劉同焰 （安徽省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230032）

就現(xiàn)目前而言，在我國復(fù)合樁基由于其能夠帶來巨大經(jīng)濟(jì)效益的原因，得到了高度的重視，在我國許多大型的工程項(xiàng)目都有復(fù)合樁基的身影，但不同的工程中需求不同，對于復(fù)合樁基的設(shè)計(jì)也就有所不同，

1 傳統(tǒng)的復(fù)合樁基與現(xiàn)在樁基的異同

和現(xiàn)在的樁基設(shè)計(jì)方法不同，按照荷載能力極限的狀態(tài)下進(jìn)行設(shè)計(jì)的是傳統(tǒng)的樁基設(shè)計(jì)的基本方法，也就是說需要把外負(fù)荷分配到每一個(gè)樁基上面，荷載再從樁基傳遞到樁的持力層里面，由此連接起樁基和承臺板的這一構(gòu)造，每一個(gè)樁基所分布承受的荷載加起來的總和就是這一結(jié)構(gòu)所需要承受的總體荷載。這種方式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在工程項(xiàng)目中被廣泛的應(yīng)用，然而這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于沒有完全的考慮到承臺、樁以及樁間土三者在實(shí)際運(yùn)作時(shí)，同時(shí)對樁基產(chǎn)生一定的影響，從而該設(shè)計(jì)并不完全與樁基的工作原理吻合?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）中準(zhǔn)確的描述記載了關(guān)于復(fù)合樁基的承荷力受承臺效應(yīng)、群樁效應(yīng)的負(fù)面作用。鑒于此，在工程設(shè)計(jì)中如果能夠更加詳細(xì)分析，更多的把握住復(fù)合樁基的實(shí)際工作原理以及受力特征，將會推動復(fù)合樁基的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的完善?！督ㄖ痘夹g(shù)規(guī)范》（JGJ94-2008）中還制定了必要的三個(gè)條件來約束土、群樁和承臺三者共同作用的復(fù)合樁基：①非端承樁樁基數(shù)目大于3根；②承臺底端與地面有效相連，即底面與地面緊密接觸；③承臺底面接觸土體具有一定的承載能力，必須為非液化土、非濕陷性黃土、非高靈敏度軟土、非欠固結(jié)土、非新填土或可能出現(xiàn)震陷、降水、沉樁過程產(chǎn)生高孔隙水壓和隆起等土體。

這些都是由于承受太以及承受臺底部土地所承擔(dān)的外荷載是整個(gè)樁基下沉而保全建筑物的安全和其使用功能的前提下所建造出來的。然而承受端力的樁的底面非常硬，所以樁頂往下的下降不會有很多，也就是說承力樁對于底面的接觸會比較小，用這樣的原理，承力樁的頂部所承受的荷載主要是通過樁的底部傳給土地層，而其所受的壓力和荷載會隨著樁底的增加而向周圍擴(kuò)散，鑒于此就不會讓承力樁因?yàn)樨?fù)載的增加而輕易變形，或者被破壞。各個(gè)基樁的承載力之和就是整個(gè)群樁所需要承載的力的總和，對于復(fù)合樁機(jī)的承臺、樁底以及土面每個(gè)部分所起的作用，相關(guān)研究人員對它們都非常感興趣，并且進(jìn)行了許多相關(guān)的研究和探討，其中有限元法中運(yùn)用superSAP這一軟件能夠通過實(shí)驗(yàn)和其具體情況的分析，加之土面承載臺及樁基的利用情況探討出復(fù)合樁基對于整個(gè)工程的有益之處。

2 國內(nèi)復(fù)合樁基的研究現(xiàn)狀

我國現(xiàn)在對于復(fù)合樁基的設(shè)計(jì)方法主要有以下幾種。

①變化剛度的設(shè)計(jì)方法，這一方法是由我國劉金礪等人研究實(shí)踐出來的，他們通過土層的不同、樁原料的不同、樁長短的不同、兩個(gè)樁之間的距離不同等實(shí)驗(yàn)研究得出了這樣一個(gè)結(jié)論：土層一樣，但復(fù)合樁的形狀變化隨著樁距的不同而發(fā)生變化，兩個(gè)復(fù)合樁之間土體的壓縮變形越多，說明其兩個(gè)樁之間的距離越遠(yuǎn)，反之，被壓縮變形的幾率會降低。復(fù)合樁在土體中的部分壓縮變形得多，說明其樁進(jìn)入土體層的長度太淺了，反之，進(jìn)入土體層越深，其壓縮變形的幾率越小，再者，樁進(jìn)入土層的深淺的關(guān)系比線彈性的理論值會小很多。鑒于此，他們對樁的土層、土質(zhì)、樁的長短、樁進(jìn)入地面的深淺以及兩個(gè)樁之間的距離等進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)其具體工程情況的需要，來設(shè)計(jì)出適用于不同場合和對象的復(fù)合樁基，適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)了一部分復(fù)合樁基的承載剛度，減小一部分樁基的承載剛度，讓總體沉降的差異基本調(diào)和，不會出現(xiàn)太大的差異性。

