长短桩复合地基计算方法及应用分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 长短桩复合地基计算方法及应用分 析 摘要：本文主要论述了复合地基 中长短桩复合地基的主要计算方法，并 通过实例进行了简要分析和说明。 中国论文网 /2/view-12796761.htm 关键词：长短桩；复合地基；计 算方法 Abstract: This paper mainly discusses the composite foundation with long short pile composite foundation the main calculation methods, and through examples are briefly analyzed and illustrated. Key words: length of pile; composite foundation; calculation method -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中图分类号：TU433 文献标识码： A 文章编号： 一、复合地基及组成 当天然地基不能满足建(构)筑物 对地基的要求时，就需对地基进行处理 或采用桩基础。这就需要使用复合地基。 复合地基是指天然地基在地基处理过程 中部分土体得到增强或被置换或在天然 地基中设置加筋材料而形成的人工地基。 加固区是由基体（天然地基土体）和增 强体两部分组成。在荷载作用下，基体 和增强体共同承担荷载。为了使复合地 基能达到提高强度、均衡应力和协调变 形的目的，复合地基由三部分组成：增 强体（桩体）+ 垫层 + 基体（桩间土) “复合”的首先是指桩体、桩间土与垫层 三者的复合，缺一不可；没有桩体和垫 层，则为天然地基；不设置垫层，桩间 土直接发挥作用，则为复合桩基；不设 置垫层，桩间土不直接发挥作用，则为 桩基。其次是指不同刚度桩体的复合， 如刚性桩与柔性桩的复合1。第三为不 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 同长度桩体的复合。第四为不同刚度和 不同长度桩体的同时复合。 二、复合地基的计算方法分析复 合地基的设计承载力对于不同的桩体材 料和天然地基的特性，控制的承载力不 同，对于散体桩复合地基一般控制在 120150kPa 以内，对于柔性桩复合地基 一般控制在 180200kPa 以内，对于刚 性桩复合地基（包括刚柔组合的长短桩 复合地基）可以达到 300350kPa，如果 要超过这个承载力比较困难，应采取其 他基础形式。 作为复合地基的工后变形也相对 较大，一般在 3050mm，甚至 50 80mm 左右，如果建（构）筑物对变形 较为敏感，应避免设计复合地基。复合 地基与基础是共同工作的，如果基础设 计为独立基础、条形基础或筏板基础， 复合地基也应相应由基础的形状和面积 决定，但在布置复合地基的加强体时， 其复合地基的投影面积应大于基础的投 影面积2。复合地基的沉降由褥垫层、 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 加固区和下卧层三部分的沉降组成。褥 垫层可按弹性理论考虑。下卧层通常采 用分层总和法计算，不同之处在于附加 应力的计算方法不同。加固区的计算方 法主要有：复合模量法、应力修正法、 桩身压缩量法等。 1）褥垫层的变形计 算一般以 Winkler 分布弹簧来模拟垫层 作用，Winkler 模型的特征是把土体视 为一系列侧面无摩擦的土柱或彼此独立 的竖向弹簧。在厚度不超过基底短边之 半的薄压缩层中，剪应力较小，与 Winkler 模型接近。由于复合地基中的 垫层厚度一般较小，可采用 Winkler 分 布弹簧来近似模拟垫层的作用。 2）下卧层的沉降计算 下卧层沉降通常采用分层总和法 计算，不同的桩体复合地基的附加应力 计算方法不同。 散体桩复合地基，附加应力的计 算方法有 ： （1）应力扩散法，即按照弹性 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 理论，地基附加应力按一定的扩散角向 地基深处扩散；（2）等效实体法，即 将复合地基加固区作为一个等效的实体 基础，作用在下卧层的荷载面与作用在 复合地基上的一致，等效实体四周有摩 阻力分布，后由弹性理论计算出下卧层 的附加应力。 （3）改进的 Geddes 法，即将下 卧层的应力分为两部分，一部分是桩间 土引起，另外部分是桩体引起。桩间土 引起的下卧层附加应力用 Boussinesq 方法计算，桩体引起的附加应力按 Geddes 方法计算，两者的合成就为下卧 层的附加应力。柔性桩复合地基与刚性 桩复合地基中，桩体的置换效应较大， 附加荷载的计算方法与散体桩不同，主 要是采用等代实体基础法，Mindlin 解 和 Boussinesq 解的联合求解法等。 