桩基复合地基在复杂地质条件下的承载性能评估

桩基复合地基在复杂地质条件下的承载性能评估

谢萧

陕西建工第十一建设集团有限公司    712000

摘要：本研究围绕桩基复合地基在复杂地质条件下的承载性能及其优化对策进行了深入探讨，通过理论分析与实例验证综合考察桩基复合地基的结构特性、设计与施工中遭遇的挑战以及长期性能的不确定性，进一步提出了一系列创新设计与施工技术并强调了长期监测与维护策略的重要性，研究结果表明通过采用先进的监测技术和合理的维护计划可以有效提升桩基复合地基的性能并确保其在复杂环境下的稳定性和安全性。

关键词：桩基复合地基；承载性能；复杂地质条件；长期监测

引言

桩基复合地基技术在复杂地质条件下因其优异的承载能力而受到重视，适用于多种工程，近期研究关注其力学行为、通过理论与试验探究桩土互作影响以及利用数值模拟提高承载性能预测的精确度，实际工程案例分析也证实了理论研究的有效性，本研究深入分析复杂地质条件下桩基复合地基的承载机理，旨在促进技术进步以提供设计与施工的理论依据。

一、桩基复合地基的基础理论与结构分析

（一）桩基复合地基的结构特性

图1 桩基复合地基结构示意图及其与传统地基、桩基的对比

如图1所示，桩基复合地基技术通过结合桩基与地基土体的优势形成一个互相支撑的复合系统，在复杂地质条件下展现出卓越的承载能力，这种技术超越了传统地基与桩基的界限进而实现了桩体与周围土体的协同作用，有效提高了地基的稳定性和抗变形能力。复合地基结构包括地表以下的土层、桩基本身以及桩与土体结合的部分，通过桩的深入和优化分布显著改善地基性能，这一体系在软土、高地下水位或地质不均匀条件下尤为有效，不仅减少沉降还增强结构的抗震性，桩基复合地基的创新应用对现代土木工程的挑战提供了有效解决方案。

（二）承载性能的影响因素

桩基复合地基的承载性能受多种微妙而又互相关联的因素影响，土壤本身的粒径分布、密实度以及塑性指数等性质在无声中塑造着地基的承载力，而那些隐匿在土粒间隙中的水分子的存在形态及变化无疑对土体的剪切强度和压缩性质施加了影响。桩的类型、尺寸以及材质等属性也是影响承载性能的重要因素，决定了桩身与土体间的相互作用方式，桩的布置模式通过桩间距、群桩效应以及布置的对称性进一步细化了承载性能的表征，此外施工过程中的技术选择和质量控制也是不可忽视的影响因素，在地基施工的各个阶段中通过操作的精确度和环境的适应性间接地左右着复合地基的承载能力[1]。

二、面临的挑战与性能评估

（一）设计与施工的挑战

复杂地质条件对承载性能的确保提出了更高的要求，在多变的河口地区软弱的土层和不断变化的水位共同作用对地基的稳定性构成了考验，在这种情况下设计师必须精确预测土层的压缩和侧向流动趋势以确保桩基能够在长期的荷载作用下保持其结构完整性，这要求工程团队施工中不仅要精确地安置桩基以形成预期的复合作用，还要实时调整施工方案以应对不可预见的地下水流动或土质变化。在冻土地区温度的极端波动导致地基冻胀与融化，这种周期性变化对桩基的材料和设计提出了额外的技术要求，施工团队需要选择能够适应这种热胀冷缩效应的材料并设计出能够抵抗冻土膨胀力的桩基结构，因此在考虑桩基复合地基的设计与施工时，对复杂地质条件下承载性能的理解必须深入细致[2]。

（二）长期性能的不确定性

在桩基复合地基的工程实践中长期性能的不确定性始终是一个令工程师深思熟虑的难题，尤其是在地质条件复杂的地区，例如地震频发的断层带附近或是受洪水侵蚀的河流冲积平原，地基的长期稳定性受到了严峻的考验，地震带来的震动可能导致土层密实度的改变进而影响到桩基与土体的相互作用力，造成未预见的承载力下降，在洪水频发的区域地基可能遭受水流冲刷，导致土体流失从而降低桩基的支撑能力，甚至可能引起桩基的倾斜或位移[3]。此外长期的地下水位波动，特别是在季节性干旱和湿润交替明显的区域会周期性地改变土体的湿度和体积，这种周期性变化可能导致桩基复合地基的周期性应力调整从而影响其长期的承载性能，因此在设计桩基复合地基时必须长期观测以降低不确定性。

三、优化策略与发展方向

（一）创新设计与施工技术

面对复杂地质条件所带来的承载性能挑战创新设计与施工技术显得尤为关键，表1展示了几种创新技术与传统方法在提高承载性能方面的例子，为了优化地基承载性能工程师们开发了“智能感知桩”，这种桩不仅能够承担传统桩基的载荷还能通过内置传感器实时监测土壤湿度和压力变化以此来调整其承载策略。此外在施工技术上采用预应力混凝土桩替代传统的钢筋混凝土桩，通过预先施加张力来提高桩的抗弯能力进而增强整个复合地基的稳定性，在软土地层施工时工程师还可能采用“分阶段负荷技术”，该技术通过逐渐增加上部结构负荷，使得地基有足够的时间进行固结和强化。通过这些创新设计与施工技术的应用工程师能够针对特定的复杂地质条件，制定出更加精确和高效的承载性能优化方案，不仅提升了工程的安全性还延长了其服务寿命，展现了现代土木工程技术的深度和灵活性。

表 1 桩基复合地基创新设计与施工技术的优化特点

（二）长期监测与维护策略

在桩基复合地基工程的生命周期中长期监测与维护策略对于保障其在复杂地质条件下的持续性能至关重要，通过在桩基中嵌入光纤传感技术工程师能够实时监测桩身在地质活动中的应力变化，这些数据的实时反馈对于评估结构健康状态和预防潜在风险具有不可替代的作用，在海岸及河流交汇区域复合地基受到的侵蚀作用尤为显著，因此定期使用地下探测雷达评估土体侵蚀程度以确保桩基的稳定支撑作用不受削弱，是一个有效的维护策略。此外利用数值模拟方法的同时结合土壤力学和水文地质数据，预测并模拟各种环境因素对地基性能的影响从而制定出针对性的维护方案，通过这些长期监测与维护措施能够确保桩基复合地基在地质条件复杂、环境动态变化的情况下，其承载性能得到持续优化和必要的调整进而确保整个工程结构的稳定性与安全性。

总结

桩基复合地基在复杂地质条件下表现出的承载性能问题，可以通过一系列创新设计与施工技术得到有效解决，长期监测与维护策略的实施以便为工程的长期稳定性提供保障，本研究的成果不仅增强了对桩基复合地基性能影响因素的理解也为解决类似工程问题提供了可靠的方法，后续的研究可进一步探索更为高效的监测技术和维护方法以适应更加复杂多变的工程环境。

参考文献

[1] 杨光华周沛栋.复杂地层刚性桩复合地基桩间土承载力确定方法的探讨[J].建筑结构, 2022, 52(S01):2442-2449.

[2] 文虎喜.复杂地质条件下的桩基[J].中文科技期刊数据库(全文版)工程技术, 2022(8):4.

[3] 李鑫,苟强.复杂地质条件下岩石地基承载力预测[J].能源与环保, 2023, 45(4):39-44.