復合樁基的研究現狀及設計建議

劉同焰 （安徽省建筑科學研究設計院，安徽 合肥 230032）

就現目前而言，在我國復合樁基由于其能夠帶來巨大經濟效益的原因，得到了高度的重視，在我國許多大型的工程項目都有復合樁基的身影，但不同的工程中需求不同，對于復合樁基的設計也就有所不同，

1 傳統的復合樁基與現在樁基的異同

和現在的樁基設計方法不同，按照荷載能力極限的狀態下進行設計的是傳統的樁基設計的基本方法，也就是說需要把外負荷分配到每一個樁基上面，荷載再從樁基傳遞到樁的持力層里面，由此連接起樁基和承臺板的這一構造，每一個樁基所分布承受的荷載加起來的總和就是這一結構所需要承受的總體荷載。這種方式的結構設計在工程項目中被廣泛的應用，然而這種結構設計由于沒有完全的考慮到承臺、樁以及樁間土三者在實際運作時，同時對樁基產生一定的影響，從而該設計并不完全與樁基的工作原理吻合。《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）中準確的描述記載了關于復合樁基的承荷力受承臺效應、群樁效應的負面作用。鑒于此，在工程設計中如果能夠更加詳細分析，更多的把握住復合樁基的實際工作原理以及受力特征，將會推動復合樁基的結構設計上的完善。《建筑樁基技術規范》（JGJ94-2008）中還制定了必要的三個條件來約束土、群樁和承臺三者共同作用的復合樁基：①非端承樁樁基數目大于3根；②承臺底端與地面有效相連，即底面與地面緊密接觸；③承臺底面接觸土體具有一定的承載能力，必須為非液化土、非濕陷性黃土、非高靈敏度軟土、非欠固結土、非新填土或可能出現震陷、降水、沉樁過程產生高孔隙水壓和隆起等土體。

這些都是由于承受太以及承受臺底部土地所承擔的外荷載是整個樁基下沉而保全建筑物的安全和其使用功能的前提下所建造出來的。然而承受端力的樁的底面非常硬，所以樁頂往下的下降不會有很多，也就是說承力樁對于底面的接觸會比較小，用這樣的原理，承力樁的頂部所承受的荷載主要是通過樁的底部傳給土地層，而其所受的壓力和荷載會隨著樁底的增加而向周圍擴散，鑒于此就不會讓承力樁因為負載的增加而輕易變形，或者被破壞。各個基樁的承載力之和就是整個群樁所需要承載的力的總和，對于復合樁機的承臺、樁底以及土面每個部分所起的作用，相關研究人員對它們都非常感興趣，并且進行了許多相關的研究和探討，其中有限元法中運用superSAP這一軟件能夠通過實驗和其具體情況的分析，加之土面承載臺及樁基的利用情況探討出復合樁基對于整個工程的有益之處。

2 國內復合樁基的研究現狀

我國現在對于復合樁基的設計方法主要有以下幾種。

①變化剛度的設計方法，這一方法是由我國劉金礪等人研究實踐出來的，他們通過土層的不同、樁原料的不同、樁長短的不同、兩個樁之間的距離不同等實驗研究得出了這樣一個結論：土層一樣，但復合樁的形狀變化隨著樁距的不同而發生變化，兩個復合樁之間土體的壓縮變形越多，說明其兩個樁之間的距離越遠，反之，被壓縮變形的幾率會降低。復合樁在土體中的部分壓縮變形得多，說明其樁進入土體層的長度太淺了，反之，進入土體層越深，其壓縮變形的幾率越小，再者，樁進入土層的深淺的關系比線彈性的理論值會小很多。鑒于此，他們對樁的土層、土質、樁的長短、樁進入地面的深淺以及兩個樁之間的距離等進行調整，根據其具體工程情況的需要，來設計出適用于不同場合和對象的復合樁基，適當的加強了一部分復合樁基的承載剛度，減小一部分樁基的承載剛度，讓總體沉降的差異基本調和，不會出現太大的差異性。

