关于长短桩复合地基的研究

陈辉 高明霞

摘要：如今，伴随着工程技术的突飞猛进，地基处理技术也得到了不断完善，渐渐地，复合地基的技术理论也越来越成熟，随之衍生出了新的长短桩复合地基技术。长短桩复合地基可以用刚柔性桩组合的手段做处理，这样不仅能够调节桩土变形使其最大限度的提高承载力；而且能够完善设计方案和节省经济投入。近几年，由于缺少对新型长短桩复合地基的理论依据，致使实践中问题百出，这也表现出人们对新型长短桩复合地基的基本受力方式了解不足。采用刚性长桩与半刚性、刚性或柔性短桩地基总体处理的方式，并在其中设置柔性垫层，使长桩、短桩、土和承台一同承受荷载的技术，我们称之为新型长短桩复合地基技术。短桩的布置是为了固结土体，为了增加地基的承载能力；长桩不仅可以使地基的承载能力显著提高，而且可以起到限制地基整体沉降的作用。这种新型技术是结合了我国的国情、施工经验和土地现状衍生出来的。

关键词：长短桩；复合地基；垫层

1.复合地基的定义和种类

如今，复合地基技术早已在国内外工程中普遍出现，至今国内外仍旧没有一个统一的概念解释什么是复合地基。最早的复合地基是碎石桩复合地基，其原理是在天然地基里面布置碎石桩。伴随着深层搅拌法与高压喷射注装法在工程施工中被广泛使用，各学者才渐渐开始关注水泥土桩复合地基。碎石桩与水泥土桩有着根本上的区别，碎石桩的桩体材料是碎石，故称之为散体材料桩；水泥土桩的桩体材料是水泥土，故称之为粘结材料桩。它们的受力性能完全不同。伴随着水泥土桩复合地基的普及，碎石桩复合地基逐步被其替代，复合地基的定义也逐渐发生改变。后来，各学者的研究往更高强度的复合地基上发展。工程中的粘结材料桩有柔性桩和刚性桩两种。

2.长短桩复合地基的定义和应用

在荷载的影响下，地基的附加应力和深度成反比，于是为了提高复合地基桩体的承载性能，在桩体中建议选择长短不一的桩体来应对附加应力自上而下降低的特点。于是人们把地基中这些长短不一构成的桩体统称长短桩复合地基。这种地基因为生成条件较为严格，故更应该保证长短桩在上部荷载的影响下，长、短桩与桩间土能够一起共同直接承受基础传递的荷载。当长桩没有放入偏好的土层的时候，对长短桩的承载能力是没有什么影响的。当长桩放入偏好的持力层里的时候，这时只能在基础的下方布置柔性垫层，才能经过垫层的作用来调节长、短桩与桩间土它们之间的变形，确保它们之间在上部荷载的影响下，一同继续直接承受基础传递的荷载。假如地基土出现变化和地下水位的降低导致地基土出现固结的现象，直接导致复合地基中短桩与桩间土失去了承载能力，地基传递的荷载只有长桩单独承受，于是很容易导致安全事故的出现。

长短桩的刚度一般是不一样的，前者刚度比较大，工程中普遍使用钢筋砼桩和低强度桩；后者的刚度比较小，工程中普遍利用水泥搅拌桩和碎石桩。为了使刚度不一样的桩一起承担荷载，可以在樁顶布置一定高度的碎石。复合地基中，长桩的布置既可以增加地基承载能力，又可以把荷载由桩身向下传递，于是压缩层的变形被减小了很大一部分，所以工程中对长桩桩体的要求普遍偏高。可以使用刚性桩，如钢筋砼桩等一些强度较高的。而短桩的布置的有下列两点作用：

如果基底下方出现深度不同的软弱土层的时候，可以使用短桩来增加基底的软弱土层的承载能力，同时抵消其造成的不均勻沉降现象。如果基底下方出现上下两层比较合理的桩端持力层的时候，可以使用短桩方法把桩端布置在上层持力层。倘若只采用短桩布置符合的承载力的设计要求，但因为加固的深度不够深，导致沉降变形增大的概率增加。所以才需要采纳长短桩共同布置的方法，把长桩桩端放在上层桩端的持力层上面，利用长桩的作用减小地基的变形，把短桩放在下层桩端的持力层上面，经过短桩的作用增加地基承载能力，相互补充又相互协调，大大提高了工作效率。

3.长短被复合地基的研究现状

3.1国外研究现状

国外的HOOPER学者对复合地基进行了有限元模拟研究，提出建造具有比较大竖向刚度的桩土混合地基不必有很多桩，都可以大幅度的减小沉降，桩的数量增加到一定时，再增加桩的数目也不会对沉降起到多大的效果。总结了根据限制沉降原理设计地基基础的基本理念，他提倡桩基础的设计时，考虑沉降变形比承载能力的影响会更加经济合理。通常来说，使用桩基础的原因不单单是因为相邻的地表面土层强度不够，大部分原因还是深处的软弱土层大范围沉降导致的。使用桩基础可以减少沉降变形，与旧的桩基础对比，新设计的桩基础布置间距更大，可以大大节省了桩的使用数量。教授进行了有限元模拟分析试图证明这一理论，他还提出，在通常情况下，桩的布置是为了限制基础沉降，对上部荷载并没有什么显著影响。

3.2国内研究现状

陆文哲，谢康和利用有限元的方法对长短桩复合地基的变形做了研究。研究表明：复合地基的变形会因为长短桩的长度、刚度和垫层深度等多重因素的作用而不同。必须以实际工程中出现的案例，综合分析处理，使工程既经济又安全。

刘海涛，谢新宇发现椒江地区土体工程特性是利用灌注桩和搅拌桩加强了地基的特征，再经过大量的现场实验，研究了复合地基的工程特性、桩土应力比和荷载分担比。研究表明：在复合地基中的灌注桩和搅拌桩的应力比一般不改变，总在一定的范围之内，两类桩和土层的应力比随着荷载的增大和增大。这种复合地基可以让刚性柱、柔性桩和土体三者之间协调变形，充分利用它们的承载能力，使工程效率得到有效的提升。

4.结论

随着社会各界对复合地基桩的不断研究和改善，渐渐形成了一整套的沉降控制设计理论。竖向变刚度的复合地基技术经过不断的施工改进也越来越成熟，给长短桩复合地基的出现提供一些研究根据，但这些还远远不够支撑长短桩的实际施工，社会上还需要更多的理论依据和试验数据去推动长短桩复合地基的发展和应用，使长短桩复合地基在施工更加经济高效。

参考文献：

[1] 龚晓南.复合地基理论及工程应用北京：中国建筑工业出版社.

[2] 张耀东，王晓东，孙秀杰.长短桩复合地基的设计与应用岩土工程技术.

[3] 步云，赵秀芹.砂石桩与低强度混凝土桩组合型复合地基在软土地基中的应用（一）岩土工程技术.

[4] 王仙芝，郑俊杰散体材料桩复合地基室内模型试验研究岩土工程界.

[5] 刘敦平.双向增强体复合地基承载特性及其数值分析湖南大学.