关于建筑工程中复合地基的应用分析

　　复合地基处理技术发展迅速，并广泛应用，技术经济效果具佳，颇受建筑界欢迎。就不完全统计，多层建筑约有60%采用复合地基，小高层、中高层建筑采用复合地基的比例不断提高。实践证明，复合地基以其特有的技术效果，良好的经济效益，具有良好的发展前景和广阔的发展空间。

 

　　一、复合地基的理论研究

 

　　1.复合地基，指的是在地基的处理过程中，天然地基的部分土体得到了一定的增强或是被置换了，或者是在天然的地基当中，设置了加筋材料，因此加固区由天然地基的土体以及增强体共同组成的人工的地基。

 

　　2.“复合地基”这个词在20世纪60年代时是第一次在国际上得以使用，从那以后，复合地基理论便为地基的处理提供了一种理论分析，并且为建立公式提供了依据。关于复合地基理论的研究深受学术界以及岩土工程界的重视。在灰石桩、石灰桩、碎石桩、旋喷桩等加固地基的一系列理论分析当中，都应用到了复合地基理论。最近几年，CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）和疏桩以及树根桩基础等也成为了复合地基理论的范畴之内。

 

　　3.虽然复合地基出现的时间并不是很长，但是复合地基的工程应用有着很久的历史渊源。自从人类文明出现，便兴起了一种地基处理的技术。人类最早的砂石桩出现于1835年，出自于一位法国工程师之手。2002年，建设部组织鉴定了CFG桩（水泥粉煤灰碎石桩）复合地基成套技术，继而其广泛应用于国内的各个建筑工程当中。

 

　　二、复合地基的种类

 

　　复合地基可以根据增强体的方向分为竖向增强体复合地基和水平向增强复合地基。

 

　　1.竖向增强体复合地基。竖向增强体习惯上称为桩，竖向增强体复合地基通常也被称为桩体复合地基。桩体复合地基根据竖向增强体的性质又可分为三类：散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。水平向增强体复合地基主要包括由各种加筋材料，如土工聚合物、金属材料格栅等形成的复合地基。

 

　　散体材料桩复合地基的桩体是由散体材料组成的，桩身材料没有粘结强度，单独不能形成桩体，必须依靠周围土体的围箍作用才能形成桩体。散体土类桩复合地基的承载力主要取决于散体材料的内摩擦角和周围地基土体能够提供的桩侧阻力。柔性桩复合地基的桩体刚度较小，但具有一定的粘结强度。柔性桩复合地基的承载力由桩体和桩间土共同承担，其中绝大多数情形为桩体的置换作用。刚性桩复合地基主要是通过桩体的置换作用来提高地基的承载能力，由于桩体本身强度较高，所以承载能力比散体桩、柔性桩复合地基提高很多。

 

　　2.水平向增强体复合地基。水平向增强体复合地基就是在地基中水平向铺设各种加筋材料，如土工织物、金属材料、土工格栅、竹筋等形成的复合地基。加筋材料的作用是约束地基土侧向位移，增强土的抗剪能力，防止地基土侧向挤出。竖向增强体复合地基中的竖向增强体习惯上称之为桩，因此又称为桩体复合地基。竖向增强体复合地基根据竖向增强体的性质和成桩后的刚度分为三类：柔性桩复合地基、半刚性桩复合地基和刚性桩复合地基。

 

　　三、实例分析

 

　　1.工程实例及地质情况。某选煤厂的建筑高度52m，直径Φ=15m，容量4500t，跨铁路线。支承型式采用筒壁与内柱共同支承，地下水稳定水位在地面下1.8m。本地区抗震设防烈度为6度，基本地震加速度为0.05g。

 

　　2.本工程场地。第一，层素填土，较松散，主要成分为煤矸石；第二，层为粉质粘土，湿，可塑稍硬，含Fe、Mn质结核及砂礓，属中低压缩性土，土层分布均匀，沉积稳定；第三，层粉质粘土，湿，可塑稍硬，含Fe、Mn质结核，局部夹粉土薄层。属中低压缩性土，土层布布均匀，沉积稳定。该层未揭穿，可见最大厚度11m各层地基土主要计算指标（见表1）。

