多樁復合地基設計方法的探討

肖耀廷 李業學 王 婧

(湖北文理學院， 湖北 襄陽 441053)

多樁復合地基設計方法的探討

肖耀廷 李業學 王 婧

(湖北文理學院， 湖北 襄陽 441053)

在工程的建設施工中，施工前需要進行地基設計，為了滿足不斷增強的路面承載力的需要，要對工程建設前地基設計中通用的承載力設計的面積比公式和應力比公式以及設計的參數進行深入的研究和仔細的比較，最后設計出一個最科學、最合理的方法。由于我國地形地勢復雜多樣，在工程建設設計中，往往會遇到復合地基的設計，為了能夠更好的進行復合地基的設計，本文對多樁復合地基的設計方法進行簡要的探究和分析。

多樁；復合地基；設計方法

0 引言

近幾年來，隨著我國復合地基技術的不斷發展和日趨完善，有越來越多的工程建筑建設中運用到復合地基技術，當前人們比較熟悉的、應用的比較多的也是單樁型的復合地基技術，但是同時多樁復合地基技術也逐漸開始被人們重視起來，為了能夠擴大多樁復合地基技術的應用范圍，適應更多不同地形、地勢的地基需要，本文對多樁復合地基的基本概念、多樁復合地基設計的承載力、復合地基樁土應力的影響因素等進行簡要的闡述，并分析總結多樁復合地基設計的方法。

1 多樁復合地基的基本概述

所謂復合地基，指的是從荷載傳遞機理上表明了復合地基中的樁間土和增強體之間所共同承擔的由上部結構傳來的荷載的規律。復合地基主要包括單一樁型復合地基和多樁復合地基，其中單一樁型復合地基指的是一根樁及其承擔的面積之和，多根樁及其承擔的面積之和為多樁復合地基。近年來，隨著工程建筑的需要或者復雜地形地勢條件的要求，需要多樁復合地基的工程正不斷增多，通過各個樁型的優勢以提高地基的承載力，從而減小工程建筑的沉降。

目前，在我國應用較多的多樁復合地基主要有水泥粉煤灰碎石樁+碎石樁復合地基，水泥粉煤灰碎石樁+深層攪拌樁復合地基、長短樁復合地基等，與單一樁型復合地基相比，多樁復合地基的設計更合理，能夠顯著提高建筑工程的經濟效應，因此，多樁復合地基技術和設計將是未來復合地基技術發展的必經之路。

2 多樁復合地基的承載力

在復合地基中，承載力的計算是復合地基設計不可或缺的一個重要步驟，與單樁復合地基相比，多樁復合地基的承載力計算顯然要復雜許多。多樁復合地基的承載力計算要根據不同樁復合地基型荷載量的分擔比，將分擔荷載量最大的樁設定為主控樁，其他的樁則為輔助樁，天然地基和主控樁形成復合地基，因此多樁復合地基的承載力特征值Fspk1是：Fspk1=m1Ra1/Ap1+α1β1（1-m1）Fak，將這個公式記為公式 1，在這個公式中，m1表示主控樁平均面積的置換率；Ra1表示主控樁單樁的承載力的特征值；Ap1表示主控樁的截面積；α1表示樁間土承載力的提高系數；β1表示樁間土承載力 發揮系數，其系數普遍≤1；Fak表示基礎下天然地基土的承載力特征值。

再由等效天然地基和輔助樁形成最終的復合地基，最終的復合地基承載力計算公式為 Fspk1=m2Ra2/Ap2+α2β2（1-m2）Fspk1=m2Ra2/Ap2+α2β2m1（1-m2）Ra1/Ap1+α1α2β1β2（1-m1）（1-m2）Fak，將這個公式記為公式2。在公式2中，m2表示輔助樁平均面積的置換率；Ra2表示輔助樁單樁承載力的特征值；Ap2表示輔助樁的截面積；α2表示樁間土承載力的提高系數；β2表示樁間土承載力的發揮系數，且系數普遍≤1[1]。

3 復合地基樁土應力的影響因素

復合地基的基本特點是樁土間的相互作用，同時這也是復合地基的根本特點，樁土應力和樁土間的相互作用之間的協調變形具有非常密切的、不可分割的關系。對樁土應力起著主要決定作用的有墊層剛度、樁間土的剛度以及樁剛度，因此這起著決定作用的三個剛度也成為了影響復合地基樁土應力的基本因素，要計算復合地基樁土應力，就需要考慮到這三個剛度對復合地基樁土應力所產生的影響。

