长短桩复合地基浅叙

摘要：本文分析了长短桩复合地基的作用机理，探讨了长短桩复合地基与长短桩桩基础工作性能上的区别，并对长短桩复合地基的设计研究进行了总结,以促进长短桩复合地基的研究与应用。

关键词：长短桩；复合地基；作用机理；工作性能

1前言

近几十年来，各种地基处理新技术，新方法不断应用于实践，地基处理技术得到了极大的发展，其中长短桩复合地基处理技术是种较新的地基处理形式。尤其在深厚软粘土地区。遇到地基中存在两层或多层土层可作为桩端持力层的情况，在常规设计中首先考虑选择支承于浅层持力层的全短桩基础，当上部荷载较大时，可能出现承载力满足要求而沉降量过大时，如果采用全长桩基础，虽然可以满足设计要求，但大量长桩或超长桩，会使施工难度及工程投资大大增加。长短桩复合桩基础在实践中应运而生，它一般是利用刚性长桩和刚性，半刚性或柔性短桩相结合对地基进行的综合处理，并铺设柔性垫层，使长短桩-土-承台共同作用。充分发挥长桩控制变形的能力和持力层的承载能力，减少长桩数量，使施工难度和工程造价降低。长短桩复合地基主要应用在以下几个方面。

（1）、对于深厚的软弱地基，由于桩体的加入，下卧层附加应力较之未处理状况时的附加应力要大，作用在下卧层上的这种附加应力将使下卧层产生更大的压缩变形，而这种变形是软弱地基上建筑物沉降的主要原因。因此，从变形的角度考虑，全部采用长桩深入到深部较好土层则造成工程量过大，地基处理费用过高；从承载力角度考虑，选用全部短桩，未进入好的桩端持力层，易造成建筑物的沉降变形过大。

（2）、基底以下存在深浅不一两个较好的桩端持力层，如全部采用短桩，采用浅的持力层，则复合地基可能在承载力和变形均不能满足设计要求，全部采用长桩，则可能造成浪费。

（3）、对于建筑物地基存在中等，严重液化场地，为了处理场地土液化，采用短桩，为提高地基承载力和满足建物变形设计需要考虑，采用刚性桩(长桩)落到较好的桩端持力层。

（4）、对于厚填土或尚未完成自重固结的湿陷性黄土类，可采用振动沉管挤密施工工艺施工短桩，使桩间土挤密，再利用长桩提高复合地基的承载力。

2长短桩复合地基的作用机理

长短桩复合地基因长桩和短桩的间作设置，在地基中形成如图1所示的工作区域，即:以提高承载力为主的长，短桩联合工作区(I区)，以减小沉降量为目的的长桩工作区(II区)，承受桩体荷载的持力层或无桩工作区(III区)，三者共同工作，以提高浅层地基承载力，减少地基沉降量，形成良好的长短桩复合地基。长桩，短桩发挥不同的作用。

（1）、长桩作用机理：

在长短桩复合地基中，长桩的主要作用是提高承载力，控制沉降，它将荷载通过桩身向地基深处传递，减小压缩层(II区)的附加应力，减少该层压缩量，进而减少整个地基的沉降量，与管自立提出的减沉桩基的概念非常相似，长桩同时对柔性短桩起到”护桩”作用，并于短桩一起抑制地基周围土体的隆起。

在I区深度范围内，桩体间将具有较明显的“扶持”及“遮挡”效应以及上部垫层对刚度不同实体变形的“调节”作用，桩间土体和桩体共同“沉降”;而在II区的长桩，由于土体和桩体不能同时沉降，其桩尖对桩端土体将有相当的刺入量。

