萬(wàn)繼春

（淮安市建設(shè)工程施工圖審查處，江蘇 淮安 223001）

1 引言

復(fù)合地基是指部分土體被增強(qiáng)或被置換，形成由地基土和豎向增強(qiáng)體共同承擔(dān)荷載的人工地基。隨著地基基礎(chǔ)處理方式的不斷改進(jìn)，剛性樁復(fù)合地基的使用越來越多，目前剛性樁復(fù)合地基的主要形式是管樁復(fù)合地基。摩擦型樁屬于有黏結(jié)強(qiáng)度的增強(qiáng)體，能夠與土體共同工作，實(shí)現(xiàn)地基有效承載的目的。這其中有主動(dòng)設(shè)計(jì)的，也有被動(dòng)設(shè)計(jì)的，被動(dòng)設(shè)計(jì)的主要原因是工程樁的承載力特征值的檢測(cè)不合格。而端承型樁因?yàn)槌两禈O小，地基土沒有變形空間，不能起到有效的承載作用，對(duì)于端承樁以及淺層地基土存在壓縮性較大的土層的情況時(shí)建議慎用剛性樁復(fù)合地基。

2 基本理論

JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》對(duì)有黏結(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)體復(fù)合地基提出了如下公式[1]：

式中，fspk為復(fù)合地基承載力特征值，kPa；Ra為單樁豎向承載力特征值，kN；Ap為樁的截面積，m2；λ為單樁承載力發(fā)揮系數(shù)，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值；β為樁間土承載力發(fā)揮系數(shù)，可按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值；m為面積置換率d為樁身平均直徑，m，de為1根樁分擔(dān)的處理地基面積的等效圓直徑，m，等邊三角形布樁de=1.05s，正方形布樁de=1.13s，矩形布樁分別為樁間距、縱向樁間距和橫向樁間距）；fsk為處理后樁間土承載力特征值，kPa。

通過式（1）發(fā)現(xiàn)，地基的承載能力實(shí)際上就是樁的承載力和樁間土的承載力的折減整合。實(shí)際上面積置換率m中提到的等效圓是采用面積相等的原則，將正方形（或矩形、三角形）等效成圓，這可以通過m的計(jì)算公式推導(dǎo)出來。以正方形舉例：將化簡(jiǎn)后，de≈1.13s。同樣的結(jié)果適用于三角形布樁和矩形布樁。也就是說，這個(gè)公式可以簡(jiǎn)化為：

式中，Nk為復(fù)合地基承載力，kN；A0為樁間土凈面積，m2；n為樁的數(shù)量。

例題1：管樁直徑500mm，樁正方形分布，分布間距為2.5m×2.5m，Ra=1 800kN，fsk=120kPa，則：

根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》第7.1.5條條文說明，可取λ=0.8，β=1.0；則：

對(duì)應(yīng)于2.5m×2.5m的面積，所能承擔(dān)的荷載為2 162kN。

根據(jù)式（2）計(jì)算，則：

2個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果基本一致，通過式（2）可以很清楚地看出，上部結(jié)構(gòu)的荷載是由樁和樁間土共同承擔(dān)的，那么規(guī)范中為什么沒有用這樣清晰明了的公式呢？這是因?yàn)橐霃?fù)合地基承載力特征值fspk這個(gè)指標(biāo)，人們就可以對(duì)地基承載力進(jìn)行深度修正，也可以進(jìn)行復(fù)合地基的沉降驗(yàn)算，簡(jiǎn)化了地基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。

3 存在的問題

3.1 設(shè)計(jì)理念的問題

對(duì)于筏板基礎(chǔ)下均勻、對(duì)稱布樁，可以通過式（1）很方便地計(jì)算出地基承載力并以此地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。這是因?yàn)樵诖竺娣e布樁的情況下，式（1）的誤差很小，可以忽略。但當(dāng)主體結(jié)構(gòu)采用獨(dú)立基礎(chǔ)或條形基礎(chǔ)的時(shí)候，以及建筑物下非均勻布樁時(shí)，式（1）的設(shè)計(jì)誤差有時(shí)候就會(huì)很大，而且會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)走入一個(gè)誤區(qū)，部分設(shè)計(jì)人會(huì)認(rèn)為在樁均布的情況下，整個(gè)地基土的承載力都會(huì)變成fspk，并以此進(jìn)行地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)。

