關于復合地基樁土應力影響因素及研究方法的討論

盧芳蕊 肖耀廷

（湖北文理學院，湖北 襄陽 441053）

關于復合地基樁土應力影響因素及研究方法的討論

盧芳蕊 肖耀廷

（湖北文理學院，湖北 襄陽 441053）

復合地基問題看上去只是一個樁土相互作用的問題，但事實上，因為其影響因素很多，致使該問題分析起來具有很大的復雜性，關于復合地基的研究工作仍有很大的研究空間。復合地基的研究方法主要有試驗的方法、數值計算和理論計算方法。但研究復合地基問題三種方法并不是孤立的，理論計算的完善促使數值計算的精度，數值計算的結果需要試驗方法的檢驗，這也是符合人們認知實物的規律的。

復合地基；樁土應力；載荷試驗；數值計算

0 引言

隨著城市建設發展和社會經濟的進步，建筑物行業得到前所未有的發展，人們除了對上部結構的設計提高了越來越高的要求之外，也對地基基礎問題提出了更高的要求。對于地基基礎問題，通常優先采用天然地基承載，天然地基承載具有施工簡單、施工速度快和造價低的優點。但是隨著建筑用地越來越緊張，建筑物形式越來越復雜，天然地基很大程度上已經無法滿足建筑物承載力的要求，此時需要對天然地基進行處理。

當天然地基無法滿足承載力和沉降要求時，通常的辦法就是采用條形基礎、筏板基礎、樁基礎和復合地基等形式。各種地基基礎處理方式有著其各自的優勢，但復合地基由于其具有施工造價較低、施工速度快，形式多樣而被工程界廣泛使用。

我國復合地基技術經過幾十年的發展，其形式已經多達幾十種，可處理各種土質以及復雜地形。目前關于復合地基的處理形式既有單樁型復合地基也有多樁型復合地基，既有不帶樁帽的復合地基也有帶樁帽的復合地基，既有等長等直徑樁的復合地基也有不等樁長不等直徑樁的復合地基，既有單一的復合地基也有樁體聯合水平增強體的復合地基。對于樁體材料，既有散體材料樁、柔性樁也有剛性樁。總之復合地基經過幾十年的發展，已經形成了各種各樣的形式，可以很好的解決建筑物承載力和沉降問題。

雖然復合地基的形式多種多樣，當工程中最為關心的問題仍是承載力和沉降問題，而這兩個問題都離不開樁土應力。同時目前復合地基設計理論發展仍滯后于復合地基技術的發展，很多設計理論不夠完善，故形成了本文探討的問題。基于上述分析，本文首先針對復合地基樁土應力影響因素展開討論，進而分析目前復合地基研究方法的特點。

1 復合地基的樁土應力的影響因素

如上節所述，復合地基的形式是多種多樣的，各種復合地基樁土應力的影響因素也不同，但是大致歸納起來有如下一些影響因素。影響樁土應力的因素有墊層厚度、樁土相對剛度、下臥層的剛度、樁長、面積置換率、荷載大小、樁帽尺寸以及水平增強體的剛度等等，接下來分別針對以上影響因素進行分析。

墊層厚度是樁土應力最重要的影響因素之一。墊層厚度的大小對樁土應力分配影響非常敏感。而實際設計時往往對墊層厚度對樁土應力的影響認識不夠，通常根據實際工作的經驗確定墊層厚度，這樣會對復合地基設計的合理性存在較大的不足。也有不少研究認為通過樁徑與墊層厚度的比值也即徑厚比確定較合理，但是目前還沒有統一的關于墊層厚度確定方法。

樁土相對剛度是復合地基樁土應力另一個重要因素，同一個場地在進行復合地基處理時，采用剛性樁和柔性樁無論是承載力還是沉降特性都會存在很大的差異。剛性樁在承載力和沉降方面會好于柔性樁，但從設計合理性的角度來講未必，剛性樁雖然具有較大的承載力，但如果發揮不充分，則會造成設計上的浪費，反之，柔性樁雖然承載力低，若能夠剛好發揮完全，則設計上更合理。所以樁土相對剛度對復合地基樁土應力的影響是很復雜的。同時也正是基于這點，人們才逐步引入長短樁復合地基等等的多樁型復合地基，采用兩種剛度有差異的樁型，分別調整復合地基的承載力和沉降特性。

下臥層的剛度會對樁體下端的向下位移影響較大，剛度較大的下臥層，使樁下端位移減小，從而減小樁土相對位移，會加大樁頂的應力集中現象，也即會增加樁土應力比。

樁長是復合地基設計時首先要確定的參數，通常樁長的選取原則是采用承載力較高的土層作為持力層。但相關研究顯示，采用承載力一般的土層作為持力層也可以使樁土承載力發揮效果很好，主要是由于復合地基不同于樁基，復合地基依賴于樁土相互作用。但由于樁長是設計中的待定參數，需要達到合理設計需反復做方案對比，實際操作難度較大，故采用承載力較高的土層作為持力層。這樣做既可以得到較好的承載力，也可以獲得較好的沉降特征。

