长短桩复合地基承载力计算浅析

韩高孝

(兰州交通大学土木工程学院,甘肃 兰州 730070)

随着复合地基理论和技术发展及应用,复合地基的形式也发生了较大的变化,许多新型复合地基被应用到工程的设计和实践中。其中长短桩复合地基就是比较典型的一种新型复合地基形式。本文主要介绍了长短桩复合地基的承载力计算方法。

1 直接叠加法

式中:fspk为复合地基承载力特征值,kPa;m1、m2分别为长短桩的置换率;fsk为桩间土承载力特征值,kN;Ra1、Ra2分别为长、短桩单桩承载力特征值,kN;Apl、Ap2分别为长、短桩的桩截面面积,m2;β为桩间土承载力发挥系数,一般取 β=0.75～1.0。

如果考虑长桩、短桩、桩间土承载力发挥系数,则地基承载力可用下面公式计算:

式中:fspk为组合桩型复合地基承载力特征值,kPa;m1、m2分别为长、短桩的面积置换率;fsk为加固后的桩间土承载力特征值,kPa;Ra1、Ra2分别为长、短桩单桩承载力特征值,kN;Apl、Ap2分别为长、短桩的桩截面面积,m2;γ1、γ2分别为长桩、短桩、桩间土承载力发挥系数。

2 分步计算法

如图1所示,将复合地基沿深度方向划分为三个区域。

图1 计算示意图

2.1 分步计算方法之一

Ⅰ区的地基承载力计算,首先计算长桩复合地基的承载力,然后视长桩复合地基为长短桩复合地基的“桩间土”,计算复合地基的承载力,如式(3)、式(4)。

式中:fspk1为长短桩复合地基承载力特征值,kPa;fspk2为长桩复合地基承载力特征值,kPa;m1、m2分别为长短桩的置换率;fsk为桩间土承载力特征值,kN;Ra1、Ra2分别为长、短桩单桩承载力特征值,kN;Ap1、Ap2分别为长、短桩的桩截面面积,m2;β为桩间土承载力发挥系数。

在Ⅱ区,因为地基土中只有长桩作为加筋体,所以Ⅱ区的地基承载力只计算长桩和土体所形成的复合地基的承载力,计算式为式(5):

式中符号意义同前。

Ⅲ区的地基承载力为天然土体本身的承载力。同样,可把桩间土承载力提高系数和桩间土承载力发挥系数引入组合桩型复合地基承载力计算方法中,其计算过程如下。

长桩和天然地基形成的复合地基承载力特征值为:

式中:fak为基础下天然地基土的承载力特征值;Ap1为长桩的断面面积;m1为平均面积置换率;Ra1为单桩承载力特征值;α1为桩间土承载力提高系数,与土性和主控桩成桩工艺及主控桩的桩径、桩距等有关。对非挤土成桩工艺,α1=1;β1为桩间土承载力发挥系数,一般 β1≤1。

短桩与承载力特征值为fspk1的等效天然地基复合后的承载力即为组合桩型复合地基的承载力,计算公式如式(7):

式中:Ap2为基础下短桩的断面面积;m2为平均面积置换率;Ra2为单桩承载力特征值;fspk为组合桩型复合地基承载力特征值;α2为桩间土承载力提高系数,与土性和短桩成桩工艺及短桩的桩径等有关。对非挤土成桩工艺,α2=1;β2为桩间土承载力发挥系数,一般 β2≤1。

2.2 分步计算方法之二

在Ⅰ区,先将天然地基与长桩组成的复合地基视为短桩的“桩间土”,则长桩和天然地基形成的复合地基承载力特征值为:

式中:α1为桩间土承载力提高系数,与土性和长桩成桩工艺及长桩的桩径、桩间距等有关。对非挤土成桩工艺,α1=1;β1为桩间土承载力发挥系数,一般 β1≤1;fak为天然地基土的承载力特征值;其余符号意义同前。

组合桩型复合地基承载力特征值为:

式中:α2为桩间土承载力提高系数,与土性和短桩成桩工艺及短桩的桩径、桩间距等有关。对非挤土成桩工艺,α2=1;β2为桩间土承载力发挥系数,一般 β2≤1;其余符号意义同前。

在Ⅱ区同样只有长桩和土体形成复合地基,所以其承载力只计算长桩和土体形成的复合地基的承载力,其计算式如式(10):

式中符号意义同式(8)。

Ⅲ区地基承载力为天然土体的承载力。

3 结 论

以上方法没有考虑土体与桩的相互作用,因而所计算的承载力与实际情况是有差异的,但是这两种方法计算简便,适于工程应用。目前考虑桩与桩间土相互作用的计算方法还有待于进一步研究。

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