刚性桩复合地基优化设计_杨光华(1)
第30卷 第4期
岩石力学与工程学报 V ol.30 No.4
2011年4月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April ，2011
收稿日期：2010–07–30；修回日期：2011–03–13
作者简介：杨光华(1962–)，男，博士，1982年毕业于武汉水利电力学院电厂结构工程专业，现任教授级高级工程师、博士生导师，主要从事土的本
刚性桩复合地基优化设计
杨光华
1，2
，李德吉1，官大庶3
(1. 广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510610；2. 华南理工大学 土木工程系，广东 广州 510641；
3. 珠江水利科学研究院，广东 广州 510610)
摘要：采用原状土切线模量法分别计算地基土和桩基的非线性P -S (荷载–沉降)曲线。假设两者为相对独立的体系，在桩和土的位移相等的条件下，根据桩和土的P -S 曲线确定桩和土分担的荷载。通过控制沉降量和调整垫层的厚度，协调桩、土的相对刚度，使天然地基和桩基的承载力充分发挥；通过优化设计，使土和桩分担的荷载及沉降都达到要求的目标，从而使刚性桩复合地基的设计达到比较理想的优化状态。最后，通过工程案例说明该方法的实施过程。
关键词：桩基工程；刚性桩复合地基；优化设计；原状土切线模量法
中图分类号：TU 47 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2011)04–0818–08
OPTIMIZATION DESIGN OF RIGID PILE COMPOSITE FOUNDATION
YANG Guanghua 1，
2，LI Deji 1，GUAN Dashu 3
(1. Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower ，Guangzhou ，Guangdong 510610，China ；2. Department of Civil Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou ，Guangdong 510641，China ；3. Pearl River Hydraulic Research
Institute ，Guangzhou ，Guangdong 510610，China )
Abstract ：The tangent modulus method of undisturbed soil is used to calculate the nonlinear settlements of soil foundation and pile foundation separately ；and the nonlinear relation P -S (load-settlement) curves of the soil foundation and pile foundation are obtained. Supposing that the soil foundation and pile foundation are acted independently ，simultaneously considering that the settlements of soil foundation and pile foundation are equal ，then we can obtain the load acting on the soil and pile by the P -S curves. Then ，by controlling the settlement value and adjusting the thickness of cushion ，the relative stiffnesses of soil and piles can be matched to make the best use of the bearing capacities of soil and pile foundation ；and the settlement of the composite foundation can reach the desired aim. Consequently ，the design of combination foundation can reach the perfect optimized condition. Finally ，the implementation process of the method is explained by the case study.
Key words ：pile foundation engineering ；rigid pile composite foundation ；optimization design ；tangent modulus method of undisturbed soil
1 引 言
复合地基是一种较理想的地基处理方法，其利用天然地基的承载力以达到减少造价的目的，尤其
是刚性桩复合地基，如CFG 桩(水泥粉煤灰碎石桩)复合地基[1]、混凝土桩复合地基[2]、甚至刚柔性桩结合或长短桩结合的三维复合地基(如CM 桩复合地基)[3]等，由于刚性桩施工质量较可靠，沉降可控，将会被越来越广泛地应用。然而，工程实践中理想
第30卷第4期杨光华等：刚性桩复合地基优化设计 ? 819 ?
的复合地基设置思想是“缺多少补多少”，也即是应充分利用天然地基的承载力，当天然地基承载力不够时，超出天然地基承载力的部分采用桩基来承担，这是一种理想境界的地基优化设计，可以充分利用天然地基的承载力，以最节省的造价来满足上部结构的需求，是地基处理设计的一种最高境界的追求和努力的目标。现有的复合地基优化设计主要有以下2大方向：
(1) 一种是采用优化设计数学模型，建立非线性数学规划方程求解，如陈昌富等[4]提出了长、短桩复合地基优化设计数学模型，分别以长、短桩置换率，长、短桩桩长为设计变量，以桩体总费用为目标函数，以满足承载力和沉降等为约束条件，建立非线性数学规划方程，并利用复合形法求解；刘涛等[5-6]也采用类似方法求解最优设计模型，但此种方法只能达到满足承载力和沉降等条件，并不能保证此时的桩、土应力比最优，故其目标函数解不一定是最优值。
(2) 另一种是通过对影响复合地基承载力和沉降的各个参数进行定性研究，给出桩长、置换率、垫层参数等对承载力、沉降量的影响曲线，再按承载力或沉降控制来进行设计。徐玉芬[7]分析了在不同平面布置方式，不同桩体模量，不同桩长，不同土体模量，不同垫层模量和厚度，不同基础刚度下长、短桩复合地基的应力、变形。李宁和韩煊[8]通过对刚性桩复合地基褥垫作用效果的量化研究，得出褥垫模量和褥垫厚度对桩身应力及桩侧摩阻力的影响规律，进而提出通过改变褥垫模量和厚度来调整桩、土应力比，对复合地基承载力进行优化设计。此类研究在一定程度上提供了可优化方向。
另一个比较有意义的工作是按单桩极限承载力设计复合地基的方法[2]，这是一种更高级的优化方向，但关健问题是单桩接近极限承载力时的沉降是非线性的，尤其是桩端会产生刺入式的非线性沉降，但缺乏有效的方法对这种非线性沉降进行较准确的计算，因而制约了该方法的发展。
目前，关于复合地基优化设计，不少学者做过较多的研究工作，也提出了较好的理念和思想，如减沉桩、塑性桩等，但很少学者能做到在满足沉降条件的同时，使桩和土的承载力都达到充分的发挥。利用刚性桩进行优化设计在实际工程中应用的还不是很多，应用范围也不广，主要原因是计算理论还不够成熟，尤其是沉降计算的准确性还不够，沉降计算不准确则很难合理计算桩、土的共同作用以及优化桩和土的应力，因而，要做到很好地优化复合地基尚有难度。例如，通常的刚性桩复合地基，确定其桩数n的计算公式为
t p
([])/([])
n N A R R
ξζ
=?(1) 式中：N为作用于基础上的总荷载，A为基础面积，t
[]
R为地基土的承载力设计值，
p
[]
R为桩的承载力设计值，ξ为地基土承载力的发挥系数，ζ为桩的承载力发挥系数。
当桩的承载力达到极限值时，
p
[]
R采用单桩极限承载力，这就是按单桩极限承载力设计复合桩基的方法[2]。这种方法的思想是合理的，存在的问题是土和桩的承载力发挥系数的确定目前还是以经验为主，缺乏量化方法，这一问题应从沉降变形协调方面寻找解决方法。当然，也有采用有限元等数值方法进行研究的，但这种方法的可靠性取决于土的本构模型的合理性，同时计算复杂，难以在实际工程中应用。目前，实际工作中，缺乏根据桩、土变形的条件合理确定其荷载分担的简便实用的复合地基设计方法。
本文在原状土切线模量法[9]基础上提出的刚性桩复合地基沉降计算方法[10]，可以较好地考虑桩、土沉降的非线性，从而可较好地计算桩、土共同作用下的荷载分担情况，并可通过调整桩、土的相对刚度和控制基础的沉降，使桩和土的承载力发挥系数可通过其变形确定，实现科学、合理的确定方法。同时，可对桩、土分担的荷载进行调节，使桩、土的应力都达到要求的理想状态，使桩、土的承载力都得到较好地发挥，也使基础的沉降控制到合理的范围，从而达到了“缺多少补多少”的境界，为地基的优化设计提供一种较先进的思想方法。
2 地基优化设计方法
设一基础长为a，宽为b，基础受力如图1所示。
图1 基础受力图
Fig.1 Load acting on foundation
? 820 ? 岩石力学与工程学报 2011年
为方便表达，设地基为均匀地基，土体的切线模量法参数为0E ，c ，?，其中，0E 为地基土的初始切线模量，c ，?分别为地基土的黏聚力和内摩擦角。
本文所提出的优化设计方法是基于地基的
P -S (荷载–沉降)曲线和桩基的P -S 曲线，根据沉降变形协调来确定桩、土分担荷载的新方法，为简便，地基和桩基的沉降单独计算。具体步骤为：
(1) 计算地基的P -S 曲线。按原状土切线模量法计算出该基础在天然地基时的非线性P -S 曲线，如图2所示，其中P u 为桩所发挥的极限承载力。
图2 基础P -S 曲线 Fig.2 P -
S curve of foundation
(2) 根据地基的P -S 曲线，确定地基承载力为[R ]时对应的基础地基沉降[S ]。
(3)
设该基础实际承担的上部荷载为N ，基础面积为A ，则基础底部应力为P = N /A ，当P ＞[R ]时，显然可认为地基承载力不足，需进行地基处理。
(4) 采用刚性桩进行处理，通过试验确定或验证，计算刚性桩的单桩荷载p N 与沉降S 的非线性曲线，如图3所示。垫层对桩基沉降的影响为增加垫层产生压缩沉降，为方便，按线弹性压缩材料计算其压缩沉降S ?，即
/S h E σ?=? (2)
式中：σ为桩顶应力，h ?为垫层厚度，E 为垫层的变形模量。
图3 桩的N p -S 曲线 Fig.3 N p -S curve of pile
(5) 为了充分发挥天然地基的作用，当地基加刚性桩后，要使基础的沉降量达到[S ]，才可使基底应力达到地基的承载力[R ]，此时对应于沉降[S ]的桩基发挥承载力从桩的P -S 曲线可得到，大小为ap N
(见图3)。则此时需补桩的数量为([])/n N A R =? ap N ，于是就可以达到“缺多少补多少”的目的。
需要强调的是，发挥桩基承载力ap N 不一定是桩的真正的承载力p []R ，而是根据基础底应力达到地基承载力时基础沉降量[S ]对应的桩的发挥承载力。由于基底应力达到地基承载力时的沉降通常大于桩在其承载力作用下的沉降，因此，通常ap N 大于桩的真实的承载力p []R ，故实际工程中还需验算桩在荷载ap N 作用下的桩身应力及承载力的富裕情况。
(6) 刚性桩复合地基的承载力安全系数，可根据桩所分担的荷载ap N 与桩的极限承载力之比和土分担的承载力与土的极限承载力之比确定，也可按刚性桩复合地基沉降计算方法计算得到的刚性桩复合地基P -S 曲线[4]计算。
(7) 桩基的优化，对于单桩的优化主要是控制ap N 的大小。若容许桩达到接近塑性桩[5]的状态，则ap N 可接近单桩的极限承载力。若要求单桩承载力
有一定的安全系数，则也可以控制ap N 在一定的设计承载力范围内的同时让土分担合理的荷载。优化方法主要是调整桩的P -S 曲线，可通过对单桩的垫层和桩的长度进行优化以调整桩的刚度来达到。具体方法为：
① 若不设垫层，则可以调整桩长。假设不同桩长时单桩的N p -S 曲线如图4所示，使对应的沉降量
[S ]与单桩分担的荷载ap N 有一定的安全系数k ：
uap ap /k N N = (3)
式中：uap N 为单桩极限承载力。于是，可根据需求的k 值确定桩的尺寸，从而得到单桩相应的ap []N 。
图4 不同桩长N p -S 曲线
Fig.4 N P -S curves of different lengthes of piles
[S N
S [S [N ]
[S
第30卷 第4期 杨光华等：刚性桩复合地基优化设计 ? 821 ?
