复合地基沉降计算方法的分析与说明

复合地基沉降计算方法的分析与说明

李维鹏

李维鹏

武汉科达监理咨询有限公司武汉441000

摘要：复合地基的设计主要关心的是承载力和沉降问题，实际工程中，存在很多承载力满足，而由于沉降过大而造成地基无法正常工作的案例，大量研究表明，复合地基很大一部分都是有沉降进行控制的。所以对沉降的计算成了复合地基设计的关键。复合地基沉降计算方法多种多样，既有理论分析方法也有试验方法和数值计算方法，设计中如何甄别采用哪种计算方法，既需要工程人员具有扎实的基本功，也需要具有丰富的工程经验。

关键词：复合地基；沉降；计算方法

0引言

近些年随着经济建设快速发展，建筑行业得到前所未有的发展，建筑高度和建筑设计及施工难度不断地被刷新。建筑物难度的增加，对地基基础问题也带来的极大的挑战，同时也促使地基基础设计的快速发展。

以前很多建筑由于建设楼层不高，功能简单，通常荷载不大，故通常将建筑物直接建在天然地基上，并且事实证明，这些建筑物至今仍很好的工作着。但是随着建筑高度越来越高，建筑形式越来越复杂，天然地基无法承受上部结构荷载，就要采用其他的地基基础形式，目前采用较为普遍的形式为桩基础和复合地基。桩基础是将上部荷载通过桩体传递给深部土层的基础形式，复合地基则是采用桩和土共同承载的形式，由于复合地基相对于桩基础具有费用低，施工速度快等优点，在建筑工程中得到越来越多的应用。

复合地基的设计主要关心的是承载力和沉降问题，实际工程中，存在很多承载力满足，而由于沉降过大而造成地基无法正常工作的案例，大量研究表明，复合地基很大一部分都是有沉降进行控制的。所以对沉降的计算成了复合地基设计的关键，本文就目前存在的沉降计算方法进行讨论。

1复合地基沉降计算方法

关于复合地基沉降计算方法目前现有文献提供的方法非常的多，大致可归纳为以下几种

（1）分为加固区与非加固区的方法

这种方法也是JGJ79—2012《建筑地基处理设计规范》所给出的方法，该方法主要思路是将地层分为桩长范围的加固区和下卧层的非加固区，对于加固区，先计算桩和土的复合模量，然后分层法计算加固区沉降，对于下卧层的非加固区，直接用分层法计算沉降，其实这种方法，就是将复合地基通过复合模量等效为均质地基，通过分层法进行计算沉降。

这种方法计算方法简单，参数较少，工程设计人员容易掌握，在工程中得到的大量的应用。

这种方法计算关键问题在于复合的模量的计算，规范中对于刚性和柔性桩复合地基采用桩的模量和土的模量加权的方式求解复合模量，对于像碎石桩这样的散体材料桩的复合地基采用对土的模量乘以修正系数的方法求解复合模量，该修正系数与桩土应力比和置换率有关，通常桩土应力比取2～4，具体取值可根据经验选取。

同时该方法也存在很多不足的地方，比如桩和土的模量确定时有困难，实际工程中，桩的模量通常取桩体材料的模量，桩体材料模量通常会比工程桩工作时的模量大，造成桩模量取值不准确。土的模量通常采用天然土的模量，而复合地基中的土，在桩施工过程中被挤密，模量大于天然土的模量，也造成土的模量取值偏小。还有关于散体桩桩土应力比的取值，多数根据经验取值，也会出现取值偏差。

（2）计算桩体临界桩长的方法计算复合地基沉降

当复合地基中，桩长增加到某一值以后，桩长继续增加，桩的承载力和沉降不再增加，可认为这一桩长即为临界桩长。通常可认为临界桩长处桩端应力为零。

这种方法首先需要计算临界桩长，临界桩长计算需首先假定桩土摩擦力分布型式，目前研究多采用三角形、折线形、组合形式等，通过研究有效桩长范围内，桩土受力平衡条件求解临界桩长，临界桩长通常与桩土模量比有关。设计时，如果实际桩长超过临界桩长，则可将复合地基分为三层计算，第一层为地面至临界桩长处，第二层为临界桩长至桩底处，第三层为桩底以下的下卧层。第一层土层的沉降，由于临界桩长处桩端截面压力为0，通过计算这个范围内桩体压缩量来计算沉降。对于第二层土，则采用通过计算桩土复合模量进而计算沉降的方法，第三层土即下卧层采用分层法进行计算。如果实际桩长小于临界桩长，则认为桩长变化对复合地基的承载力和沉降比较敏感则最好对实际桩长进行修改，使其达到临界桩长，进而使桩体更好发挥工作。

这种方法存在的突出问题就是临界桩长的计算，临界桩长的计算依赖于桩土摩擦力的计算，桩土摩擦力采用不同分布型式会得到不同的临界桩长，也有学者通过数值计算的方法和试验方法来分析临界桩长，具体计算采用哪种计算方法，需要慎重选择。但不管哪种方法，临界桩长的确定对于计算复合地基沉降至关重要。

（3）计算桩土等沉面的方法计算复合地基沉降

这种方法通常是计算刚性桩复合地基沉降而采用的方法，该方法是将计算土层分为三层计算，第一层是土顶至等沉面的位置，第二层是等沉面至桩底的位置，第三层是桩底以下下卧层。

从上面计算思路不难看出，这种方法关键在于计算等沉面。等沉面的影响因素很多，主要是和桩顶的向上刺入量以及桩底的向下刺入量有关。计算向上向下刺入量也需要对桩土摩擦进行假定，不同形式的摩擦力分布对计算结果影响较大。

同时考虑向上向下刺入计算桩土等沉面计算参数非常多，计算量非常大，有些简化计算不考虑桩底向下刺入，仅考虑向上刺入，可简化计算参数。

计算得到等沉面之后，这可利用假定条件，分析第一层和第二层土体的受力，进而计算第一层和第二层土的沉降，第三层土，也即下卧层仍采用分层法计算。

2复合地基沉降计算方法补充说明

对于第一节所提到的复合地基沉降计算方法，主要是理论分析手段设计的方法，事实上，仍有很多方法是基于试验和数值计算的，并且这些研究成果也在工程中得到广泛的使用。

关于下卧层应力的计算，通常采用boussinesq的方法求解，实际设计时，也有不少学者提出采用应力扩散角的方法计算或者MIndlin解的方法计算。选取哪种方法计算更合理需要详细分析。

另一个需要说明的是，关于复合模量的计算问题，通常复合模量采用桩土模量加权的形式，事实上关于复合模量的计算，目前也已经提出了很多计算公式，实际设计时，可根据情况选取合适的计算公式，或者仍按照规范计算，但桩土模量的取值一定要严格。

3结语

复合地基的沉降计算时复合地基设计的关键问题，复合地基沉降计算方法多种多样，既有理论分析方法也有试验方法和数值计算方法，设计中如何甄别采用哪种计算方法，既需要工程人员具有扎实的基本功，也需要具有丰富的工程经验。

参考文献：

[1]JGJ79—2012建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[2]赵幸，赵德富，赵其华，等.CFG桩复合地基沉降量计算及沉降影响因素探析[J].工业建筑，2013

[3]周波，杨庆光，张可能，刚性基础下柔性桩复合地基有效桩长的计算方法[J]，中南大学学报（自然科学版），2007，38（1）