复合地基优化的主要技术措施

【摘要】不同的施工过程最终使得复合地基承载力不同。通过调节复合地基的施工过程，充分发挥上覆荷载对地基的加速固结作用，将可以大大提高地基承载力，达到优化的目的。本文结合复合地基优化的四个原则，分别从“设计主体优化”、“施工主体优化”和“系统综合优化”的框架体系来讨论优化的有关技术措施。

【关键词】岩土工程；复合地基；技术措施；优化

由于广义复合地基的各种型式均有其优势，也有其固有的缺陷和适用范围，因此，采用不同地基处理方式的组合，综合发挥各种地基处理方法的优点，将是复合地基优化的重要内容。最大程度地发挥各种地基处理型式的优点，达到提高承载力、减少工后沉降的优化目的。

1 设计主体优化的技术措施

设计优化首先着眼于加强体及其组合的优化，它既包括桩式复合地基的桩材、桩长、桩径及桩布置，也包括它与层式复合地基的组合。

1.1散一柔桩组合优化

散体桩式复合地基的优势是通过强度较高的桩体置换软弱的地基土，而且由于桩体由散粒材料组成，地基上的孔隙水可以通过渗透性较高的桩体排出，加速地基土的固结，提高桩间土的承载力，从而达到提高整个地基承载力，减少工后沉降的目的。柔性复合地基的主要优势是桩身强度较高，其置换作用较散体桩式复合地基要强的得多，但是由于其桩体的不透水，没有加速地基土固结的作用。两者的组合后发挥两者的优点，既可以加速地基的固结排水，又可以较大地提高地基的承载力。

1.2刚一柔桩组合优化

柔性桩造价低、施工方便的特点和刚性桩桩身强度高、承载力高的特点，在大面积布设柔性桩，提高整个地基的承载力的情况下，在局部关键部位，如承力墙下等处布设刚体桩，减少不均匀沉降，达到减少整个地基沉降、提高承载力的目的。

1.3长一短桩组合优化

在一个地基中，采用同一种桩型：①当下卧层沉降过大时，在短桩中按照一定的密度布设一定数量的长桩，置换一定面积的下卧层土体，使得下卧层的沉降控制在规定的范围之内；也可以在建筑物的关键部位布设一定的长桩，达到较少不均匀沉降的目的。②由于浅层地基土的软弱性，下部土层较好，在长桩中间布设一定数量的短桩，将大大提高浅层地基的承载力，并达到维护长桩头部的作用，使得整体承载力提高。

1.4桩体长度、桩径和桩体布置优化

对于筏基，群桩中各根桩的受力特点不同，从充分发挥各桩承载力的原则出发，可以通过调整桩体各处的疏密和桩长的大小，达到优化的目的；对于条基，也可以通过调整不同部位的桩体的桩长、桩径和桩体布置的疏密程度达到优化的目的。在土体各层软弱变化较大的情况下，调整桩长有利于发挥较好土层的潜力。

1.5桩式一层式复合地基组合优化

将不同类型的桩式复合地基与层式复合地基组合应用于同一个地基中，发挥桩式复合地基深层加固软弱地基土和层式复合地基有效增强上部软弱地基土体的承载力的各自优势，避免桩式复合地基对于浅层软弱地基承载力提高有限，层式复合地基对于深层地基加固不足的劣势，较大地提高软弱土体承载力，有效减少地基工后沉降的方法。

2 复合地基施工主体优化

2.1施工过程上优化的方法

2.1.l逆做法成桩的复合地基

这种方法成桩的复合地基中，桩体不是在上部建筑物建设以前建设的，而是在上部建筑物建成，上部荷载对地基压缩一定时间后，再进行桩体的施工，成桩后再与上部建筑物通过低承台相连或通过垫层相连。成桩的方式一般用静压桩技术。逆做法的好处在于地基在成桩以前受到上部荷载的压密作用，其密度提高，承载力增强，有利于成桩以后整体承载力的提高。而且，在成桩过程中，由于上部荷载的作用地基土不易鼓胀，容易挤密，将更能够进一步提高承载力。

2.1.2无砂混凝土小桩复合地基

无砂混凝土小桩复合地基处理技术，可以在填方完成后再进行施工，从而大大减少填方荷载填筑和碾压过程中的超孔隙水压力，是复合地基从施工过程控制方面优化的较好的技术，其典型剖面见图1所示：

