談復合地基的發(fā)展

王與相

(山西省大同市工程質量監(jiān)督站，山西大同 037000)

1 概述

復合地基的概念最早是在20世紀中葉由國外學者提出，最初是指一個砂型地基的數學模型。隨著地基處理技術的飛速發(fā)展，復合地基的概念持續(xù)擴張［1］。復合地基是在創(chuàng)建過程中土壤自然組成部分的基礎通過人工處理得到，通過更換，或天然基礎設置加筋材料，加固區(qū)包括基體(天然的或改良天然地基土體)和增強體兩部分組成的。隨著經濟的快速發(fā)展，國家基礎設施的不斷完善，以滿足城市形象改善的迫切要求，各類建設項目的快速發(fā)展，建設用地的日益缺乏，好的地質選擇范圍逐漸縮小，地質條件較差，這樣的情況越來越多的出現，為了滿足地基的強度要求，同時在這種情況下還要滿足變形和抗震要求，需要達到這樣的復合地基，才能滿足提高地基承載力，沉降控制的范圍，提高經濟效益的目的，成為了唯一的選擇。復合地基技術發(fā)展的新理論和新方法，在經濟效益和社會效益兩個方面表現的特別明顯，但就像任何事物都具有兩面性，復合地基也不可避免地存在著問題。

2 復合地基技術的發(fā)展狀況

根據不同的荷載傳遞機理，把復合地基分為豎向和水平向增強復合地基，豎向增強復合地基又可以細分為散體材料樁、柔性樁和剛性樁復合地基三種［2］。

2.1 散體材料樁復合地基

砂樁技術于解放后從前蘇聯引進，現在國家重點工程進行小范圍的試用，摸索其技術核心。不過從20世紀末開始大范圍推廣在基礎設施建設如水利工程、交通工程。鐵路路基、大壩基礎等工程都體現了其優(yōu)點，得到了成功的結果。

自從引入樁基技術后我國就開始對土樁擠密法進行自主實驗研究，做了大量的實驗，總結了豐富的經驗，在中部地區(qū)進行了灰土樁的實踐，并成功把它應用在了濕陷性黃土地基的處理上。從石灰樁大多用在淺層處理，拓展到深層地基的處理我們僅僅用了不到二十年。如我們的濱海城市天津率先在1959年用于加固軟土地基，隨后大量沿海城市使用這種方法處理軟土地基。但從1977年開始，我國開始加固地基采用振沖法。

2.2 柔性樁復合地基

針對復合地基的柔性樁，將樁型分別歸為低標號混凝土樁、深層攪拌與高壓旋噴三種。我國對于高壓噴射注漿法研究較為提前，在得到有關部門的支持下進行試驗和應用，到目前為止采用高壓噴射注漿法的工程累計上千例。高壓噴射注漿防滲新工藝和淤泥地層高噴灌漿技術進步，也標志著我國在該領域達到了世界領先水平。大力推廣此項技術，在我國成為常用的施工方法。我國于20世紀70年代末開始研究水泥漿攪拌方法，并在塘沽新港做了工程試驗，寶鋼也效仿使用。水泥攪拌法加固土質是歐美等具備先進工程技術的國家最早投入使用的，包含新吹填的淤泥質土、超軟土以及泥炭土。閆明禮教授開發(fā)了CFG樁復合地基成套技術［4］，以工程造價低，可靠性高的優(yōu)點目前仍處于大量應用的階段。CFG樁即為水泥粉煤灰碎石樁，是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水攪拌形成的高粘結強度樁，與樁間土、褥墊層共同形成復合地基。與樁基相比由于CFG樁材料可以摻入工業(yè)廢料比如粉煤灰，還有不配筋的優(yōu)點以及充分發(fā)揮樁間土的承載力，工程造價一般不到樁基的一半，經濟效益和社會效益非常突出。

2.3 剛性樁復合地基

剛性樁復合地基的樁型，是最近幾年來發(fā)展起來的一種地基處理方式，是傳統(tǒng)樁基和復合地基之間的新型基礎，依據控制地基沉降原則設計。工程領域通常疏樁基礎劃分為沉降控制復合樁基和減沉樁基等幾類。這是依據傳統(tǒng)基礎設計來確定樁間距的(通常是3倍～4倍樁徑)精簡和疏布樁(通常是5倍～6倍樁徑)和數量。摩擦樁是最為多見的，利用疏化樁機原理達到提高單樁承載力和發(fā)揮樁間土的承載能力來彌補樁基的目的。產生一定的沉降時，樁就開始發(fā)揮同時繼續(xù)保持其極限承載能力，沉降量減少是非常有效的，同時樁臺下土壤也能承受負荷的一部分。疏樁基礎是一種優(yōu)化，在減少樁的數量的同時又避免群樁效應，充分發(fā)揮每個樁的承載力和樁與樁之間土壤的承載力，我們可以把它歸類為一種摩擦樁型復合地基。多種因素控制了疏樁基礎的沉降性能，它是樁土系統(tǒng)內每個樁和樁間土壤相互作用的結果。樁土體系內包含的基礎板的設計與實際土壤性狀分布和沉降，以及樁的長度、數量。目前在國內外都受到極高的關注程度。

