多桩型复合地基设计计算方法二

多桩型复合地基设计计算方法探讨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）式中恢1茶—动桩间土承胡载力提高抬系数，与具土性和主环控桩成桩梯工艺以及甘主控桩的浓桩径、桩参距等有关卫。对非挤纽土成桩工港艺，软1粒＝菊1只；抱1供—阶桩间土承辰载力发挥奇系数，一淡般烦1黑≤夹1赤。夸基础下辅客桩的断面抹面积为辟A太p2家，平均面闪积置换率哲为础m皂2条，单桩承次载力特征糠值为使R宫a2粥。辅桩与教承载力特筐征值为枯f幕spk1凤的等效天惩然地基复胡合后的承脏载力即为梢多桩型复谎合地基承记载力，即出庙趣(2贯)式中正f侦spk森—拐多桩型复萄合地基承赛载力特征恋值；抖2喊—钱桩间土承融载力提高术系数，与蚕土性和辅悄桩成桩工驶艺以及辅柴桩的桩径季、桩距等塌有关。对效非挤土成案桩工艺，较2状＝活1幕；雪2办—摔桩间土承债载力发挥授系数，一墙般奉2确≤脖1某。弄3凤缓复合地基群的复合模丹量拉复合模量爬表征的是联复合土体匙抵抗变形播的能力。趟由于复合勾地基是由股土和增强躁体（桩）盆组成，故词复合模量心与土的模炉量和桩的麦模量密切销相关。缓这里所述鞋土的模量宿是指土的格压缩模量计，桩的模鉴量竖是反映桩光抵抗变形不能力大小轨的量。既桩与土形捞成的复合槐模量在使绩用上可理草解为复合径土体的压婆缩模量。耐并可用于帽按单向分滴层总和法恩计算复合域地基的变家形。制3.章1枕单一桩型茶复合地基移的复合模俭量爬许多文献绳都用桩和元土的模量骆的叠加来康表达复合活地基的复寒合模量，糕其表达式僵为座形药胡抗（刚3产）式中妇E骂sp员—甚复合地基饲的复合模然量；倒—垃面积置换拘率；诞E祸s旅—界加固后桩赶间土的压歪缩模量；雷E霞p肢—缎桩体的压第缩模量。奸需要指出牧的是，常（葱3依）式在特雷定的条件吊下才成立御，即：躲（想1枣）复合地加基上的基泡础无限大恨，且绝对尿刚性；暮（饼2烫）桩端落绵在坚硬的筹土层上，钟桩没有向愈下的刺入丑变形；经（续3徒）桩丝长祖L覆是有限的删。艺上述的特扩定条件在焰工程中是董少见的，临因此式厉（姜3继）中用桩傅体材料本枕身的压缩战模量将会扔产生很大供的误差。坟比如，对滋中高粘结看强度桩，测两个复合馒地基中的让桩体材料女相同（堡E测p扶相同），今桩长不同才，桩长范阅围内的土事的压缩模杀量感E挂s渠相同，面桃积置换率极相同，按念（顿3材）式求得妙两个复合坛地基的复志合模量是皇相同的。呢实际上，蛮桩越长复咏合模量越碑高。而辜（夸3栋）式没有文反映出桩且长效应。放类似地，握桩体材料休相同（兵E手p瞧相同），男桩长相同禽，桩长范缓围内的土侨的压缩模夜量筋E绣s究相同，面变积置换率厕相同的两个个复合地痛基，一个浪桩端落在康坚硬土层在上，一个筐桩端落在崇软土层上撇，按伐（培3失）式求得设的复合模豆量也是相掘同的。实膀际上，桩挤端落在坚狡硬土层上芝的复合地围基的复合顽模量要高久。而钻（育3随）式没有枪反映出桩泥的端阻效染应。炒又如参考丰文献纳（捎1旬）的资料始，奸CF兽G遵桩复合地刮基桩的面完积置换率氏m铲＝愉0.06孤4挣，天然地晌基土的压牲缩模量宽E牵s筹＝阅3MP扁a共，桩身模碍量览E炭p尊＝甚8750虽MP络a罩，按声（腿3如）式求得每的复合模性量熔E寄sp溜＝烤562.市8Mp撒a怖。基底压愧力姻为匀120k检P革a醉时计算出旬的复合土袖层及下卧监层总变形埋量不市到哭1m况m衔，而实际胖为舞25m若m隔。显然用裙桩体模量聚按棋（权3唤）式求得绿的复合模洽量偏大太暗多。获下面将重技点讨论一倒下桩模量待的物理意萍义，以便汉合理确定做复合地基顷的复合模违量。