摘要：将长短桩复合地基应用到高层建筑地基施工中，充分发挥刚性长桩和柔性短桩各自的优势，通过长桩将荷载传递到地基深处可增加加固区的厚度，从而控制变形，同时利用短桩来提高基底软弱土层的承载能力。鉴于此，本文将围绕长短桩复合地基的设计与检测工作，在分析复合地基相关含义、特点和作用的基础上，利用分析软件进行变形与承载力的分析计算，探究影响复合地基的因素并给出相应的优化设计建议，最后就复合地基施工质量检测提出了自己的看法，希望对控制地基变形、不均匀沉降等有所作用。关键词：长短桩；复合地基；设计和检测
1长短桩复合地基概述
1.1长短桩复合地基概念
长短桩复合地基是复合地基的主要形式，指的是将长桩和短桩结合起来形成复合地基，一般长桩使用的刚性长桩，常见的有钢筋混凝土桩、钢管桩，而短桩使用的柔性短桩，常见的有碎石桩和水泥桩。长桩的作用是控制变形和沉降问题的出现，这是因为长桩可以通过桩身将荷载传到地基深部，而短桩的一般作用是降低地基应力、提高对上部建筑物的承载能力，使地基更加牢固稳定。由于长短复合桩地基综合利用了各自的优势，因此具有广阔的发展前景，且适合用在各种地层条件的地基施工中，尤其可被用在高压缩性土层较厚的地层条件下。在具体施工时可通过对施工现场地基应力场、位移场的分析，在浅层加固区设置长桩和短桩，提高复合地基的置换率，从而提升地基承载能力，使浅层区域的地基稳定性增强。在深层加固区，利用长桩将荷载传到深处可有效降低不均匀沉降和压缩变形的问题，而利用短桩则可以降低应力，满足地基对承载力的要求。
1.2 复合地基的作用机理
首先，复合地基中桩体刚度较大，当出现上部荷载较大的情况时，应力集中在桩体，桩体可将荷载传递到桩身，桩身将上部应力传递至下部土层中，从而提高了地基的承载能力，减少沉降量。桩体越大，则控制变形的能力越强。其次，复合地基中桩间土也承担了一部分的荷载，解决了应力集中的问题，经挤压后的桩间土不仅提高了地基的承载力，也能使地基的应力得到均匀分布。最后，复合地基挤密桩间土可提高桩间土体的抗剪强度。下图1是长短桩复合地基沉降计算深度图：
图1 长短桩复合地基沉降计算深度示意图.png)
其中S=S1+S2+S3，S1、S2、S3分别是1、2、3区域的沉降计算深度量。
2长短桩复合地基优化设计思路
采用复合型地基主要目的是为提高地基的承载能力，同时减小建筑物沉降量。采用长短桩复合地基，一方面避免了因上部荷载较大时桩间土压缩模量较低而导致的应力集中问题，另一方面，短桩的设置使短桩加固区域的压缩模量提高，沉降量减少。长桩传递至深部的应力相应减少，深部的沉降量也随之减少。最后，短桩仅设置在浅部区域，主要起到提高浅层地基承载力、降低沉降量、避免应力集中的作用，具有较高的技术经济优势。在优化设计过程中，可根据上部荷载及地层情况，采用变刚度调平的设计思想，如增大/减小置换率，增大/减小桩长等方法，达到安全、质量、经济的有机结合。
3长短桩复合地基设计
3.1 工程概述
某工程属于软弱土地基，上部存在较厚的淤泥质黏土，承载力较弱。因此在进行地基施工前首先要对软土地基进行处理。在采用长短桩复合地基设计施工方法时，因为刚性桩的压缩模量较大，会引起应力过于集中而导致刚性桩遭到破坏的问题，因此可以使用柔性短桩对桩间土进行改善，本工程采用了砂石桩来增大桩间土的承载能力，减少刚性桩的应力，并和刚性长桩一起作用形成长短桩复合地基来提高整个地基的承载能力。
3.2 长短桩复合地基设计分析
利用ANSYS有限元分析软件进行不同情况下应力、变形和沉降量的计算分析，包括在不同平面布置方式下长短桩复合地基应力和变形的计算，在不同桩体压缩模量下长短桩复合地基应力和变形的计算，以及不同桩长条件下长短桩复合地基应力和变形的计算，在不同压缩模量和厚度条件下垫层在复合地基中应力和变形的计算，不同基础刚度条件下复合地基应力和变形的计算，以及各沉降量的计算，并根据计算结果求得应力和变形关系曲线，使满足沉降要求，在技术和经济性比较分析后选择可行施工方案，并验算复合地基的承载力。