荷載的小大是樁土應力的一個重要影響因素。很多研究表明，隨著荷載水平的增加，樁土應力比也是增加的，只是有些增加的緩慢，有些增加的快。分析其原因，主要是因為在荷載較低時，樁土相對位移較小，土分配較多荷載，隨著荷載水平的增加，樁土相對位移增加，應力向樁頂集中，樁土應力比隨著荷載的增加而增加。

面積置換率也是設計中的一個關鍵參數，實際設計時往往置換率會加以控制，因為過高的置換率會產生教高的造價，設計而言，過高的置換率也不一定會產生較好的設計效果。

目前發展的復合地基技術有一類樁頂是帶有樁帽的，這種復合地基的樁土應力分配關系就和樁帽尺寸關系很大，某種程度上，樁帽實際上加大了樁頂截面，相當于增加了置換率，承載力自然會得到提升。但帶樁帽的樁體又不同于大直徑樁，其樁帽與樁間土接觸部分，樁間土受到較大的壓力，從而會影響到樁間土的受力，帶樁帽的復合地基的研究目前相對于不帶樁帽的復合地基較少。還需進一步研究。

還有一類發展起來的復合地基技術就是在復合地基上部設置一部分水平增強體，這部分水平增強因為較墊層具有更高的剛度，故承載力和沉降也得到了提高。但是由于水平增強體選用不同材料以及不同的厚度，其剛度也是變化的，不同剛度的水平增強體對樁土應力的影響也是不同的。關于這方面研究也在繼續中。

上述分析可以看出，復合地基問題看上去只是一個樁土相互作用的問題，但事實上，因為其影響因素很多，致使該問題分析起來具有很大的復雜性，關于復合地基的研究工作仍有很大的研究空間。

2 復合地基的研究方法

復合地基的研究方法大致歸納起來主要有試驗的方法、數值計算和理論計算方法。三種方法各有優缺點。試驗的方法成本較高，但試驗結果相對可靠。數值計算方法，成本低，但計算可靠性有待商榷。理論計算方法在解決一些簡單問題或者局部問題具有可行性，可對于復雜問題由于影響因素過多，理論計算困難很大。

試驗方法主要是指復合地基的載荷試驗，研究時既可以采用模型試驗也可以采用原位試驗，當然原位試驗的試驗費用要高得多，故很多研究機構采用模型試驗的方法。模型試驗是將工程中的各個部件按照一定比例縮小的方法，然后在試驗裝置各個關心的位置設置一些量測設備進行數據采集。但模型試驗由于并不是在現場直接進行試驗，故測試的可靠度上較原位的載荷試驗要低。但考慮到其試驗成本，仍是目前主要的研究手段。原位的載荷試驗是工程單位在確定復合地基承載力的最主要的方法，該方法也是目前最為可靠地方法。

數值計算方法也是目前復合地基研究的主要方法之一。目前的大型商業有限元軟件都可以模擬復合地基問題。但軟件也是基于程序執行，而程序的建立則是依靠計算理論的發展。關于復合地基問題中仍有很多問題還在繼續探討之中，故數值計算也有其很大的局限性。但如果研究對象是復合地基的影響因素等問題是，數值計算可以發揮很大的優勢。需要指出的是，并不能單一的依靠數值計算的結果下結論，最終需要與試驗結果進行對比。

如前面所說，理論計算方法的發展仍是核心，理論計算發展了，數值計算才能得到發展。所以試驗的方法、數值計算和理論計算方法并不是孤立的，三者是相互促進的，理論計算的完善促使數值計算的精度，數值計算的結果需要試驗方法的檢驗，這也是符合人們認知實物的規律的。

3 結語

復合地基問題看上去只是一個樁土相互作用的問題，但事實上，因為其影響因素很多，致使該問題分析起來具有很大的復雜性，關于復合地基的研究工作仍有很大的研究空間。

復合地基的研究方法主要有試驗的方法、數值計算和理論計算方法。但研究復合地基問題三種方法并不是孤立的，理論計算的完善促使數值計算的精度，數值計算的結果需要試驗方法的檢驗，這也是符合人們認知實物的規律的。

[1] JGJ79—2012建筑地基處理技術規范[S]. 北京：中國建筑工業出版社, 2012.

[2] 華南理工大學等，地基與基礎[M]. 北京：中國建筑出版社，1991

[3] 錢德玲.基礎工程[M]. 北京:中國建筑工業出版社,2008.

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1007-6344（2015）08-0027-01

湖北文理學院大學生創新訓練項目（編號89）