复合基桩与桩复合地基的区别

施加成 李良勇

明达海洋工程有限公司，北京 100013

岩土工程

复合基桩与桩复合地基的区别

施加成*李良勇

明达海洋工程有限公司，北京 100013

复合基桩和桩复合地基同时考虑了桩和桩间土共同承担荷载的作用。在设计参数时，又都同时采用了桩基础的两个抗力公式，但两者的设计及计算方法上是不同的，应用时不可混淆。

复合基桩 桩复合地基 承载力 计算

在各种地基处理工艺中，由于桩或桩复合地基承载力高，施工方便，质量又可靠，是大型桥墩，高层及超高层建筑良好基础方案之一，一直深受建设单位、设计人员及施工单位的欢迎和认可。在桩基础设计中，由于对不同桩基设计规范要求及理解不一，常引起使用上的混乱。特别是复合基桩和桩复合地基，两者都同时考虑了桩和桩间土共同承担上部荷载的作用，在设计参数时，又都采用了桩基础的两个抗力公式，很容易让人们混淆不清，两者在本质上和计算上是有区别的，本人对其在设计、计算及布桩上的差异进行分析，供同行参考。

2 复合基桩和桩复合地基

2.1 关键名词及其含义

桩系指设置在地内的预制或现浇的柱状构件；传统的桩的理论是假定上部结构荷载全部由桩来承担的。

基桩系指群桩基础中的单桩。

复合基桩是指由基桩和连接于桩顶的承台共同组成，它包含承台底土阻力，即由桩和承台底地基土共同承担上部荷载的基桩。

复合地基是指由两种或两种以上力学性能不同的介质共同承受上部构筑物荷载的地基。顾名思义桩复合地基是指桩加固的复合地基。

2.2 复合基桩和桩复合地基不同之处

复合基桩和桩复合地基虽然都同时考虑了桩和桩间土共同承担荷载，在设计计算参数时，又都采用了桩基础的两个抗力公式，但两者在本质上还是有区别的：

（1）从构造组成来看，复合基桩中的基桩与承台相连接，桩中钢筋是插入承台的，是基础的一个组成部分。而复合地基的桩与承台不连接，是地基的一个组成部分.

（2）从荷载受力来看，复合基桩的基桩是将承台上部荷载力传至桩间和桩尖持力层地基上，屑传力的基础，而复合地基中的竖向桩，是承台底地基土进行加固，以满足承台上部荷载承载力的要求，属受力的地基。

（3）从计算机理来看，复合基桩的基桩是按桩基础的两个抗力公式进行计算，当基桩产生压缩变形时，又增加了承台底地基土的极限阻力，当基桩为端承桩时，复合基桩理论是不适用的。而复合地基中的竖向加固桩，只是借用桩基础的两个抗力公式进行参数计算，利用桩的挤密作用，置换作用，桩体作用，达到提高软弱地基的强度，减少地基压缩变形的目的。

（4）从检测方法和承载力确定来看，复合基桩中的基桩与桩基础的单桩竖向抗压静载荷试验一样，判定标准是用 0～S曲线的极限荷载值或沉降量来确定。桩身质量判断可用高、低应变动测试验来检测，而复合地基中的桩，其单桩竖向承载力标准值，只供设计人员从理论上去推导复合地基承载力，一般可不检验。主要应该通过现场载荷试验的 0～S曲线中比例极限或相对沉降量来确定其复合地基承载力标准值，桩身质量一般由预留混凝土试块或现场标贯试验确定的。

由上可见，复合基桩与桩复合地基无论从构造、受力，计算机理和试验及取值标准都是不一样的，由于对两者深人探讨不够，造成实践应用上的混乱，有些工程采用的是复合地基加固，而设计桩长却采用了复合基桩的20～30m桩长等等。

3 复合基桩和桩复合地基承载力的计算

3.1 桩复合地基承载力计算

依据《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）【1】（以后简称地基处理规范）规定：除应通过现场复合地基载荷试验确定外，也可按以下公式进行计算：

