长短桩复合地基的应用研究与发展趋势

徐玉芬

(三江大学土木工程学院，江苏 南京 210012)

0 引言

近年来，随着我国经济的飞速发展、地基处理技术的不断深化，长短桩复合地基在工程中得到了越来越广泛的关注。长短桩复合地基主要是利用刚性长桩与刚性、半刚性或柔性短桩相结合对地基进行综合处理。长短桩复合地基不仅能充分发挥桩体的承载力，而且能积极调动桩间土体参与工作，一般来讲，短桩可减少浅层的应力集中，提高其承载力;而长桩在增加地基承载力的同时更重要的是通过桩身将荷载传递到深层地基以达到减少压缩层变形、控制沉降量的目的。通常情况下，为协调地基变形，在桩顶还会铺设褥垫层。在一些地区，以刚性长桩柔性短桩组合的长短桩复合地基已开始应用并取得了显著的成效。

作为一种新型的地基处理形式，长短桩复合地基具有承载力高、工期短、造价低的特点，它将在岩土工程界得到推广和应用，但由于该理论还有很多不完善的地方，因此还需做进一步的探索和研究。

1 长短桩复合地基的应用研究现状

虽然长短桩复合地基已成功地应用于高层甚至超高层建筑，但其理论研究远落后于实践，至今为止，仍未形成比较完善的设计理论和计算方法。下面对近八年来已见诸报道的长短桩复合地基的研究现状大致综述如下。

梁发云通过建立三维弹塑性有限元分析模型，对长短桩复合地基中垫层—桩—土系统的共同作用机理进行了参数分析，并根据分析结果提出了行之有效的沉降控制方法[1]。

牛顺生通过建立长短桩复合地基优化设计数学模型，提出了基于模拟退火算法的长短桩复合地基优化设计方法，并将其运用于实例计算以验证其可行性[2]。

欧丽利用ANSYS有限元软件对长短桩复合地基进行三维弹塑性计算分析，探讨了桩身应力与土体附加应力分布、荷载传递的性状及变形特性，为长短桩复合地基的理论研究提供了有益的参考[3]。

郭院成、李明宇在现有理论的基础上进行了现场试验，针对刚柔两种基础形式下的长短桩复合地基在不同荷载作用下的应力、变形、桩土荷载分担比及桩土应力等规律进行了大量的对比分析，为长短桩复合地基的优化设计提供了宝贵资料[4]。

谢新宇利用有限元方法对刚柔性长短桩复合地基的工程性状进行了研究，分析了垫层模量、厚度、短桩模量以及长桩长度的变化对长短桩复合地基的总沉降、长短桩应力比和长短桩桩身应力的影响，为长短桩复合地基的设计和应用提供了理论基础[5]。

郭院成通过对柔性基础下长短桩复合地基中褥垫层内长、短桩桩顶荷载传递影响区进行受力分析，推导出桩土应力比的解析公式，并结合现场试验测试结果验证了该公式的实用性，为柔性基础下长短桩复合地基桩土应力比的工程应用提供了理论指导[6]。

林本海根据多层地基土分布的特点，结合刚性长桩—柔性短桩—桩间土体相互作用特性，建立了长短桩高强复合地基相互作用承载模型，并通过与其他相互作用计算模型以及实测数据的对比，来验证该承载模型的合理性和可行性[7]。

文海涛结合实例对常用的长短桩复合地基承载力计算方法之面积加权法和分步叠加法以及沉降计算方法之复合模量法和增大系数法分别进行了介绍和对比分析，为长短桩复合地基的工程应用提供了理论基础[8]。

任锐根据郑西客运专线湿陷性黄土地基的特点，采用Drukerprager屈服准则对黄土地区路堤荷载作用下长短桩复合地基的作用性状进行了有限元分析，探讨了桩体各参数对复合地基作用效果的影响，为长短桩复合地基在黄土地区进一步的推广与应用作了铺垫[9]。

孙鲁原采用Drucker-Prager屈服准则对由9个刚性长桩，16个柔性短桩组成的复合地基进行了ANSYS有限元分析，探讨了不同的垫层厚度和模量对刚柔性长短桩复合地基的沉降以及长、短桩轴向应力所产生的影响，为长短桩复合地基的工程应用提供了理论参考[10]。

