長短樁復合地基的應用研究與發展趨勢

徐玉芬

(三江大學土木工程學院，江蘇 南京 210012)

0 引言

近年來，隨著我國經濟的飛速發展、地基處理技術的不斷深化，長短樁復合地基在工程中得到了越來越廣泛的關注。長短樁復合地基主要是利用剛性長樁與剛性、半剛性或柔性短樁相結合對地基進行綜合處理。長短樁復合地基不僅能充分發揮樁體的承載力，而且能積極調動樁間土體參與工作，一般來講，短樁可減少淺層的應力集中，提高其承載力;而長樁在增加地基承載力的同時更重要的是通過樁身將荷載傳遞到深層地基以達到減少壓縮層變形、控制沉降量的目的。通常情況下，為協調地基變形，在樁頂還會鋪設褥墊層。在一些地區，以剛性長樁柔性短樁組合的長短樁復合地基已開始應用并取得了顯著的成效。

作為一種新型的地基處理形式，長短樁復合地基具有承載力高、工期短、造價低的特點，它將在巖土工程界得到推廣和應用，但由于該理論還有很多不完善的地方，因此還需做進一步的探索和研究。

1 長短樁復合地基的應用研究現狀

雖然長短樁復合地基已成功地應用于高層甚至超高層建筑，但其理論研究遠落后于實踐，至今為止，仍未形成比較完善的設計理論和計算方法。下面對近八年來已見諸報道的長短樁復合地基的研究現狀大致綜述如下。

梁發云通過建立三維彈塑性有限元分析模型，對長短樁復合地基中墊層—樁—土系統的共同作用機理進行了參數分析，并根據分析結果提出了行之有效的沉降控制方法[1]。

牛順生通過建立長短樁復合地基優化設計數學模型，提出了基于模擬退火算法的長短樁復合地基優化設計方法，并將其運用于實例計算以驗證其可行性[2]。

歐麗利用ANSYS有限元軟件對長短樁復合地基進行三維彈塑性計算分析，探討了樁身應力與土體附加應力分布、荷載傳遞的性狀及變形特性，為長短樁復合地基的理論研究提供了有益的參考[3]。

郭院成、李明宇在現有理論的基礎上進行了現場試驗，針對剛柔兩種基礎形式下的長短樁復合地基在不同荷載作用下的應力、變形、樁土荷載分擔比及樁土應力等規律進行了大量的對比分析，為長短樁復合地基的優化設計提供了寶貴資料[4]。

謝新宇利用有限元方法對剛柔性長短樁復合地基的工程性狀進行了研究，分析了墊層模量、厚度、短樁模量以及長樁長度的變化對長短樁復合地基的總沉降、長短樁應力比和長短樁樁身應力的影響，為長短樁復合地基的設計和應用提供了理論基礎[5]。

郭院成通過對柔性基礎下長短樁復合地基中褥墊層內長、短樁樁頂荷載傳遞影響區進行受力分析，推導出樁土應力比的解析公式，并結合現場試驗測試結果驗證了該公式的實用性，為柔性基礎下長短樁復合地基樁土應力比的工程應用提供了理論指導[6]。

林本海根據多層地基土分布的特點，結合剛性長樁—柔性短樁—樁間土體相互作用特性，建立了長短樁高強復合地基相互作用承載模型，并通過與其他相互作用計算模型以及實測數據的對比，來驗證該承載模型的合理性和可行性[7]。

文海濤結合實例對常用的長短樁復合地基承載力計算方法之面積加權法和分步疊加法以及沉降計算方法之復合模量法和增大系數法分別進行了介紹和對比分析，為長短樁復合地基的工程應用提供了理論基礎[8]。

任銳根據鄭西客運專線濕陷性黃土地基的特點，采用Drukerprager屈服準則對黃土地區路堤荷載作用下長短樁復合地基的作用性狀進行了有限元分析，探討了樁體各參數對復合地基作用效果的影響，為長短樁復合地基在黃土地區進一步的推廣與應用作了鋪墊[9]。

孫魯原采用Drucker-Prager屈服準則對由9個剛性長樁，16個柔性短樁組成的復合地基進行了ANSYS有限元分析，探討了不同的墊層厚度和模量對剛柔性長短樁復合地基的沉降以及長、短樁軸向應力所產生的影響，為長短樁復合地基的工程應用提供了理論參考[10]。

