复合桩基的未来发展方向以及特点-智慧工地 - 52监测网

由桩和连接桩顶的桩承台(简称承台)组成的深基础,简称桩基。桩基具有承载力高、沉降量小而较均匀的特点,几乎可以应用于各种工程地质条件和各种类型的工程,尤其是适用于建筑在软弱地基上的重型建(构)筑物。因此,在沿海以及软土地区,桩基应用比较广泛。

当天然地基土不能满足地基基础设计承载力和变形的要求时,可以采用地基加固,也可以采用桩基础将荷载传至深部土层。桩基础有比较大的整体性和刚度,能承受更大的竖向和水平荷载,能适用高、重、大的建筑物对地基的要求。

桩基础具有承载力高,沉降量小而均匀,沉降速率缓慢等特点。它能承受垂直荷载、水平荷载、上拔力以及机器的振动或动力作用,广泛用于房屋地基、桥梁、水利等工程中。

工程中的桩基础,往往由一定数量的桩组成,桩顶设置承台,从而把各桩连成整体,将上部结构的荷载均匀传递给桩。桩基础按承台位置的高低可分为高承台桩基础、低承台桩基础等;按承载性质不同可分为端承桩、摩擦桩;按桩身材料不同可分为钢筋混凝土桩、钢桩、木桩、砂石桩、灰土桩等;按桩的使用功能可分为竖向抗压桩、竖向抗拔桩、水平荷载桩、复合受力桩等;按制作工艺可分为预制桩、灌注桩等;此外还可按桩直径、成孔方法以及截面的形式进行分类。

复合桩基是按大桩距(通常指5~6倍桩径以上)稀疏布置的低承台摩擦群桩或端承作用较小的端承摩擦桩与承台体共同承载的桩基础,也被称为附加摩擦桩的补偿基础,减少沉降量的桩基础,桩筏体系等。在浅基础中,上部结构荷载通过基础底板传递给底板下的地基土体。

桩基础中,上部结构荷载通过基础底板传递给桩体,再通过侧摩阻力和桩端端承力传递给地基土体,上部结构荷载全部由桩承担。在复合桩基中,上部结构通过基础底板和褥垫层将部分荷载传递给基础底板下的地基土体,同时也通过基础底板和褥垫层把另外一部分荷载直接传给桩体。

复合桩基和复合地基是不同的概念。复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强,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的作用。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3种。

复合桩基与复合地基两者都同时考虑了桩和桩间土共同承担荷载,在设计计算参数时,又都采用了桩基础的两个抗力公式,容易混淆,但它们是有本质区别的。从构造组成来看:复合桩基中的桩与承台相连接,桩中钢筋是插入承台的,是基础的一个组成部分,而复合地基的桩与承台不连接,是地基的一个组成部分;从荷载受力来看,复合桩基的桩是将承台上部荷载力传至桩间和桩尖持力层地基上,属传力的基础,而复合地基中的桩,是将承台底地基土进行加固,以满足承台上部荷载承载力的要求,属受力的地基比如 CFG桩;从承载力的确定和检测方法来看:

复合桩基中的桩与桩基础的单桩竖向抗压静载荷试验一样,判定标准是用Q-s曲线的极限荷载值或沉降量来确定,桩身质量判断可用高、低应变动测度验来检测,而复合地基中的桩,其单桩竖向承载力标准值,只是供设计人员从理论上去推导复合地基承载力,一般可以不检验,主要应该通过现场载荷试验的Q-s曲线中比例极限或相对沉降量,来确定其复合地基承载力标准值,桩身质量判断一般由予留混凝土试块或现场标贯试验确定。目前,复合桩基设计有以下几个主要发展方向:

其一是沉降控制复合桩基。沉降控制复合桩基也称减少沉降桩基础或疏桩基础。在这种设计中,考虑了桩土共同工作,桩的主要作用是用来减少建筑物沉降。沉降控制复合桩基是介于天然基础和桩基础之间的一种基础形式,它从单纯以承载力为控制条件进行桩基设计,过渡到以变形和承载力双重控制。

在软土地基中,桩基设计往往以沉降为控制条件,即桩基设计的控制条件往往并不是因为地基的强度不足造成的,而主要是由于地基在荷载作用下产生过大的沉降。沉降控制复合桩基与常规桩基的设计方法相比,桩数可以大幅度减少,桩的长度也可以减小,具有可观的经济效益。

其二是带褥垫层的复合桩基。在桩基的施工中,由于承台下土的固结导致基础沉降和差异沉降较大,过大的沉降导致了基础内应力的增大,使承台因应力集中产生过大的变形。特别是在软土地基中,土层产生固结沉降,承台可能与桩间土发生脱空现象,造成桩土不能共同工作。在承台和桩之间设置褥垫层,避免承台和桩间土出现脱空现象。由于垫层对桩和桩间土的应力和变形具有调节作用,能够减少承台的应力集中,从而可以减小承台厚度,降低工程造价。

其三,以控制差异沉降为目标的桩基础设计。建筑物的沉降可以分为平均沉降和差异沉降,在过去比较多的注重建筑物的总体沉降,而对差异沉降的研究较少。差异沉降是一个比平均沉降更为关键的因素,过大的差异沉降必然造成建筑物的开裂、倾斜,危及建筑物的安全。

国内学者提出了“变刚度”调平的概念,其核心思想是将结构+承台+桩土作为共同作用的整体进行设计,不拘泥于局部塑性区的出现和桩顶荷载的不均,而是着重于控制沉降变形的均匀度。该方法通过改变桩长、桩距、桩径等方法减小了差异沉降,又节约了用桩量,使基础的受力性能更加经济合理。