浅议复合地基中的桩型选择

摘要：复合地基作为地基处理的一种有效方式，已广泛应用于建筑、交通、铁道、水利、市政等土木工程。本文首先分别介绍复合地基中各类桩型的作用机理及特点，并结合相关工程实践对桩型的选择及应用范围进行了探讨。

关键词：地基处理 复合地基桩型选择

中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：

一、复合地基的定义：

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，加固区是由基体（天然地基土体或被改良的天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基。在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。

二、复合地基中桩型的分类

复合地基加固区是由桩体和基体两部分组成，是非均质和各向异性的，该特点使复合地基区别于天然地基。在复合地基中，桩的作用是主要的，而地基处理中桩的类型较多，性能变化较大。为此，可根据桩体所采用的材料以及成桩后桩体的强度（或刚度）来进行分类。一般分为柔性桩复合地基和半刚性桩复合地基，刚性桩复合地基四种。柔性桩―散体材料类桩，其与桩身材料的密实度有关，代表桩型有碎石桩、灰土桩；半刚性桩―水泥土类桩，代表桩型有水泥土桩，其与水泥的掺入比有关；刚性桩―混凝土类桩，代表桩型由CFG桩，其与砼的强度等级有关。

三、复合地基中桩的作用机理及破坏模式

由于复合地基理论的最基本的假设为桩与桩间土的共同承担上部荷载，协调变形。由桩与桩间土组成的复合层可起到类似垫层的换土、均匀地基应力、增大应力扩散角的作用。从这点看复合地基与天然地基同属地基范畴。此外，复合地基与桩基虽然都是采用以桩的形式处理地基，但桩基属于基础范畴，切不可混为一谈。

1、复合地基的作用机理与破坏模式

各种复合地基除了可提高地基的承载力和整体刚度外，还可提高土体的抗剪强度，增加土坡的抗滑能力。目前在国内的深层搅拌桩、粉体喷搅桩和砂桩等以被广泛地用于高速公路等路基或路堤的加固，这都利用了复合地基中桩体的加筋作用。

复合地基中，桩体破坏模式可分为：刺入破坏、鼓胀破坏、整体剪切破坏和滑动破坏。复合地基发生何种破坏模式，与复合地基的桩型，桩身强度，土层条件，荷载形式及复合地基上基础结构的形式有关。对于不同的桩型，有不同的破坏模式。对于同一桩型，当其桩身强度不同时，也会有不同的破坏模式。

2、柔性桩在复合地基中的作用机理与特点

柔性桩复合地基主要通过桩体的置换作用来提高地基的承载力的。柔性桩复合地基的施工工艺不同，其效应也不同。有些情况下对桩周土有胶结作用、挤密作用，这些效应可以在一定程度上上提高地基承载力。由于柔性桩的可压缩，故柔性桩承载力的发挥先要经历桩身逐段压密，侧阻力逐渐发挥后端承力才开始发挥作用。其中柔性桩的侧阻力决定桩的承载力。

3．刚性桩在复合地基中的作用机理与特点

刚性桩是依靠桩周摩阻力和桩端端阻力将作用在桩体上的荷载传递给地基土的。在刚性桩复合地基中，荷载通过褥垫层一部分通过桩体传递给地基土体，一部分直接传递给地基土体。在刚性桩复合地基中桩体与桩间土直接同时承担荷载的。由于刚性桩体的强度较桩间土为大，在刚性基础等量变形时，地基中的应力将按材料的模量进行分布，在桩体上产生应力集中现象，大部分荷载由桩体承担，桩间土上应力减少。随着桩体刚度的增加，这种现象愈加明显。为保证复合地基中桩体和桩间土在荷载作用下能够共同承担荷载，复合地基中桩体采用刚性桩时应选用摩擦型桩。