街建筑物荷早载脚P昨通过基础筛将荷载传趟到桩和桩拳间土上，如桩顶应力杯为星σ孔p肺，桩间土碌平均应力秘为决σ谦s菜。桩在荷凡载作用下筋，桩顶产分生竖向位麻移艺S五，且姐S盟由两部分即组成，其刊一是桩体举本身的压孔缩变形量码S韵c饲，其二是间桩克服土乔的侧阻和蹈端阻产生遇的刚体位充移量摧S朽s朵，即车S仇＝宇S枣c束＋嘉S汤s也。桩的模送量应是桩祥顶应力与皇桩的相对耽变形之比呼。这个相厌对变形量爱既包含桩锄本身的压蜜缩量叠S胀c嫩也包含桩丝顶刚性位能移量呈S养s堡。或者说评桩抵抗变诊形的能力计由两部分狸组成，一晚部分是桩狱体本身抵讽抗变形的配能力，另色一部分是齐桩侧和桩咏端土抵抗焰变形的能糊力。对桩析的模量起佣控制作用盯的是桩体妄本身还是贡桩侧及桩迟端土，主碗要取决于圈桩身材料职的性质。罚对于由散纠体材料构新成的桩（墓如碎石桩乞、砂石桩诞）和一般林粘结强度慈的桩（如泛石灰桩）使，笑S松c抛和母S昌s壁在桩顶总纯位移量伪S现中的比例锈都是不可午忽略的。傻桩的模量震既取决于藏桩体本身铃抵抗变形乓的能力，掀也取决于摩桩侧、桩缎端土的作是用。蝴对于刚性贯桩复合地讨基（疾如炒CF游G们桩），桩惭身模量很屿高。在工佛程中常遇狼到的荷载橡水平下，关S挖c总可近似等昏于秃0梯，既辱S容＝腹S朵s优。这时对吼桩的模量轮起控制作辩用的不是宵桩体本身导，而是桩豆侧、桩端活土。或者幸说刚性桩登复合地基收的模量主佣要是桩的纪几何尺寸锡和土的性辅质的反映净。赤由以上讨呀论可知，占（蛋3虏）式中纸E尘p确用桩体压前缩模量计材算复合地糊基复合模滋量是不妥作的，且桩田体强度越诵高误差越劲大。（即崭将颁布的该新地基处主理规范中掏，旋喷桩雅复合地基胆复合模量棕公式已经分取消）好工程中直号接测定桩最的模量是段困难的。称参考文献纱（蓝1棒）、纽（大2既）、炊（路3盗）根据桩必土荷载分沉担比与桩起土模量相群关，用土号的模量的跪某个倍数谣来表征桩找的模量，盒建议了一虫个复合模患量表达式恐。当荷载猾接近或达汉到复合地骨基承载力贫时，假定双：祥（裕1妇）桩土应开力比等于呆桩土模量天比，即捏E锯p挑/味E圾s息′洋＝熔n愧（猎E毁s现′秘为加固后尾桩间土模够量，完n恨为桩土应慰力比）；盾（涌2著）加固后背桩间土模秤量泰E同s缓′紫是加固前陪天然地基肚模量冰E辈s松的盟倍，即么E站s叔′址＝篇E将s围。眯为桩间土左承载力提引高系数；惰（裁3赚）复合模馅量按下式楼组合：恳息桶（揭4刘）碧令苍，上式为听造廉样徒趁（季5节）啦又复合地浩基承载力飞表达式为忆亩六危茶（转6局）（7）叮ξ栽既是承载话力提高系第数，也是小模量提高肺系数。工承程中，根射据地质报艺告提供的坛天然地基罚承载力泊f归ak都和压缩模木量赛E彼s蚁，加固后假测得复合替地基承载仇力后便可叙求得模量杀提高系数离ξ头＝温f赔spk挨/f忧ak杠，则复合涝模量按兽（分5爸）式求得配。济3.2偿拨多桩型复楚合地基的强复合模量但下面仍以好两种桩型罚为例，给欣出多桩型虫复合地基惹复合模量仙的确定方川法。基本茅思路为：年按单一桩祥型复合地寿基复合模城量确定方私法求得天疼然地基和阿主控桩所弓形成复合友地基的复松合模量，陶并将之视菠为一等效猎天然地基桂；住同样按单改一桩型复哪合地基确卫定方法，钱求得等效谣天然地基颈和辅桩形变成的复合粱地基的复异合模量即弦为多桩型晒复合地基坑的复合模胀量。具体就求法如下衬：润图遍1帜鲁多桩型复欲合地基示礼意图被Fig.抬1M况ulti术-typ志e宫-pil正eco恼mpos号ite斤subg纽rade欺(1毁)传确定主控隆桩和天然鞋地基土形屑成的复合摇模量睛图递1偶给出了两肆种桩型（雄或长短桩环）的复合草地基。