刚柔性桩复合地基承载力计算研究
摘要:刚柔性桩复合地基目前理论研究远远滞后于工程实践，目前的
设计
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计算主要采用半公式半经验算法，本文考虑现有刚柔性桩地基承载力的计算
方法
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的缺点，根据其受力特点提出一种新的优化计算模型。
关键词:地基处理 复合地基 刚柔性桩 优化模型
0 引 言
随着建筑行业的发展，上层建筑物对地基承载力等各方面的要求日渐提高。刚柔性桩复合地基作为一种新的地基处理方法，目前已经投入使用，可以有效提高地基土的承载能力，减小压缩地基沉降，发挥深部优良地基土的承载力作用。但其理论计算方面远远滞后于工程实践。
1 刚柔性桩复合地基承载力现有算法
1.1 单桩承载力计算
(1)柔性水泥搅拌桩
依据JGJ79-2002《建筑地基处理技术规范》中给出的水泥搅拌桩单桩承载力
计算公式
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:
n
R,uql，,qA 1 (),apsiipp,1i
R,,fA 2 () acup
kNu式中:为单桩承载力特征值,,取上二式较小值;为桩周长,m;为桩侧摩阻Rqpasi
q力,;为桩长范围内各土层的厚度,m;α为桩端土天然地基承载力折减系数;桩端土kPlpai
A未经修正的承载力特征值;为端面积;η为桩身强度折减系数;为与搅拌桩桩身水泥fpcu
土配比相同的室内加固土块，边长为70.7mm的立方体在
标准
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养护条件下90d龄期的立方体抗压强度平均值，。 kPa
(2)刚性素混凝土桩
依据JGJ 79-2002及JGJ 94-2008《建筑桩基础技术规范》刚性桩单桩承载力设计值,计算公式如下:
1 (3) R,QaukK
n
Q,uql，qA 4() ,ukpsikipkp,1i
kNu式中:单桩设计承载力;K安全系数,取1.6;单桩极限承载力,;桩周长,m;RQqpauksik
q桩周土极限侧阻力,;桩端阻力极限值,。 kPkPpkaa
1.2 复合地基承载力特征值计算
依据JGY 79-2002,复合地基承载力特征值计算如下:
Raf,m，,(1,m)f (5) spkskAp
式中:f为复合地基承载力特征值,;m为桩面积置换率;β为桩间土承载力折减系数;kPfspkask为处理后桩间土承载力特征值(可取天然地基承载力特征值)。
1.3 刚柔性复合地基承载力特征值计算
地基上部荷载由刚性桩、柔性桩及桩间土共同承担,故复合地基桩面积置换率由刚性及柔性桩两种组成计算如下式:
12RRaaf,m，m，,(1,m,m)f 6 ()spk1212skAAp1p2
nAnA1p12p2mm,,12AA 其中:
12kN式中:分别为柔性桩及刚性桩桩面积置换率;R为柔性桩桩单承载力特征值,;Rm、maa12
2kNAA刚性桩单桩承载力设计值,;、分别为柔性桩桩及刚性桩横截面面积,;β为桩间mp1p2
土单承载力折减系数,取0.4~0.6;为桩间土承载力特征值,;分别为柔性桩及刚fkPn、nska12
2性桩桩数;A为复合地基处理面积,。 m
2 承载力计算优化模型
2.1 原有算法中的缺陷
复合地基承载力是刚性桩、柔性桩和修正过后地基土承载力的简单叠加，但实际上三者的承载力难以同时达到设计承载力。
考虑到以上缺陷，本文提出一种新的计算模型。此模型基于刚柔性桩复合地基的受力特点:
1.柔性桩和土体协同作用为一整理，提高原地基土的强度，共同承担载荷，协同变形;
2.刚性桩传力至深部土层，发挥深部优良地基土的承载力作用，分担上部地基土载荷，减少沉降。
2.2 基本假设和符号
首先做如下假设:
1.上部为刚性基础，基础底面变形忽略不计;
2.桩顶和地基
表
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层土沉降量s相同;
3.不考虑桩侧摩阻力对土体应力分布的影响;
4.忽略桩端位移对桩体压缩的影响。
基本符号:为刚性桩和柔性桩的置换率;、、分别为刚性桩、柔性桩EEEm、m31212
和桩间土的压缩模量;分别为刚性桩和柔性桩的桩长; L、L12
2.3 模型计算
首先确定载荷分担量:
根据材料力学轴向应力应变公式:
,LF,E，，A 7 ()L
对于单位面积内的复合地基而言，因为桩顶沉降和地基土沉降量s相同，可得:
sF,E，，m 8 ()111L1
sF,E，，m 9 ()222L2
sF,E，，(1,m,m) 10 ()3312L2
,,F，F，F 11 ()123单位面积内刚性桩分担载荷:
Em11
L1F,，, 12 ()1EmEmE(1,m,m)1122312，，LLL122
F，F,,,F 13 ()231从而:刚性桩的应力以及地基土与柔性桩的和应力:
E1
L1,,，, 14 ()1EmEmE(1,m,m)1122312，，LLL122
F，F23,, 15 ()2，31,m1刚性桩单桩承载力为:
1R,Q 16 ()aukK
n
Q,uql，qA 17 (),ukpsikipkp,1i
根据《地基处理》地基土和柔性桩复合地基的承载力为:
P,[m，(n,1)，1]，3S 18 ()U
SU(式中:为地基土十字板抗剪强度;n为柔性桩和地基土的应力比)
推导出:
mE22,P,,[，(,1)，1]，3S 19 ()23，u1,mE13
对于刚柔性桩复合地基刚性桩需要满足承载力需求，刚性桩分担的载荷必须小于单桩承载力特征值，同时上部地基土和柔性桩部分也需要满足承载力要求，分担应力应小于上式中
从而有以下关系: P2，3
A,R, 20 ()1
,,P 21 ()2，32，3
从而反算出容许承载力:
E(1,m,m)EmEm3121122，，RLLLa122,,， 22 ()EA1
L1
E(1,m,m)EmEm3121122，，LLL122,,P，，(1,m) 23 ()2，31E(1,m,m)Em22312，LL22
取两式中最小值。
考虑到刚性桩对地基土变形的限制作用、刚性桩桩端沉降对桩身压缩的影响、桩身侧摩阻力对土中应力分布的影响以及施工影响，加以修正系数对承载力进行修正得:
f,,, 24 ()spkmin
3 总 结
本文中的承载力优化模型充分考虑了刚柔性桩的受力特点，并分别考虑刚性桩的承载力要求和柔性桩—地基土的承载力要求，使两者受力均低于承载力特征值，保证地基整体的稳固。同时引入修正系数，考虑刚性桩对地基土变形的限制作用、刚性桩桩端沉降对桩身压缩的影响、桩身侧摩阻力对土中应力分布的影响以及施工影响。但其合理性有待工程实践检验。
浙公网安备 33021202002483