肖耀廷 李業(yè)學(xué) 王 婧

(湖北文理學(xué)院， 湖北 襄陽 441053)

多樁復(fù)合地基設(shè)計方法的探討

肖耀廷 李業(yè)學(xué) 王 婧

(湖北文理學(xué)院， 湖北 襄陽 441053)

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

多樁；復(fù)合地基；設(shè)計方法

0 引言

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

1 多樁復(fù)合地基的基本概述

所謂復(fù)合地基，指的是從荷載傳遞機(jī)理上表明了復(fù)合地基中的樁間土和增強(qiáng)體之間所共同承擔(dān)的由上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載的規(guī)律。復(fù)合地基主要包括單一樁型復(fù)合地基和多樁復(fù)合地基，其中單一樁型復(fù)合地基指的是一根樁及其承擔(dān)的面積之和，多根樁及其承擔(dān)的面積之和為多樁復(fù)合地基。近年來，隨著工程建筑的需要或者復(fù)雜地形地勢條件的要求，需要多樁復(fù)合地基的工程正不斷增多，通過各個樁型的優(yōu)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(yīng)用較多的多樁復(fù)合地基主要有水泥粉煤灰碎石樁+碎石樁復(fù)合地基，水泥粉煤灰碎石樁+深層攪拌樁復(fù)合地基、長短樁復(fù)合地基等，與單一樁型復(fù)合地基相比，多樁復(fù)合地基的設(shè)計更合理，能夠顯著提高建筑工程的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，因此，多樁復(fù)合地基技術(shù)和設(shè)計將是未來復(fù)合地基技術(shù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

2 多樁復(fù)合地基的承載力

在復(fù)合地基中，承載力的計算是復(fù)合地基設(shè)計不可或缺的一個重要步驟，與單樁復(fù)合地基相比，多樁復(fù)合地基的承載力計算顯然要復(fù)雜許多。多樁復(fù)合地基的承載力計算要根據(jù)不同樁復(fù)合地基型荷載量的分擔(dān)比，將分擔(dān)荷載量最大的樁設(shè)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(fù)合地基，因此多樁復(fù)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(shù)；β1表示樁間土承載力 發(fā)揮系數(shù)，其系數(shù)普遍≤1；Fak表示基礎(chǔ)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(fù)合地基，最終的復(fù)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(shù)；β2表示樁間土承載力的發(fā)揮系數(shù)，且系數(shù)普遍≤1[1]。

3 復(fù)合地基樁土應(yīng)力的影響因素

復(fù)合地基的基本特點是樁土間的相互作用，同時這也是復(fù)合地基的根本特點，樁土應(yīng)力和樁土間的相互作用之間的協(xié)調(diào)變形具有非常密切的、不可分割的關(guān)系。對樁土應(yīng)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(fù)合地基樁土應(yīng)力的基本因素，要計算復(fù)合地基樁土應(yīng)力，就需要考慮到這三個剛度對復(fù)合地基樁土應(yīng)力所產(chǎn)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(guān)系，有相關(guān)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(yīng)力，當(dāng)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(yīng)力就越來越大，其發(fā)揮的作用也越來越充分。另外，樁側(cè)和樁端土對于樁土的應(yīng)力同樣也具有很大的影響，當(dāng)樁側(cè)和樁端土的剛度越大，樁向下刺入就越來越困難，樁頂應(yīng)力集中的現(xiàn)象就越來越明顯，此時樁間土所承受的應(yīng)力就越來越小。

4 多樁復(fù)合地基設(shè)計的方法

對于多樁復(fù)合地基的設(shè)計，本文結(jié)合某地某建筑工程的工程實例簡要的對多樁復(fù)合地基設(shè)計的方法進(jìn)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(shè)防類型來看，這個建筑物屬于丙類抗震設(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜程度來看，屬于三級復(fù)雜程度，地基的復(fù)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(chǔ)設(shè)計的等級為甲級。目前地基施工已經(jīng)開始，并在地基開挖的過程中發(fā)現(xiàn)復(fù)合地基的承載力無法達(dá)到建筑物的標(biāo)準(zhǔn)，因此，需要對復(fù)合地基的承載力重新進(jìn)行計算。重新對工程進(jìn)行勘察后地層結(jié)構(gòu)以及巖土物理力學(xué)性質(zhì)表如圖1所示。

圖1 地層結(jié)構(gòu)以及巖土物理力學(xué)性質(zhì)表

從多樁復(fù)合地基設(shè)計的來看，該建筑物工程的設(shè)計要求多樁復(fù)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(jìn)行嚴(yán)格的控制，在復(fù)合地基承載力中，基礎(chǔ)持力層的材料為中粗砂，多樁復(fù)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(jìn)行均勻布置。在建筑工程的施工中，混凝土強(qiáng)度的等級均為 C20，主控樁的承載力特征值設(shè)為400kn，輔助樁加主控樁的總樁數(shù)有664根，并將墊層的厚度設(shè)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(jìn)行鋪設(shè)。

然后對深層攪拌樁進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計，該建筑工程的樁間土的實際主要層屬于粉質(zhì)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(bǔ)太低的置換率，根據(jù)功臣實施場地的地質(zhì)特征，結(jié)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(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)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(jìn)行施工。

根據(jù)圖1中的表格里的參數(shù)進(jìn)行計算得Ral=360kn，該參數(shù)滿足了地基處理規(guī)范對樁體試塊抗壓強(qiáng)度平均值的要求，即Fspk1=210kPa，同時Fcu≥3Ral/Apl，承載力不達(dá)標(biāo)。經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Fspk1=295kPa時，承載力達(dá)標(biāo)[2]。

然后再進(jìn)行樁土荷載分擔(dān)比與樁土的模量之間的關(guān)系，其中復(fù)合地基模量的計算思路是主控樁和輔助樁在聯(lián)合作用下對相關(guān)區(qū)域進(jìn)行加固，然后主控樁的長度為L1，輔助樁的長度為 L2，加固區(qū)域范圍為 L2，然后根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行計算。由于該建筑工程的多樁復(fù)合地基的承載力特征值為295kPa，復(fù)合模量加固區(qū)域的提高系數(shù)為5.1和3.8。經(jīng)計算后，設(shè)計了最佳的承載力和沉降量，目前，該建筑工程已經(jīng)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(zhì)量。

5 結(jié)語

總而言之，對于建筑工程而言，進(jìn)行工程建筑的時候，復(fù)合地基的設(shè)計要求必須要滿足工程建筑的要求，在多樁復(fù)合地基中，由于多樁復(fù)合地基比單樁復(fù)合地基的計算難度較大，因此，多樁復(fù)合地基的設(shè)計需要更加謹(jǐn)慎。同時，在工程建筑的多樁復(fù)合地基設(shè)計中，對于正在施工中的地基工程在復(fù)合地基的應(yīng)力和承載力不達(dá)標(biāo)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(fù)合地基作用機(jī)理與動力特性研究[J].地震工程學(xué)報,2015(1)：82-87.

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

[3]黃文德,黨發(fā)寧,肖耀廷.基于載荷試驗的多樁型復(fù)合地基的概念設(shè)計方法[J].工業(yè)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）