复合地基桩间土承载力计算方法研究

邱 欢

摘要：南通地区属长江下游三角洲冲积平原地貌单元，覆盖层为巨厚的第四纪土层，部分高砂土地区表层主要为粉砂土，在挤土桩施工时会产生明显的挤土效应，若采用复合地基方案可有效加固桩间土层。本文以南通滨海地区某厂房项目为例，提出在高砂土地区，定量计算地基处理后桩间土承载力的计算公式，以供在相似工程中参考借鉴。

关键词：双桩型复合地基；挤土效应；桩间土承载力

1前言

复合地基桩型丰富，按桩身材料可分为散体材料增强体和有粘结强度增强体，工程中可根据上部荷载情况和地质情况选择合适的桩基方案，目前在大小工程建设中得到了广泛的应用。复合地基根据桩型的多少可分为单一桩型和多桩型。单一桩型是一种桩型组成的复合地基，多桩型复合地基是由两种或两种以上桩型组成的复合地基。目前各大规范和设计手册中复合地基承载力计算公式中均涉及处理后的桩间土承载力取值问题，承载力取值一般都是根据地区经验，并无定量计算的方法，取值合不合理会影响复合地基承载力特征值计算结果准确性，若差距较大，会影响工程造价和工程的正常施工。本文以某工程为实例，该工程采用预制桩和沉管碎石桩组合地基处理方案，基于砂土加固原理提出桩间土承载力计算公式，并通过试验结果反算修正系数，论证初步设计时修正系数取值的合理性。

2复合地基承载力计算方法分析

2.1复合地基承载力计算方法分析

南通地区高砂土地区，表层砂土一般为稍密~中密状态，为加固砂土可采用挤土桩，工程中一般采用碎石桩地基方案，单桩型复合地基可按下式计算：

                          （式1）

式中：fspk为复合地基承载力特征值；m为桩的面积置换率；n为复合地基桩土应力比；fsk为处理后桩间土承载力特征值（kPa）。

双桩型复合地基设计时一般都布置成长短桩，其中长桩一般为具有粘结强度的桩，强度和模量较高，在复合地基中承担的荷载占比较大，短桩一般都是为了处理桩间土的湿陷性，液化等不利因素。对于具有粘结强度的桩和散体材料桩组合复合地基是采用直接叠加法，可按下式进行计算：

              （式2）

式中：fspk为多桩型复合地基承载力特征值；m1、m2为分别为长、短桩的面积置换率；λ1为长桩的单桩承载力发挥系数；Ra1为长桩的单桩承载力特征值（kN）；Ap1为长桩的截面面积（m2）；β为仅由散体材料桩加固处理形成的复合地基承载力发挥系数；n为仅由散体材料桩加固处理形成复合地基的桩土应力比；fsk仅由散体材料桩加固处理后桩间土承载力特征值（kPa）。

在复合地基承载力特征值计算公式（式1和式2）中的fsk一般都是按地区经验取值，可取天然地基承载力特征值的1.2~1.5倍，目前没有较为准确的量化计算公式。此外，双桩型复合地基承载力计算公式（式2）中建议fsk取仅由散体材料桩加固处理后桩间土承载力特征值，没有考虑到长桩采用挤土桩时对于桩间土的挤密影响，fsk的取值较为保守。

2.2复合地基桩间土承载力计算方法分析

对于松散~稍密的砂土地基，振冲碎石桩或沉管碎石桩初步设计时桩间距是根据挤密后要求达到的孔隙比确定的，可按下列公式估算：

（等边三角形布置）              （式3）

（正方形布置）                 （式4）

式中：s为砂石桩间距（m）；d为砂石桩直径（m）；ξ为修正系数；e0为地基处理前砂土的孔隙比；e1为地基挤密后要求达到的孔隙比。

假设在松散~稍密的砂土中砂石桩成桩过程中，地面没有隆起或下沉，即加固砂土无流失，此时=1，，根据土力学原理进行计算后可以得出，由此公式可以看出面积置换率越高，处理后桩间土的的孔隙比越小，桩间土越密实，桩间土的承载力也越高，因此当双桩型复合地基中长桩采用挤土桩时，对于桩间土的挤密效果不可以忽略不计。

