复合地基简析
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摘要：近年来，由于大量高层建筑的不断涌现，使得天然地基在承载力或变形方面均无法满足基础的设计要求，于是桩作为一种能有效分担荷载及控制变形的手段，在土木工程领域得到了广泛应用。本文从复合地基的基本定义和原理入手阐述了一些关于复合地基方面的应用和方法等。
关键词：复合地基；桩土应力；原理；方法；
中图分类号：TU47 文献标识码：A
在桩基的设计中人们往往不考虑承台下土的抗力；采用桩基础，设计者一般都将桩端植入良好的持力层，常常造成设计桩长过长，不仅使桩基造价过高，而且对城市将来地下交通管网的发展带来负面的影响。因此，将桩基与天然地基有机组合在一起，充分发挥两者的优势，共同承担上部荷载的人工处理地基即复合地基自然成为人们的一种选择。
一、复合地基定义
复合地基是指天然地基在地基处理后部分地基中土体或本身增强或置换以加强体而形成的由基体（天然土体）和增强体组成的人工地基。经过地基处理后的人工地基大致可分三类：均质地基、多层地基和复合地基。
常见的复合地基处理形式有: 水泥粉煤灰碎石桩复合地基、碎石桩复合地基、水泥土桩复合地基、低强度桩复合地基、夯实水泥土桩复合地基、钢筋混凝土桩复合地基及加筋土地基等。其中采用螺旋压灌桩、沉管灌注桩、静压预制桩等刚性桩与桩间同承担荷载者称为刚性桩复合地基，采用桩同承担荷载的减沉桩、疏桩基础实质上也是一种刚性桩复合地基，只不过后两者的桩常常被设计为发挥至接近桩的极承载力限。
一般的，在如下两种情况下可考虑采用复合地基:
ａ)天然地基承载力满足要求，沉降过大，可采用少量桩以减小沉降(称为减沉桩或控沉疏桩基础)；
ｂ)天然地基承载力与沉降均不能满足要求，采用适量桩补充天然地基承载力不足，同时将沉降减少至沉降限定值以内(称为协力疏桩基础)。
二、基本原理
复合地基根据地基中增强体的方向可分为竖向增强体复合地基和水平向增强体复合地基两类。竖向增强体复合地基习惯上称为桩体复合地基。竖向增强体复合地基根据增强体性质又可分为散体材料桩复合地基、柔性桩复合地基和刚性桩复合地基。
复合地基有两个基本特点:ａ)加固区是由基体和增强体两部分组成，是非均质和各向异性的；ｂ)在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载。前一特征使其区别于浅基础(均质地基)，后一特征使其区别于桩基础。从荷载传递机理看，竖向增强体复合地基介于浅基础和桩基础之间。
在荷载作用下，增强体与基体通过变形协调共同承担荷载作用是形成复合地基的基本条件。在承台荷载作用下，开始增强体和土体中应力大小大致按两者的模量比分配，随着土体蠕变，土中应力可能进一步向增强体转移。特别是当地基土体中超孔隙水压力消散、土体固结后桩间土承担的荷载更小。
三、确定复合地基桩土应力比的计算方法
由于桩体材料不同，桩土应力比的变化规律是不同的。对于同一种材料的复合地基，也会因原地基土特性、桩长、水泥掺入比、面积置换率、荷载水平、时间等多种因素的影响，桩土应力比表现出不同的变化规律。因此，计算桩土应力比没有统一的公式，只有根据桩体的不同而分别计算。
四、复合地基桩土应力比的试验方法
目前，在工程中一般都采用现场试验的方法来确定桩土应力比n，现场试验所取得的n值更加直观而且更接近复合地基实际工作情况。
随着科学技术水平的不断发展，静载荷试验方法趋向于更加完善、方便和快捷。与此同时，与静载荷试验配套的各种力学测试手段也越来越先进，使测试结果更加可靠、精确，也赋予了静载荷试验新的活力。
1、静载荷试验基本装置与试验方法
静载荷试验装置包括加载、反力和量测装置三部分。加载装置采用油压千斤顶；反力装置有锚桩反力装置、堆载平台反力装置和锚桩堆载联合反力装置三种；量测装置可用放置在千斤顶上的应力环、应变式压力传感器直接测定，也可以采用连于千斤顶的压力表测定油压换算，变形量测采用容栅式电子位移传感器。
桩基静载试验的加卸载方法有如下几种：(1)慢速维持荷载法；(2)快速维持荷载法：(3)等速率贯入法；(4)循环加卸载法等。
在上述几种方法中，慢速维持荷载法已为国内广大的工程技术人员所熟悉，这种方法测得的沉降既包括桩周土的瞬时下沉量，又包括土的部分固结下沉，而快速法的下沉量仅为瞬时下沉量。另外，多循环加卸载法适用于荷载短期反复作用的情况，而慢速维持荷载法适合于恒载作用下的情况。
关于桩基静载试验加卸载方法的合理选择，主要应该考虑的因素是：(1)加卸载方法的仿真性，即所选择的加卸载方法能比较真实地模拟欲考察的自然荷载对桩的作用；(2)可操作性，不宜选用某些过分倚赖特殊设备的方法；(3)试验结果的可比性，是指在同一个试验中各级荷载作用下的数据之间具有可比性，与同类试验结果之间也应具有可比性。
2、钢弦式传感器的工作原理
在进行载荷试验中，除了荷载与桩顶沉降以外，为了研究桩基础的工作特性，还可以根据需要进行以下量测项目：桩轴力(侧阻力)、桩顶反力、土反力、桩端力(端阻力)、土的分层沉降、桩间土的侧向位移、桩周土的沉降、孔隙水压力等。
量测力学参数的方法有很多，如机械法、液压法、光学法、和电测法。钢弦频率法是电测法中的一种，这种方法具有以下优点：(1)结构简单可靠，制作安装方便；(2)零点非常稳定，适宜长期观测；(3)宜于多点远传，便于数字化；(4)易于解决防潮和防水问题。除此以外，钢弦式传感器坚固耐用，造价低廉，与传感器配套的钢弦频率测定仪也小巧轻便，适宜现场使用。由于以上优点，钢弦式传感器在国内外工程测试的实践中得到了极其广泛的应用。
钢弦式传感器的工作原理主要在于钢弦的自振频率是取决于它的长度、钢弦材料的密度和钢弦的内应力。
3、土压力的观测
土压力的观测在试验中是一个关键的环节。在以往的试验中，直接采用普通的土压力传感器观测，由于传感器的刚度较大、几何尺寸较小，在应力集中的影响下，造成观测值偏大或偏小。为解决这—问题，目前广泛采用了沥青囊作为传力介质。
一般沥青囊有方形、长方形和圆形等几种，尺寸大小不等。囊部分厚度一般为2cm左右，沥青囊的面积为土压力传感器面积的数倍。囊的外壳是采用薄钢板或镀锌铁皮制成，然后采用热灌法给囊中灌入沥青等材料。待沥青等材料冷却后形成为不易压缩的，可以调整外界土压力的作用。沥青囊一般适用于含水量低的较坚硬的粘土、砂土、砂粘土、黄土以及软弱破碎的岩层中量测工程结构物的接触压力或基础反力。对于含水量较高的土或其它软土中可以不用。
五、结语
复合地基与天然地基相比，可提高承载力，减小沉降，具有良好的社会效益和经济效益，随着地基处理技术的发展和推广应用，复合地基技术已获得了广泛的应用与推广。