三、长短桩复合地基计算方法 1、承载力计算的半理论半经验公式法 1）直接计算法：用长桩、短桩与地基 土参数直接计算复合地基承载力，此公 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 式是利用面积加权原理推导而出。 （1） 式（1）中：fsp,k 为复合地基承 载力特征值；m1、m2 为长、短桩的置 换率；fs,k 为土体承载力特征值；AP1, AP2 为长、短桩的桩截面积；1、2 为 短桩、土体强度发挥系数；Rk1, Rk2 为 长、短桩单桩承载力特征值，其计算公 式如下： （2） 2) 复合处理法：先按计算地基处 理短桩深度的复合地基承载力，后视短 桩复合地基为长桩的“ 土体 ”，再计算长 短桩复合地基的承载力。 （3） （4） （5） 式中：fsp,k1 为长短桩复合地基 承载力特征值；fsp,k2 为短桩复合地基 承载力特征值。其他符号同以上。 2、沉降计算复合地基的沉降可 以由褥垫层、加固区和下卧层三部分的 沉降组成。褥垫层可按弹性理论考虑， 下卧层通常采用分层总和法计算。加固 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 区的计算方法有以下几种： 1）复合模 量法在常规的变形计算公式中，用各土 层的桩土复合模量代替原土层模量。采 用分层总和法计算复合地基加固区土层 压缩 s1；s1 分为两部分，工作区一和工 作区二的土层压缩 sp1 和 sp2，表达式 为： （6） Ec,1si，和 Ec,1s 为各区土层的 复合压缩模量，采用面积加权平均法计 算得来，表达式为： （7） （8） Ep1，Ep2 为长，短桩压缩模量； m1，m2 为长、短桩的置换率；Es 为土 体压缩模量。 2）应力修正法根据复合地基中 土体分担的荷载，按照土体的压缩模量， 采用分层总和法计算土层的压缩量，并 作为加固区的压缩量。 3）桩身压缩量 法则根据作用在桩体上的荷载和桩体模 量计算桩身压缩量，它和桩体上下刺入 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 量之和即为加固区的压缩量。复合地基 设计计算时，其承载力往往容易满足， 而沉降却较大，这时为了减少沉降，可 采取调整桩长和/或桩距的方法来控制。 2、理论分析方法虽然桩体复合 地基和桩基础有本质区别，但现行的桩 体复合地基理论分析仍以群桩基础分析 理论为基础。长短桩复合地基理论分析 的方法主要有弹性理论法、剪切位移法 和荷载传递法。3、有限元分析数值模 拟 复合地基中桩体 -土体 -褥垫层相互作 用复杂，此情况下数值分析有较大的优 势，可模拟复合地基的工作性状，为精 确计算和优化设计提供了平台。 复合地基通用的数值计算方法以 有限元为主，复合地基的有限元法分为 两类：第一类为传统的“ 群桩 ”有限元。 在该法中，加固区桩体和土体中分别设 置单元，为了模拟桩-土界面的相互作 用，在桩-土界面设置接触面单元，此 法的优点是能分析复合地基的承载机理， 缺点是计算参数多、影响因素不直观且 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 自由度巨大，计算将十分因难3。第二 类是复合本构有限元，该法是将加固区 视为由桩和土组成的均质各向异性的复 合材料，然后通过合理的方式建立能反 映复合地基整体特征的本构方程，再利 用有限元法求解，该法在分析群桩复合 地基划分单元时，不必考虑桩的存在， 但该法无法模拟桩-土之间的相互作用。 四、刚柔结合长短桩复合地 基计算应用实例分析某建设场地长 30.8m，宽 14.70m，拟建 9 层住宅楼， 由于地基中淤泥软土深厚，经多方案比 较采用刚柔结合的长短桩复合地基，基 础采用筏板基础，厚度 1m，筏板下设 300mm 厚碎石混砂褥垫层。 此地层结构中，浅部有一簿硬壳， 即地层（2） ，地层（4）以下也为不可 压缩地层。分析地层，认为适合以短桩 和长桩的组合形成复合地基方式。短桩 可以提高地基承载力，改良表层土体， 有利于机械施工；长桩桩端可落在地层 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 (5）上，将荷载传递深到层低压缩土体， 控制整体沉降。复合地基中，钢筋混凝 土长桩直径 450，强度20，桩长 40m，正方形布置，桩间距 2.9m，共 50 根，桩身弹性模量 Ep1= 30000MPa；水泥搅拌桩短桩直径 550， 桩长 11.5m，正方形布置，桩间距 2.9m，共 66 根，桩身弹性模量 Ep2= 360MPa。则 m1=0.01753，m2=0.03457。依公式(2) 可得长桩承载力 Rk1=896.1KN 即 5.65MPa，短桩承载力 Rk2=169.93 KN 即 0.72MPa。用直接计算法公式（1） 计算复合地基承载力，此时认为长桩极 限强度先得到发挥，1 短桩强度发挥系 数取 0.8，2 土体强度发挥系数，考虑 综合效应取 0.9。最后复合地基承载力 为 fsp,k =220.98KPa。大于基础底面压 力 212 KPa，承载力满足要求。 沉降计算时，考虑长桩桩端位于 不可压缩层，以及褥垫层的压缩性极小， 可认为满