 

　　3.基础选型

 

　　（1）强夯法是用动力改良地基的一种方法，又称动力固结法。使用大吨位的重锤对土体反复夯击，使土体加密、固结，土体结构重新排列，从而提高承载力。但是，由于强夯加固地基的机理较复杂，且强夯施工产生的震动对周围建筑物会产生有害影响，须采取隔震或防震措施；另外，要求有较高的施工水平，并拥有完善的检测手段。当地不具备相应的施工队伍。

 

　　（2）大直径挖孔扩底柱。一般采用人工挖大直径桩孔至持力层，桩端根据计算扩底，不需要特别的设备和技术，施工简便，单桩承载力高，计算简便，沉降小、造价低。但本工程地下水位在地面下1.8m，地下水位高，施工时必须有可靠的技术措施和安全措施。

 

　　（3）刚性桩复合地基。刚性桩复合地基主要包括CFG桩与砼类桩。刚性桩复合地基有以下优点。桩土共同受力，提高地基承载力和减少沉降；可发挥全桩长的侧阻，并根据土层结构条件，合理、灵活地选择桩端持力层，充分发挥端阻作用；桩体质量及耐久性有保证；施工简便，设备外形尺寸小，操作方便，工期短，造价低。

 

　　（4）通过以上几种方案比较，结合当地施工条件，该工程最终选用刚性桩复合地基。因为地水位较高，施工工艺采用长螺旋钻孔、管内泵压混合料灌注成桩。

 

　　4.刚性桩复合地基的设计要点

 

　　（1）桩的布置。通常，刚性桩都布置在基础范围内。黄土地基为增强地基的稳定性，处理宽度要求超出基础边缘一定范围，防止基底下被处理的土层在附加应力作用下受水浸湿时产生侧向变形。因此，刚性桩布桩范围应符合国家标准中挤密桩处理地基的宽度要求。桩距一般取3-5倍桩径，桩径一般取350-600mm。桩长应根据建筑物对地基的要求，并按照复合地基承载力及变形的要求综合确定，选择在强度较高的持力土层上。

 

　　（2）褥垫层。由于桩土应力较大，为保证桩土共同作用，通常在桩顶和基础之间设置褥垫层，厚度取150-300mm。其材料用中砂、粗砂、级配砂石或碎石等。褥垫层的厚度可根据建筑物的结构特征、基础型式、桩间土性质及其对地基变形的要求等因素综合选定。工程应用中，以提高承载力为主要目的刚性桩复合地基，为充分发挥桩间土的承载力，褥垫层的厚度应取大值；对以减少沉降为主要目的刚性桩复合地基，褥垫层的厚度宜取小值。这种情况下，由于桩实际承担的荷载较大，桩间土承载力的发挥有赖于桩的沉降变形。因此，要考虑桩顶上压力达到桩的极限承载力时不至造成桩体破坏。为此，可相应提高桩顶的混凝土强度。另外，桩对基础也会产生应力集中，还应对基础进行抗冲切验算。本工程实例采用刚性桩复合地基的主要目的是提高承载力，褥垫层的厚度取300mm，材料采用碎石，粒径小于30mm。

 

　　复合地基已成为土木工程建设中常用的基础形式之一。采用复合地基可以比较充分利用自然地基和增强体两者的潜能，并且可以通过调整增强体的刚度、长度、和复合地基置换率等设计参数以满足地基承载力和控制沉降量的要求，具有较大的灵活性。因此复合地基具有一定的优势。展望复合地基的发展，在复合地基计算理论、复合地基形式、复合地基施工工艺、复合地基质量检查等方面都具有较大的发展空间，都有很多工作需要做。复合地基的发展需要更多的工程实践经验的积累，需要工程记录的研究，需要理论上的探索，需要设计、施工、科研和业主单位共同努力。

 

　　参考文献：

 

　　[1]金世伟.水泥土桩复合地基研究现状与展望[J].山西建筑，2010，36（4）：131-132.