长短桩复合地基沉降控制研究

2012-07-02詹祥元

长春工程学院学报（自然科学版） 2012年2期

詹祥元

（陕西铁路工程职业技术学院，陕西渭南714000）

近年来，复合地基已发展成为一种重要的地基处理手段，而在复合地基的应用中，长短桩复合地基的应用有其独特的优势，因为被工程界广发关注，管自立［1］通过试验研究了疏化桩基设计时单桩承载力与群桩设计时单桩承载力的不同。褚航［2］的研究结果表明：复合地基设计中存在一个临界桩长，当复合地基中桩长超过临界桩长时，桩长对地基承载力和变形的影响均不明显。文献［3］的研究表明：长短桩复合地基能较好地发挥地基土体和增强土体的承载力潜力。工程上一般对地基浅层土的承载力要求较高，对深部土层的承载力要求较低，而长短桩复合地基可做到浅层置换率高，深部置换率低，这样就合理地满足了软弱地基不同深度对承载力的要求。因此在长短桩复合地基设计中，地基变形的控制就成为确定地基处理成功与否的关键。

1 长短桩的布置形式

长短桩复合地基是指地基处理中长桩和短桩相间布置形成的复合地基，其布置形式有四周长中间短、四周短中间长以及长短相间3种方式（如图1所示），葛忻声、龚晓南［4－5］的研究表明，以上几种形式的布置所形成的复合地基，其总沉降量与上部结构的刚度有关，上部结构刚度较大时，四周长中间短的布置形式沉降量较小，实践应用中长采用长短相间的布置形式。本文的研究以长短相间的布置方式为研究对象。

图1 长短桩布置形式

2 沉降计算方法

在复合地基沉降计算中，通常把复合地基沉降分为2部分，复合地基加固区压量和下卧层压缩量，复合地基加固区的压缩量记S1，地基压缩层厚度内加固区下卧层厚度为S3，其压缩量记S2。则荷载作用下复合地基总沉降量S可表示为：S＝S1＋S2，而对于长短桩复合地基，由于其加固体内桩长不同，如图2所示，其变形则可表示为：

式中：S1——长短桩共同加固区的压缩量；

S2——长桩加固区的压缩量；

S3——下卧层压缩量。

图2 长短桩复合地基

若复合地基设置有垫层，则复合地基总沉降量还应加上垫层的沉降量，但由于垫层的压缩量在施工过程中接近于完成，后期沉降一般都很小，在计算复合地基沉降时，一般不考虑垫层的沉降量。

对于长短桩复合地基的加固区沉降计算，目前常采用复合模量法：即将复合地基中的加固体和地基土视为一个复合体，用复合体的刚度来计算复合体加固区的沉降变形，具体操作用中，可根据土体性质的变化和桩长的变化将复合加固体分为若干层，然后按照分层总和法来计算加固区的沉降，则S1或S2可表示为：

式中：Δpi—— 为第i层复合土体上附加应力增加量；

Hi——为第i层复合土体的厚度；

Ecsi——为第i层复合土体的复合压缩模量。

竖向增强体复合地基复合土压缩模量Ecs，通常采用面积加权平均值法来计算：

式中：Eps——桩体压模模量；

Ess——桩间土体压模模量；

m——复合地基置换率。

目前对于下卧层的沉降计算，一般都是采用分层总和法，即：

从以上公式分析可知，随着深度的增加，地基复合刚度逐步减小，也就是说长短桩复合地基沉降量主要有后两部分控制，同时，由于上部荷载对地基浅层承载力的要求较高，短桩加固区在满足承载力设计的条件下，其变形可以通过调整桩体刚度或改变置换率来控制。

3 沉降优化设计

在进行复合地基设计时，由桩体复合地基承载力公式可知，提高桩的承载力和提高复合地基置换率均可有效提高复合地基承载力。减小软弱下卧层压缩量的最有效方法是加深复合地基的加固区深度，减小软弱下卧层的厚度。增加复合地基置换率和增加桩体刚度可以使复合地基加固区的压缩量进一步减小。

由此，长短桩复合地基沉降优化设计思路可按以下方式进行：根据场地工程地质条件和荷载情况，初步采用复合地基加固区范围、置换率和桩体强度要满足复合地基承载力的设计要求。在满足复合地基承载力设计要求的前提下，调整长桩长度，增加复合地基长桩加固区深度，有效减小下卧层地基沉降。然后根据地层情况和桩体刚度，调整短桩长度，通过选择合理的长短桩长度比来控制中间加固区的沉降。