粉土粉砂地层中劲性复合桩竖向承载力计算优化

许明军

（中设设计集团股份有限公司，江苏 南京 210014）

劲性复合桩是一种由散体桩、柔性桩、刚性桩中的两种以上复合形成的桩。水泥土搅拌桩施工速度快、处理效果彻底，对深层地基问题也能有效治理，但其缺点也很显著，承载力较低、施工周期长、质量难以控制、造价相对较高。预制桩强度大，施工质量好，但成本高，对土层强度依赖大，施工易出现桩身反弹而导致其强度降低或破坏。劲性复合桩可以结合两种基础的优点，承载力较高，质量可靠，可以减少桩长、减少造价及缩短工期；搅拌插芯成桩，使其侧向刚度较大，从而水平稳定性高，在江苏沿江、沿海地区得到广泛应用。

1 现有规范竖向承载力计算方法

1994年，河北沧州最早研制出一种将预制的空心钢筋混凝土电线杆插入水泥土搅拌桩桩体中的劲性复合桩。此后，全部各地对这种桩型都有所研究，并编制了相应规范。梳理每本规范发现，各本规范都设定了一些破坏模式，根据破坏模式的不同给出了劲性复合桩竖向承载力公式，具体每本规范给出的破坏模式计算如表1所示。

表1 不同破坏模式下劲性复合桩竖向承载力公式

从表1可以看出，基本每本规范都考虑了桩周土整体强度破坏模式，其余破坏模式根据地区的适用而有侧重点不同。经分析，《水泥土复合管桩基础技术规程》（JGJ/T 330—2014）以及《加芯搅拌桩技术规程》（YB 2007）考虑了劲性复合桩（短芯）全部破坏模式，适用范围更广。下面就以这两本规范中的公式作为代表性公式进行分析：

式中：up为水泥土桩周长；qsia为复合段桩周侧摩阻力特征值；qsja为非复合段桩周侧摩阻力特征值；qpa为复合段桩端阻力特征值；ξ为复合段侧摩阻力调整系数；ξp为桩端天然地基承载力折减系数；Ap为水泥土桩截面积；Ac为芯桩侧表面积。

2 文章优化的竖向承载力计算方法

（1）不同破坏模式示意图如图1所示。从破坏模式图中可以看出，公式（2）中的Ap为水泥土桩截面积，显然在破坏模式Ra2是不对的，因此，公式（2）中Ap改为Ap-Ac。根据李立业等[7]的分析，考虑预应力混凝土管桩所受的预应力进行修正，即。通过实验表明，预应力管桩与水泥土的应力比粉土粉砂地层中一般在7～10左右，公式可改为Ra2=ηfcu[Ap+（n-1）Ac]。

图1 不同破坏模式示意图

（2）董平等[8]通过研究混凝土芯水泥土试桩的承载力和荷载传递分布，发现混凝土芯水泥土桩工作原理与摩擦桩类似，桩端只承担总荷载的7%左右，而且桩周的平均极限摩阻力远远高于一般水泥土搅拌桩。同时，根据破坏模式图可以看出Ra3中的AP应该为AC。

（3）目前国内已有规范中内外芯界面参数的取值相差较大，《劲性复合桩技术规程》（JGJ/T 327—2014）不考虑水泥土强度折减系取值为0.04～0.08，其他规范考虑水泥土强度折减系取值为0.16～0.19。根据吴迈等人[9]研究，一般考虑水泥土强度折减系0.33，内外芯界面参数取值为0.2。

3 工程实例

引用李立业[7]劲性复合桩承载力计算方法探讨一文中江苏海安书香园小区工程为例进行计算分析，土层条件如表2所示。

图2 预测值与实验值

4 结束语

文章在梳理规范中承载力计算方法的基础上，提出了优化的承载力计算公式本，修正后的公式可以较准确地反映该桩型在粉土、粉砂地层中的实际承载能力和破坏模式。

表2 土层条件

所用劲性复合桩为PHC管桩和水泥土搅拌桩的复合桩，参数如表3所示。

表3 劲性复合桩参数

所用劲性复合桩的原位静载承载力特征值取极限承载力的一半，即Ra（#3、#4、#5）=3465kN，Ra（#8、#9、#10）=1890kN。

文章优化的公式准确地反映了该桩型在粉土、粉砂地层中的破坏模式，如图2所示。对于#3～#5、#8～#10，预测其破坏模式为复合段横截面破坏，预测的承载力与现场测试结果十分接近。同时也可看出，管桩与水泥土桩之间的交界面有较高的强度，一般不会起到承载力的控制作用。