② 当桩长一定时，考虑垫层厚度的不同，可得桩相应的N p -S 曲线，如图5所示，在对应沉降量[S ]下选择相应承载力安全系数对应垫层厚度的ap []N ，从而可确定合理的垫层厚度。
图5 不同垫层厚度时的N p -S 曲线
Fig.5 N P -S curves under different thicknesses of cushions
③ 也可同时调整桩的尺寸和垫层厚度，根据控制单桩承载力的安全系数合理确定桩的尺寸和垫层厚度。
3 复合地基设计及其优化
3.1 工程案例
以一水闸CFG 桩复合地基为例说明该方法的实施过程。一水闸工程，闸室基础采用CFG 桩基础。设计CFG 桩桩端进入含砾粗砂层，桩径500 mm ，桩间距为2.0 m×2.0 m ，桩身设计强度等级为C20。鉴于该水闸基础工程的重要性及特殊性，按设计要求，先施工6根CFG 桩试验桩进行试验，以便为复合地基的设计和优化提供依据。主要试验内容如下：对3#，4#桩进行了单桩复合地基载荷试验，对
5#桩进行单桩竖向承载力试验；在B ，D 位置进行复合地基桩间土浅层平板载荷试验；在A ，C 位置进行天然地基浅层平板载荷试验。CFG 桩试验平面布置图见图6。
图6 CFG 桩试验平面布置图 Fig.6 Plane layout of CFG test piles
具体要求为：载荷试验试坑地面与水闸底板底
面设计标高一致，本次单桩复合地基载荷试验承压板采用2.0 m×2.0 m(厚40 mm)方形钢板，其形心与桩心对齐。承压板底面下设置中砂垫层，垫层厚度
150 mm ，变形模量取为50 MPa 。天然地基(桩间土)
承载力试验承压板采用定型产品，直径为800 mm ，面积0.5 m 2钢板。试验桩处地质剖面见图7，图中
n ′为桩穿过不同土层的分段数，本案例中桩分段长度取0.5 m ；各土层的物理力学参数见表1。
图7 试验桩处地质剖面图
Fig.7 Geological profile of location of test pile
表1 各层土物理力学参数
Table 1 Physico-mechanical parameters of soil layers
土层 层厚/m
黏聚力c /kPa 内摩擦角φ/(°)
割线模量E 0/MPa
细砂(松散～
稍密)
1.6 0 25 30 中砂(中密) 3.2 0 30 80 粉砂(稍密)9.4 0 20 50 中砂(密实) 3.8 0 32 100 粗砂(密实)
2.5 0 34 140 砾砂(密实)
3.8 0 36 180
现场试验所测得的B 位置桩间土P -S 曲线如图8所示，4#和5#单桩复合地基的Q -S 曲线如图9所示。现场观测点S1～S8实测沉降为20～35 mm ，其平面布置如图10所示。
单位：mm
－4.4m
－2.8 m －7.6m
粉砂(稍密)
中砂(密实)－20.8m 粗砂(密实)
－23.3m
砾砂(密实)－27.1 m
桩分段(0.5 m) n ′ = 4～9
n ′ = 10～21
n ′ = 30～36
n ′ = 37～41 n ′ = 42 中砂(中密)
细砂(松散～稍密)CFG 桩，桩长21.3 m
n ′ = 1～3 －17.0 m －24.1 m
[S
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图8 试验B 处桩间土P-S 曲线
Fig.8 P-S curve of soil between all piles in location B
(a) 4#
单桩
(b) 5#单桩
图9 4#，5#单桩复合地基Q-S 曲线
Fig.9 Q-S curve of composite foundation of test piles #4 and #5
3.2 原设计方案及单桩承载力优化设计
对于水闸基础一般可允许其沉降量达到10
cm ，因此，水闸基础只要其沉降量不大于10 cm 都
图10 闸室底板沉降观测点平面布置图(单位：m) Fig.10 Plane layout of settlement observation points on sluice
floor(unit ：m)
是可以接受的，水闸规范对于软土地基的沉降要求小于15 cm 。根据以上天然地基和单桩承载力的计算结果，本工程地基设计需进行优化，应控制天然地基分担的应力为150 kPa 左右，单桩分担荷载为
1 000 kN 左右，而沉降在10 cm 以内，此时的方案是较理想的优化设计方案。
首先按切线模量法根据天然地基载荷试验反算浅层土参数0E ，c ，?。对于深层土，则根据经验给定土层的0E ，c ，?，如表1所示，按切线模量法可计算出水闸基础在无桩的天然地基的P -S 曲线，如图11所示。显然在无桩基时，在基底应力
300 kPa 条件下沉降大于10 cm 。
图11 计算的地基P -S 曲线 Fig.11 Calculated P -S curve of foundation
原设计方案采用30 cm 砂石垫层时，设垫层的变形模量E = 50 MPa ，此时桩的沉降也采用切线模量法[5]，假设天然地基和CFG 桩为2独立承载体系，考虑其共同作用后，刚性桩复合地基的P -S 曲线如图12所示，则当P = 300 kPa 时，复合地基的沉降为26.4 mm ，与实测值(20～35 mm)接近。
P /kPa S /m m
07142128354249566370
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450500
P /kPa
S /m m
0 4 8 1216202428323640
70
140 210280350420 490 560 630700
Q /kN
S /m m
0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 0
400
800 1 200
1 600
2000
Q /kN
S /m m
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图12 刚性复合地基P -S 曲线
Fig.12 P -S curve of rigid composite foundation
按共同作用计算时，土体承担的应力为85 kPa ，单桩承担荷载为965 kN ，原方案是安全的，但桩间 的土体承载力发挥偏低，单桩承载力合理，理论上可以减少桩的数量，让沉降量增加，从而使土的承载力得到充分发挥，适当节省用桩，节省造价。为此，通过减少桩的数量，使基础沉降增大，从而使土承担的应力增加。通过控制沉降量，使基础沉降量分别达到30，50，80 mm 时，计算结果如表2所示，由表2可见，在不改变桩长和垫层厚度情况下，当控制沉降量为50 mm 时，地基土分担的荷载为
156.91 kPa ，此时用桩量由原设计451根变为172根，大为减少，但相应桩的荷载为1 693.64 kN ，桩试验时其极限承载力大于2 000 kN ，若单桩要控制
承载力为1 000 kN ，即相当要求安全系数为2时，
则桩分担的荷载偏大，若按塑性桩设计则是可以的。因此，若按承载力设计，则桩分担的荷载明显偏大了，不合适；当控制沉降量为30 mm 时，地基土承担应力为96.07 kPa ，偏低，每根桩分担荷载为1 083.36
kN ，也是一个可接受的方案，而此时用桩量已由原451根降为382根，可以算是一种优化方案；当控制沉降量为80 mm 时，地基土承担应力为243.88
