基于等效天然地基理論的復合地基設計

【摘 要】筆者立足于我國地基理論研究的實際情況，簡要就等效天然地基理論的復合地基設計等對其進行簡單的介紹和論述。

【關鍵詞】等效天然地基；復合地基設計；復合地基

引言

復合地基理論從荷載傳遞機理上揭示了復合地基中的樁間土與增強體共同承擔上部結構傳來的荷載的規律， 目前應用較多的是單一樁型的復合地基。某些情況需要兩種或兩種以上的樁型組成的復合地基，通常稱之為多樁型復合地基或長短樁復合地基，也有些學者稱之為混合樁型復合地基。其共同特點是都以充分發揮各樁型的優勢， 提高地基承載力， 減小建筑物沉降為目的。

一、對復合地基的認識

通過分析淺基礎、樁基礎和復合地基在荷載作用下的荷載傳遞路線和傳遞規律可以較好認識復合地基的本質，并獲得淺基礎、樁基礎和復合地基三者之間的關系。

對淺基礎，荷載通過基礎直接傳遞給地基土體。樁基礎可分為摩擦樁基礎和端承樁基礎兩大類。對摩擦樁基礎，荷載通過基礎傳遞給樁體，樁體主要通過樁側摩阻力將荷載傳遞給地基土體；對端承樁基礎，荷載通過基礎傳遞給樁體，樁體主要通過樁端端承力將荷載傳遞給地基土體。因此對樁基礎可以說，荷載通過基礎先傳遞給樁體，再通過樁體傳遞給地基土體。對樁體復合地基，荷載通過基礎將一部分荷載直接傳遞給地基土體，另一部分通過樁體傳遞給地基土體。

二、多樁型復合地基承載力計算

根據不同樁型荷載分擔比， 將分擔荷載最大的樁型定義為主控樁， 其余定義為輔助樁。由天然地基和主控樁形成復合地基， 將其視為一種新的等效天然地基， 其承載力特征值fspk1為：

式中：m1 為主控樁平均面積置換率；Ra1為主控樁單樁承載力特征值；Ap1為主控樁的截面積；α1 為樁間土承載力提高系數， 與土和樁的成樁工藝及樁徑、樁距有關；β1 為樁間土承載力發揮系數， 一般β1 ≤1 ；f ak 為基礎下天然地基土的承載力特征。

三、CFG 樁聯合深層攪拌樁復合地基設計

（一）最初CFG 樁設計方案

該工程設計要求復合地基承載力特征值不低于240kPa ，同時對控制不均勻沉降也有嚴格要求。基礎持力層為中粗砂， 樁間土的地基承載力特征值取100kPa（后發現承載力非常低）， 不能滿足設計要求， 需進行處理。考慮到主裙樓的承載力要求不同， 設計了不同的布樁形式。

設計方案為單一CFG 樁， 樁徑400mm ， 主樓平均樁間距1 300mm ， 均勻布置， 裙樓柱下獨立基礎范圍樁間距1 800mm ， 梅花型布置。主裙樓樁長均為9 ～ 11m ， 樁端進入層⑥礫巖不小于0.5m ， 混凝土強度等級均為C20。單樁承載力特征值為400kN（據變更地質報告重新計算小于最初估算值250kPa）， 總樁數為662 根， 設計褥墊層厚度為200mm ， 夯填度為0.9 ， 褥墊層采用粒徑5～ 16mm 碎石鋪設。各層如下圖二基礎平面布置圖。

（二）聯合深層攪拌樁的補強設計

現場施工過程中發現， CFG 樁樁間土（基礎持力層）實際主要為層③粉質粘土， 樁間土的天然地基承載力特征值僅為60kPa ， 原設計方案置換率低， 不能滿足要求。由于原設計CFG 樁已施工完成40 %， 依據場區巖土的工程地質特征， 并結合建筑物特點， 在原設計CFG 樁樁長、樁徑、樁位不變的前提下， 采用深層攪拌法對樁間土進行加固處理， 加固處理深度至層⑤粘土，深層攪拌樁樁長6 ～ 7.5m ， 樁徑500mm ， 總樁數為661根， 采用三攪兩噴施工工藝， 水泥摻入量為20 %， 設計參數見表1。這樣就形成了兩種不同性狀復合地基聯合加固方案， 即CFG 樁為主控樁， 深層攪拌樁為輔助樁。

CFG 樁即主控樁的單樁承載力特征值采用式（三）估算， 深層攪拌樁即輔助樁的單樁承載力特征值采用式（四）估算：

式中：up 為樁周長；qs 為樁周第i 層土的側阻力特征值；li 為樁長范圍內第i 層土的厚度；qp為樁端地基土未修正承載力特征值。下角1 代表主挖樁， 下角2 代表輔助樁。主控樁和輔助樁各物理參數見表1。

計算得Ra1 =360kN ， 且滿足地基處理規范對樁體試塊抗壓強度平均值的要求， 即fcu ≥3Ra1/ A p1 。應用式（1）計算主控樁加固后的等效天然地基承載力特征值得fspk1 =210kPa ， 不滿足設計承載力要求。

四、復合地基優化設計思路

復合地基型式的合理選用主要依據工程地質條件、荷載水平、上部結構及基礎型式、加固地基機理，通過綜合分析確定。對在復合地基中應用的不同類型的樁，提高樁的承載力的機理是不同的。對散體材料樁，樁的極限承載力主要取決于樁周土對它的極限側限力。飽和黏性土地基中的散體材料樁樁體承載力基本上由地基土的不排水抗剪強度確定。對某一飽和黏性土地基，設置在地基中的散體材料樁的樁體承載力基本是定值。

對黏結材料樁，樁的承載力主要取決于樁側摩阻力和端阻力之和，以及樁體的材料強度。剛性樁的承載力主要取決于樁側摩阻力和端阻力之和，因此增加樁長可有效提高樁的承載力。柔性樁的承載力往往制約于樁身強度，有時還與有效樁長有關，因此有時增加樁長不一定能有效提高樁的承載力。對上述黏結材料樁，如能使由摩阻力和端阻力之和確定的承載力和由樁身強度確定的承載力兩者比較接近則可取得較好的經濟效益。基于這一思路，近年來各種類型的低強度樁復合地基得到推廣應用。

五、結束語

隨著復合地基技術在我國工程建設中的推廣應用，復合地基理論得到了很大的發展。筆者衷心希望，以上關于對我國的等效天然地基理論的復合地基的相關研究，能夠被相關負責人合理的吸收和采納。

【參考文獻】

[1]茅曉輝，付厚利，蘇軍一. 多樁型復合地基設計及工程應用[J]. 建筑結構，2010，02：103-105.

[2]茅曉輝，付厚利，蘇軍一. 基于等效天然地基理論的復合地基設計及應用[J]. 山東農業大學學報（自然科學版），2010，01：146-150.