根据上述砂土的加固原理和孔隙比计算公式，本文提出处理后桩间土孔隙比和承载力计算公式如下：

                           （式5）

                      （式6）

式中：为加固前天然地基承载力特征值；为修正系数，初步设计时，可以取2.0。

3工程算例

3.1工程概况

某大型厂房工程位于南通市滨海园区，层数为3层，拟采用桩基础或复合地基方案，上部为框架结构，单柱最大荷载为4000kN，柱网尺寸为8.0m×9.0m，室内地坪有荷载要求，为节约工程造价，初步设计时要求承台位置的单桩极限承载力标准值需达到2100kN或复合地基承载力达到200kPa，地坪位置的承载力达到130kPa。

3.2工程地质概况

根据地质勘察资料，在钻孔深度25.0m内地基土根据土的成因和物理力学性质的差异，将本次勘探深度范围内的土层分成4个工程地质层，自上而下分述如下：素填土（层1），以粉砂为主，松散~稍密状态，不均匀。粉砂夹粉土（层

2）：粉砂呈稍密状态，饱和，主要矿物成分为石英和长石，层厚为3.50～5.10 m，为轻微~中等液化土层，e0平均值为0.80，fak=100kPa。粉砂夹细砂（层3）：呈中密状态，饱和，主要矿物成分为石英和长石，层厚为10.0～13.50 m。粉质黏土夹黏质粉土（层4）：粉质黏土呈软塑状态，切面稍有光泽，未揭穿。

3.3设计方案

根据地质勘察报告，粉砂夹粉土（层2）为轻微~中等液化土层，不可直接作为地基持力层，需要进行地基处理。若采用混凝土预制桩方案，层3的工程力学性质较好，作为拟建厂房的桩端持力层，桩径取500mm，桩长最大可取12m，预估单桩极限承载力标准值为1400kN，不满足设计要求。而且此厂房对室内地坪有荷载要求，故综合考虑后采用预制桩和沉管碎石桩组合的双桩型复合地基进行地基加固。

经方案比较，厂房承台基础位置长桩采用预制桩，桩边长取400m，桩间距取1.6m，桩长为7m，单桩承载力特征值为250kN，短桩采用沉管碎石桩，桩径取400mm，桩间距取1.6m，根据计算公式，经处理后，桩间土e1可达到0.60，可满足液化处理的要求。承载力计算时α取2.0，β取1.0，λ取1.0，经计算处理后桩间土fsk取150kPa，fspk取250kPa，满足设计要求。

地坪位置采用沉管碎石桩，桩径取500mm，桩间距取1.6m，根据计算公式，经处理后，桩间土e1可达到0.66，可满足液化处理的要求，承载力计算时α取2.0，处理后桩间土fsk取134kPa，fspk取150kPa，满足设计要求。

3.4与现场检测结果比较分析

现场经检测，复合地基承载力均合格，满足设计要求。此外为了验证桩间土承载力计算公式的合理性，现场在承台位置和地坪位置各布置3个点取样测试孔隙比和桩间土承载力，根据实测的桩间土承载力可以反算式6中的α，测试结果和反算结果见下表：

位置	处理前桩间土e0	处理后桩间土e1	载荷试验fsk	反算α
承台下	0.82	0.62	145.0	1.76
	0.79	0.60	155.0	2.11
	0.78	0.61	158.0	2.21
地坪下	0.81	0.68	135.0	2.04
	0.80	0.67	139.0	2.26
	0.78	0.67	140.0	2.29

α平均值为2.11，有此可以看出，初步设计时计算公式中α取2.0计算较为合理，与实际情况较为吻合。

4结论

本文通过分析某厂房项目复合地基的设计和检测结果，可以得到以下结论：（1）高砂土地区采用预制桩和沉管碎石桩组合的双桩型复合地基是可行的，能够有效的加固表层砂土，消除液化土的不利影响。（2）本文就高砂土地区的单桩型和双桩型复合地基计算方法进行了研究，提出处理后桩间土孔隙比和承载力计算公式，根据检测结果，桩间土承载力计算公式中α取2.0是适当合理的。（3）本文仅是单个工程案例，计算公式有局限性，对桩间土承载力计算只有经过系统的试验，才可以推动理论研究的深入。

参考文献：

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