kPa ，每根桩分担荷载为2 414.20 kN ，显然地基土分担的应力或每根桩分担的荷载都偏大了。因此可以看出，在原方案中桩长不变，垫层厚度不变，同时要求地基土和桩基的安全系数都大于2条件下，优化空间不大。
3.3 改变垫层的优化设计
由以上的计算可知，在原方案上不可以进行较大的优化，主要原因是桩的刚度太大，桩、土相对刚度一定时，增大沉降量的同时，桩的应力增大较多，超过控制值。为此，可考虑把垫层改为50 cm ，计算基础沉降分别为30，50，80 mm 时的桩、土应力情况如表3所示。由表3可见，当用桩量由原设计451根降为250根时，土应力为156.96 kPa ，每根桩分担的荷载为1 162.71 kN ，该方案较接近前面所提到的桩、土应力和沉降控制的目标，较合理。进一步还可以优化垫层厚度，使桩、土应力都更接近控制目标，比较结果如表4所示，控制单桩允许
表2 原设计方案与垫层为30 cm 时优化设计比较结果
Table 2 Comparison between original design and optimization design with cushion thickness of 30 cm
方案 允许的沉降量/mm
用桩量 /根 减少用桩量 百分比/％
CFG 桩顶发挥应力/kPa 基础底板土体发 挥应力/kPa 桩、土 应力比 单桩承担的荷载/kN
每平方米面积土体承担的荷载/(kN ·m －
2)
原设计
- 451 - 4 914.71 84.99 57.83 965.00 84.99 30
382 15.30 5 517.52 96.07 57.44 1 083.36 96.07 50 172 61.86 8 625.63 156.91 54.97 1 693.64 156.91 优化 设计
80
48 89.36 12 295.45
243.88 50.42 2 414.20
243.88
表3 原设计方案与垫层为50 cm 时优化设计的比较结果
Table 3 Comparison between original design and optimization design with cushion thickness of 50 cm
方案 允许的沉降量/mm
用桩量 /根
减少用桩量百分比/% CFG 桩顶发挥应力/kPa 基础底板土体 发挥应力/kPa
桩、土应力比
单桩承担的荷载 /kN
每平方米面积土体承担
的荷载/(kN ·m －
2)
原设计
- 451 - 4 275.73 112.93 37.86
839.54 112.93
30 577
－27.94 3 646.69 96.23 37.90 716.03 96.23 50 250 44.57 5 921.64 156.96 37.73 1 162.71 156.96 优化设计 80
65
85.59
9 063.91
243.71
37.19
1 779.69
243.71
010203040506070P /kPa
S /m m
? 824 ? 岩石力学与工程学报 2011年
表4 控制单桩荷载1 000 kN 和土体竖向应力为150 kPa 时原设计与优化设计的比较结果
Table 4 Comparison between original design and optimization design under conditions of single pile load of 1 000 kN and vertical
stress of soil of 150 kPa
方案 垫层厚度/cm
计算的 沉降量/mm
用桩量 /根 减少用桩量百分比/% CFG 桩顶发挥应力/kPa 基础底板土体发挥应力/kPa
桩、土应力比
单桩承担的荷载/kN 每平方米面积土体 承担的荷载/kN
原设计
– 26.4 451 – 4 914.71 84.99 57.83 965.00 84.99 10 12.3 518 －14.86 5 090.90 40.31 126.29 999.60 40.31 30
27.4 429 4.88 5 089.78 88.18 57.72 999.38 88.18 50 42.5 335 25.72 5 089.05 134.61 37.81 999.23 134.61 56 47.0 307 31.93 5 091.83 148.35 34.32 999.78 148.35 优化 设计
57
47.6 305 32.37
5 070.23
149.98 33.81 995.54 149.98
荷载为1 000 kN ，土体竖向应力为150 kPa 时，通过优化设计可得到垫层厚度达到57 mm 时复合地基的沉降量为47.6 mm ，这种情况下基本达到桩、土应力和沉降双控制的目标，此时，用桩数量可由原
来的451根优化为305根，节省用桩数量32.37%。
由上述分析可见，要达到桩、土应力和沉降双控制的目标，需通过桩、土和垫层共同作用的计算分析以及调整设计方案，并不是简单地将桩和土的承载力进行叠加。例如：当垫层为30 cm ，设定地基土按其承载力t []R 承担150 kPa ，多余的荷载由桩承担，设单桩承载力为p []R =1 000 kN ，按简单的荷载分配公式计算需补桩的数量为
t p ([])/[]n N A R R =? (4)
此时相当于土和桩的承载力发挥系数都为1，由此可算出需补桩的数量为304根，计算桩数后再用切线模量法进行共同作用计算，求得实际桩、土发挥的应力和沉降如表5所示，由表5可见，实际情况是土分担的荷载偏少了，而桩分担的荷载偏大，超过了设定的承载力，这是因为桩的刚度相对偏大所致。因此，要达到真正地优化目标，使桩、土分担的应力和荷载达到要求的数值，需通过刚度调整并进行共同作用分析才能实现。如表4中当垫层厚度调整为57 cm 时，补桩305根即可使土分担的应力
表5 桩、土实际发挥的应力和沉降
Table 5 Actual working stresses and settlements of pile and
soil
设计土应力特征值/kPa 实际土应力发挥值/kPa 设计单桩承载力特征值/kN 实际单桩承载力发挥值/kN 沉降/mm 150
111.39
1 000
1 255.64
35
为149.98 kPa ，而单桩分担的的荷载刚好为995.54
kN ，这样桩、土都刚好达到了设定的承载力，则垫层厚度为57 cm 的方案是最优设计方案。
4 结 论
地基优化设计的目的是最大限度地利用天然地基的承载力，使超出天然地基承载力部分的荷载由桩基来承担，同时保证建筑物的沉降变形在允许范围，且地基有足够的安全系数，以达到所谓“缺多少补多少”的理想地基优化设计的目标。
从本文的案例研究可知，桩、土分担的荷载是与桩、土的相对刚度有关的，要使桩、土应力发挥到较理想的优化状态，需考虑桩、土相对刚度的调整和根据变形考虑共同作用的计算才能实现，简单按承载力公式来确定补桩的数量是不够的。
本文在原状土切线模量方法基础上，围绕“缺多少补多少”的理想状态，提出了实现地基的优化设计的方法。采用了较优的沉降计算方法，可计算地基和桩基的非线性沉降，从而真正得到按地基和桩基的非线性P -S 曲线进行合理地共同作用分析。通过控制桩长、垫层厚度等方式调整桩、土相对刚度并通过桩、土共同作用的迭代计算来调整桩、土分担的荷载，使桩、土都可达到设定的承载力，从而达到优化地基应力、桩的荷载和沉降量，可充分利用地基和桩基的承载力，使地基的设计达到较理想的优化状态，促进设计水平的提高，既节省造价，又安全、科学合理。同时该方法较简便，可为实际工程提供一个简便实用的优化设计方法。但是，理论计算仍有一定的假设，可通过实践不断的完善和验证。
第30卷第4期杨光华等：刚性桩复合地基优化设计 ? 825 ?
