多桩复合地基设计方法的探讨

肖耀廷 李业学 王 婧

(湖北文理学院， 湖北 襄阳 441053)

多桩复合地基设计方法的探讨

肖耀廷 李业学 王 婧

(湖北文理学院， 湖北 襄阳 441053)

在工程的建设施工中，施工前需要进行地基设计，为了满足不断增强的路面承载力的需要，要对工程建设前地基设计中通用的承载力设计的面积比公式和应力比公式以及设计的参数进行深入的研究和仔细的比较，最后设计出一个最科学、最合理的方法。由于我国地形地势复杂多样，在工程建设设计中，往往会遇到复合地基的设计，为了能够更好的进行复合地基的设计，本文对多桩复合地基的设计方法进行简要的探究和分析。

多桩；复合地基；设计方法

0 引言

近几年来，随着我国复合地基技术的不断发展和日趋完善，有越来越多的工程建筑建设中运用到复合地基技术，当前人们比较熟悉的、应用的比较多的也是单桩型的复合地基技术，但是同时多桩复合地基技术也逐渐开始被人们重视起来，为了能够扩大多桩复合地基技术的应用范围，适应更多不同地形、地势的地基需要，本文对多桩复合地基的基本概念、多桩复合地基设计的承载力、复合地基桩土应力的影响因素等进行简要的阐述，并分析总结多桩复合地基设计的方法。

1 多桩复合地基的基本概述

所谓复合地基，指的是从荷载传递机理上表明了复合地基中的桩间土和增强体之间所共同承担的由上部结构传来的荷载的规律。复合地基主要包括单一桩型复合地基和多桩复合地基，其中单一桩型复合地基指的是一根桩及其承担的面积之和，多根桩及其承担的面积之和为多桩复合地基。近年来，随着工程建筑的需要或者复杂地形地势条件的要求，需要多桩复合地基的工程正不断增多，通过各个桩型的优势以提高地基的承载力，从而减小工程建筑的沉降。

目前，在我国应用较多的多桩复合地基主要有水泥粉煤灰碎石桩+碎石桩复合地基，水泥粉煤灰碎石桩+深层搅拌桩复合地基、长短桩复合地基等，与单一桩型复合地基相比，多桩复合地基的设计更合理，能够显著提高建筑工程的经济效应，因此，多桩复合地基技术和设计将是未来复合地基技术发展的必经之路。

2 多桩复合地基的承载力

在复合地基中，承载力的计算是复合地基设计不可或缺的一个重要步骤，与单桩复合地基相比，多桩复合地基的承载力计算显然要复杂许多。多桩复合地基的承载力计算要根据不同桩复合地基型荷载量的分担比，将分担荷载量最大的桩设定为主控桩，其他的桩则为辅助桩，天然地基和主控桩形成复合地基，因此多桩复合地基的承载力特征值Fspk1是：Fspk1=m1Ra1/Ap1+α1β1（1-m1）Fak，将这个公式记为公式 1，在这个公式中，m1表示主控桩平均面积的置换率；Ra1表示主控桩单桩的承载力的特征值；Ap1表示主控桩的截面积；α1表示桩间土承载力的提高系数；β1表示桩间土承载力 发挥系数，其系数普遍≤1；Fak表示基础下天然地基土的承载力特征值。

再由等效天然地基和辅助桩形成最终的复合地基，最终的复合地基承载力计算公式为 Fspk1=m2Ra2/Ap2+α2β2（1-m2）Fspk1=m2Ra2/Ap2+α2β2m1（1-m2）Ra1/Ap1+α1α2β1β2（1-m1）（1-m2）Fak，将这个公式记为公式2。在公式2中，m2表示辅助桩平均面积的置换率；Ra2表示辅助桩单桩承载力的特征值；Ap2表示辅助桩的截面积；α2表示桩间土承载力的提高系数；β2表示桩间土承载力的发挥系数，且系数普遍≤1[1]。

3 复合地基桩土应力的影响因素

复合地基的基本特点是桩土间的相互作用，同时这也是复合地基的根本特点，桩土应力和桩土间的相互作用之间的协调变形具有非常密切的、不可分割的关系。对桩土应力起着主要决定作用的有垫层刚度、桩间土的刚度以及桩刚度，因此这起着决定作用的三个刚度也成为了影响复合地基桩土应力的基本因素，要计算复合地基桩土应力，就需要考虑到这三个刚度对复合地基桩土应力所产生的影响。