王瑞芳運用ABAQUS有限元軟件，對剛柔性長短樁復合地基在不同褥墊層厚度、模量、短樁模量以及荷載下的樁土應力比、長短樁應力比、基礎沉降的影響和規律進行了分析，同時結合武漢某多層住宅的長短樁靜載荷現場監測數據，分析了工程中樁土應力比、長短樁應力比的變化規律，為此類復合地基的設計和施工提供依據[11]。

當前，復合地基技術發展很快，但對于長短樁復合地基，其理論分析則遠遠落后于工程實踐，至今還沒有一個完善的設計理論和計算方法，這對長短樁復合地基的深入研究和推廣應用都會有影響。

2 今后的研究方向

1)進一步完善長短樁復合地基設計計算理論。

雖然長短樁復合地基已成功運用于實際，不少學者也結合工程實踐經驗總結和發展了一些設計計算方法，但目前對它的研究還不是很完善，計算中尚有一些因素還有待于深入研究(如地基長短樁深層結合作用機理，長短樁復合地基沉降計算中的樁的上、下塑性刺入量)。

2)動力荷載下長短樁復合地基性狀分析。

人們在建立長短樁復合地基樁土界面荷載傳遞模型以及設計中考慮樁土相互作用時通常認定樁頂承受的是靜載，而對其在動荷載作用下的性狀研究卻往往很少，為更廣泛地推廣此種新型的地基處理技術，這個問題值得我們今后做進一步的探索和研究。

3)長短樁復合地基優化設計的研究。

對長短樁復合地基在設計中的可能影響因素:長、短樁的長度，樁的平面布置情況，長、短樁樁數，有效樁徑(距)等進行有限元分析，在控制地基沉降的基礎上，建立了合理的優化設計數學模型，對復合地基進行優化，是我們今后的一個主要研究方向。

4)建立承載力和沉降雙重控制的計算模型。

3 結語

與常規的復合地基相比，長短樁復合地基不僅充分發揮了長、短樁各自的優勢，而且有效地控制了沉降，同時減少了基礎工程費用，是一種非常值得推廣的、先進的地基處理技術，但由于樁與土之間相互作用的復雜性以及土層層性的影響，使我們對長短樁復合地基工程性狀的認識仍不夠全面和深入，尚有不少值得進一步研究的問題。

[1] 梁發云.長—短樁復合地基性狀影響參數彈塑性有限元分析[J].建筑結構，2005(7):12-16.

[2] 牛順生.長短樁復合地基優化設計模擬退火算法研究[J].湖南大學學報(自然科學版)，2005，8(32):24-28.

[3] 歐 麗.長短樁復合地基應力與沉降分析[J].鐵道科學與工程學報，2006，12(3):35-41.

[4] 郭院成，李明宇.長短樁復合地基力學性狀的現場試驗[J].工業建筑，2007，37(5):53-56.

[5] 謝新宇.剛柔性長短樁復合地基性狀分析[J].巖土力學，2007，28(5):877-882.

[6] 郭院成.長短樁復合地基樁土應力比的力學計算方法[J].公路交通科技，2009，26(2):37-41.

[7] 林本海.長短樁高強復合地基的承載模型研究[J].巖石力學與工程學報，2009，28(2):3857-3862.

[8] 文海濤.長短樁復合地基設計計算方法探討[J].桂林理工大學學報，2010，30(2):240-245.

[9] 任 銳.長短樁在濕陷性黃土中作用機理的數值分析[J].鄭州大學學報(工學版)，2010，31(1):48-51.

[10] 孫魯原.剛柔性長短樁復合地基墊層特性分析[J].中北大學學報(自然科學版)，2010，31(5):538-542.

[11] 王瑞芳.長短樁復合地基受荷性狀的影響因素分析[J].武漢大學學報(工學版)，2010，43(5):613-616.

[12] 胡慶興.復合樁基的沉降計算方法及優化設計[D].南京:南京工業大學碩士學位論文，2002.

[13] 宋進國.不等長樁基礎的工程應用[J].建筑技術開發，2003(10):20-22.

[14] 楊子勝.組合樁復合地基淺談[J].山西建筑，2004，30(5):3.

[15] 雷華陽.復合地基應用進展和發展趨勢[J].巖土工程技術，2002(2):30-33.

[16] 龔曉南.復合地基[M].杭州:浙江大學出版社，1992.