王伟等研究表明，长桩对地基沉降有着控制作用，在长桩数量及布置不变的前提下，增加或减少短桩数量，地基的沉降没有显著的变化。

（2）短桩作用机理：

邓超等根据地基上物理力学特性及分布情况不同，认为短桩的设置有两方面的目的：当基底以下存在较厚的软弱土层时，采用短桩对该区域土层进行加固，可减小地基上层沉降变形，同时可提高基底软弱土层的承载力，此时可采用水泥土桩，碎石桩等形式的柔性桩与长桩共同形成长短桩复合地基，而长桩一般采用强度较高的刚性桩，以满足承载力的要求，此类复合地基称之为长桩协力形式的长短桩复合地基;若基底以下存在上下两层较为理想的桩端持力层，将长短桩分别落在下，上两层桩端持力层，充分发挥上下两层桩端持力层的特性，利用短桩提高复合地基的承载力，通过长桩减小变形，在满足设计要求的同时减少地基处理的工作量，此类复合地基称之为长桩控沉式的长短桩复合地基。

在长短桩复合地基中，由于桩土相对刚度不同，在荷载作用下，长桩和短桩的顶端产生向上刺入垫层的变形，相对于土体有向上运动的趋势，因此在桩体之间产生负摩阻力，由于长桩刚度较大，桩土相对位移更大，长桩所受的负摩阻力大于短桩长桩所受的负摩阻力。

3长短桩复合地基与长短桩桩基础的工作性能区别

长短桩复合地基和长短桩桩基础在形式上的区别在于是否在整个基础底面设置垫层，其中后者仅在长桩上部设有垫层，因此两者的性状有明显的差别。同济大学王伟等采用三维弹塑性有限元方法对两者的工作性状作了比较分析，他们认为在相同条件下，前者长桩受到的轴力大于后者长桩的轴力，而短桩受到的轴力则小于后者中短桩的轴力;后者比前者长桩的中性点位置深，受到的负摩阻力相比较大些；后者短桩几乎不受负摩阻力，前者的沉降要大于后者产生的沉降。

4长短桩复合地基的设计研究

地基附加应力的分布通常是浅部大深部小，对于长短桩复合地基，可做到浅层置换率高，获得相对较高的承载力和复合模量;深部置换率较低，获得的承载力和变形则相对较低，这样正好与地基附加应力分布规律相符，从而可以有效提高地基承载力和减少地基沉降。葛忻生、龚晓南等都对长短桩复合地基设计计算方法进行过研究，王伟、陆文哲等分别采用有限元法对其性状作了研究；邓超等根据地质情况不同，阐述了长短桩复合地基设计理论，并根据长桩作用形式的不同提出了长短桩复合地基的承载力和沉降计算模式；赵明华等在剪切位移法的基础上，引入Mylonakis & Gazetas的桩，桩与土相互作用模型，同时考虑垫层作用的影响，导出了长短桩复合地基计算时的桩-桩，桩-土，以及土-土相互作用柔度系数，以解决沉降计算方法问题。在实际工程中智能优化方法，比如遗传算法，模拟退火算法也有应用。

5研究展望

总体上，长短桩复合地基设计理论的发展仍极大的落后于工程实践的发展，对其作用机理还不够全面和深入，许多问题仍有待于继续深入研究解决。如：长短桩复合地基荷载传递机理、荷载作用下应力场、位移场的分布特性；地基承载力、沉降计算方法及计算系数的确定；复合地基的优化设计理论等，同时，应加强长短桩复合地基的数值计算分析。

参考文献

[1] 龚晓南.地基处理[M].中国建筑工业出版社.2005

[2] 赵明华,张玲,杨明辉. 基于剪切位移法的长短桩复合地基沉降计算[J].岩土工程学报,2005,27(9): 994-998.

[3] 葛忻声,饶江勇,黄新恩,李斌,陈东佐. 垫层厚度对长短桩复合地基性状影响的试验研究[J]. 太原理工大学学报,2010,41(3): 265-268.

[4] 王伟,杨敏,王红雨.竖向受荷长短桩基础的侧端阻力分析方法[J].工程力学,2006,23 (11):133-138.

[5] 杨军龙,丁璐.长短桩复合地基数值分析[J]. 四川建筑科学研究,2002,28(4):38-40.

[6] 陆文哲, 谢康和. 长短桩复合地基变形性状的有限元分析[J]. 低温建筑技术,2005, 2:83-84.

作者简介：

姓名：陈小平，性别：男 学历：大学本科，出生年月：1983年1月生，籍贯：浙江宁波，职称：助理工程师，研究方向：水利工程设计

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