复合桩基设计与沉降分析

摘要：本文重点阐述了复合桩基设计与沉降分析，强调了其设计理念以及设计基础，并针对多种因素情况下其设计带来的沉降因素水平分析，希望通过本文的阐述，大家能对此有一个系统的了解。

关键词：复合 桩基 沉降 因素

前言：复合桩基基于桩和承台下桩间同承载的理念，可减少桩数，改善桩基结构受力。差异沉降控制作为减少基础沉降对上部结构影响、优化基础结构设计的重要手段，但对复合桩基差异沉降控制的方法并不明确，因此研究复合桩基差异沉降具有很大的理论价值和工程实用意义。

现行桩基础设计规范中，要求桩基础设计须由桩承担所有上部结构荷载，承台下地基土的作用，仅在群桩效应中计入。将承台下地基土承担的荷载，计入桩的承载力，显然这样一种处理方法，在理论上是含混不清的。明确提出了减少沉降的桩的概念；黄绍铭、裴捷在分析桩与承台共同作用的基础上，提出了减少沉降量桩基设计思想121，并进一步发展为按沉降量控制的复合桩基设计方法，在上海地区得到了大规模应用；管自立将“疏桩基础”的设计思想应用于实际工程，取得了良好的效果：宰金氓6l]利用广义剪切位移法分析桩与地基的共同作用，提出桩土明确分担荷载的复合桩基理论，建议在总体安全度大于2和总沉降小于容许沉降的双重控制下，近似按单桩极限承载力设计桩基础，充分发挥地基土和桩的承载潜力；杨敏提出了按变形控制设计桩基础的思想。不论复合桩基、控制沉降桩基还是疏桩基础概念，本质上都是充分利用承台下地基土的承载潜力，根据承台结构一桩一土的非线性共同作用，达到提高基础的整体承载力，或减少、控制基础的沉降目的，是承台结构一桩一土的非线性共同工作相互关联的两

对软弱土地基上采用桩基础的建筑物，其天然承载力可以满足要求但是沉降过大的情况。传统的桩基设计理念，不考虑了桩间土的承载力，全部由桩承担荷载，而复合桩基利用大桩距下塑性支承桩理论，荷载由基桩和承台底土体共同承担，在承载力和变形的双重控制下进行设计，节约了基础造价。论文在总结分析已有研究理论的基础上，对复合桩基设计中的关键因素差异沉降进行了研究。在上部结构-基础-地基共同作用分析的基础上，采用桩基支承刚度的调整方法对差异沉降进行研究。利用ANSYS数值模拟结合正交实验方法对复合桩基差异沉降影响因素进行研究，得出主要结论如下：

（1）对于单桩沉降与荷载、桩长、桩径、土体压缩模量、有无承台及承台板宽度之间的关系，其中增加桩长、土体压缩模量对减小单桩沉降影响较大，增设承台可以提高单桩承载力，并且单桩承载力随承台板宽度的增大而增大。参数变化存在一定影响范围，超出该范围后对沉降的影响效果不再明显，因此各参数选取时不宜盲目增大。

（2）对桩数3x3复合桩基有限元模型进行单因素实验，分别研究了单因素（荷载、桩长、桩径、桩间距、桩径及土体压缩模量等参数）变化对复合桩基工作性状的影响，得出了基础的差异沉降、桩-土荷载分担比以及桩顶反力的特点及变化规律，得到了一些有益的结论。其中荷载的增加对群桩差异沉降影响呈比例增加，桩基荷载分担比也逐渐增大。增加桩长、桩径均可减小差异沉降，桩长增加对沉降影响显著，桩径增加对承载力影响显著。桩间距增大，土体荷载分担比增大，差异沉降也增加较明显。土体压缩模量增大，土体荷载分担比增大，差异沉降变小。承台板厚度增加，差异沉降呈现减小的趋势，变化较大。

（3）对变中间桩长及变桩长变桩距组合的模拟分析，可以得出：差异沉降随着中间桩长的增加而降低，但是增加到1.5倍桩长时，沉降变化开始变缓，说明存在一个最佳桩长用来控制差异沉降。桩长的增加一定要与桩间距相适应，不能盲目增加桩长导致大桩距情况下差异沉降增大。

（4）根据单因素实验结果，选取桩长、桩距及承台板厚度进行三因素三水平下的正交实验。通过对差异沉降的极差分析，得到了三因素重要性排序，即桩距影响最大，承台板厚度次之，桩长影响最小。找出针对文中模型差异沉降最小的各因素水平组合。并

2多因素多水平下对差异沉降影响分析

通过单因素实验下差异沉降的分析及刚度调整时差异沉降的分析，可以找到对沉降控制影响较大的因素及较好水平。但是对于差异沉降较优组合的选择仍然不能确定，是否为各因素的好水平加在一起？理论分析上，各影响因素假如都不会受到其他因素水平变动的影响，则把各影响因素较优水平组合，应该是差异沉降最小的较优组合。然而真正实验过程中，确定差异沉降较优组合时，还需要分析其各影响因素的重要性顺序，以期能够找到差异沉降控制的最优组合。

2.1正交实验方案设计

根据单因素实验的分析，选取对差异沉降影响较大因素进行正交实验模拟。本次设计为三因素三水平正交实验。三因素分别为：A桩长；B桩距；C承台板厚度，三水平分别为桩长（8rn、10m、12m），桩距（5d、6d、7d），承台板厚度（0.5m、0.8m、12m），因素水平表见表1。

可以看出三因素三水平的全面试验水组合数为3x3=27。三因素三水平实验的均衡分散立体图如图1。

正交试验设计对于实验因素的安排非常重要。在正交表的排列时，暂不考虑各因素的交互作用[59]。根据上文选取试验点得出试验因素水平表如表3。

通过对9种方案的数值模拟，得到正交试验的计算结果。首先，我们对实验结果做极差分析，极差分析在分析一个影响因素时，假设其余因素对实验结果的影响一致。各因素对差异沉降的影响从大到小的排序。哪一因素的极差最大，表示该因素在试验水平内变化时，使差异沉降数值的变化最大。根据极差分析结果可以列出控制差异沉降的主要因素，及较优因素水平组合。因此可知根据正交实验方案选择最优组合的方法是比较可靠的。

参考文献：

[1]宰金珉，宰金璋.高层建筑基础分析勾设计[M].北京：中国建筑I：业出版社，1994.

[2]刘利民，舒翔'熊巨华.桩基丨二程的理论进展与课程实践[M].北京：中国建材I：业出版社，2002.9.

[3]宰金瑕.复合桩基理论与应用[M].知识产权出版社，中国水利水电出版社，2004：198-214.

[4]董建国，赵锡宏.高层建筑地基基础[M].上海：同济大学出版社，1997.