四、复合地基承载力计算

选定处理办法及桩型后，复合地基设计应进行承载力计算。

1、对柔性桩复合地基特承载力征值fspk可采用下式计算

式中： fspk--复合地基承载力特征值,kPa；

fpk--桩体承载力特征值（kPa），宜通过单桩载荷试验确定；

fsk--处理后桩间土承载力特征值（kPa），宜按当地经验取值，如无经验，可取天然地基承载力特征值,kPa；

m--复合地基桩土面积置换率置换率；

β--桩间土承载力折减系数，对摩擦型桩取β =0.5~0.9，对摩擦支承型桩取β =0.1~0.4。

例如：水泥土搅拌桩，采用变形复合法

2、对刚性桩复合地基承载力特征值fspk

式中 fspk一复合地基承载力特征值（kPa）；

fsk一处理后桩间土承载力特征值，宜按当地经验取值，如无经验，可取天然地基承载力特征值,kPa；

m一复合地基桩土面积置换率置换率；

Ap－为桩体横截面积（m2）；

Ra—单桩承载力特征值（kN）；

β—桩间土承载力折减系数，=0.75~0.95，天然地基承载力较高时取大值。

例如：CFG桩复合地基，变形复合法

除进行上述承载力计算外还需进行沉降计算（一般采用分层总和法，限于篇幅，计算方法略），对位于坡地、岸边的复合地基还应进行稳定分析。

五、复合地基中桩的施工方法及应用范围

1、碎石桩法：碎石桩、砂桩和砂石桩总称为砂石桩，是指采用振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石、砂或砂石挤压入已成的孔中，形成砂石所构成的密实桩体，并和原桩周土组成复合地基的地基处理方法。

砂石桩适用于挤密松散砂土、粉土、粘性土、素填土、杂填土地基。对饱和粘土地基上对变形控制要求不严的工程也可采用砂石桩置换。砂石桩也可用于处理可液化地基。

2、土挤密桩和灰土挤密桩法：土挤密桩或灰土挤密桩是指利用横向挤压成孔设备，使桩间土得以挤密。用素土或灰土填入桩孔内分层夯实形成土桩或灰土桩，并与桩间土组成复合地基的地基处理方法。

土（或灰土）挤密桩适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素填土和杂填土等地基，可处理地基的深度为5~15m。当以消除地基土的湿陷性为主要目的时，宜选用土挤密桩法。当以提高地基土的承载力或增强水稳性为主要目的时，宜选用灰土挤密桩法。当地基土的含水量大于24%，饱和度大于65%时，不宜选用土挤密桩法和灰土挤密桩法。

3、夯实水泥土桩法

夯实水泥土桩法是指将水泥和土按设计的比例拌和均匀，在孔内夯实至设计要求的密实度而形成的加固体，并与桩间土组成复合地基的处理方法。

由于施工机械的限制，夯实水泥土桩法适用于处理地下水位以上的粉土、素填土、杂填土、粘性土等地基。处理深度不宜超过10m。

4、水泥粉煤灰碎石桩（CFG）法

水泥粉煤灰碎石桩（CFG）法，是指由水泥、粉煤灰、石屑或砂等混合料加水拌和形成高粘结强度桩，并由桩、桩间土和褥垫层一起组成复合地基的地基处理方法。

水泥粉煤灰碎石桩（CFG桩）法适用于处理粘性土、粉土、砂土和已自重固结的素填土等地基。对淤泥质土应按地区经验或通过现场试验确定其适用性。

六、结论

复合地基作为地基处理的一种有效方式，其桩型的选择与确定需要综合考虑各种影响因素，如上部建筑物的特征、刚度、结构受力体系，荷载大小、分布和种类，基础类型、布置和埋深，基底压力、地基土的类别、天然地基承载力、加固深度，施工场地、工期、技术条件、设备状况和经济指标等。在工程实践中，施工中还要同时需考虑对邻近建筑物可能产生的影响、占地大小、材料来源、施工队伍人员素质等。