墊層的剛度與墊層的厚度和墊層土的變形模量有直接的關系，有相關實驗研究表明，墊層的厚度和墊層土的變形模量重要的影響著樁土應力，當忽略樁身的壓縮和樁端向下刺入被忽略的時候，在基底壓力的作用下，樁體對墊層具有一種向上刺入，隨著刺入量的不斷增加，樁間土所承受的壓力也隨之增加。墊層的厚度越厚，墊層的變形模量越小，樁頂向上刺入的量也就越大，樁間土應力就越來越大，其發揮的作用也越來越充分。另外，樁側和樁端土對于樁土的應力同樣也具有很大的影響，當樁側和樁端土的剛度越大，樁向下刺入就越來越困難，樁頂應力集中的現象就越來越明顯，此時樁間土所承受的應力就越來越小。

4 多樁復合地基設計的方法

對于多樁復合地基的設計，本文結合某地某建筑工程的工程實例簡要的對多樁復合地基設計的方法進行分析和闡述。該建筑物的屬于二級建筑物，從該建筑的抗震設防類型來看，這個建筑物屬于丙類抗震設防建筑物。該建筑物的總面積是14000平方米，建筑面積的平面尺寸大約為72.1m×25.3m，建筑物標準層的平面是55m×15.2m，建筑物的總高度是51m。從建筑物工程的地形復雜程度來看，屬于三級復雜程度，地基的復雜程度也是三級，對工程巖土的勘察等級是甲級，建筑物地基基礎設計的等級為甲級。目前地基施工已經開始，并在地基開挖的過程中發現復合地基的承載力無法達到建筑物的標準，因此，需要對復合地基的承載力重新進行計算。重新對工程進行勘察后地層結構以及巖土物理力學性質表如圖1所示。

圖1 地層結構以及巖土物理力學性質表

從多樁復合地基設計的來看，該建筑物工程的設計要求多樁復合地基的承載力特征值不能低于240kPa，并對建筑物的沉降需要進行嚴格的控制，在復合地基承載力中，基礎持力層的材料為中粗砂，多樁復合地基中的主控樁樁徑為400mm，建筑物主樓的多個平均樁之間的間距1300mm，并對其他的輔助樁進行均勻布置。在建筑工程的施工中，混凝土強度的等級均為 C20，主控樁的承載力特征值設為400kn，輔助樁加主控樁的總樁數有664根，并將墊層的厚度設計為200mm，夯填度為0.9，褥墊層所采用的粒層大約為5-16mm大小的碎石進行鋪設。

然后對深層攪拌樁進行補強設計，該建筑工程的樁間土的實際主要層屬于粉質粘土，此時樁間土之間天然地基承載力的特征值只有60kPa，為了彌補太低的置換率，根據功臣實施場地的地質特征，結合該建筑物的特點，在原有的樁長、樁徑和樁位不變的前提下，采用深層攪拌對樁間土進行加固補強處理。深層攪拌樁的樁長大約為6.5-8m，樁的樁徑為500mm，深層攪拌樁的662根，摻入20%的水泥，然后采用三攪兩噴施工工藝法進行施工。

根據圖1中的表格里的參數進行計算得Ral=360kn，該參數滿足了地基處理規范對樁體試塊抗壓強度平均值的要求，即Fspk1=210kPa，同時Fcu≥3Ral/Apl，承載力不達標。經計算發現，當Fspk1=295kPa時，承載力達標[2]。

然后再進行樁土荷載分擔比與樁土的模量之間的關系，其中復合地基模量的計算思路是主控樁和輔助樁在聯合作用下對相關區域進行加固，然后主控樁的長度為L1，輔助樁的長度為 L2，加固區域范圍為 L2，然后根據相關公式進行計算。由于該建筑工程的多樁復合地基的承載力特征值為295kPa，復合模量加固區域的提高系數為5.1和3.8。經計算后，設計了最佳的承載力和沉降量，目前，該建筑工程已經竣工，且承載力、沉降量均符合建筑工程的要求，保證了建筑工程的質量。

5 結語

總而言之，對于建筑工程而言，進行工程建筑的時候，復合地基的設計要求必須要滿足工程建筑的要求，在多樁復合地基中，由于多樁復合地基比單樁復合地基的計算難度較大，因此，多樁復合地基的設計需要更加謹慎。同時，在工程建筑的多樁復合地基設計中，對于正在施工中的地基工程在復合地基的應力和承載力不達標的情況下，可以改變其他變量，從而滿足承載力和沉降量的要求[3]。

[1]張艷美,潘振華,張鴻儒.多樁型復合地基作用機理與動力特性研究[J].地震工程學報,2015(1)：82-87.

[2]張葦,鄭建峰,杜湧.多樁型復合地基在濕陷性黃土地區的應用[J].施工技術,2014(17)：11-13.

[3]黃文德,黨發寧,肖耀廷.基于載荷試驗的多樁型復合地基的概念設計方法[J].工業建筑,2015(12)：110-115.

TU7

B

1007-6344（2017）09-0075-01

湖北省教育廳科研計劃項目（B2016167）