2.2工后加固优化

根据复合地基承载力主要决定于浅层地基土的强度和深层桩侧摩阻力和端承力的特点，使浅层工后加固和深层后灌浆（或压浆）的技术与复合地基的成桩主过程相结合，则可对已建成的复合地基的承载力进行主动的“调节”，使之达到设计要求，并可收到减少由于桩距过密造成的成桩困难和节约工程投资的效果。

2.2.1浅层加固的工后加固技术

通过提高桩间土的强度来极大地提高整个复合地基的承载力。浅层加固的主要措施是：在碎石桩之间设置换填层、加筋、短桩或碎石短墙等加固措施。换填、加筋和短桩较为明了不再介绍，主要介绍设短墙技术。

施工方法为：先进行散体桩复合地基的施工形成散体桩复合地基，在设计这种复合地基时可以将桩距适当扩大。施工结束后，在碎石桩之间沿短墙位置挖宽30～50cm深一倍桩径的槽，在槽内填筑碎石，用振冲器沿槽振冲，使得碎石进入桩间土内，并不断添加碎石，使得振冲器达到设计的深度，振冲器的振动电流与地基碎石桩振动的值一致，以确保短墙的密实度与碎石桩的密实度相同。这种浅层加固的方法，从散体桩复合地基的承载机理出发，对散体桩式复合地基的承载力极为有利，且施工方便，费用低，将是一种新型的复合地基处理技术。

2.2.2深层灌浆的工后加固技术包括：工后桩侧后压浆技术、工后桩底后压浆技术、工后桩侧、桩底复式后压浆技术和桩体后压浆技术等等。

大量的应用表明，对于长径比在30左右的钻孔灌注桩，采用后压浆技术后较未压浆桩提高70%～100%，承载力绝对值提高2000～4000kN；桩径比为50～60时，单桩承载力提高33%～70%，承载力绝对值提高4000～8000kN，使用效果极为显著。

3 系统综合优化的技术措施

复合地基系统综合优化就是从这个整体系统共同工作能够达到最优的角度来研究它的有效技术措施。因此，根据科学理论和长期实践经验，从共同工作的观点，审视一下不同荷载体、加强体、基本体和辅助体。

3.1复合地基系统的荷载体

荷载体通常是承受并传递上部结构复杂荷载作用、具有不同刚度、不同埋深、不同尺寸、不同型式的基础。把荷载体也视为非绝对不可变的部分是完全必要的，而且往往是可能的。改变它的刚度、结构、埋深和型式，甚至传递荷载的大小和分布，改变荷载施加的顺序和时间过程，均可以调整地基的荷载负担特性，改变地基内应力变化的特性，会大大地有利于系统的整体工作。

3.2复合地基系统的加强体

加强体常常是各类桩体或者各种经过不同加固处置的层状土体。浅层土较弱而深层土较强的情况特别有效。利用不同长度的桩来利用不同深度上具有较好承载力的土层是多元复合地基的有效思路。

3.3复合地基系统中的基本体

基本体是指地基中未做专门加固的原天然土体。它基本上仍会以近似原来性态存在于复合地基之中，但却要承担部分由桩土应力比所决定的荷载作用。它发挥作用的大小可以由面积置换率与桩土应力比的变化来调整，但应以系统容许的沉降变形作用作为控制的界限。在这个界限下应该充分发挥天然基本体承载的潜在能力。

3.4复合地基中系统中的辅助体

既然复合地基优化问题的理论基础是建立在对基础、桩体、土体、褥垫和承台系统的整体共同工作特性的表征上，那么只有掌握了整体共同工作中基础、桩体、土体、褥垫和承台系统，在地基施工、运行过程中相互作用的规律，并用数学力学的方法加以定量后，才能真正实现复合地基的优化。

4 结束语

建立的复合地基优化理论基本框架体系，以复合地基整个系统的共同工作理论和在各阶段的变化规律，以及地基处理的多种有效技术为基础，面向“全系统”、“主过程”，“多方法”整体配合互补的寻优，紧紧抓住了复合地基优化的实质因素，从而为复合地基建立了设计主体优化、施工主体优化和系统综合优化三类主要的技术渠道与措施。