3 基于復合地基理論的研究進展

3.1 加強理論研究

用于計算的體現工作性狀的數值要滿足復合地基的實際，這離不開工程所在地的土地性質和特點。基于設計的理論研究要加大關注，像承載力、基于變形參數的檢測方法。盡管目前單樁靜載和復合地基實驗沒有有效的替代手段，但是有前景的檢測技術如深層檢測、大子樣也需要下大力氣去開發(fā)，還有更需深入研究的在動力荷載的影響下復合地基的形狀分析的相關要素，在靜力荷載作用下位移場和應力場的分布特點和性能，關于沉降與承載力的計算方法，如何去優(yōu)化設計理論，荷載傳遞機理等等。

3.2 提出新的技術和工藝

隨著復合地基在大量工程中的應用，開發(fā)出有效的復合地基方法及實現其方法的機械設施，同時盡可能多的采用能使用工程所在地有的材料和可利用廢料的新型技術，以達到提高質量、降低成本、模塊化的效果，當然這些必須考慮到工程地基受到的荷載、工程類型、土壤性質。

3.3 加強計算機應用

復合地基中龐大的數值計算分析工作量對于計算機的要求越來越高。驗證針對各種類型復合地基的承載力計算和沉降計算的方法，如果高效適合就要推廣開。如果不引入三維數值計算、使用Matlab模擬軟件等，就無法提高設計效率和設計水平，同時賦予軟件操作人員相應的權限作出適時的調整更加適合地質狀況和個別例外。這也對軟件提供商提出了更高的要求。

3.4 改善變形計算和承載力計算方式

想要改進復合樁基的設計方法、設計理論，就需要從以下幾個方面入手，不同類型復合地基的性能和狀態(tài)，復合地基變形和承載力計算，樁、土與承臺幾個方面的相互影響。凡是建立在傳統(tǒng)樁基理論基礎上發(fā)展起來的，像疏樁基礎、復合樁基，前者以樁承擔荷載，后者卻是以天然地基來承擔荷載的，但都要面對樁與樁間土的荷載分擔、樁承臺—土間的相互作用兩個方面。樁間土分擔荷載正是疏樁基礎、復合樁基的關鍵研究部分。無論是哪種承載力的計算方法，難點都在參數多、參數不容易確定上，工程實踐過程中也很難套用，也無法達到工程所需的精確程度，就像彈性理論計算法、試驗與半經驗法以及簡化法等等。

3.5 加大力氣研究組合型復合地基

組合型復合地基是指結合多種地基處理的可取之處，考慮工程所在地的地質條件，合理配置，這樣就能獲得比單一地基處理方式更為出色的承載能力，達到減少沉降、提升經濟效益的目的［4］。像閆明禮教授開發(fā)的CFG樁與傳統(tǒng)碎石樁組合，在消除地基液化的同時又將承載力大幅度的提高。提高大噸位單樁承載力的有效途徑便是有效組合樁基與復合地基。單方混凝土換算成同噸位其他類型樁，不光承載力高，經濟效益突出。

4 結語

目前各地城建工作如火如荼，填海造城，沿河岸開發(fā)已是大的趨勢，沿海城市對于復合地基的使用作為探路者為我們提供了新的地基處理方法、新的施工機械，為計算理論提供支持。在復合地基中疏樁基礎所具有的巨大經濟效益，其低造價成本備受青睞，軟土地區(qū)優(yōu)先選擇是應用復合地基，當前研究變形控制為目的的疏樁基礎設計理論已經漸趨成熟，但為了更加深層次的掌握，我們仍需對其進行理論研究和加深對于技術的探討。

［1］ 唐連軍，王艷麗.復合地基工程理論研究回顧與展望［J］.中國西部科技，2010(3):49-50.

［2］ 張愛軍.復合地基三維數值分析［M］.北京:科學技術出版社，2004.

［3］ 龔曉南.復合地基發(fā)展概況及其在高層建筑中的應用［J］.土木工程學報，1999(12):31-33.

［4］ 閻明禮.CFG樁復合地基技術及工程實踐［M］.北京:中國水利水電出版社，2001.

［5］ 陳善雄.復合地基樁型的合理選擇［J］.土工基礎，1995(3):25-26.

［6］ 王成軍.基礎工程學［M］.天津:天津大學出版社，2002:5.

［7］ 雷華陽.復合地基應用進展和發(fā)展趨勢［J］.巖土工程技術，2002(5):78-79.