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下期《岩石力学与工程学报》将主要发表下列内容的文章：
(1) 饱和砂岩在疲劳载荷作用下的粘弹性性质；
(2) 大型洞室群围岩破坏模式的动态识别与调控；
(3) 岩石边坡潜在失稳区域微震识别方法；
(4) 岩质滑坡冲击能计算及受灾体易损性定量评估；
(5) 白鹤滩水电站上坝线左拱座楔形体安全性能分析；
(6) 节理剪切应力–位移本构模型及剪胀现象分析；
(7) 尾矿细微观力学与形变观测试验装置的研制与应用；
(8) 高温盐溶液浸泡作用下石膏岩力学特性实验研究。
土工基础
长短桩复合地基设计
长短桩复合地基设计 一、前言 当地基承载力或变形不能满足设计要求时，需做地基处理，复合地基方案在地基处理中用的非常普遍。复合地基的桩型很多，不同的桩型加固机理和加固效果是不同的，实际工程中如何针对设计要求合理选择桩型是方案选择的核心。本文仅就这一问题做一讨论。 采用复合地基有时主要为了提高地基承载力，有时主要是为了减少沉降量，有时两者兼而有之，在确定使用复合地基前，应予以分析。当软弱土层较厚时，采用复合地基往往是为了控制沉降，在这种情况下采用复合地基具有较大的优点。若软弱土层很薄，而基岩又很浅，采用桩基础可能优于采用复合地基。另外，复合地基需要通过一定的沉降量来协调发挥桩土共同承担荷载，对沉降量控制要求很高的情况下不宜采用复合地基技术。对一具体工程是否采用复合地基技术应根据荷载大小、地基土层工程地质情况、建筑物对工后沉降量的要求等方面综合分析而定。 随着对复合地基理论认识的提高以及实践经验的积累，学术界提出了不同桩型、桩长的多元组合型复合地基——刚柔结合长短桩复合地基。 长桩：提高地基承载力，将荷载通过桩身向地基深处传递，减少压缩层变形，控制整体的沉降。桩体强度要求较高，多采用
CFG桩、钢筋混凝土桩、预制桩等。 短桩：主要对土体进行处理，减小浅层的应力集中，提高承载力，消除软弱土层引起的不均匀沉降，桩体采用散体桩和柔性桩如搅拌桩、碎石桩、石灰桩等。 褥垫层：促使桩—土协调变形，合理分配应力，保证桩土共同作用。复合地基的实质是桩、土共同作用。桩土应力分配的过程伴随着桩顶上刺或桩端下刺，因此需设置合适厚度和刚度的褥垫层保证桩、土能共同承担荷载。 长短桩的优点（以螺杆桩复合地基为例）： （1）、螺杆桩复合地基在地基中形成平面及空间合适的刚度梯度，从而获得了高强度的复合地基。 （2）、螺杆桩复合地基中形成了土的三维应力状态，使土的强度高于其自身承载力的基本值，从而使土的参与工作系数大于1，这是任何其它类型复合地基无法实现的。 （3）、螺杆桩复合地基中优化的竖向刚度，使之形成了三层地基，从而减小了复合地基的沉降。特别是它有效地解决了建筑物或构筑物的不均匀沉降问题。 （4）、螺杆桩复合地基的设计可以有效降低地震力对结构的影响，同时，即使在建筑物过大水平位移情况下，仍可以有效的传递垂直荷载，并由于加固后消除了可液化土层，从而可以广泛地应用于地震区。
复合地基荷载
根据复合地基荷载传递机理将复合地基分成竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基两类，又把竖向增强体复合地基分成散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基三种。 静压灌注桩：静载荷试验、高、低应变检测 大应变，小应变，声波投射，钻心法等 1、呵呵，应该是高应变、低应变之分。 2、桩基检测主要有低应变、高应变、声波透射、静载实验。这几部分。 3、低应变主要检测桩身完整性，比如缩颈、断桩、离析等缺陷。 高应变除了可以检测低应变那些项目外，还可以检测桩承载力，但是现在高应变不推荐用，因为它的准确性值得商讨。声波透射也是检测桩的完整性，但这项检测需要在打桩之前预埋声测管，一般多用于桥梁混凝土灌注桩。静载实验检测桩的承载力，一般分为竖向抗压静载实验、竖向抗拔静载实验、水平推静载实验以及复合地基载荷实验。一般用的多的是竖向抗压静载实验和复合地基载荷实验。 一般基坑用静力触探，复合地基做静载荷试验。强制性条文。 项目清单一共12位，前9位固定的，后3为自定编码 00 00 00 000 000 一二两位为单位工程编码 三四两位为专业工程编码 五六两位为分部工程编码 七八九三位为分项工程编码 最后三位为自行编码 序号样品名称数量样品要求试验周期（天）样品处置序号样品名称数量样品要求试验周期（天）样品处置 1 砼试块3块150*150*150mm 100*100*100mm 2 样品破坏28 镀锌钢管3根20cm 4 样品破坏 2 砂浆试块6块70.7*70.7*70.7mm 2 样品破坏29 铸铁管材3根 4 样品退回 3 砂子10kg 4 样品破坏30 铸铁管件3个 4 样品退回 4 石子80kg 按设计要求4 样品破坏31 暖气片3组每组3-5片4 样品退回 5 水泥12kg 按设计要求35 样品破坏32 夹板门5扇同一规格3 样品退回 6 砼试配水泥30kg 砂100kg 石150kg 36 样品破坏33 铝、塑窗3樘3500m 以下6 样品退回 7 砂浆试配水泥10kg 砂40kg 石10kg 36 样品破坏4樘3500-6000m 样
多桩型复合地基处理
多桩型复合地基处理 山区沟谷软基的技术探讨 许洪亮1,2,熊震宙1 (1、江西省交通设计院，江西南昌 330002) (2、华东交通大学土木土木建筑学院，江西南昌 330013) 摘要：由于山岭沟谷软基的特殊性，传统单一桩型的复合地基方案难以满足技术、经济、环保等方面要求，而多桩型的复合地基则消除了以上弊端，发挥了各桩型的优势，是桩型复合地基一种新的技术手段。该文基于水泥土夯实桩和CFG桩各自的工程特性，结合具体工程提出了多桩型复合地基的设计方法，并经过试验检测验证了多桩型复合地基设计方案的合理性和工作机理的正确性。 关键词：道路工程；沟谷软基；复合地基；单一桩型；多桩型；设计；检测 0 前言 对于超软地基的处理，传统手段经常采用CFG或水泥土复合桩等技术手段处理，山岭沟谷地区的特殊性，在选择软弱地基处理方案时，需从技术、经济、环境保护等几个方面综合考虑。而采取传统上单一桩型的水泥土夯实桩或CFG桩复合地基方案，如果桩的布置较疏，则在承载力和变形上难以满足要求；如果布置过密，由于挤土效应很容易使刚性较大的桩型断裂，同时也不经济。因此，采取两种甚至两种以上的桩型组成的多桩型复合地基来联合处理山区沟谷软基，消除一种桩型造成的各种弊端，同时发挥各者的优势，就成为一种比较理想和科学的选择，也为桩型复合地基增加了一个新的技术手段。 复合地基作为一种比较成熟的地基处理形式，在工程实践上已经积累了相当的经验。但是，复合地基技术的一个鲜明特色就是理论研究远远落后于工程实践，在工程实践和理论研究的基础上，一些工程师已经意识到了采取一种桩型的复合地基处理软土地基的弊端，开始尝试采取两种或两种以上的桩型联合加固的方法。在工业和民用建筑中，已经有了采用多桩型复合地基的先例，陈强等首先采用数值分析手段初步分析了某一民用工程中CFG桩和GC桩联合加固软弱地基的机理，认为多桩型复合地基具有单一桩型无可比拟的优越性[2]。闫明礼，王明山等提出了多桩型复合地基设计计算方法[3]。从工程实践中碰到的具体问题和从经济方面考虑，发展多桩型复合地基来处理公路沟谷软基是一种趋势，开展多桩型复合地基的研究具有前瞻性和经济性。 赣定高速公路沿线路段大部分位于低山丘陵地 貌区，有些高路堤及拱涵重要结构都处于软基之上，下卧软土层最厚处达到10m左右，属于典型的山区沟谷软基，因此必须对这些软土地基进行有效的处理，以保证公路路基的稳定性及变形要求。 在2003年1月~2004年5月，由赣定高速公路总指挥部牵头，联合天津大学及工程参建等单位，依托赣定高速公路，开展了“山区高速公路沟谷软基处理技术研究”的课题研究并获得成功，取得了良好的经济及社会效益。其中“多桩型复合地基处理山区沟谷软基技术研究”为其中的一个子课题，获得了较多的应用成果，值得同行业所借鉴和推广应用。 实践证明，该技术很好地解决了单一CFG桩间距不能过密，夯实桩水泥土桩深度受限等问题。多桩型复合地基有效地消除了单一桩型应力集中现象，可以更好地发挥其中任一桩型的荷载传递能力。 1 多桩型复合地基技术工程背景 如何选择不同桩型组成多桩型复合地基，是一个重要的研究内容。一般来说，桩身强度应刚柔并济，长度应长短结合。同时，桩的工程特性应存在较大的互补性，这样才能很好地发挥各自的长处，消除某种桩型单一布置带来的弊端。 1.1 水泥土夯实桩的工程特性 水泥土夯实桩是水泥或水泥系固化材料与土混 合形成的桩，由于土质的不同，其固化机理也有区别。用于砂性土时，水泥土的固化原理类同于建筑上常用的水泥砂浆，具有很高的强度，固化的时间也较短。用于粘性土时，由于水泥土惨量有限（7%~20%），且粘粒具有很大的比表面积并含有一定的活性物质，所
(完整版)地基处理与桩基础试题及答案
