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近二十年来随着我国经济的快速发展,工程建设的规模也日益扩大,良好的建设用地越来越稀缺,建(构)筑物基础对地基的要求越来越高,地基处理技术相应的得到了飞速的发展。地基处理的方法和技术也得到越来越多的应用,复合地基就是其中的一大类。20世纪八十年代末,笔者开始应用诸如碎石桩、搅拌桩、石灰桩等散体桩、柔性桩来处理软土地基,使之形成复合地基服务于多层建筑及工业辅助设施、堆载地坪及原料堆场等,并于九十年代开始采用单一桩型的长短桩相结合的方法处理同一场地局部有极软弱的湖塘相淤泥的建设场地。在1996年底的时候,青山检察院12层办公大楼工程钻孔灌注桩经施工检测实测的单桩极限承载力标准值(Quk)仅达设计要求单桩承载力标准值(R)的78%~90%。本人大胆提出并应用了柔性的搅拌桩小桩补强钻孔灌注桩大桩的方案,实施后,经检测能满足修改设计的要求。1998年3月结构封顶土建完成后累计沉降量仅15~19mm,达到了预期的效果,建筑物安全使用至今。
通过以上工程实践,本人深感复合地基的方法多,且应用前途广泛。其中由刚性桩(如CFG桩、素砼桩乃至钢筋砼桩)和柔性桩(如石灰桩、搅拌桩、旋喷桩夯实水泥土桩等)相结合的、作者称之为“二元组合桩”的复合地基处理方法具有多方面的优越性和技术领先性。
首先,本文综述了复合地基的发展概况和基本理论;阐述了二元组合桩复合地基的概念及研究情况。二元组合桩复合地基源于工程实践,因为工程中采用了钻孔灌注桩这种刚性桩失败后,经采用搅拌桩这种柔性桩进行补强,刚柔相济,长短互补,最终满足了工程要求,成功应用在高层建筑中。根据复合地基基本理论及多元组合桩研究应用成果,本文的研究对象是由较长的刚性砼桩(钻孔灌注桩)、短的柔性水泥土桩(搅拌桩)共同作用形成的二元组合桩复合地基。
其次,本文从二元组合式长短桩复合地基的受力机理及其变形规律入手,经过综合分析,探讨了二元组合桩复合地基承载力的两种计算模式:承载力控制的承载力计算模式和沉降控制的承载力计算模式。二元组合桩复合地基的沉降计算的关键,在于土中附加应力的分布和复合模量的计算。复合模量法实质上是将复合地基加固区中的桩和桩间土两部分视为一个统一的复合土体,用复合土体的等效压缩模量Ec来评价其压缩性。本文将在以上沉降理论方法的基础上,结合二元组合长短桩复合地基的受力机理以及应力分布情况,提出二元组合长短桩复合地基的两种沉降计算模式:承载力控制的沉降计算模式和沉降控制的沉降计算模式。最终通过荷载试验来检测其施工质量和效果是否达到设计的承载力和沉降控制的要求。
再者,结合一个具体的工程实例,根据二元组合桩复合地基设计计算方法的研究分析,结合本工程的实际地质条件及结构工况,本例的承载力和沉降变形计算采用“按承载力控制”情况下的计算模式进行反演计算,并将理论计算和现场检测监测结果进行对比分析。本工程实例中复合地基的变形主要是长桩和短桩加固区的压缩变形,正因为在刚性的钻孔桩周围布设了若干柔性的粉喷桩短桩,从而使复合地基的竖向刚度分布更为合理,地基上部刚度较大有利于抵抗上部荷载引起的压缩变形;复合模量法对长短桩复合地基而言,因桩土受力变形协调过程中,刚性长桩无法达到在桩抵抗变形中完全贡献自己的刚度,同时,由于短桩——粉喷桩的参与减少了刚性长桩——钻孔桩的应力集中现象,从而大大减少了刚性桩的刺入和压缩变形。沉降理论计算值8.2mm与本例沉降实测值18.5mm进行比较可以看出,理论计算值小于实测值,但在变异系数范围之内,说明本文对二元组合桩复合地基的受力与变形机理分析能较好的反映实际情况,对理论与实践均有一定的现实意义。
最后,二元组合桩复合地基应用于建筑工程地基处理时,建议:①二元桩体之间应具有较强的协调变形特性,采用水泥土类桩作柔性短桩较理想,其变形以桩身压缩为主,可通过调整桩身水泥含量来调节其自身的变形性质,使之与刚性长桩变形特性相适应;②柔性短桩的平面布置应对称,且面积置换率尽可能小于等于20%,以方便基础设计,亦可充分发挥柔性短桩的荷载分担作用。二元组合桩复合地基不仅是一种可靠的桩基失败后补救处理措施,而且还是一种经济可行,是有广泛应用前景值得推广的复合地基处理新型式。