多桩型复合地基设计计算方法探讨.doc

多桩型复合地基设计计算方法探讨StudyontheCalculationMethodofMulti-type-pileCompositeSubgrade本文讨论了多桩型复合地基及其复合模量的基本概念。介绍了多桩型复合地基承载力和变形的计算方法。Theauthorsdiscussthebasicconceptionaboutmulti-type-pilecompositesubgradeandcompositemodulus,andrecommendthecalculationalmethodsonbearingcapacityanddeformation.1前言复合地基中的纵向增强体习惯上称作桩，由两种或两种以上桩型组成的复合地基称为多桩型复合地基。比如，对可液化地基，为消除地基液化，可采用振动沉管碎石桩或振冲碎石桩方案。但当建筑物荷载较大而要求加固后的复合地基承载力较高，单一碎石桩复合地基方案不能满足设计要求的承载力时，可采用碎石桩和刚性桩（如CFG桩）组合的多桩型复合地基方案。这种多桩型复合地基既能消除地基液化，又可以得到很高的复合地基承载力。又如，当地基土有两个好的桩端持力层，分别位于基底以下深度为Z1（Ⅰ层）和Z2（Ⅱ层）的土层，且Z1＜Z2。在复合地基合理桩距范围内，若桩端落在Ⅰ层时，复合地基不能满足设计要求。若桩端落在Ⅱ层时，复合地基承载力又过高，偏于保守。此时，可考虑将部分桩的桩端落在Ⅰ层上，另一部分桩的桩端落在Ⅱ层上，形成长短桩复合地基。采用CFG桩复合地基方案，有时会发现基底下部分土质较差，需用水泥土桩补强，以调整整个复合地基承载力和模量的均匀性，也形成了多桩型复合地基。工程中单一桩型复合地基的设计计算方法相对比较成熟。但对于两种或两种以上桩型的多桩型复合地基、长短桩复合地基承载力和变形如何计算，还需要做进一步工作。本文将就此进行探讨。多桩型复合地基和长短桩复合地基设计计算方法完全相同。用于多桩型复合地基的计算公式，对长短桩复合地基也适用。2多桩型复合地基承载力计算为研究方便，将复合地基中荷载分担比高的桩型定义为主控桩（桩的模量相对较高，桩相对较长）。其余桩型为辅桩，并按荷载分担比由大到小排序。工程中常用的是两种桩型组成的复合地基（或长短桩复合地基）。下面先就两种桩型组成的复合地基承载力计算公式进行推导，并可推广到两种以上桩型的复合地基。基本思路为：（1）由天然地基和主控桩复合形成复合地基，视为一种新的等效天然地基，其承载力特征值为fspk1。（2）将等效天然地基和辅桩复合形成复合地基，求得复合地基承载力即两种桩型复合地基承载力。具体推导如下：基础下天然地基土的承载力特征值为fak。主控桩的断面面积为Ap1，平均面积置换率为m1，单桩承载力特征值为Ra1。则主控桩和天然地基形成的复合地基承载力特征值为（1）式中1—桩间土承载力提高系数，与土性和主控桩成桩工艺以及主控桩的桩径、桩距等有关。对非挤土成桩工艺，1＝1；1—桩间土承载力发挥系数，一般1≤1。基础下辅桩的断面面积为Ap2，平均面积置换率为m2，单桩承载力特征值为Ra2。辅桩与承载力特征值为fspk1的等效天然地基复合后的承载力即为多桩型复合地基承载力，即(2)式中fspk—多桩型复合地基承载力特征值；2—桩间土承载力提高系数，与土性和辅桩成桩工艺以及辅桩的桩径、桩距等有关。对非挤土成桩工艺，2＝1；2—桩间土承载力发挥系数，一般2≤1。3复合地基的复合模量复合模量表征的是复合土体抵抗变形的能力。由于复合地基是由土和增强体（桩）组成，故复合模量与土的模量和桩的模量密切相关。这里所述土的模量是指土的压缩模量，桩的模量是反映桩抵抗变形能力大小的量。桩与土形成的复合模量在使用上可理解为复合土体的压缩模量。并可用于按单向分层总和法计算复合地基的变形。3.1单一桩型复合地基的复合模量许多文献都用桩和土的模量的叠加来表达复合地基的复合模量，其表达式为（3）式中Esp—复合地基的复合模量；—面积置换率；Es—加固后桩间土的压缩模量；Ep—桩体的压缩模量。需要指出的是，（3）式在特定的条件下才成立，即：（1）复合地基上的基础无限大，且绝对刚性；（2）桩端落在坚硬的土层上，桩没有向下的刺入变形；（3）桩长L是有限的。上述的特定条件在工程中是少见的，因此式（3）中用桩体材料本身的压缩模量将会产生很大的误差。比如，对中高粘结强度桩，两个复合地基中的桩体材料相同（Ep相同），桩长不同，桩长范围内的土的压缩模量Es相同，面积置换率相同，按（3）式求得两个复合地基的复合模量是相同的。实际上，桩越长复合模量越高。而（3）式没有反映出桩长效应。类似地，桩体材料相同（Ep相同），桩长相同，桩长范围内的土的压缩模量Es相同，面积置换率相同的两个复合地基，一个桩端落在坚硬土层