【浅析长短桩基础工程的应用】桩基础工程

【浅析长短桩基础工程的应用】桩基础工程 摘要：本文首先介绍了长短桩复合地基的特点和作用机理，给出了其优化设计的方法，通过工程实例，说明了相比如传统桩基础，长短桩复合地基，能够大大减小工程造价，具有很大的工程社会效益和经济效益。 关键词：长短桩 桩基础优化设计工程应用 ：S611：A ： 近些年，长短桩复合地基处理技术也得到了越来越多的应用，在已有的工程实例中，在深厚软土地基上使用刚性和刚柔性长短桩复合地基，并且取得了很好的效益，加上现阶段土木工程的发展，可以预见，长短桩复合地基具有非常广阔的应用前景。长短桩地基处理技术的理论在进一步完善，实际工程中也在不断的总结经验。在工程实际中，它不仅能够有效地提高地基的承载能力，而且大大降低了工程造价。 1长短桩复合地基的特点及工作机理 1.1长短桩复合地基的特点 下面分别介绍刚柔性和刚性长短桩复合地基的特点： （1）刚柔性长短桩复合地基 这种地基是近些年来才逐渐被大家所重视的。由于在软土比较深厚的地区，刚性长短桩理论下的设计会造成桩数过多，桩与桩之间的距离太近，这样不仅需要较大的工程造价，对于单桩承载能力的充分发挥也是极其不利的，而刚柔性长短桩复合地基能够很好地解决这问题，它能够充分地利用桩与桩之间土壤的承载能力，恰到好处的控制地基的沉降，从而节约成本。 （2）刚性长短桩复合地基 该种复合地基的材料都是刚性桩，这在一定程度上限制了使用范围，对使用的地质条件有较高的要求，需要两层理想的桩端持力层。它将短桩、长桩、桩间土这三者结合起来，形成了三元复合地基，长桩所采用的材料为钻孔灌注桩，短桩所采用的材料为预应力薄壁管桩。长桩能够有效地承受荷载，将压缩层的变形降到最低，短桩是长桩辅助，它没有直接的利用桩间土的承载，而是在短桩的基础上，利用桩间土的深层承载力来补偿承载力。 1.2长短桩复合地基的工作机理 周所周知，桩和桩间土在地基承受垂直荷载的情况下会发生相应的形变，由于桩的模量大于土的模量，所以桩的变形要小于土的变形，因此为了能够在变形的过程中，桩依然可以向上刺入褥垫层，在基础的下面铺设一定厚度的褥垫层，这样一来，褥垫层可以不断调整桩与桩间土之间的应力分布，使得在任何一种荷载情况下，桩和桩间土都能够协同工作。相比如单一的长桩和短桩，长短桩采用的分布方式是长桩和短桩间隔布置，加固的桩间土处于三向应力的状态，也能够使得天然土积极的参与工作。在竖向上，长短桩复合地基能够有效利用桩的工作长度，将长桩设计成刚性桩，短桩设计成柔性桩，从而人为地构成了3层地基。第一刚度采用柔性桩+刚性桩+土，第二刚度采用刚性桩+土，第三刚度采用天然土。 由于天然土层表现出的外在特性是下部土层强并且上部土层弱，采用上述长短桩分布方式，在很大程度上改变了复合地基的变形场，能够起到很好的补偿效果。同时，在附加应力方面，基底所承受的附加应力是最大的，随着深度的增加，附加应力会逐渐减小，长短桩复合地基合理的刚度分配能够有效地控制地基的沉降，在附加应力较大时，地基的刚度也较大；附加应力减小时，地基的刚度也会减小。 3长短桩复合地基在实际工程中应用优化设计 对于长短桩复合地基的设计，包括很多方面：选择桩型、确定桩长和桩径、设计垫层等等。设计的原则是满足地基承载力和沉降变形，同时也要满足经济性要求。因此，长短桩复合地基的优化设计非常有必要。在设计上，要注意以下几个问题： （1）在桩型的选择上，首先要对工程地质条件进行分析，可以采用桩体强度较高的刚性桩作为长桩。为了充分利用桩体材料的承载潜能，达到较好的经济效果，尽量使桩身提供的承载力接近桩侧摩擦力和端承力。根据浅部土层的性质，可以采用散体材料或者是柔性桩作为短桩。 （2）对于长短桩桩长的选择，要根据建筑物对承载能力的要求以及土质的条件、设备等因素来确定，对于短桩应该穿透浅表的软土层，长桩在短桩的基础上，还应该考虑到沉降控制的要求，桩端恰好落在持力层上为宜。如果遇到软土层较厚的情况，设计时应该着重考虑沉降控制。 (3)可以采用下列方法确定长短桩的具体数量。首先假定短桩的数量，接着进行短桩复合地基承载力的计算，按照工程项目设计的复合地基承载力标准算出长桩的置换率，进而计算出长桩的数量，最后验算长短桩复合地基的沉降能否达到工程项目的设计要求。若是长短桩复合地基能够达到工程项目设计的沉降要求，就可以采用计算得出的长短桩的数量方案。改变短桩的假定数量，并且重复上述计算，找出可以采用的全部设计方案。综合分析这些方案的经济性，确定最佳的长短桩数量设计方案。 (4)设计褥垫层。褥垫层在长短桩复合地基中发挥着重要的作用，其有助于将桩间土与桩联合起来。褥垫层通常是散体材料，创造了长短桩的桩体向上刺入的条件，能够确保桩间土和长短桩共同承担荷载。褥垫层能够降低桩顶应力集中的程度，改善长短桩的桩体受力情况，有效发挥桩间土的承受荷载作用。褥垫层的密实程度、厚度、颗粒组成影响着它的受压流动性，因此可以通过调整褥垫层的密实程度、厚度和颗粒组成调整荷载比例。在工程实践中，根据长桩桩端土层和土层性质确定褥垫层的厚度，通常情况下褥垫层厚度应当为20-30cm。如果长桩桩端土层坚硬，或桩间距过大，就可以适当地加大褥垫层的厚度。可以采用级配砂石、碎石、粗中砂作为褥垫层的材料。 4工程应用 以温州市龙港镇的某工程为例，该工程的总建筑面积为176800m2，表1给出了该工程的土层物理力学性质，比较地基的各种处理方案有：1）短桩方案。如果选择桩型为426的沉管灌注桩和400的薄壁管桩，会使得桩型的沉降量变大；如果采用600的钻孔灌注桩，虽然可以保证施工质量，但是会大大提高工程造价，延长工期。2）长桩方案。若采用600的管桩，很容易引起桩身的倾斜，降低桩的稳定性，给安全带来了隐患；如果采用800的钻孔灌注桩，会大大提高工程造价。3）刚柔性桩复合地基。它能很好的利用桩间土的承载能力，形成三元复合型地基，在满足设计要求的同时，减少工程造价，符合实际工程的需要。 表1主要土层的物理力学性质指标 结语 长短桩复合地基能够合理的改善平面和竖向的刚度组合，从而形成一个三维的应力状态。它不仅能够提高桩间土的参与效益，同时也有效的提高了地基的强度，减少沉降，显著降低工程造价，其应用前景巨大。本文论述了长短桩复合地基的特点和作用机理以及优化设计，在现阶段，该理论和设计仍处于研究探索阶段，在目前的现行规范中，还没有对承载力及沉降计算的方法进行系统的研究，在今后的发展中，该技术也一定会越来越成熟，理论与实际得到共同进步。 _ 1 张玉成.CM长短桩复合地基的设计及应用J.建筑技术,xx,38(