于北宋太平興國二年）和山西太原市晉祠圣母殿（建于北宋天圣年間），都是中國現存的使用樁基礎的古建筑。樁基礎技術經歷了幾千年的發展直至今日，無論是樁體材料、樁類型、制樁機械或施工方法都有了巨大的發展，已經形成了現代化基礎工程體系。

復合地基的概念被提出來是在1960年。從20世紀70年代起，我國開始利用碎石樁處理地基，在砂土、粉土中消除地基液化和提高地基承載力，效果令人滿意。第二次世界大戰以后，美國研制成功一種就地攪拌樁(MIP)，這種攪拌樁是從旋轉的中空螺旋鉆桿端部向周圍被攪散的土中噴射水泥漿，然后再由葉片攪拌均勻而形成的樁體。1953年，日本清水建設株式會社從美國引進這種施工方法，并進一步加以改進，開發出CSL法和MR-D法，都是通過鉆桿供給水泥漿，用鉆桿自帶的特殊形狀的攪拌翼片攪拌土體，形成水泥土樁。20世紀60年代，日本和瑞典分別開發出深層攪拌法，專用于加固深層軟土。1977年，我國冶金部建筑研究總院和交通部水運規劃設計院進行了室內試驗和施工機具研制工作。1978年成功研制出我國第一臺SJB-1型雙攪拌軸、中心管輸漿、陸上型深層攪拌機。1984年開始，由江陰振沖機廠生產SJB型成套深層攪拌機械，加固深度可達25-30m。1992年，交通部第一航務工程局開發出了我國第一代深層攪拌船。

2 二者之間的聯系：

樁基礎和復合地基均為天然軟弱土層上進行建筑的改造方法，樁基礎是由樁基和鏈接于樁頂的承臺共同組成，復合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強或被置換，或在天然地基中設置加筋材料，加固區由天然地基土體或被改良的天然地基土體和增強體兩部分組成，本文中所指的樁體復合地基也稱豎向增強體復合地基，是指增強體在地基中的排布方向是豎直向的。適用對象為天然承載力不滿足建筑要求，或天然地層情況不適合建筑的地區。

廣義上來說，可以認為樁基礎也是一種特殊的地基處理方法，復合地基是介于天然地基和樁基礎之間的一種形式。復合地基的樁土應力比為1時就是天然地基，不考慮樁間土的承載力時則與樁基礎的計算方法一致。

3 二者之間的區別：

（1）上部荷載的傳遞路線不同

按照經典樁基理論，樁基礎的上部荷載通過基礎底板傳遞給樁體，再依靠樁的側摩阻和樁端端承力傳遞給地基土層，經典樁端理論不考慮基礎底板下地基土堆荷載的傳遞作用。雖然客觀上樁間土是直接參與承擔和傳遞荷載的，但是在設計計算中是不考慮的。

對于復合地基來說，荷載通過基礎底板傳遞給樁體和地基土體。散體材料樁承擔的荷載中，部分通過樁體鼓脹傳遞給樁側土體，另一部分通過樁體傳遞給深層土體。粘結材料樁承擔的荷載通過樁體側摩阻和端承力傳遞給地基土體。

（a）（b）

圖1 荷載傳遞路徑圖

（2）組成結構和樁體材料

樁基礎是由基礎底板以下部堅實土層或巖層作為持力層。由樁體和承接上部結構的承臺組成樁基。樁基礎的樁身材料有三種，分別為混凝土樁，鋼樁和組合材料樁。混凝土樁成分為混凝土，可根據工程具體情況設置鋼筋籠或不配筋，成樁工藝又有灌注樁和預制樁兩種。鋼樁主要有鋼管樁，H型鋼樁和鋼軌樁。組合材料樁是由以上兩種材料組合而成的樁，可以在鋼管樁內充填混凝土，或者上部為鋼管樁下部為混凝土樁等形式的組合。承臺的材料通常為鋼筋混凝土，作用是將各樁聯合成整體，把上部結構傳來的荷載轉換并分配給各個樁體，在上不結構和下部樁體之間起到傳遞和分配荷載的作用，并且協同下部樁體的沉降。

樁體復合地基可根據增強體的材料的性質分為散體材料樁復合地基（例如砂石樁復合地基和振沖樁復合地基），柔性材料樁復合地基（例如灰土樁復合地基和水泥土攪拌樁復合地基）和剛性材料樁復合地基（CFG樁復合地基等），根據原始土體組成和強度不同選取合理的樁體材料；樁體材料不同，設計時的面積置換率也不同，樁體材料剛度越大，面積置換率就越小。對于剛性材料樁復合地基，在設計時會在樁體頂部設置150-300mm的褥墊層，褥墊層材料為級配砂石，在力的傳遞上可以保證基礎式中通過褥墊層的塑性調節作用，把一部分荷載傳遞到樁間土上，保證樁和土共同承擔荷載并且協同變形，并且可以減小基礎底面的應力集中。故承臺與褥墊層分別是樁基礎和樁型復合地基采取的協同變形和傳遞荷載的措施，雖然常見，但不能利用其作為區別樁基礎的標志。

（3）樁體受力情況不同

對于樁基礎來說，樁體所承受的水平荷載則是依靠樁側土層的側向阻力來支撐的，軸向荷載是通過作用于樁周土的樁側摩阻和樁端地層的樁端阻力共同承擔的，而側摩阻與端阻力的荷載分擔比例則由地基土的性質、樁的尺寸和施工工藝等條件共同決定。按上述因素可將樁分為端承型樁和摩擦型樁兩大類，摩擦型樁的樁頂荷載全部或主要由樁側摩阻力承受，端承型樁的樁頂荷載全部或主要由端阻力承受，樁側阻力相對較小或可忽略不計。以常見的摩擦型樁為例，軸力圖如圖2（a）所示，樁頂荷載Q由樁端阻力Nl和側摩阻力QS兩部分共同承擔。

對于樁體復合地基，特別是剛性樁復合地基中，由于在設計時充分考慮到樁體與樁周土間的協同作用，樁體本身的壓縮性被充分利用。以CFG樁復合地基為例，軸力圖如圖2（b）所示，在豎向荷載作用下，樁體和樁間土同時沉降，在某一深度內，土的沉降大于樁，則土對樁體產生負摩阻力，使淺部樁體的軸力呈逐漸增大的形式。

圖2 軸力圖

綜上所述，樁基礎和樁型復合地基雖然在很多方面頗為相似，但是由于兩者最根本的荷載傳遞機理是不同的，其荷載分布和結構設計等才會出現諸多區別，再具體個案中要注意區分。

參考文獻

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