長短樁組合樁基礎(chǔ)的分析

1、長短樁組合樁基礎(chǔ)的分析摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)日新月異的飛速發(fā)展，針對高層建筑行業(yè)各界人士產(chǎn)生了 更高層次的的需求。高層建筑物工程中，樁筏基礎(chǔ)的應(yīng)用概率逐年升高。樁筏基 礎(chǔ)有強(qiáng)大的的沉降控制作用和提供可靠的承載力的功能，且對各種施工環(huán)境游刃 有余。然而在樁筏基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中會出現(xiàn)長短不一的問題，本文針對這一問 題進(jìn)行了分析研究。關(guān)鍵字：長短樁組合樁基礎(chǔ)；基礎(chǔ)類型；長短樁復(fù)合基地；前言：目前，我國工程界已經(jīng)對長短樁組合樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)思路提起了高度的 關(guān)注，并逐步投入大量資源進(jìn)行研究。復(fù)合地基、樁基礎(chǔ)、和樁筏基礎(chǔ)的優(yōu)化分 析逐漸加深了深度和寬度。由于包含有長短樁的樁基礎(chǔ)或復(fù)合地基在控制基礎(chǔ)沉 降和節(jié)省投

2、資方面體現(xiàn)出極大地優(yōu)勢，成為研究熱點(diǎn)。1長短樁組合樁基礎(chǔ)的分類由于工程地質(zhì)條件的復(fù)雜性和土層分布的不均勻性，在工程建設(shè)過程中經(jīng)常 遇到采用長短樁組合樁基礎(chǔ)的情況，綜合來說主要分為以下四種類型。（1）由于樁端持力層的起伏導(dǎo)致的樁長短的不一；（2）由于變剛度調(diào)平的需要而布置的長短不一的樁；（3）由于選用兩層持力層而導(dǎo)致的樁的長短不一（4）其他由于施工等原因而導(dǎo)致的樁的長短不一。其中（1）、（4）屬于被 動使用長短樁，（2）、（3）屬于主動使用長短樁。由于以上事例的普遍性，長短樁經(jīng)常主動或者被動的出現(xiàn)在工程中，我們重 點(diǎn)討論的是由于地基土中存在兩層或多層土層可作為樁端持力層而采用長短樁組 合樁基礎(chǔ)的

3、情況。2長短樁組合樁基礎(chǔ)適用條件針對地基土中存在多層圖層為樁端持力的情況，首先考慮考慮選擇支承于較 淺層持力層的較短樁基礎(chǔ)，當(dāng)上部結(jié)構(gòu)載荷較小時(shí)，選取可以滿足承載力和變形 要求的淺層持力層端莊基礎(chǔ)。但當(dāng)上部結(jié)構(gòu)荷載較大時(shí)采用短樁基礎(chǔ)往往會出現(xiàn) 承載力滿足要求而沉降量過大的情況，尤其當(dāng)淺層持力層有軟下臥層時(shí)，這種現(xiàn) 象更為顯著。此時(shí)通常的做法是加大樁長，采用完全坐落于深層持力層上的全長 樁基礎(chǔ)方案，全長樁基礎(chǔ)既可以提供足夠的承載力，又能控制基礎(chǔ)的變形在許可 的范圍內(nèi)。但是此種設(shè)計(jì)會加大施工難度和投資成本。為解決上述問題，結(jié)合常 規(guī)樁基礎(chǔ)分析方法和沉降控制設(shè)計(jì)理論，按照長樁主要控制變形、短樁主要提

4、供 承載力的基本思路，提出高層建筑長短樁組合樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)思想。按樁沉降控制設(shè) 計(jì)原理設(shè)置少量進(jìn)入深層持力層的長樁以控制沉降，同時(shí)為利用淺層持力層良好 的承載能力而設(shè)置部分短樁。長短樁組合樁基礎(chǔ)充分利用和發(fā)揮了長樁控制沉降 的能力與地基土淺層持力層的承載能力。與常規(guī)設(shè)計(jì)方法相比，長短樁組合樁基 礎(chǔ)減少了長樁數(shù)量，節(jié)省工程造價(jià)和施工工期。3不同基礎(chǔ)類型形狀的比較分析3.1長短樁組合裝基礎(chǔ)與等樁長基礎(chǔ)等樁長基礎(chǔ)包括一般的長短樁組合樁基礎(chǔ)和端承長樁下長短樁基礎(chǔ)。一下結(jié) 果均為有限元彈塑性分析結(jié)果。3.1.1沉降性狀等樁長基礎(chǔ)沉降呈蝶形，而長短樁組合基礎(chǔ)的沉降取決于長樁和短樁的具體 布置形式，其沉降可能是

5、中間大邊上小。全短樁基礎(chǔ)的平均沉降和差異沉降均最 大；全長樁基礎(chǔ)的平均沉降和差異沉降均最大；全長樁基礎(chǔ)的平均沉降最小，而 差異沉降居中；長短樁組合樁基礎(chǔ)的平均沉降居中，而差異沉降最小。3.1.2荷載性狀等樁長基礎(chǔ)中樁身軸力從樁頂至樁端逐漸減小，即只存在正的摩阻力。而長 短樁組合基礎(chǔ)中長樁均存在負(fù)摩阻力，一般的長短樁組合樁基礎(chǔ)在短樁樁端處開 始出現(xiàn)負(fù)摩阻力。一般的長短樁組合樁基礎(chǔ)中短樁不會出現(xiàn)負(fù)摩阻力，而端承長 樁下的長短樁基礎(chǔ)中的短樁卻可能出現(xiàn)負(fù)摩阻力，這取決于基礎(chǔ)墊層設(shè)置和長短 樁的具體位置，一般的長短樁組合樁基礎(chǔ)中短樁樁頂荷載小于全短樁基礎(chǔ)中短樁 荷載，而端承長樁下的長短樁基礎(chǔ)中的短樁樁頂

