復合樁基的未來發展方向以及特點

樁基特點及其分類

由樁和連接樁頂的樁承臺(簡稱承臺)組成的深基礎,簡稱樁基。樁基具有承載力高、沉降量小而較均勻的特點,幾乎可以應用于各種工程地質條件和各種類型的工程,尤其是適用于建筑在軟弱地基上的重型建(構)筑物。因此,在沿海以及軟土地區,樁基應用比較廣泛。

當天然地基土不能滿足地基基礎設計承載力和變形的要求時,可以采用地基加固,也可以采用樁基礎將荷載傳至深部土層。樁基礎有比較大的整體性和剛度,能承受更大的豎向和水平荷載,能適用高、重、大的建筑物對地基的要求。

樁基礎具有承載力高,沉降量小而均勻,沉降速率緩慢等特點。它能承受垂直荷載、水平荷載、上拔力以及機器的振動或動力作用,廣泛用于房屋地基、橋梁、水利等工程中。

工程中的樁基礎,往往由一定數量的樁組成,樁頂設置承臺,從而把各樁連成整體,將上部結構的荷載均勻傳遞給樁。樁基礎按承臺位置的高低可分為高承臺樁基礎、低承臺樁基礎等;按承載性質不同可分為端承樁、摩擦樁;按樁身材料不同可分為鋼筋混凝土樁、鋼樁、木樁、砂石樁、灰土樁等;按樁的使用功能可分為豎向抗壓樁、豎向抗拔樁、水平荷載樁、復合受力樁等;按制作工藝可分為預制樁、灌注樁等;此外還可按樁直徑、成孔方法以及截面的形式進行分類。

復合樁基及其發展方向

復合樁基是按大樁距(通常指5~6倍樁徑以上)稀疏布置的低承臺摩擦群樁或端承作用較小的端承摩擦樁與承臺體共同承載的樁基礎,也被稱為附加摩擦樁的補償基礎,減少沉降量的樁基礎,樁筏體系等。在淺基礎中,上部結構荷載通過基礎底板傳遞給底板下的地基土體。

樁基礎中,上部結構荷載通過基礎底板傳遞給樁體,再通過側摩阻力和樁端端承力傳遞給地基土體,上部結構荷載全部由樁承擔。在復合樁基中,上部結構通過基礎底板和褥墊層將部分荷載傳遞給基礎底板下的地基土體,同時也通過基礎底板和褥墊層把另外一部分荷載直接傳給樁體。

復合樁基和復合地基是不同的概念。復合地基是指天然地基在地基處理過程中部分土體得到增強,或被置換,或在天然地基中設置加筋材料,加固區是由基體(天然地基土體或被改良的天然地基土體)和增強體兩部分組成的人工地基。在荷載作用下,基體和增強體共同承擔荷載的作用。根據復合地基荷載傳遞機理將復合地基分成豎向增強體復合地基和水平向增強復合地基兩類,又把豎向增強體復合地基分成散體材料樁復合地基、柔性樁復合地基和剛性樁復合地基3種。

復合樁基與復合地基兩者都同時考慮了樁和樁間土共同承擔荷載,在設計計算參數時,又都采用了樁基礎的兩個抗力公式,容易混淆,但它們是有本質區別的。從構造組成來看:復合樁基中的樁與承臺相連接,樁中鋼筋是插入承臺的,是基礎的一個組成部分,而復合地基的樁與承臺不連接,是地基的一個組成部分;從荷載受力來看,復合樁基的樁是將承臺上部荷載力傳至樁間和樁尖持力層地基上,屬傳力的基礎,而復合地基中的樁,是將承臺底地基土進行加固,以滿足承臺上部荷載承載力的要求,屬受力的地基比如 CFG樁;從承載力的確定和檢測方法來看:

復合樁基中的樁與樁基礎的單樁豎向抗壓靜載荷試驗一樣,判定標準是用Q-s曲線的極限荷載值或沉降量來確定,樁身質量判斷可用高、低應變動測度驗來檢測,而復合地基中的樁,其單樁豎向承載力標準值,只是供設計人員從理論上去推導復合地基承載力,一般可以不檢驗,主要應該通過現場載荷試驗的Q-s曲線中比例極限或相對沉降量,來確定其復合地基承載力標準值,樁身質量判斷一般由予留混凝土試塊或現場標貫試驗確定。目前,復合樁基設計有以下幾個主要發展方向:

其一是沉降控制復合樁基。沉降控制復合樁基也稱減少沉降樁基礎或疏樁基礎。在這種設計中,考慮了樁土共同工作,樁的主要作用是用來減少建筑物沉降。沉降控制復合樁基是介于天然基礎和樁基礎之間的一種基礎形式,它從單純以承載力為控制條件進行樁基設計,過渡到以變形和承載力雙重控制。

在軟土地基中,樁基設計往往以沉降為控制條件,即樁基設計的控制條件往往并不是因為地基的強度不足造成的,而主要是由于地基在荷載作用下產生過大的沉降。沉降控制復合樁基與常規樁基的設計方法相比,樁數可以大幅度減少,樁的長度也可以減小,具有可觀的經濟效益。

其二是帶褥墊層的復合樁基。在樁基的施工中,由于承臺下土的固結導致基礎沉降和差異沉降較大,過大的沉降導致了基礎內應力的增大,使承臺因應力集中產生過大的變形。特別是在軟土地基中,土層產生固結沉降,承臺可能與樁間土發生脫空現象,造成樁土不能共同工作。在承臺和樁之間設置褥墊層,避免承臺和樁間土出現脫空現象。由于墊層對樁和樁間土的應力和變形具有調節作用,能夠減少承臺的應力集中,從而可以減小承臺厚度,降低工程造價。

其三,以控制差異沉降為目標的樁基礎設計。建筑物的沉降可以分為平均沉降和差異沉降,在過去比較多的注重建筑物的總體沉降,而對差異沉降的研究較少。差異沉降是一個比平均沉降更為關鍵的因素,過大的差異沉降必然造成建筑物的開裂、傾斜,危及建筑物的安全。

國內學者提出了“變剛度”調平的概念,其核心思想是將結構+承臺+樁土作為共同作用的整體進行設計,不拘泥于局部塑性區的出現和樁頂荷載的不均,而是著重于控制沉降變形的均勻度。該方法通過改變樁長、樁距、樁徑等方法減小了差異沉降,又節約了用樁量,使基礎的受力性能更加經濟合理。

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