主亡控桩桩长干为泡L衬1装，辅桩桩女长怪为贯L璃2语。罗L撑2统范围为加裳固隔区恼Ⅰ洽，迷（虎L址1彼－押L份2尾）范围为月加固慨区横Ⅱ律。虎L稀1任以下为非慢加固区。饼计算深度哗范围内共抵分五个土球层，各层浴天然地基昂土压缩模队量分别为邪E码s1饺，绳E纷s2阿，命E移s3帆，货E工s4洪，广E猎s5羡，如遮图析2(a捧)玉。想主控桩和返天然地基植形成复合痒地基后的焦面积置换束率为找m淡1浊，乘第兆①证层土天然较地基承载证力特征值苏为弟f尾ak鸦，主控桩夜加固后复咐合地基承秩载力特征据值为得f赠sp微k1筋，模量提娘高系数络ξ滤1貌=努f伤sp腾k1脏/广f膏ak仗，主控桩榜桩溜长笋L热1匪范围内各酷层土的压券缩模量均焰乘以发ξ禽1洞，各层土厨模量如权图页2(c挡)屿所示。并寸将之视为茄一新的等照效天然地奸基。劳(2驰)夺确定多桩繁型复合地辽基的复合堂模量炼桩长挥为闲L桶2情的辅桩和音图兰2(c策)懂所示的等仅效天然地泄基形成新扭的复合地请基，如古图勺2(d衫)路所示。复北合地基面毯积置换率城为壤m饺2祥(当计算耗m膨2纠时不考虑乳主控桩的尸存壤在辉)改。复合地裹基承载力纹特征值为甘f哥sp春k与，则桩订长用L苹2沾范围内模男量提高系撇数为鲁2标=讽f乔sp嚼k项/斩f年sp庙k1梅。覆将虑L贝2偿范围内雀图黑2(c笋)绍所示各层抗土的模量折均乘以霉2杆得加固后理各土层的塘模量如报图山2(e勤)报所示。承图虏2(a呼)令天然地基绿各土层压捧缩模量壶Fig女2(a)朽The磨mod灿ulus腰of沸comp麻ress县ibil描ity腾ine走ach毛stra秩tum她图厅2(b惭)意主控桩和跃天然地基烤形成的复蠢合地基警Fig美2(b)笛The笨mad桑eco现mpos霜ite抛subg蒸rade碰fro芦mma毙jor-序pile欲and英natu甚ral牙subg府rade揭图丽2(c扰)炒等效天然两地基各土遗层模量挡Fig范2(c)扭The拦mod造ulus防of订comp比ress炮ibil输ity彻ine栽ach批equi用vale婆ntn专atur奥al扎subg鞠rade防图糊2(d充)专辅桩与等唤效天然地住基形成的振复合地基判Fig枯2(b)软The毙mad君eco栏mpos固ite甘subg践rade暂fro蕉mmi众nor-佩pile砍and逗equ刊ival揭ent防natu穴ral哀subg倦rade蠢图驱2(e钩)期多桩型复殿合地基各鸡土层模量稍Fig宏2(e)娱The扭mod彩ulus叛of史comp身ress孤ibil染ity宵inm尤ulti捧-typ渣e络-pil基eco盯mpos膝ite盆subg被rade旺注意到茄，令醋，萄则加固节区拜Ⅰ张范围内模名量提高系伴数扔。加固康区爬Ⅱ母的模量提针高系数为炉1乒，非加固六区模量不破变。钟两种桩型蜜以上的复带合地基模廉量可以此宽类推。很4遗奔多桩型复请合地基变挑形计算杏复合地基骨属地基范款畴，沿用敌《建筑地处基基础设问计规范》捎变形计算螺方法，既骄可以利用非我国几十称年来积累沾的工程经顺验，又可阳使计算方主法简单，排便于技术恶人员掌握滴。烟为讨论方咐便，仍首剂先给出两之种桩型复雹合地基变饰形计算方捉法，并以忽此类推。寻其基本步旗骤为：歇1.拔按各向同碧性均质线粒性变形体铜理论求附珠加应力。死2.蛙求如叨图筐1守所示加固图区加Ⅰ圆和加固沿区线Ⅱ蝴模量提高假系数取和虏，得到如崇图丘2(e钓)裁所示得等哨效天然地帅基。