6、荷載大于全短樁基礎(chǔ)中短樁荷載， 而端承長樁下的長短樁基礎(chǔ)中的短樁樁頂荷載大于全短樁基礎(chǔ)中短樁的樁頂荷載。3.2長短樁組合樁基礎(chǔ)與長短樁復(fù)合地基著重討論端承長樁下長短樁基礎(chǔ)和長短樁復(fù)合地基的性狀比較，端承長樁下 長短樁基礎(chǔ)可看作是長短樁組合樁基礎(chǔ)與長短樁復(fù)合地基之間的一個(gè)過渡型式。3.2.1沉降性狀布置相同長樁和短樁數(shù)目的長短樁樁基礎(chǔ)和長短樁復(fù)合地基，二者陳江的分 布形式取決于何在分布和布樁位置，均可能出現(xiàn)反蝶形沉降形式。一般情況下， 長短樁組合樁基礎(chǔ)的平均沉降要小于長短樁復(fù)合地基的沉降大小。從差異沉降的 角度，長短樁復(fù)合地基和長短樁組合樁基礎(chǔ)大致相當(dāng)。如圖2所示，通過兩種基礎(chǔ)類型下長樁位移的比

7、較中可看出，復(fù)合地基中長樁的沉降大 于長短樁樁基礎(chǔ)中長樁的沉降，且二者的差距在樁頂最大，沿深度逐漸減小。就短樁的沉降 而言，長達(dá)UN裝組合樁基礎(chǔ)中短樁沉降要大于長短樁復(fù)合地基中的短樁沉降。樁土的相對位移方面，長短樁組合樁基礎(chǔ)中長樁比長短樁復(fù)合地基的長樁的中心點(diǎn)位置 要深，而長短樁復(fù)合地基中短樁的中心點(diǎn)位置相對端承長樁下長短樁基礎(chǔ)的要深。3.2.2荷載性狀如圖3、4所示，長短樁復(fù)合地基中短樁樁頂荷載小于長短樁組合樁基礎(chǔ)中短樁的樁頂荷 載。長短樁復(fù)合地基中長樁樁頂荷載和最大樁身軸力都遠(yuǎn)大于長短樁組合樁基礎(chǔ)中長樁的對 應(yīng)荷載。結(jié)合上面的短樁荷載分析，由于長短樁樁基礎(chǔ)中端莊作用的發(fā)揮要大于長短樁復(fù)核

8、基地中短樁的作用，從而長樁分擔(dān)的荷載相對長短樁復(fù)合地基的長樁要小。由于長短樁復(fù)合地基中長樁的最大軸力較大，為了減小長樁的軸力可以通過減小墊層的 模量或者增加點(diǎn)層的厚度來解決，但會導(dǎo)致基礎(chǔ)的沉降增大。而長短樁基礎(chǔ)中無論是沉降還 是長樁的最大軸力都小于長短樁復(fù)合地基中響應(yīng)值，因此對于長樁樁端存在較硬的持力層時(shí)， 采用端承長樁下長短樁樁基礎(chǔ)要比長短樁復(fù)合地基更合理。3.3長短樁組合樁基礎(chǔ)與端承長樁下長短樁基礎(chǔ)長短樁組合樁基礎(chǔ)與端承長短樁下長短樁基礎(chǔ)的本質(zhì)區(qū)別在于前者長樁為摩擦型長樁， 而后者長樁為端承型長樁。從形式上，前者長樁直接與筏板相連接，而后者通過墊層與筏板 相接觸。3.3.1沉降性狀由于二者

9、均屬于長樁和端莊混合布置的基礎(chǔ)類型，兩種基礎(chǔ)類型的差異沉降都很小，從 整個(gè)沉降性狀上二者物明顯區(qū)別，沉降方面的主要區(qū)別在于長樁和土體之間的相對位移。端 承長樁下長短樁基礎(chǔ)中長樁相對于土體向上運(yùn)動的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于長短樁組合樁基礎(chǔ)中長樁相 對于土體的向上位移。3.2.2荷載性狀一般情況下，長短樁組合樁基礎(chǔ)中的短樁樁頂荷載要小于端承長樁下長短撞擊初中短樁 的樁頂荷載。在荷載施加初始階段，長短樁組合樁基礎(chǔ)中長樁作用主要通過樁頂荷載來發(fā) 揮，而端承長樁下長短樁樁基礎(chǔ)中長樁作用基本上通過負(fù)摩阻力的形式來發(fā)揮。在整個(gè)短樁 長度范圍內(nèi)，長短樁zu7he樁基礎(chǔ)長樁軸力變化不大，如圖5所示，而端承長樁下長短樁基 礎(chǔ)的長樁軸力一直持續(xù)增大，如圖4所示。結(jié)束語：鑒于高層建筑物在沉降上有較高的要求，考慮到土層中有至少兩層的樁端持力層、減沉 樁原理以及端莊提供承載力、長樁控制變形眾多因素，相關(guān)研究人員提出了長短樁組合樁基 礎(chǔ)設(shè)計(jì)理念。據(jù)研究結(jié)果顯示長短樁組合樁基礎(chǔ)不僅可以大幅縮減長