②減少沉降量的復(fù)合樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，我國有關(guān)專家認(rèn)為，復(fù)合樁基的樁在軟土的土層中布置量比較少時(shí)，承臺底面下的厚而軟的臥土層引起的沉降量必然過大，超過規(guī)范允許范圍，為了讓沉降值控制在規(guī)范允許范圍，必須布置適量的樁。關(guān)于復(fù)合樁基礎(chǔ)的沉降的計(jì)算方面的問題，我們主要應(yīng)該注意以下兩個(gè)方面：a.當(dāng)樁距不大于6倍樁徑時(shí)，沉降計(jì)算時(shí)不應(yīng)考慮承臺下土的作用，單樁承載力可以按照規(guī)范考慮承臺下土的作用帶來的提高，外荷載全部由樁基承擔(dān)，此時(shí)按照樁基礎(chǔ)進(jìn)行沉降計(jì)算，只需要計(jì)算出樁端平面土體承擔(dān)樁傳遞的附加荷載在土層中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，然后再按照分層總和的方法計(jì)算樁基礎(chǔ)的沉降大小，計(jì)算沉降總量時(shí)應(yīng)計(jì)入樁身壓縮量；b.當(dāng)樁距大于6倍樁徑時(shí)，單樁承載力可以按照規(guī)范考慮承臺下土的作用帶來的提高，同時(shí)沉降計(jì)算時(shí)也應(yīng)考慮土體的有利作用。如果承臺直接接觸的土層具有一定的承載力，荷載由樁筏基礎(chǔ)中的樁和承臺下土體共同承擔(dān)。為安全起見，布置樁數(shù)量時(shí)，只考慮樁的承載力，不考慮土的承載力，此時(shí)沉降計(jì)算值可能會超過規(guī)范規(guī)定。那么沉降計(jì)算時(shí)，就可以先用天然地基中的應(yīng)力計(jì)算方法計(jì)算承臺下土承擔(dān)的荷載在樁端平面土中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，附加應(yīng)力計(jì)算可以按照承臺下土層中承載力最小層土取值，然后計(jì)算樁承擔(dān)的荷載在樁端平面土中產(chǎn)生的附加應(yīng)力，樁端平面土中的附加應(yīng)力為這兩者之和，然后按照分層總和法計(jì)算樁筏基礎(chǔ)的沉降。如果沉降值超過規(guī)范規(guī)定，則可以調(diào)整承臺尺寸，而不是再增加樁的數(shù)量或長度，重新進(jìn)行沉降計(jì)算，通過反復(fù)多次計(jì)算，直到沉降值滿足規(guī)范規(guī)定為止，計(jì)算沉降總量時(shí)應(yīng)計(jì)入樁身壓縮量。

③減沉復(fù)合疏樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方法，對于在軟土地基上建設(shè)多層建筑，地基承載力按照建筑底層平面面積計(jì)算基本滿足要求時(shí)，為了控制沉降值滿足規(guī)范要求，可以設(shè)置穿過軟土層進(jìn)入壓縮模量相對較大的土層疏布置摩擦型樁。承載力計(jì)算時(shí)，可以考慮承臺和樁的各自作用，即布置樁和承臺時(shí)荷載由承臺和樁共同承擔(dān)。疏樁基礎(chǔ)的沉降量為地基土承擔(dān)荷載引起的沉降量和樁基承擔(dān)荷載引起的沉降量之和。和的計(jì)算方法可分別參照一般天然地基淺基礎(chǔ)與一般樁基礎(chǔ)的沉降計(jì)算方法，計(jì)算時(shí)可以不考慮樁身壓縮的影響。

3 研究成果和設(shè)計(jì)建議

樁的承載力一般由樁端承載力形成的端阻和樁身與土的摩擦形成的側(cè)阻疊加而成，對于低承臺樁，承臺與土必然接觸，土對承臺必然有承載力。研究表明，樁基和承臺土對于承載力一直起著共同承擔(dān)作用，對于有側(cè)阻的樁，當(dāng)承臺底部土質(zhì)承載力相同時(shí)，承臺土分擔(dān)的荷載比例隨著承臺寬度與樁長比值的變化而變化，在比值較小階段，承臺土分擔(dān)承載力比例隨著承臺寬度與樁長比值加大上升較快，比值到達(dá)一定數(shù)字后，承臺土分擔(dān)承載力比例上升明顯變慢。說明，承臺寬度與樁長比值有一個(gè)最佳值能夠使得承臺土承載力比例處于最佳狀態(tài)。對于樁端有承載力很大且埋深較淺的土層，而上部土層承載力很小時(shí)，此時(shí)樁的端阻占絕對主導(dǎo)地位，為了減少工程造價(jià)，可以直接采用小樁距布樁法，承臺較小，不按照復(fù)合樁基設(shè)計(jì)，所有荷載由樁承擔(dān)，沉降計(jì)算一般情況下滿足規(guī)范要求。當(dāng)樁長較長且側(cè)阻在樁承載力中所占比值較高時(shí)應(yīng)進(jìn)行方案比較分析，對于單承臺下多余3根樁的情況，一種方法是不按照復(fù)合樁基設(shè)計(jì)，采用小樁距，所有承載力由樁承擔(dān)，沉降計(jì)算時(shí)不考慮承臺下土的作用，此時(shí)，承臺較小。另一種方案時(shí)按照復(fù)合樁基設(shè)計(jì)，沉降計(jì)算時(shí)考慮承臺下土的作用，承載力計(jì)算時(shí)可按照具體工程情況是否考慮承臺下土的作用。從復(fù)合群樁基礎(chǔ)受力特性來看，樁基的優(yōu)化設(shè)計(jì)的目標(biāo)是樁的布置滿足承載力和沉降值要求，通過合理的樁基布置方案，使得樁基和承臺的綜合造價(jià)最優(yōu)。