通过对刚性长桩和柔性短桩复合地基沉降控制优化设计研究，提出可采用有限元软件进行计算分析，在考虑竖向荷载作用、长短桩数量、桩体压缩模量、桩长、土体压缩模量以及垫层厚度、土体压缩模量、基础刚度等的基础上得到了以下结果：
第一在相同荷载下，长桩压缩模量增大，基础沉降减小量很小，长桩桩身应力有所增大，但应力分布基本不变，说明长桩压缩模量变化对沉降影响有限。第二在相同荷载下，长桩压缩模量的增大沉降量相应减小但幅度不大，长桩和桩间土之间存在合理的桩土模量比，合适的模量比可有效降低沉降量、控制地基变形。第三桩长和长桩的置换率都是影响地基安全可靠性的重要参数，在相同荷载下，当桩长达到有效桩长之后，桩长再增加复合地基的沉降变化也很小。而长桩数量在一定范围内增加可有效降低上层的应力，减小复合地基的沉降，但是在达到一定数量后则对应力场的影响很小，沉降将趋于稳定。第四在相同荷载下，短桩长度的增加沉降量基本没变化。第五土体模量也会影响基础沉降，在土体压缩模量变大后沉降量减小，但达到一定值后沉降变化速度趋缓。第六垫层厚度的增加也可以减小刚性长桩的桩顶应力，但对沉降影响不大。此外基础刚度也是影响地基沉降的关键因素，确定合理的基础刚度范围能有效控制沉降变形问题。
4长短桩复合地基检测分析
长短桩复合地基检测内容包括对基础沉降的检测、对基底压力的监测。检测时可结合信息化技术实现在线监测和数字化数据分析与处理。在对基础沉降进行监测时，发现基础沉降随着时间的变化呈减缓趋势，各观测点的沉降速率较小且趋于稳定，说明采用长短桩复合地基形式能起到有效减少沉降的作用。在对复合地基基底压力进行监测的过程中，对桩间土和砂石桩、钢管桩的压力和基础沉降都进行了观测，并利用压力盒和应变计测量得到钢管桩和砂石桩、地基土受力随着工程进度变化的数据，并计算得出平均应力。根据试验结果分析，建筑建造初期桩间土承担的荷载较大，短桩即砂石桩承担的荷载和长桩即钢管桩承担的荷载力很小。但是随着上部建筑的建造，由于上部荷载力的加大使桩间土和砂石桩所承担的荷载比例逐渐下降，钢管桩承担的荷载越来越大。通过基底压力观测和分析，发现地基土和砂石桩的承载力得到了充分发挥，砂石桩复合地基的应力是设计标准值的70%左右。在上部结构封顶之后，钢管桩承担了大部分的新增荷载并可持续增加，而砂石桩的受力变化不大，桩间土的应力则呈现出先减小尔后又缓慢增大的趋势。总的来说，桩间土和砂石桩的应力差距不大，对砂石桩而言可通过挤密加固地基土来提高整个复合地基的承载力。
5结语
综上所述，关于长短桩复合地基的设计，从控制沉降量、减少变形的角度出发，在分析工程施工当地地质条件、现场情况等的基础上，选择合适的长短桩桩数、桩体压缩模量和桩长、垫层厚度、基础刚度等是实现设计优化的关键。而其中根据地质条件选择合适的桩数、桩长和基础刚度是设计的重中之重。此外，为保证整个长短桩复合地基的承载能力，同时又可控制沉降变形的问题，还需要采取合理的技术措施进行工程检测，加强对变形控制因素的研究，对可能会影响沉降量的因素及时控制和消除。
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论文作者:张广斌,王伟,连晨龙
论文发表刊物:《建筑实践》2019年38卷第22期
论文发表时间:2020/4/3
标签：地基论文; 应力论文; 荷载论文; 长短论文; 砂石论文; 刚度论文; 承载力论文; 《建筑实践》2019年38卷第22期论文;