第二章地基处理与桩基础试题及答案 一、单项选择题 1．在夯实地基法中，A 适用于处理高于地下水位0.8m以上稍湿的黏性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土地基的加固处理 A、强夯法 B、重锤夯实法 C、挤密桩法 D、砂石桩法 2． D 适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的黏性土、粉土、湿陷性黄土及填土地基等的深层加固 A、强夯法 B、重锤夯实法 C、挤密桩法 D、砂石桩法 3． C 适用于处理地下水位以上天然含水率为12%~25%、厚度为5~15m的素填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的软弱地基等 A、强夯法 B、重锤夯实法 C、灰土挤密桩法 D、砂石桩 4． A 适用于挤密松散的砂土、素填土和杂填土地基 A、水泥粉煤灰碎石桩 B、砂石桩 C、振冲桩 D、灰土挤密桩 5．静力压桩的施工程序中，“静压沉管”紧前工序为 A 。 A、压桩机就位 B、吊桩插桩 C、桩身对中调直 D、测量定位 6．正式打桩时宜采用 A 的方式，可取得良好的效果。 A、“重锤低击” B、“轻锤高击” C、“轻锤低击” D、“重锤高击” 7．深层搅拌法适于加固承载力不大于 B 的饱和黏性土、软黏土以及沼泽地带的泥炭土等地基 Ａ、0.15MPa B、0.12MPa C 、0.2MPa D 、0.3MPa 8．在地基处理中， A 适于处理深厚软土和冲填土地基，不适用于泥炭等有机沉淀地基。 A、预压法—砂井堆载预压法 B、深层搅拌法 C、振冲法 D、深层密实法 9．换土垫层法中，D 只适用于地下水位较低，基槽经常处于较干燥状态下的一般粘性土地基的加固 A、砂垫层 B、砂石垫层 C、灰土垫层 D、卵石垫层 10．打桩的入土深度控制，对于承受轴向荷载的摩檫桩，应 A 。 A、以贯入度为主，以标高作为参考 B、仅控制贯入度不控制标高 C、以标高为主，以贯入度作为参考 D、仅控制标高不控制贯入度 11.需要分段开挖及浇筑砼护壁（0.5～1.0m为一段），且施工设备简单，对现场周围原有建 筑的影响小，施工质量可靠的灌注桩指的是（ B ）。 A．钻孔灌注桩 B．人工挖孔灌注桩 C．沉管灌注桩 D．爆破灌注桩 12.预制桩的强度应达到设计强度标准值的 D 时方可运输。 A.25% B.50% C.75% D.100% 13．在桩制作时，主筋混凝土保护厚度符合要求的是 D 。
浅淡复合地基技术
浅谈复合地基技术 摘要：当前，复合地基技术已成为地基处理技术中应用较为普遍和重要的方法之一，本文从复合地基的概念，类别、桩的选型及复合地基的承载力和变形计算进行了较为全面的阐述。 关键词：复合地基、概念、分类、桩型、承载力、变形。 万丈高楼平地起，任何建筑物都有基础，建筑荷载都是通过基础传给土体的，承受来自基础全部荷载的这一部分土层，称为地基。由于天然地基本身较弱或建筑物对地基要求较高等原因，直接在天然地基上做基础，难以满足承载力或变形等要求，这时就必须对天然地基进行加固处理了。地基的处理，根据天然地基本身的性质不同和满足的使用要求不同，处理方法有多种多样，本文就复合地基法谈谈自己的一些浅薄看法。 1. 复合地基概念。复合地基法是在天然地基中设置一定比例的增强体（桩体）使桩土共同承担荷载，并具有密实法和置换法的效应。复合地基由桩体、桩间土及桩体上的褥垫层组成。一般情况下，复合地基既有密实作用又有置换作用，也有只有置换作用而无密实作用的情况。由于打设增强体的方法不同，选用的桩体材料不同，复合地基法的密实作用和置换作用对承载力提高的幅值也不相同。通常复合地基的面积置换率一般在3%～25%之间，个别方法如碎石桩可达40%。复合地基中桩间土的性状不同，桩体材料不同，成桩工艺不同，复合地基桩的效应也就不同。了解复合地基的效应，对认识合理选用桩型和施工工艺都是很重要的。复合地基的效应主要有以下五个方面：（1）置换作用，也称桩体效应；（2）挤密振密作用；（3）排水作用；（4）
减载作用；（5）桩对土的约束作用。我们在实际工程中应根据要达到的效应，具体选择不同的桩体材料、桩距等。 2. 分类及性状。本文所述复合地基分类主要依据桩体材料性状，一般可分为：（2.1）散体材料复合地基。其典型代表是碎石桩复合地基，这种复合地基桩体材料本身无粘结强度，试验表明围压对散体材料桩式样破坏时的主应力差有着显著的影响，无围压时，试样强度为零，围压越大，破坏时主应力差越大，土对桩的侧向约束越大，桩传递竖向荷载的能力也越强。散体材料复合地基中的桩体本身为散体材料组成，具有褥垫层作用，因此这种复合地基可不设置褥垫层，桩顶受荷载后，桩顶以下一个不大的范围产生压胀区，其大小与基础尺寸有关，基础宽度越大，压胀区深度也越大。压胀区以下的桩体传递垂直荷载的能力甚小，当桩长大于压胀区深度后，靠增加桩长来提高单桩承载力意义不大，因而，散体材料桩一般不是很长，当有效桩长大于基础宽度的2.5倍时，增加桩长对复合地基承载力的提高作用不大。散体材料桩一般采用振动成桩工艺，靠设备产生的振动，使桩间土挤密、振密，提高桩间土的承载力和模量。由于施工时产生振动和噪音，因此在居民区、城区使用受到限制。散体材料桩复合地基主要用于加固松散粉细砂、粉土，可液化土及挤密效果好的填土。需说明的是，散体材料桩复合地基与其它有粘结强度桩复合地基比较，在相同置换率条件下，桩荷载分担比较小，一般情况复合地基承载力提高的幅值也较小，且施工时，振动、噪音、泥浆等造成现场环境较为恶劣，故现在在工程中应用较少。（2.2）一般粘结强度桩复合地基。一般粘结
(完整版)地基处理与桩基础试题及答案
第2章地基处理与桩基础试题及答案 一、单项选择题 1．在夯实地基法中，A 适用于处理高于地下水位0.8m以上稍湿的黏性土、砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土地基的加固处理 A、强夯法 B、重锤夯实法 C、挤密桩法 D、砂石桩法 2． D 适用于处理碎石土、砂土、低饱和度的黏性土、粉土、湿陷性黄土及填土地基等的深层加固 A、强夯法 B、重锤夯实法 C、挤密桩法 D、砂石桩法 3． C 适用于处理地下水位以上天然含水率为12%~25%、厚度为5~15m的素填土、杂填土、湿陷性黄土以及含水率较大的软弱地基等 A、强夯法 B、重锤夯实法 C、灰土挤密桩法 D、砂石桩 4． A 适用于挤密松散的砂土、素填土和杂填土地基 A、水泥粉煤灰碎石桩 B、砂石桩 C、振冲桩 D、灰土挤密桩 5．静力压桩的施工程序中，“静压沉管”紧前工序为 A 。 A、压桩机就位 B、吊桩插桩 C、桩身对中调直 D、测量定位 6．正式打桩时宜采用 A 的方式，可取得良好的效果。 A、“重锤低击” B、“轻锤高击” C、“轻锤低击” D、“重锤高击” 7．深层搅拌法适于加固承载力不大于 D 的饱和黏性土、软黏土以及沼泽地带的泥炭土等地基 Ａ、0.15MPa B、0.12MPa C 、0.2MPa D 、0.3MPa 8．在地基处理中， A 适于处理深厚软土和冲填土地基，不适用于泥炭等有机沉淀地基。 A、预压法—井堆载预压法 B、深层搅拌法 C、振冲法 D、深层密实法 9．换土垫层法中，D 只适用于地下水位较低，基槽经常处于较干燥状态下的一般粘性土地基的加固 A、砂垫层 B、砂石垫层 C、灰土垫层 D、卵石垫层 10．打桩的入土深度控制，对于承受轴向荷载的摩檫桩，应 A 。 A、以贯入度为主，以标高作为参考 B、仅控制贯入度不控制标高 C、以标高为主，以贯入度作为参考 D、仅控制标高不控制贯入度 11.需要分段开挖及浇筑砼护壁（0.5～1.0m为一段），且施工设备简单，对现场周围原有建 筑的影响小，施工质量可靠的灌注桩指的是（ B ）。 A．钻孔灌注桩 B．人工挖孔灌注桩 C．沉管灌注桩 D．爆破灌注桩 12.预制桩的强度应达到设计强度标准值的 D 时方可运输。 A.25% B.50% C.75% D.100% 13．在桩制作时，主筋混凝土保护厚度符合要求的是 D 。 A.10mm B.20mm C.50mm D.25mm
多桩复合地基
