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考虑上下部刺入的刚性桩复合地基沉降计算方法研究
摘要：
刚性桩复合地基是一种常见的加固土基的方法，它能够有效地提高土壤的承载力和稳定性。在该工程中，刺入的上下部刚性桩作为复合地基的主要支撑结构承担着重要的作用。然而，由于建筑物重量的作用，刚性桩复合地基会发生沉降变形。因此，这篇论文研究了考虑上下部刺入的刚性桩复合地基沉降计算方法。首先，介绍了刚性桩复合地基的基本原理和特点。接着，探讨了刚性桩复合地基的沉降机理。同时，综述了常用的计算方法，并对其进行了比较分析。最后，提出了结论和展望。
关键词：刚性桩；复合地基；沉降；计算方法
引言：
复合地基是一种有效的土基加固方法，其主要目的是通过增加土壤的承载力和稳定性实现土地复合力的增强。而刚性桩复合地基又是复合地基中的一种普遍形式，它通过将上下部刺入地面内部的桩融为一体，增强了地基的承载力和稳定性。
但是，由于建筑物和人的重量等因素作用，刚性桩复合地基在使用过程中会产生沉降变形现象，影响地基的稳定性和建筑物的安全。因此，研究考虑上下部刺入的刚性桩复合地基沉降计算方法对于工程实践具有重要意义。
刚性桩复合地基的基本原理和特点：
刚性桩复合地基是一种有效的加固和稳定土地的方法。它的主要基本原理是利用刚性桩的高度强度和刚度作用降低土地下部分的变形及沉降，同时通过土体和刚性桩整体合作的方式提高了土体的承载力。
具体来说，刚性桩复合地基通过上下部刺入地下的桩和土壤实现了土地与建筑物之间的牢固结合。桩直径通常是在300mm到800mm范围内。桩的长度可根据土地的性质及所需承载力而定，多数时是20m到30m。在桩内侧与土壤之间可以用钢筋和混凝土加固结构，以增加桩的强度及刚度。
刚性桩复合地基通过多个刚性桩的组合可以实现不同的支撑形式，包括单桩、双桩和三桩等不同结构形式。此外，刚性桩复合地基还有易于施工、时间短、使用寿命长等特点。
刚性桩复合地基的沉降机理：
考虑上下部刺入的刚性桩复合地基沉降机理主要涉及到地下水压力，桩侧阻力，桩端阻力、土体压缩变形、桩柱弯曲变形等因素。
(1)地下水压力
建筑物上方的土体受到了重压而产生了沉降变形，土体密度变大，孔隙度减小，其自由排水能力减弱，从而导致地下水位上升。当地下水位上升至桩顶以下时，桩身部分所受到的上伟安全系数将减小，从而导致刚性桩复合地基的水平位移和沉降。
(2)桩侧阻力
刚性桩复合地基中桩身两侧的土体受到刚性桩支撑，从而形成桩侧阻力。桩侧阻力影响因素主要是土质、桩身形态和桩侧阻力系数。在桩身内部，桩柱与土体之间的摩擦力和土体与钢筋之间的摩擦力产生刚性桩的桩侧阻力。
(3)桩端阻力
刚性桩复合地基中桩的下端在土体内承受部分建筑物重量并受到了土体的支撑，形成强有力的桩端阻力。这种力量形成时受到土壤的依托，土壤中间的颗粒填挤和变形抵抗了钢筋和桩柱的变形，同时也抵抗了土的压缩变形。
(4)土体压缩变形
刚性桩复合地基中的土体受到建筑物的重压，提高了土体的密度，同时由于土体的体积限制和孔隙度减小等因素而发生变形。土体的压缩变形导致了刚性桩复合地基的沉降。
(5)桩柱弯曲变形
在不同的荷载作用下，刚性桩复合地基中的桩柱和钢筋将会发生一定的弯曲变形。在刚性度高的情况下，桩柱的弯曲变形体积小，影响不大，但随着刚性度的降低，桩柱的弯曲变形会增加，影响建筑物的稳定性。
刚性桩复合地基沉降计算方法：
(1)经验法：通过历史数据对现场工程进行估算，还可以通过实例推算得到。
(2)四边形式计算方法：该方法用于研究复合地基中土体和桩的共同承载机制。分别计算刚性桩及下部土壤、上部承载土层和桩顶承载土层对沉降的主要影响因素，然后将这些因素进行合并。
(3)基于地形的计算方法：该方法基于桥梁或其他构造物的3D设计图，将该建筑物的荷载大小和分布情况考虑在内。
(4)数值模拟方法：数值模拟方法基于有限元模型，将建筑物、土质、刚性桩复合地基等的物理量输入计算机进行模拟。其中，数值模拟的计算精度较高，可以用于复杂工程的模拟。
综合比较三种方法，四边形式计算方法在实际工程中被广泛采用。但基于地形的计算方法和数值模拟的计算精度更高。
结论及展望：
本文通过介绍了刚性桩复合地基的基本原理、沉降机理和现有的计算方法，从而论证了考虑上下部刺入的刚性桩复合地基沉降计算方法的必要性。通过分析比较，得出结论：四边形式计算方法易于掌握，计算速度快，被广泛采用。但基于地形的计算方法和数值模拟的计算精度更高。随着计算机技术、有限元分析和计算软件的不断发展，基于数值模拟方法计算方法将成为未来的发展趋势。
参考文献：
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[2]彭辉,王允武,叶崧等.刚性桩复合地基沉降性状及其机理分析[J].工程地质学报,2014,