化简（1）得

式中：fspk—复合地基的承载力标准值;

m—面积置换率；

Ap—桩的截面积；

fsk—桩间天然地基土承载力标准值；

β—桩间土承载力折减系数，桩端软土时取0.5～1.0，硬土时取0.1～0.4，当不考虑桩间软土作用时，取零；

fcuk—与搅拌桩桩身加固土配比相同的室内加固土试块（边长70.7mm或50mm的立方体）的无侧限抗压强度平均值；

η—强度折减系数；可取0.35～0.50；

Up —桩周长；

L—桩长；

qp—桩端天然地基土的承载力标准值；

α—桩端天然地基土的承载力折减系数，可取0.4～0.6。

3.2 复合基桩承载力计算

依据《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）【2】（以后简称桩基规范）5.2.2.条规定：对于桩数超过3根的非端承桩桩基，宜考虑桩群，土、承台的相互作用效应。

（1）复合基桩的竖向承载力设计值按下式计算：

式中θsk、θpk—分别为单桩总极限侧阻力和总极限阻力标准值；

θck—相应于任一复合基桩的承台底地基土总极限阻力标准值；

qck— 承台底1/2承台宽度深度范围（≤5m）内地基土极限土极限阻力标准值；

Ac— 承台底地基土净面积；

θuk— 单桩竖向极限承载力标准值；

ηs，ηp，ηsp，ηc—分别为桩侧阻群桩效应系数，桩端阻群桩效应系数，桩侧阻端阻综合群桩效应系数，承台底土阻力群桩效应系数，按表 1确定；γs，γp，γsp，γc—分别为桩侧阻抗力分项系数，桩侧阻端阻综合阻抗力分项系数，承台底土阻抗力分项系数，按表2确定。

（2）承台底土阻力群桩效应系数的确定

依据桩基规范5.2.3.2条规定；承台底土阻力发挥值与桩距、桩长，承台宽度，桩的排列，承台内外区面积比等有关，承台底阻力群桩效应系数按下式计算：

表1 侧阻、端阻群桩效应系数ηs，ηp及侧阻端阻综合群桩效应系数ηspTable1 Group effect coefficient ηs，ηp,for Lateral resistance as well as end resistance pile,and its composite pile group efficiency coefficient ηsp

表2 桩基竖向承载力抗力分项系数Table2 Resistance partialfactors for vertical bearing capacity of pile foundation

图1 承台底分区图Fig.1 Bottom of pile cap section

表3 承台内、外区土阻力群桩效应系数、Table3 Pile group effect coefficient for soil resistance ,in the pile cap inner and outer zoon

表3 承台内、外区土阻力群桩效应系数、Table3 Pile group effect coefficient for soil resistance ,in the pile cap inner and outer zoon

Sa/d Bc/L ηic ηec 3 4 5 6 3 4 5 6≤0.20 0.11 0.14 0.18 0.21 0.40 0.15 0.20 0.25 0.30 0.60 0.19 0.25 0.31 0.37 0.80 0.21 0.29 0.36 0.43≥1.00 0.24 0.32 0.40 0.46 0.63 0.75 0.80 1.00

4 工程实例

4.1 例1：天津塘沽滨海新区

4.1.1 工程概况 某10层住宅楼，砖混结构，每层总压力为 13kPa，要求地基承载力标准值为130kPa（13×10=130kPa），筏板基础，面积A为498m2。

4.1.2 地层情况 场地位于渤海滨海平原，为陆海交互沉积，基底主要地层如下：

（1）0～1.0m素填土，黄褐色，软塑，天然含水量w=36%，液性指数IL=1.0，孔隙比e=1.05，桩极限侧阻力标准值 qsik=22kPa，地基承载力标准值fk=90kPa；