②減少沉降量的復合樁基礎設計方法，我國有關專家認為，復合樁基的樁在軟土的土層中布置量比較少時，承臺底面下的厚而軟的臥土層引起的沉降量必然過大，超過規范允許范圍，為了讓沉降值控制在規范允許范圍，必須布置適量的樁。關于復合樁基礎的沉降的計算方面的問題，我們主要應該注意以下兩個方面：a.當樁距不大于6倍樁徑時，沉降計算時不應考慮承臺下土的作用，單樁承載力可以按照規范考慮承臺下土的作用帶來的提高，外荷載全部由樁基承擔，此時按照樁基礎進行沉降計算，只需要計算出樁端平面土體承擔樁傳遞的附加荷載在土層中產生的附加應力，然后再按照分層總和的方法計算樁基礎的沉降大小，計算沉降總量時應計入樁身壓縮量；b.當樁距大于6倍樁徑時，單樁承載力可以按照規范考慮承臺下土的作用帶來的提高，同時沉降計算時也應考慮土體的有利作用。如果承臺直接接觸的土層具有一定的承載力，荷載由樁筏基礎中的樁和承臺下土體共同承擔。為安全起見，布置樁數量時，只考慮樁的承載力，不考慮土的承載力，此時沉降計算值可能會超過規范規定。那么沉降計算時，就可以先用天然地基中的應力計算方法計算承臺下土承擔的荷載在樁端平面土中產生的附加應力，附加應力計算可以按照承臺下土層中承載力最小層土取值，然后計算樁承擔的荷載在樁端平面土中產生的附加應力，樁端平面土中的附加應力為這兩者之和，然后按照分層總和法計算樁筏基礎的沉降。如果沉降值超過規范規定，則可以調整承臺尺寸，而不是再增加樁的數量或長度，重新進行沉降計算，通過反復多次計算，直到沉降值滿足規范規定為止，計算沉降總量時應計入樁身壓縮量。

③減沉復合疏樁基礎設計方法，對于在軟土地基上建設多層建筑，地基承載力按照建筑底層平面面積計算基本滿足要求時，為了控制沉降值滿足規范要求，可以設置穿過軟土層進入壓縮模量相對較大的土層疏布置摩擦型樁。承載力計算時，可以考慮承臺和樁的各自作用，即布置樁和承臺時荷載由承臺和樁共同承擔。疏樁基礎的沉降量為地基土承擔荷載引起的沉降量和樁基承擔荷載引起的沉降量之和。和的計算方法可分別參照一般天然地基淺基礎與一般樁基礎的沉降計算方法，計算時可以不考慮樁身壓縮的影響。

3 研究成果和設計建議

樁的承載力一般由樁端承載力形成的端阻和樁身與土的摩擦形成的側阻疊加而成，對于低承臺樁，承臺與土必然接觸，土對承臺必然有承載力。研究表明，樁基和承臺土對于承載力一直起著共同承擔作用，對于有側阻的樁，當承臺底部土質承載力相同時，承臺土分擔的荷載比例隨著承臺寬度與樁長比值的變化而變化，在比值較小階段，承臺土分擔承載力比例隨著承臺寬度與樁長比值加大上升較快，比值到達一定數字后，承臺土分擔承載力比例上升明顯變慢。說明，承臺寬度與樁長比值有一個最佳值能夠使得承臺土承載力比例處于最佳狀態。對于樁端有承載力很大且埋深較淺的土層，而上部土層承載力很小時，此時樁的端阻占絕對主導地位，為了減少工程造價，可以直接采用小樁距布樁法，承臺較小，不按照復合樁基設計，所有荷載由樁承擔，沉降計算一般情況下滿足規范要求。當樁長較長且側阻在樁承載力中所占比值較高時應進行方案比較分析，對于單承臺下多余3根樁的情況，一種方法是不按照復合樁基設計，采用小樁距，所有承載力由樁承擔，沉降計算時不考慮承臺下土的作用，此時，承臺較小。另一種方案時按照復合樁基設計，沉降計算時考慮承臺下土的作用，承載力計算時可按照具體工程情況是否考慮承臺下土的作用。從復合群樁基礎受力特性來看，樁基的優化設計的目標是樁的布置滿足承載力和沉降值要求，通過合理的樁基布置方案，使得樁基和承臺的綜合造價最優。