圖1是一個(gè)工程設(shè)計(jì)實(shí)例，因?yàn)樯喜亢奢d與樁的中心并不在一個(gè)位置，樁和土的共同作用就會(huì)被極大地削弱，并且由于樁的偏位影響帶來更為不利的因素，直接導(dǎo)致基礎(chǔ)范圍內(nèi)的有效承載力的不足和兩側(cè)的沉降不均勻。設(shè)計(jì)人員應(yīng)調(diào)整樁位布置，在條形基礎(chǔ)范圍內(nèi)，使樁位布置保持均勻?qū)ΨQ。通過式（2），可以發(fā)現(xiàn)復(fù)合地基的概念并非是基底土的承載能力的提高，而是由樁和土共同承載作用下形成的綜合承載能力。

圖1 條形基礎(chǔ)下的均勻布樁

3.2 計(jì)算誤差的問題

為方便演算和說明，現(xiàn)以獨(dú)立基礎(chǔ)為例，此處仍以例題1的假定條件舉例。

5m×5m的獨(dú)立基礎(chǔ)如圖2所示。

圖2 5m×5m的獨(dú)立基礎(chǔ)

我們根據(jù)樁間距計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的5m×5m的獨(dú)立基礎(chǔ)，在不考慮深度修正的影響下，通過例題1的計(jì)算結(jié)果，得到地基的最大承載能力為：

式中，A為基礎(chǔ)底面積，m2。

如果按式（2），得到地基的最大承載能力為：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在標(biāo)準(zhǔn)尺寸下2個(gè)公式的計(jì)算結(jié)果是基本一致的，但是，不難發(fā)現(xiàn)這樣的計(jì)算是存在問題的。如果僅僅是在軸力作用下，該基礎(chǔ)設(shè)計(jì)可以滿足計(jì)算要求，但往往在實(shí)際設(shè)計(jì)中，總是存在著偏心力矩的作用，也就是基礎(chǔ)邊緣存在著最大壓力，而邊部土的承載能力是存在不足的。

繼續(xù)以此舉例，將圖2的布置調(diào)整成如圖3所示。

圖3 3m×3m的獨(dú)立基礎(chǔ)

同樣的樁位布置，對(duì)于3m×3m的獨(dú)立基礎(chǔ)，不考慮深度修正的影響，通過式（1）的計(jì)算方法，得到地基的最大承載能力為：

如果按式（2），得到地基的最大承載能力為：

通過對(duì)比以上2個(gè)計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)承載能力的誤差竟高達(dá)2倍多。而實(shí)際上4根樁所能承擔(dān)的荷載就已經(jīng)達(dá)到5 760kN，此時(shí)如果還是按式（1）計(jì)算，就存在著極大的浪費(fèi)。

通過對(duì)式（1）的演算，筆者以為規(guī)范的m值的計(jì)算可修改為：

通過式（3）得到m=0.087 3，發(fā)現(xiàn)這個(gè)值和式（1）中的m值相差極大。將此值代入到式（1）中，得出：

這樣的結(jié)果就與式（2）的結(jié)果基本保持一致了。

反之，如果樁布置不變，在例題1的基礎(chǔ)上擴(kuò)大基礎(chǔ)范圍，計(jì)算結(jié)果則會(huì)偏于不安全。

4 結(jié)語(yǔ)

復(fù)合地基承載力的提高，并非原狀土承載力的大幅度提高，而僅僅是在充分考慮了樁的承載能力的基礎(chǔ)上提出的一個(gè)假定值，是樁土共同作用的結(jié)果，設(shè)計(jì)人應(yīng)重視上部結(jié)構(gòu)重心與有效抗力中心的一致性。對(duì)于大面積的筏板基礎(chǔ)下均勻布樁，按規(guī)范的公式計(jì)算是滿足結(jié)構(gòu)安全需要的。在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，對(duì)于條形基礎(chǔ)、獨(dú)立基礎(chǔ)等小范圍的剛性樁復(fù)合地基建議可按本文的式（2）來進(jìn)行設(shè)計(jì)。

對(duì)于剛性樁復(fù)合地基，應(yīng)采用基礎(chǔ)范圍內(nèi)均勻布樁的原則，基礎(chǔ)范圍以外的樁僅能對(duì)土體起到一定的約束和保護(hù)作用。同時(shí)，由于基礎(chǔ)外圍在偏心荷載作用下存在的邊緣壓力，原狀土的承載能力并不一定能夠承擔(dān)，所以實(shí)際設(shè)計(jì)工作中應(yīng)優(yōu)先考慮第一排樁靠近基礎(chǔ)邊緣的內(nèi)側(cè)布置。

由于基底偏心壓力的作用，筆者不贊同條形基礎(chǔ)下單排樁和獨(dú)立基礎(chǔ)下的單樁復(fù)合地基設(shè)計(jì)，如果此類基礎(chǔ)偏心荷載比較小，筆者建議，可以考慮在扣除樁承擔(dān)的軸心力后，對(duì)偏心荷載引起的土反力進(jìn)行驗(yàn)算。