7.9 多桩型复合地基 7.9.1多桩型复合地基适用于处理不同深度具有持力层的正常固结土，或浅层存在欠固结土、湿陷性黄土、可液化土等特殊土，以及地基承载力和变形要求较高的地基处理。 7.9.2 多桩型复合地基的设计应符合下列原则： 1桩型及施工工艺的确定应考虑土层情况、承载力与变形控制要求、经济性、环境要求等综合因素； 2对复合地基承载力贡献较大或用于控制复合土层变形的长桩，应选择相对较好的持力层并应穿过软弱下卧层；对处理欠固结土的增强体，其长度应穿越欠固结土层；对消除湿陷性土的增强体，其长度宜穿过湿陷性土层；对处理液化土的增强体，其长度宜穿过可液化土层； 3 如浅部存有较好持力层的正常固结土，可采用刚性长桩与刚性短桩、刚性长桩与柔性短桩的组合方案； 4 对浅部存在软土或欠固结土，宜先采用预压、压实、夯实、挤密方法或柔性桩复合地基等处理浅层地基，而后采用刚性或柔性长桩进行处理的方案； 5 对湿陷性黄土应根据现行国家标准《湿陷性黄土地区建筑规范》GB50025的规定，选择压实、夯实或土桩、灰土桩等处理湿陷性，再采用刚性长桩进行处理的方案； 6 对可液化地基，可采用碎石桩等方法处理液化土层，再采用有黏结强度桩进行处理的方案； 7 对膨胀土地基采用多桩型复合地基方案时，宜采用灰土桩等处理其膨胀性，长桩宜穿越膨胀土层到达大气影响急剧层以下稳定土层，且不应采用桩身透水性较强的桩。 7.9.3 多桩型复合地基单桩承载力应由静载荷试验确定，初步设计可按第7.1.6条规定估算；对施工扰动敏感的土层，应考虑后施工桩对已施工桩的单桩承载力的折减。 7.9.4多桩型复合地基的布桩宜采用正方形或三角形间隔布置，刚性桩可仅在基础范围内布置，其他增强体桩位布置应满足液化土地基、湿陷性黄土地基、膨胀土地基对不同性质土处理范围的要求。 7.9.5多桩型复合地基垫层设置，对刚性长短桩复合地基宜选择砂石垫层，垫层厚度宜取对复合地基承载力贡献较大增强体直径的1/2；对刚性桩与其他材料增强体桩组合的复合地基，宜取刚性桩直径的1/2；对未要求全部消除湿陷性的黄土或膨胀土地基，宜采用灰土垫层，其厚度宜为300mm 。 7.9.6 多桩型复合地基承载力特征值应采用多桩复合地基静载荷试验确定，初步设计时可采用以下方式估算： 1 由具有黏结强度的A 桩、B 桩组合形成的多桩型复合地基（含长短桩复合地基、等长桩复合地基）承载力特征值： sk p a p a spk f m m A R m A R m f )1(2122221111--++=βλλ (7.9.6-1)
复合地基加固法
复合地基加固法 第一节复合地基基本理论 一、复合地基的定义和分类 （一）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加强或被置换，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。根据地基中增强体方向又可分为水平向增强体复合地基和竖向增强体复合地基（桩体复合地基）。 复合地基通常由桩（增强体）、桩问土（基体）和褥垫层组成（如图5 -1所示）。 （二）桩体复合地基分类 桩体复合地基可以根据其增强体的不同特性进行分类如下： 1、按增强体材料：分为散体材料（砂石、矿渣、渣土等）、石灰、灰土、水泥土、混凝土及土工合成材料等。 2、按增强体黏结性：分为无黏结性（散体材料）和黏结性两大类，其中黏结性的又可根据黏结性的大小分为：低黏结强度（石灰、灰土等）、中等黏结强度（水泥土）、高黏结强度（混凝土、CFG桩等）。
3、按增强体相对刚度：分为柔性（如石灰、灰土）、半刚性（水泥土）、刚性（混凝土、CFG桩等）。 4、按增强体方向：分为竖向、斜向和水平向（如加筋土复合地基）三种。 5、按增强体形式：分为单一型（桩身材料、断面尺寸、长度相同）（如图5-1a所示）、复合型（如混凝土芯水泥土组合桩复合地基）（如图5-2a所示）、多桩型（如碎石——CFG 桩复合地基等）（如图5—2b所示）、长短桩结合型（如图5-2 c所示）。 上述分类疗法汇总见表5-l。 对于增强体刚度及黏结性大小的划分，目前工程上尚无统一的定量标准，上述定性划分原则仅供参考。如水泥土桩，桩身刚度及黏结性会因桩身水泥土强度不同而有较大变化，当水泥掺入量较低时，可能属于低黏结强度的柔性桩，而对于高强度的水泥土，力学特性又会接近于低标号混凝土，亦有文献将散体材料桩并入柔性桩进行分析，或将灰土桩、生石灰桩等低黏结强度桩视为散体材料桩。
一个多桩型复合地基设计计算实例
一个多桩型复合地基设计计算实例 A Example of the Calculation of Multi-type-pile Composite Subgrade 摘要：本文讨论了多桩型复合地基及其复合模量的基本概念。介绍了一个多桩型复合地基承载力和变形的计算实例。 关键词：多桩型复合地基，复合模量，承载力，变形 1 前言 复合地基中的纵向增强体习惯上称作桩，由两种或两种以上桩型组成的复合地基称为多桩型复合地基。比如，对可液化地基，为消除地基液化，可采用振动沉管碎石桩或振冲碎石桩方案。但当建筑物荷载较大而要求加固后的复合地基承载力较高，单一碎石桩复合地基方案不能满足设计要求的承载力时，可采用碎石桩和刚性桩（如CFG 桩）组合的多桩型复合地基方案。这种多桩型复合地基既能消除地基液化，又可以得到很高的复合地基承载力。如太原市华宇·绿洲项目12～22层住宅楼均采用该方案，经济效益较高。 又如，当地基土有两个好的桩端持力层，分别位于基底以下深度为Z 1（Ⅰ层）和Z 2（Ⅱ层）的土层，且Z 1＜Z 2。在复合地基合理桩距范围内，若桩端落在Ⅰ层时，复合地基不能满足设计要求。若桩端落在Ⅱ层时，复合地基承载力又过高，偏于保守。此时，可考虑将部分桩的桩端落在Ⅰ层上，另一部分桩的桩端落在Ⅱ层上，形成长短桩复合地基，需说明的是，多桩型复合地基和长短桩复合地基意义一致，设计计算方法完全相同。 工程中单一桩型复合地基的设计计算方法相对比较成熟，工程经验积累非常多。但对于两种或两种以上桩型的多桩型复合地基、长短桩复合地基承载力和变形如何计算，虽有很多文献专门论述过，但工程经验不多，本文介绍一个工程实例，以积累多桩型复合地基设计算经验。 2 多桩型复合地基承载力计算 一般地，将复合地基中荷载分担比高的桩型定义为主控桩（桩的模量相对较高，桩相对较长）。其余桩型为辅桩，并按荷载分担比由大到小排序。工程中常用的是两种桩型组成的复合地基（或长短桩复合地基）。 下面先就两种桩型组成的复合地基承载力计算公式进行推导，并可推广到两种以上桩型的复合地基。基本思路为： （1）由天然地基和主控桩复合形成复合地基，视为一种新的等效天然地基，其承载力特征值为f spk1。 （2）将等效天然地基和辅桩复合形成复合地基，求得复合地基承载力即两种桩型复合地基承载力。 具体推导如下： 基础下天然地基土的承载力特征值为f ak 。主控桩的断面面积为A p1，平均面积置换率为m 1，单桩承载力特征值为R a1。则主控桩和天然地基形成的复合地基承载力特征值为 ()ak p a spk f m A R m f 1111 11 11-+=βα （1） 式中 α1—桩间土承载力提高系数，与土性和主控桩成桩工艺以及主控桩的桩径、桩距等有关。 对非挤土成桩工艺，α1＝1； β1—桩间土承载力发挥系数，一般β1≤1。 基础下辅桩的断面面积为A p2，平均面积置换率为m 2，单桩承载力特征值为R a2。辅桩与承载力
刚性桩复合地基应用的几个误区(岩土工程界)
刚性桩复合地基应用的几个误区 闫明礼1 初蕾 2 佟建兴1 （1.中国建筑科学研究院地基所 2.中建一局五公司） 提要：本文针对刚性桩复合地基设计常见的几个问题，对足够刚度基础下复合地基的褥垫厚度、桩径和桩体强度的合理选用进行了讨论，并给出了相应的建议，供设计时参考。 关键词：刚性桩 复合地基 误区 1 前言 在地基处理工程中刚性桩复合地基应用的越来越多，并取得了很好的经济效益和社会效益。但应用过程中也存在这样或那样的一些误区，比如，认为复合地基的褥垫层越厚越好、桩径越大越好、桩体强度越高越好。实际工程如何选择这些设计参数，对地基处理方案的合理性和经济指标具有明显影响。本文将对几个常见问题加以讨论。 2 刚性桩复合地基应用的几个误区 2.1 误区之一：褥垫层厚度越厚越好。 刚性桩复合地基中，褥垫层具有保证桩土共同承担荷载的重要作用，但有的设计人员在复合地基设计时偏向选用厚褥垫层，认为褥垫层厚度越厚越好。 试验表明，褥垫层厚度与桩土承载力的发挥密切相关，褥垫层厚度的选用对复合地基承载力具有显著影响。 通常，复合地基承载力可用如下表达式表示： sk p a sk s a spk f m A R m A f A R f )1(2121-+=+= λλλλ （1） 式中，spk f 为复合地基承载力特征值；a R 为单桩承载力特征值；p A 为桩的断面面积； sk f 为加固后桩间土承载力特征值；A 为单根桩承担的面积；s A 为桩间土面积；m 为面积 置换率；21λλ、分别为单桩承载力、桩间土承载力发挥系数，并有：a P R P = 1λ sk s f p =2λ；s p p P 、分别为复合地基达到承载力时桩受的集中力和桩间土受的应力。 由（1）式可知，复合地基承载力由桩承载力和桩间土承载力组成。它的大小取决于桩 和桩间土承载力的发挥。在荷载作用下，复合地基达到承载力时，桩、桩间土同时达到各自的承载力是最理想的。此时λ1＝λ2＝1。问题是什么条件下才能保证桩、桩间土同时达到各自的承载力，单桩承载力发挥系数λ1、桩间土承载力发挥系数λ2与哪些因素有关。 试验表明，足够刚度基础下的刚性桩复合地基，λ1、λ2与复合地基设计参数桩长、桩径、桩距、褥垫厚度、桩间土性状和基础刚度有关。其中，褥垫厚度与桩径之比（简称厚径比）和基础刚度最为显著。其它条件不变时，基础刚度越小λ1越小，厚径比越小λ1越大。 表1给出了CFG 桩复合地基，荷载达到复合地基承载力时桩、土承载力发挥系数。 表1 足够刚度基础下CFG 桩复合地基桩、土承载力发挥系数（当荷载p=f spk 时） 序号 桩数×桩长 面积置换率 褥垫厚/cm 桩径/cm 厚径比 λ1 λ2 1# 9×3.2m 0.064 10 15 0.667 0.74 1.13