垫层的刚度与垫层的厚度和垫层土的变形模量有直接的关系，有相关实验研究表明，垫层的厚度和垫层土的变形模量重要的影响着桩土应力，当忽略桩身的压缩和桩端向下刺入被忽略的时候，在基底压力的作用下，桩体对垫层具有一种向上刺入，随着刺入量的不断增加，桩间土所承受的压力也随之增加。垫层的厚度越厚，垫层的变形模量越小，桩顶向上刺入的量也就越大，桩间土应力就越来越大，其发挥的作用也越来越充分。另外，桩侧和桩端土对于桩土的应力同样也具有很大的影响，当桩侧和桩端土的刚度越大，桩向下刺入就越来越困难，桩顶应力集中的现象就越来越明显，此时桩间土所承受的应力就越来越小。

4 多桩复合地基设计的方法

对于多桩复合地基的设计，本文结合某地某建筑工程的工程实例简要的对多桩复合地基设计的方法进行分析和阐述。该建筑物的属于二级建筑物，从该建筑的抗震设防类型来看，这个建筑物属于丙类抗震设防建筑物。该建筑物的总面积是14000平方米，建筑面积的平面尺寸大约为72.1m×25.3m，建筑物标准层的平面是55m×15.2m，建筑物的总高度是51m。从建筑物工程的地形复杂程度来看，属于三级复杂程度，地基的复杂程度也是三级，对工程岩土的勘察等级是甲级，建筑物地基基础设计的等级为甲级。目前地基施工已经开始，并在地基开挖的过程中发现复合地基的承载力无法达到建筑物的标准，因此，需要对复合地基的承载力重新进行计算。重新对工程进行勘察后地层结构以及岩土物理力学性质表如图1所示。

图1 地层结构以及岩土物理力学性质表

从多桩复合地基设计的来看，该建筑物工程的设计要求多桩复合地基的承载力特征值不能低于240kPa，并对建筑物的沉降需要进行严格的控制，在复合地基承载力中，基础持力层的材料为中粗砂，多桩复合地基中的主控桩桩径为400mm，建筑物主楼的多个平均桩之间的间距1300mm，并对其他的辅助桩进行均匀布置。在建筑工程的施工中，混凝土强度的等级均为 C20，主控桩的承载力特征值设为400kn，辅助桩加主控桩的总桩数有664根，并将垫层的厚度设计为200mm，夯填度为0.9，褥垫层所采用的粒层大约为5-16mm大小的碎石进行铺设。

然后对深层搅拌桩进行补强设计，该建筑工程的桩间土的实际主要层属于粉质粘土，此时桩间土之间天然地基承载力的特征值只有60kPa，为了弥补太低的置换率，根据功臣实施场地的地质特征，结合该建筑物的特点，在原有的桩长、桩径和桩位不变的前提下，采用深层搅拌对桩间土进行加固补强处理。深层搅拌桩的桩长大约为6.5-8m，桩的桩径为500mm，深层搅拌桩的662根，掺入20%的水泥，然后采用三搅两喷施工工艺法进行施工。

根据图1中的表格里的参数进行计算得Ral=360kn，该参数满足了地基处理规范对桩体试块抗压强度平均值的要求，即Fspk1=210kPa，同时Fcu≥3Ral/Apl，承载力不达标。经计算发现，当Fspk1=295kPa时，承载力达标[2]。

然后再进行桩土荷载分担比与桩土的模量之间的关系，其中复合地基模量的计算思路是主控桩和辅助桩在联合作用下对相关区域进行加固，然后主控桩的长度为L1，辅助桩的长度为 L2，加固区域范围为 L2，然后根据相关公式进行计算。由于该建筑工程的多桩复合地基的承载力特征值为295kPa，复合模量加固区域的提高系数为5.1和3.8。经计算后，设计了最佳的承载力和沉降量，目前，该建筑工程已经竣工，且承载力、沉降量均符合建筑工程的要求，保证了建筑工程的质量。

5 结语

总而言之，对于建筑工程而言，进行工程建筑的时候，复合地基的设计要求必须要满足工程建筑的要求，在多桩复合地基中，由于多桩复合地基比单桩复合地基的计算难度较大，因此，多桩复合地基的设计需要更加谨慎。同时，在工程建筑的多桩复合地基设计中，对于正在施工中的地基工程在复合地基的应力和承载力不达标的情况下，可以改变其他变量，从而满足承载力和沉降量的要求[3]。

[1]张艳美,潘振华,张鸿儒.多桩型复合地基作用机理与动力特性研究[J].地震工程学报,2015(1)：82-87.

[2]张苇,郑建峰,杜湧.多桩型复合地基在湿陷性黄土地区的应用[J].施工技术,2014(17)：11-13.

[3]黄文德,党发宁,肖耀廷.基于载荷试验的多桩型复合地基的概念设计方法[J].工业建筑,2015(12)：110-115.

TU7

B

1007-6344（2017）09-0075-01

湖北省教育厅科研计划项目（B2016167）