王瑞芳运用ABAQUS有限元软件，对刚柔性长短桩复合地基在不同褥垫层厚度、模量、短桩模量以及荷载下的桩土应力比、长短桩应力比、基础沉降的影响和规律进行了分析，同时结合武汉某多层住宅的长短桩静载荷现场监测数据，分析了工程中桩土应力比、长短桩应力比的变化规律，为此类复合地基的设计和施工提供依据[11]。

当前，复合地基技术发展很快，但对于长短桩复合地基，其理论分析则远远落后于工程实践，至今还没有一个完善的设计理论和计算方法，这对长短桩复合地基的深入研究和推广应用都会有影响。

2 今后的研究方向

1)进一步完善长短桩复合地基设计计算理论。

虽然长短桩复合地基已成功运用于实际，不少学者也结合工程实践经验总结和发展了一些设计计算方法，但目前对它的研究还不是很完善，计算中尚有一些因素还有待于深入研究(如地基长短桩深层结合作用机理，长短桩复合地基沉降计算中的桩的上、下塑性刺入量)。

2)动力荷载下长短桩复合地基性状分析。

人们在建立长短桩复合地基桩土界面荷载传递模型以及设计中考虑桩土相互作用时通常认定桩顶承受的是静载，而对其在动荷载作用下的性状研究却往往很少，为更广泛地推广此种新型的地基处理技术，这个问题值得我们今后做进一步的探索和研究。

3)长短桩复合地基优化设计的研究。

对长短桩复合地基在设计中的可能影响因素:长、短桩的长度，桩的平面布置情况，长、短桩桩数，有效桩径(距)等进行有限元分析，在控制地基沉降的基础上，建立了合理的优化设计数学模型，对复合地基进行优化，是我们今后的一个主要研究方向。

4)建立承载力和沉降双重控制的计算模型。

3 结语

与常规的复合地基相比，长短桩复合地基不仅充分发挥了长、短桩各自的优势，而且有效地控制了沉降，同时减少了基础工程费用，是一种非常值得推广的、先进的地基处理技术，但由于桩与土之间相互作用的复杂性以及土层层性的影响，使我们对长短桩复合地基工程性状的认识仍不够全面和深入，尚有不少值得进一步研究的问题。

[1] 梁发云.长—短桩复合地基性状影响参数弹塑性有限元分析[J].建筑结构，2005(7):12-16.

[2] 牛顺生.长短桩复合地基优化设计模拟退火算法研究[J].湖南大学学报(自然科学版)，2005，8(32):24-28.

[3] 欧 丽.长短桩复合地基应力与沉降分析[J].铁道科学与工程学报，2006，12(3):35-41.

[4] 郭院成，李明宇.长短桩复合地基力学性状的现场试验[J].工业建筑，2007，37(5):53-56.

[5] 谢新宇.刚柔性长短桩复合地基性状分析[J].岩土力学，2007，28(5):877-882.

[6] 郭院成.长短桩复合地基桩土应力比的力学计算方法[J].公路交通科技，2009，26(2):37-41.

[7] 林本海.长短桩高强复合地基的承载模型研究[J].岩石力学与工程学报，2009，28(2):3857-3862.

[8] 文海涛.长短桩复合地基设计计算方法探讨[J].桂林理工大学学报，2010，30(2):240-245.

[9] 任 锐.长短桩在湿陷性黄土中作用机理的数值分析[J].郑州大学学报(工学版)，2010，31(1):48-51.

[10] 孙鲁原.刚柔性长短桩复合地基垫层特性分析[J].中北大学学报(自然科学版)，2010，31(5):538-542.

[11] 王瑞芳.长短桩复合地基受荷性状的影响因素分析[J].武汉大学学报(工学版)，2010，43(5):613-616.

[12] 胡庆兴.复合桩基的沉降计算方法及优化设计[D].南京:南京工业大学硕士学位论文，2002.

[13] 宋进国.不等长桩基础的工程应用[J].建筑技术开发，2003(10):20-22.

[14] 杨子胜.组合桩复合地基浅谈[J].山西建筑，2004，30(5):3.

[15] 雷华阳.复合地基应用进展和发展趋势[J].岩土工程技术，2002(2):30-33.

[16] 龚晓南.复合地基[M].杭州:浙江大学出版社，1992.