第二章 桩与地基基础工程说明
说明 一、本定额适用于一般工业与民用建筑工程的桩基础，不适用水工建筑、公路桥梁工程。 二、本定额已综合了土壤的级别，执行中不予换算。 三、钻（冲）孔桩不分土壤类别。岩石风化程度划分为强风化岩、中风化岩、微风化岩三类。强风化岩不作入岩计算。中风化岩和微风化岩作入岩计算。岩石风化程度见下表。 岩石风化程度划分表 四、每个单位工程的打（灌）桩工程量小于下表规定数量时，其人工、机械量按相应定额项目乘以系数1.25计算。
五、本定额除静力压桩外，均未包括接桩。如需接桩，除按相应打桩项目计算外，按设计要求另计算接桩项目。其焊接桩接头钢材用量，设计与定额用量不同时，应按设计用量进行调整。 六、打试验桩按相应定额项目的人工、机械乘以系数2计算。 七、打桩、沉管，桩间净距小于4倍桩径（桩边长）的，均按相应定额项目中的人工、机械乘以系数1.13计算。 八、定额以打直桩为准，如打斜桩，斜度在1：6以内者，按相应定额项目人工、机械乘以系数1.25，如斜度大于1：6者，按相应定额项目人工、机械乘以系数1.43。 九、定额以平地（坡度小于15°）打桩为准，如在坡堤上（坡度大于15°）打桩时，按相应定额项目人工、机械乘以系数1.15。如在基坑内（基坑深度大于1.5m）打桩或在地坪上打坑槽内（坑槽深度大于1m）桩时，按相应定额项目人工、机械乘以系数1.11。 十、定额各种灌注桩的材料用量中，均已包括下表规定的充盈系数和材料损耗。充盈系数与定额规定不同时可以调整。
其中灌注砂石桩除上述充盈系数和损耗率外，还包括级配密实系数1.334。 十一、因设计修改在桩间补桩或强夯后的地基上打桩时，按相应定额项目人工、机械乘以系数1.15。 十二、打送桩时，可按相应打桩定额项目综合工日及机械台班乘下表规定系数计算。 十三、金属周转材料中包括桩帽、送桩器、桩帽盖、活瓣桩尖、钢管、料斗等属于周转性使用的材料。 十四、钢板桩尖按加工铁件计价。 十五、定额中各种桩的混凝土强度如与设计要求不同，可以进行换算。 十六、深层搅拌法加固地基的水泥用量，定额中按水泥掺入量为12%计算，如设计水泥掺入比例不同时，可按水泥掺入量每增减1%进行换算。 十七、强夯法加固地基是在天然地基上或填土地基上进行作业的，如在某一遍夯击能夯击后，设计要求需要用外来土（石）填坑时，其土（石）回填，另按有关规定执行。本定额不包括强夯前的试夯工作和费用，如设计要求试夯，可按设计要求另行计算。 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！
刚性桩复合地基优化设计_杨光华(1)
第30卷 第4期 岩石力学与工程学报 V ol.30 No.4 2011年4月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering April ，2011 收稿日期：2010–07–30；修回日期：2011–03–13 作者简介：杨光华(1962–)，男，博士，1982年毕业于武汉水利电力学院电厂结构工程专业，现任教授级高级工程师、博士生导师，主要从事土的本 刚性桩复合地基优化设计 杨光华 1，2 ，李德吉1，官大庶3 (1. 广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510610；2. 华南理工大学 土木工程系，广东 广州 510641； 3. 珠江水利科学研究院，广东 广州 510610) 摘要：采用原状土切线模量法分别计算地基土和桩基的非线性P -S (荷载–沉降)曲线。假设两者为相对独立的体系，在桩和土的位移相等的条件下，根据桩和土的P -S 曲线确定桩和土分担的荷载。通过控制沉降量和调整垫层的厚度，协调桩、土的相对刚度，使天然地基和桩基的承载力充分发挥；通过优化设计，使土和桩分担的荷载及沉降都达到要求的目标，从而使刚性桩复合地基的设计达到比较理想的优化状态。最后，通过工程案例说明该方法的实施过程。 关键词：桩基工程；刚性桩复合地基；优化设计；原状土切线模量法 中图分类号：TU 47 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2011)04–0818–08 OPTIMIZATION DESIGN OF RIGID PILE COMPOSITE FOUNDATION YANG Guanghua 1， 2，LI Deji 1，GUAN Dashu 3 (1. Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower ，Guangzhou ，Guangdong 510610，China ；2. Department of Civil Engineering ，South China University of Technology ，Guangzhou ，Guangdong 510641，China ；3. Pearl River Hydraulic Research Institute ，Guangzhou ，Guangdong 510610，China ) Abstract ：The tangent modulus method of undisturbed soil is used to calculate the nonlinear settlements of soil foundation and pile foundation separately ；and the nonlinear relation P -S (load-settlement) curves of the soil foundation and pile foundation are obtained. Supposing that the soil foundation and pile foundation are acted independently ，simultaneously considering that the settlements of soil foundation and pile foundation are equal ，then we can obtain the load acting on the soil and pile by the P -S curves. Then ，by controlling the settlement value and adjusting the thickness of cushion ，the relative stiffnesses of soil and piles can be matched to make the best use of the bearing capacities of soil and pile foundation ；and the settlement of the composite foundation can reach the desired aim. Consequently ，the design of combination foundation can reach the perfect optimized condition. Finally ，the implementation process of the method is explained by the case study. Key words ：pile foundation engineering ；rigid pile composite foundation ；optimization design ；tangent modulus method of undisturbed soil 1 引 言 复合地基是一种较理想的地基处理方法，其利用天然地基的承载力以达到减少造价的目的，尤其 是刚性桩复合地基，如CFG 桩(水泥粉煤灰碎石桩)复合地基[1]、混凝土桩复合地基[2]、甚至刚柔性桩结合或长短桩结合的三维复合地基(如CM 桩复合地基)[3]等，由于刚性桩施工质量较可靠，沉降可控，将会被越来越广泛地应用。然而，工程实践中理想
工程量计算规则桩与地基基础