等效宰天然地基蹦分层与原宁天然地基石相同，各晋分层的模贴量分别为喷：并加固扬区忌Ⅰ鸡：各分层财模量等于帅原天然地街基各分层症模量乘以月η屠；拐加固山区掏Ⅱ稳：各分层俊模量等于倡原天然地劈基各分层奉模量乘洁以熊ξ朽1怖；续非加固区铜：各分层信模量与原驳天然地基谋各分层模裙量相同。踪3.辛按《建筑代地基基础走设计规范被》万GB50闷007-舰200禾2禽计算孤图学2(e童)睬所示天然祝地基的最宣终变形量壶，即为多勉桩型复合锯地基变形约。地基变珍形计算深臣度必须大边于复合土任层厚度，纳并满足《捕建筑地基夜基础设计蛙规范平》耍GB50忌007-扁200恒2纤地基变形欠计算深度炕的有关规渡定。其中没沉降经验醉系数艘s友可根据地殿区经验确摆定，无地附区经验时蹈可采用提表诊1艰的数值。稿表症1冈山沉降经验远系数妙ψ对s货Tabl庄e1摊E评xper崖ient括ialc叮oeff腔icie临nt鸽of讲s装ettl柿emen脱t中s结2.5白4.0哈7.0绣15钞20围1.1晃1.0明0.7局0.4港0.2本为令图滨2(e昏)将等效天然革地基计算迫深度范围思内压缩模动量当量值执。拖5危湖工程实例舟某工程位系于北京朝丧阳区，该免建筑地忽上合2察2泪层地锻下吸2孩层，剪力易墙结构、逮箱型基础败。基础埋然深阅4.46指m忙，基底压悟力标准值逆为仗370k问N/m盖2朝，设计除弦满足承载量力要求外待，还要求志建筑物变赚形不大柿于迁50m帜m逢、倾斜不晒大影于包0.00慌2格。地基土滩物理力学宪指标如鬼表陪2源所示。已本工程采砌用多桩型城复合地基年。辅桩为炕桩杯径冶400m哀m派的口CF程G迎桩，桩裤长础6.2~卵7.2讽m毕，桩端进笨入稠③餐层中、细桃砂，桩身第强度等级获为备C1沿5迎。采用振辱动沉管打继桩机施工牵，目的是户用振动成启桩工艺加门固基底下隔面的填土疤。聪主控桩为音桩泛径羽400m捏m桑、桩捡长士18~1团8.5西m难的判CF糊G释桩，桩身进强度等级匪为延C2鞋0咽，桩端进握入同⑥齐层中、细胁砂。采用痰长螺旋钻畜管内泵压域混合料成捕桩工艺。惊施工时，艇先打沉连管穷CF己G雪桩，后打纠长螺旋钻樱管内泵乱压鉴CF我G底桩。牌施工后经亚现场静载义试验得：腾R城a1研=证650井k脖N匀，武R械a幸2持=涝190拦k岸N剧基础底面随下填土承腹载力和压楚缩模量经挽验值分别排为哥f价ak凉=90k睡P口a效，鼠E奥s繁=4MP括a狸。主控桩寇与天然地词基形成的的复合地基椒承载力特辞征值抄f景spk1羊=330圾kPa作，长短桩流复合地基涌承载力特杨征值当f红spk号=告428尽kPa登。求得加昼固吨区责Ⅰ隆的模量提歇高系数为在=径1携2反=428娱/90=锅4.7盆6带，加固进区营Ⅱ氧的模量提疯高系数为惧1克=33碰0/90贼=3.6赴7讯。颈按因(8红)捏式计算的讽复合地基解变形量杂为沙35.7澡m累m锋。沉降观扰测表明，查建筑物封障顶时建筑拖物沉降量误为壶13.扒4段～套20m免m阳，根据北挡京地区经知验，封顶佩时沉降量蓬为最终沉让降量秘的绞5咸0顺～软7段0效％，该建吨筑物最终牲沉降量堆为邮3量0费～栏40m牵m责，与计算课结果相吻默合。6结语丝从工程实报用角度出铃发，本文社建议的多煤桩型复合棍地基承载男力和变形门计算方法坊，已被较仙多的工程税实例证实虫是可行的村。或不少地质伞条件，采灰用多桩型谅复合地基脱，具有良斗好的技术碎、经济效那益。国进一步认篮识多桩型推复合地基挖承载和变气形特性，玻除了机理启研究之外仿，尚需要赔积累更多祥工程实例扯，特别是挡完整的沉冻降观测资蚁料，使设硬计计算方宣法不断完闷善和优化闭。石参考