（2）1.0～4.5m，粉质粘土，天然含水量w=29%，液性指数IL=0.95，孔隙比e=1.0，qsik=40kP a，fk=110kPa；

（3）4.5～6.0m，粉质粘土，w=28%，IL=0.93，e=0.91，qsik=50kPa，fk=135kPa；

（4）6.0～9.5m，粉土，w=25%，e=0.70，qsik=55kPa，fk=150kPa。极限端阻力标准值qpk=1200kPa。

①按刚性桩复合地基设计

设计桩尖进入(4)层粉土，桩长为5.25m，桩径为200mm×200mm微型预制桩，单桩竖向极限承载力为：

取单桩竖向承载力标准值（k为安全系数取2）：

代入公式（2），β取 0.73，得面积置换率

桩间土承担的荷载为

②按复合基桩设计

则 A0= A-n×Ap = 498-n×0.04

查表 2 得 γs= γp= 1.65，γc= 1.70

设Sa/d = 5，Bc/L =1

承台下地基土承载力标准值

则 θsk= n（u∑qsik×Li）= 4×0.2（3.5×40+1.5×50+0.25×55）×n= 183n

则 θpk= nqpkAp= 0.2×0.2×1200n = 48n

桩所承担荷载为：

4.2 例2：河北白沟新区

4.2.1 工程概况 某住宅楼，为框剪结构，条形基础，基础面积为 650m2，设计要求地基承载力标准值为165kPa。

4.2.2 地层情况 基底主要地层如下：

（1）0～3.99m素填土，含水量w=31%，液性指数IL= 0.99，孔隙比e= 0.90，极限侧阻力标准值qsik= 25kPa，承载力标准值fk= 85kPa；

（2）3.99～4.7m，粘土，W=37%，IL= 0.99，e=1.0，qsik= 32kPa，fk= 105kPa；

（3）4.7～5.9m，粉质粘土，w=27.5%，IL=0.87，e=0.97，qsik=45kPa，fk=125kPa；

（4）5.9～7.62m，粉土，w=27.2%，e=0.8，qsik=55kPa，fk=150kPa，qpk=1500kPa。

①按刚性桩复合地基设计

设计桩尖进入（4）层粉土，桩长为 6.9m，桩径为 350mm×350mm的预制桩，单桩竖向极限承载力为：

取单桩竖向承载力标准值（k为安全系数取2）：

代人公式(2)，β取0.94，得置换率：

桩间土承担的荷载为：

②复合基桩设计

则 Ao= A-n×Ap=650-n×0.352= 650 -0.1225n

查表 2 得 γs= γp= 1.65，γc=1.70

设Sa/ d=5，Bc/L=1

承台下地基土承载力标准值fk=85kPa

则 θpk= nqpkAp= n×0.352×1500=183.75n

则 θsk= n（u∑qsikLi）= 4×0.35（3.99×25+0.71×32+1.2×45+1×55）×n=324.06n

桩间土所承担的荷载为25%

将上面计算结果列于表4。

表4 计算数据对比一览表Table4 Comparative list of calculated data

5 结论

（1）复合基桩和桩复合地基虽然同时考虑了桩和桩间土共同承担荷载，在设计参数时，又都采用了桩基础的两个抗力公式，但两者在设计及计算上是不同的【3】，应用时千万不能混淆。

（2）地基处理后地基强度和基础沉降两者都能满足规范和设计要求，但按刚性桩复合地基设计比按复合基桩设计能节约40%～49%的桩。

（3）刚性桩复合地基设计，桩间土承担47%～61%的荷载，桩承担 39%～53%荷载。而复合基桩设计桩间土仅承担25%～38%的荷载，桩则承担了62%～75%的荷载。

1 建筑地基处理技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2012，79

2 建筑地基处理技术规范[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2008，94

3 黄熙龄，秦宝玖. 地基基础的设计与计算运用[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2008

Differences between composite pile foundation and pile composite foundation

Shi Jiacheng Li Liangyong
MingDa Offshore Engineering Co, Ltd,Beijing 100013,China

Both the composite pile foundation and the pile composite foundation take into account the role of the pile and the soil between the piles to bear the load. In the design parameters, two resistance formulas of the pile foundation are adopted simultaneously, but the design and calculation methods are different.

composite pile foundation, pile composite foundation, bearing capacity, calculation

TU473.1；TU472

A

1006–5296（2017）03–0181–06

* 第一作者简介：施加成（1960～）男，从事岩石工程勘察，地基基础施工，高级工程师

2017-07-10；改回日期：2017-08-20