工程量计算规则 1、计算打桩(灌注桩)工程量前应确定下列事项。 (1)确定土质级别:根据工程地质资料中的土层构造、土壤物理力学性能及每米沉桩时间鉴别适用定额土质级别。 (2)确定施工方法、工艺流程,采用机型,桩、土壤泥浆运距。 2、打预制钢筋混凝土桩(含管桩)的工程量,按设计桩长(包括桩尖,即不扣除桩尖虚体积)乘以桩截面面积以立方米计算。管桩的空心体积应扣除。 3、静力压桩机压桩。 (1)静压方桩工程量按设计桩长(包括桩尖,即不扣除桩尖虚体积)乘以桩截面面积以立方米计算。 (2)静压管桩工程量按设计长度以米计算;管桩的空心部分灌注混凝土,工程量按设计灌注长度乘以桩芯截面面积以立方米计算;预制钢筋混凝土管桩如需设置钢桩尖时,钢桩尖制作、安装按实际重量套用一般铁件定额计算。 4、螺旋钻机钻孔取土按钻孔入土深度以米计算。 5、接桩:电焊接桩按设计接头,以个计算;硫磺胶泥按桩断面以平方米计算。 6、送桩:按桩截面面积乘以送桩长度(即打桩架底至桩顶高度或自桩顶面至自然地平面另加0、5m)以立方米计算。 7、打孔灌注桩。 (1)混凝土桩、砂桩、碎石桩的体积,按[设计桩长(包括桩尖,即不扣除桩尖虚体积)+设计超灌长度]×设计桩截面面积计算。 (2)扩大(复打)桩的体积按单桩体积乘以次数计算。 (3)打孔时,先埋入预制混凝土桩尖,再灌注混凝土者,桩尖的制作与运输按本定额 A、4混凝土及钢筋混凝土工程相应子目以立方米计算,灌注桩体积按[设计长度(自桩尖顶面至桩顶面高度)+设计超灌长度]×设计桩截面积计算。 8、钻(冲)孔灌注桩与旋挖桩分成孔、灌芯、入岩工程量计算。 (1)钻(冲)孔灌注桩、旋挖桩成孔工程量按成孔长度乘以设计桩截面积以立方米计算。成孔长度为打桩前的自然地坪标高至设计桩底的长度。
浅议长短桩复合地基
在土木工程建设中，目前，对于大型建筑结构，在沉降和承载力控制方面，桩基础无疑是目前工程应用中首选的地基形式，然而在多层和小高层建筑中桩基础成本造价相对过高。为了在满足工程需要的同时又能够减小地基处理成本，复合地基应运而生，其中尤以长短桩复合地基最为突出，其充分发挥了天然土体承载能力，同时减少了沉降，即满足了上层建筑结构要求，又减小了打桩对于周围环境的影响，同时大大地降低了地基成本，是近年来在多层和小高层工程中得到广泛采用的一种地基形式。 一、复合地基的定义和桩基的区分 经过处理形成的地基多数可归属为两类：一类是天然地基土体的承载性质得到普遍的改良形成均质地基，如通过预压法、强夯法以及换填法等形成的土体改良地基，这类地基的承载力与沉降计算类似于浅基础。另一类是在地基处理过程中，部分土体得到增强，或置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是基体（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，其通常被称为复合地基。 复合地基和桩基础尚存在一定的差异，复合地基理论的产生实际上是基于桩基理论。从地基工程成本上考虑，在满足上层建筑结构对变形控制要求的条件下，充分发挥桩间土的承载力，使桩分担的上部荷载部分转向桩间土，由桩间土承担进而减小桩数，降低地基成本。从环境的方面考虑，这种新型地基可以减小由于大面积和大量的打桩施工所造成的原有天然地基内超孔隙水压力增加所引发的土体有效重度降低和地基内出现渗流现象，包括：流沙、管涌、上浮、局部不均匀沉降等对地基承载力和上部结构整体稳定造成的不利影响。桩基理论中主要考虑桩体和基础底部相互作用对整体地基性状的影响，充分发挥桩的承载力而忽略桩间土直接和基础之间的相互作用，将桩间土作为地基承载力的安全储备。从经济和适用方面上，这种设计理念在减小上层建筑差异沉降和提高地基承载力方面效果显著，在大型高层建筑和超高层建筑中得到充分推广，但对于多层和小高层建筑，相对于整个工程的成本来说，桩基础成本较高，性价比较低。 二、长短桩复合地基的作用机理和研究现状 随着对复合地基理论认识的提高以及实践经验的积累，提出了由两种不同类型（或同种类型而长度差别较大）的桩与土组成的三元组合型复合地基。这种新型复合地基形式从目前研究与应用情况来看，基本形式大多为长短桩复合地基。目前，在承载力和沉降变形设计理论方面存在两种设计理念：一种是长桩协力形式的长短桩复合地基，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，减小地基上层的沉降变形，同时也可提高基底土层的承载力。而长桩的主要作用是弥补经短桩加固后的地基承载力的不足，同时长桩的设置也减小了复合地基的沉降。另一种是长桩控沉形式的长短桩复合地基。当基底以下存在上下两层较为理想的桩端持力层时，如采用短桩方案将桩端放在上层持力层，即使复合地基承载力能够满足设计要求，由于加固较浅，沉降变形将有可能偏大。采用长桩和短桩相结合的方案，将长桩、短桩桩端分别落在上、下两层桩端持力层上，充分发挥上、下两层桩端持力层的特性，长桩与短桩间隔设置，利用短桩提高复合地基的承载力，通过长桩不仅能够提高地基承载力，而且可将荷载通过桩身向地基深处传递，减少压缩层变形。
刚性桩复合地基施工方案
刚性桩复合地基施工方案 （一）概况 阀井地基处理采用φ400AB型PHC预制钢筋砼管桩，间距1500mm×1500mm，桩长20m，共16根，桩底进入持力层1m，桩顶设500厚1：1砂石垫层。 （二）预应力砼管桩施工流程图 （三）施工方法 1、打桩和行走路线按一定的桩位顺序就位，桩架平稳地架设在打桩部位，用钢缆拉牢，施工中应注意场地的平整性，以确保桩机行走安全和施工质量。打桩机的安装，必须按有关程序或说明书进行。打桩机就位时，对准桩位，垂直稳定，确保在施工中不倾斜、不移动。 2、起吊预制桩。吊桩应根据场地条件，桩机和堆桩位置平面图分布、桩长、桩重等具体条件决定吊点位置及起吊方式。吊桩时，先拴好吊桩的钢丝绳及索具，然后用索具捆绑住桩上端约50cm处，起动机器起吊预制桩，使桩机对准桩位中心，缓缓放下插入土中。在吊桩过程中，尽量避免损坏桩身，第一节桩尖应在吊桩前派人焊好。桩位必须正直，其垂直度偏差不得超过0.5%，再在桩顶扣好桩帽，即可卸去索具。桩帽和桩周
边应留5～10 mm的间隙，垂与桩帽、桩帽与桩帽之间有相应的弹性衬垫，采用麻袋、纸皮、木秥等衬垫材料，柴油桩机选用HD50，锤体总重量为5t，冲程为1.5m。锤击压缩后的厚度以120～150 mm为宜，在锤击过程中应经常检查，及时更换。 3、稳定。桩尖插入桩位后，先用低锤击一、二下，桩入土一定深度后，再使桩垂直稳定。管桩就位后，用测量吊锤从桩机正面及侧面检查桩机塔架竖杆及桩的垂直度，若不够垂直，超出允许偏差范围时，则用行机、过架进行调直，使两者空间平行。 4、桩在入土前，对所有使用的桩进行桩身检查，使用前在桩身上划出以米为单位长度的长度标志，以便在施工中观测、记录桩的入土深度及每米沉桩锤击数。 5、打桩宜重锤低击，锤重的选择应根据地质条件、桩的类型、结构、密集程度及施工条件选用。 6、打桩的顺序按下列原则确定： （1）根据桩的密集程度，打桩顺序可采取从中间向两边施打；或从中间向四周施打；或从一侧向另一侧施打。具体由打桩专业施工队确定。 （2）根据基础设计标高，按先深后浅的顺序进行施打。 （3）根据桩的受力性质，按先抗压桩后抗拔桩，先长后短进行施打。 （4）根据桩位与原有建筑物的距离，按先近后远进行施打。 7、接桩 （1）管桩的焊接应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接规程》中的有关规定； （2）在桩长度不够的情况下，采用焊接接桩，焊条为E43型，焊接接桩的预埋铁件表面应清洁，上下接之间的间隙用铁片垫密焊牢。 （3）焊接前，上下端板表面应用铁刷子清刷干净，坡口外应刷至至露出金属光泽。 （4）焊接时，宜先在坡口圆周上对称点焊4～6点，等上下桩节固定后拆除导向箍再分层施焊，施焊宜由两个焊对称进行，以减少变形。 （5）接桩在离地面1m左右时进行。上下接桩的中心线偏差不大于10mm，接点弯曲矢高不大于1‰桩长。
桩与地基基础工程
7桩与地基基础工程 一、选择题 1、现场灌注砼桩单桩体积，按设计规定桩长(包括桩尖，不扣虚体积)增加( )米乘以设计外径截面积计算。 A 0.20 B. 0.25 C. 0.3 D. 0.5 2、地面垫层，按主墙间净空面积计算乘设计厚度以体积计算，应扣除( )等所占的体积。 A．设备基础 B．室内地道 C．凸出地面的构筑物 D．间壁墙 E．附墙烟囱 3、计算砖基础工程量时，不扣除( )等所占的体积。 A．圈梁 B．管道 C．嵌入基础内的钢筋、铁件 D．基础砂浆防潮层 E．构造柱 4.当以《全国统一建筑工程量计算规则》为依据时，人工挖孔桩土方工程量计算公式为( ) A.挖孔桩土方体积=孔桩断面面积×桩孔中心线深度 B.挖孔桩土方体积=孔桩断面面积×桩孔中心线深度×2 C.挖孔桩土方体积=孔桩断面面积×桩孔中心线深度×0.8 D.挖孔桩土方体积=孔桩断面面积×桩孔中心线深度+5m3 5、关于地基与桩基础工程的工程量计算规则，正确的说法是（）。 A.预制钢筋混凝土桩按设计图示桩长度（包括桩尖）以m为单位计算 B.钢板桩按设计图示尺寸以面积计算 C.混凝土灌注桩扩大头体积折算成长度并入桩长计算 D.地下连续墙按设计图示墙中心线长度乘槽深的面积计算 二、简答题 1、何谓送桩？ 2、地面垫层工程量应怎样计算？ 3、施工排水与降水（施工技术措施项目）工程量应怎样计算？ 4、地基强夯工程量应怎样计算？
5、预制钢筋混凝土桩工程量应怎样计算？ 6、打孔、钻孔灌注混凝土桩工程量应怎样计算？ 7、砂浆土钉防护、锚杆机钻孔防护工程量怎样计算？ 8、打试验桩项目是否包括测桩？仍、机械是否调整？ 三论述题： 桩基工程量清单编制要注意一些什么问题？ 四、计算题 1、如图2－7所示，实线范围为地基强夯范围。①设计要求：不间隔夯击，设计击数8击，夯击能量为500t·ｍ，一遍夯击。求其工程量。 ②设计要求：间隔夯击，间隔夯击点不大于8ｍ，设计击数为10击，