復合地基的設計理論及其計算方法研究

劉海

摘? ? 要：近年來，我國的工程建設規模不斷增大。傳統地基的處理方法造價高，難以滿足工程建設要求和大面積使用。研發高性能地基處理技術是國民經濟發展的重大需求。本文基于復合地基理論體系，研發了高性能復合地基技術，滿足了不同類型的工程建設需求，推動了建筑科技的進步。本文闡述了復合地基的設計理論。根據作用形式，設計了復合地基的承載力和沉降計算方法。

關鍵詞：復合地基;設計;計算;承載力

1? 引言

隨著復合地基技術的發展和完善，兩種不同類型的樁與地基土組成的復合地基被提出。隨著不斷深入地對樁基理論進行研究和實踐經驗的不斷積累，復合地基也具備了充足理論依據。

2? 討論

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，加固區是由基體和增強體兩部分組成的人工地基 [1]。

2.1? ?復合地基的分類

復合地基一般分為水泥土攪拌樁復合地基、高壓噴射注漿樁復合地基、砂樁地基、振沖樁復合地基、土和灰土擠密樁復合地基、水泥粉煤灰碎石樁復合地基及夯實水泥土樁復合地基[2]。

在荷載作用下，基體和增強體共同承擔荷載的作用。基于復合地基荷載傳遞機理，我們將復合地基分為：豎向增強體復合地基和水平向增強復合地基。其中，豎向增強體復合地基包括：散體材料樁復合地基、柔性樁復合地基和剛性樁復合地基。

2.2? 復合地基特點及形成條件

2.2.1? 復合地基特點

首先，基體和增強體組成了加固區，地基是非均質、各向異性的;其次，在荷載作用下，基體和增強體共同直接承擔荷載的作用。

2.2.2? 復合地基的形成條件

增強體與天然地基土體通過變形協調共同承擔荷載作用。墊層是保證形成復合地基的基本措施，但不是必要的。

2.2.3? 復合地基的優點

（1）大幅度節約造價。

（2）強度高，可以用在高層和超高層之間的建筑。

（3）工期縮短近三分之一，而且工藝很簡單。

（4）沉降小，沉降量在6mm～20mm之間，可以有效的解決不均勻沉降。

（5）可以應用在高層建筑、多層建筑、機場、大型儲罐、堆場、路基、橋梁基礎等多種建設工程。

（6）使用于需要采用樁地基或者是需要地基處理的土層。

（7）地基承載力的可補性大幅度提高了地基強度。

2.3? ?復合地基設計理論

根據地基土的物理力學特性及其分布情況，在復合地基當中設置的樁不僅能夠提高承載力，而且可以減小壓縮層變形。當基底以下存在較厚的軟弱土層時，采用短樁對該區域土層進行加固，減小地基上層的沉降變形，同時也可提髙基底土層的承載力。長樁的主要作用是彌補經短樁加固后的地基承載力的不足，同時也減少了復合地基的沉降。復合地基的樁的強度必須滿足承載力的要求。當基底以上存在理想的持力層時，如果我們把短樁端放在上層持力層，復合地基承載力能滿足設計要求，但沉降計算結果偏大，不能夠滿足設計需求。如果我們把長樁端放在下層持力層，復合地基的承載力能滿足設計需求，但工作量增大，花費高。在這種情況下，復合地基把基礎的沉降控制在設計要求范圍內，達到減小基礎沉降量的目的。當采用剛性樁復合地基時，由于剛性樁與樁間土模量比較大，造成應力集中現象顯著。因此，考慮用短樁增大樁間土的承載能力，減小剛性樁的應力集中，再與長樁共同作用。形成的長短樁復合地基來提高地基的承載能力。短樁能提髙地基的承載能力，還能增大地基土豎向剛度，減小復合地基加固區變形。長樁會抑制復合地基周圍土體的隆起。

2.4? 復合地基的設計

在設計中，長樁采用混凝土鉆孔樁，短樁采用水泥土攪拌樁。分析復合地基計算模式后，結合實際情況，設計長樁為直徑60cm鉆孔灌注樁，強度為C25，有效樁長為38.m，樁端持力層進100cm，短樁與長樁間采用直徑60cm水泥土攪拌樁，樁長為900cm。承載力標準值fsp。復合地基的承載力達到373kPa，滿足設計要求。

3? 復合地基承載力計算

根據復合地基情況分析，提出復合地基承載力的計算模式。基本計算流程如下：

（1）對短樁復合地基的承載力進行估算;（2）對長短樁復合地基承載力進行估算;（3）對短樁、長樁承載力標準值進行計算;（4）對承載力進行修正。

設計時，我們應當充分地考慮受荷后抗力達到極值，不應再考慮給對長樁的抗力留寬裕度。這樣控制了基礎的沉降，又充分發揮復合地基的承載力。

4? 復合地基沉降的計算

分析土中附加應力的分布及復合地基復合模量的計算是復合地基沉降計算中的重要部分。首先，我們需要分析變形機理。對于長短樁復合地基，樁間土體和樁體共同沉降，樁體的變形模量大，土體和樁體不可能共同沉降。

復合地基的最終沉降S三部分壓縮變形量組成，如式3：

5? 結論

隨著復合地基的出現，柔性樁復合地基承載力較低、工程造價較髙的問題被解決了。本文介紹了復合地基的設計理論，并提出了復合地基的承載力和沉降計算模式，在不同程度上滿足了高層建筑承載力和沉降變形的要求。因此，在今后的建設中，復合地基值得進一步應用。

參考文獻：

[1] 閆明禮，等.CFG樁復合地基在工程中的應用，建筑學會地基基礎學術委員會學術會議論文集，1990：219～223.

[2]馬驥，等.長短樁復合地基設計計算[J].巖土工程技術，2001（2）：86～91.