长短桩复合地基在天津空港地区的应用
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摘要：本文以天津空港地区一个典型工程为例，探讨了长短桩复合地基沉降的计算方法，综合考虑荷载水平、地质情况和造价等因素。短桩长度由桩端处软土强度决定，长桩长度在选择了合适持力层后由总沉降量控制。垫层材料推荐采用C15混凝土垫层及碎石垫层。实测结果表明，该工程长短桩复合地基沉降符合设计要求。
关键词：深厚软土；长短桩复合地基；设计方法；承载力；沉降
中图分类号：TU473.1+1 文献标识码：A 文章编号：
1 引言
天津空港地区广泛分布着一层深厚软土，其孔隙比大、压缩性高、承载力差，只有经过处理或采用桩基础才可以建造工业建筑。但使用一至两年之后均会出现不同的沉降问题，如何解决后期沉降难题一直是困扰技术人员的一个问题。通过对几个工程的摸索与实践，长短桩复合地基是有效处理方式之一。本文以天津空港地区一工程为例，阐述长短桩复合地基的沉降计算方法。
2 设计方法
2.1 工程概况
拟建工程位于天津空港经济区京津塘高速南侧，为2栋单层仓储车间，高度约14.5m，地面堆载约5T/m2，门式钢架结构，仓储车间面积为16400m2。建筑±0.000标高相当于大沽高程4.000m，室外坪大沽高程3.600m。
根据勘察报告揭示，该场地埋深25.00m范围内，土层分布基本均匀，表层有一层厚度为1.00～4.30m的人工填土层，呈褐色，软塑～可塑状态，淤泥质土、粘土、粉质粘土质，属中压缩性土，人工填土填垫年限大小于十年；其中全新统中组海相沉积层（Q42m），淤泥质粉质粘土、淤泥质粘土层厚度较大，呈灰色，流塑状态，有层理，含贝壳，属高压缩性土，为场地主要软弱土层；土层物理力学性质指标见表1。
表1 土层物理力学性质指标
2.2 地基基础设计方案选择
根据勘察资料分析，场地不仅人工填土分布厚度较大，土质普遍很软，其下分布厚层淤泥质粘土，土质极软，强度很低，应是本次加固处理的重点，因此，我们考虑用短桩加固6a层，提高软土层地基承载力，并把加固后地基承载力较高的软土层看成是天然承载力较高的土层，按照刚复合地基理论进行设计。长短桩复合地基一方面承载力大，沉降和差异沉降易于控制；另一方面，也可以适用于加固深厚软土层。在确保安全的前提下，能尽量发挥土体和桩的力学性能，做到既施工方便，又经济合理，本工程地基基础设计方案经过反复比较，决定采用长短桩复合地基技术进行地基处理。
2.3 地基基础设计
2.3.1 短桩设计
短桩设计主要是确定其置换率和长度。置换率由桩和土体形成改良地基的承载力确定。本工程根据土层性质：经反复试算，决定短桩采用直径500mm的湿法深层水泥搅拌桩，采取中间插芯的布置形式，桩间距2.6m×2.6m，有效桩长6.0m，边桩距墙轴线约0.50m，R325普通硅酸盐水泥，掺量300kg/m3，在桩顶以下3m内加浆复搅，以增加浅层地基的处理效果。
2.3.2 长桩设计
长桩承担大部分荷载，其长度也是控制复合地基沉降的关键点。长桩设计主要包括持力层选择、桩径和桩长确定、单桩承载力计算等。经计算，本工程长桩采用直径500mm的湿法深层水泥搅拌桩，采取中间插芯的布置形式，桩间距2.6m×2.6m，有效桩长15.5m，以8a层粉质粘土层为桩端持力层，进入8a层不小于1m。R325普通硅酸盐水泥，掺量300kg/m3，在桩顶以下3m内加浆复搅，以增加浅层地基的处理效果。
2.3.3 长短复合桩平面布置
本工程经过反复试算和调整，共布桩8806根，其中长桩4120根，短桩4686根。桩位布置见图1。
图1 桩位平面图
2.4 褥垫层设计
复合地基褥垫层是确保桩同承担荷载、充分发挥桩间土承载力、调整和均化复合地基应力状况、减少基底应力集中、减少桩顶水平应力集中的关键设施。褥垫层的设计，主要包括垫层厚度和材料。
2.4.1 垫层厚度确定
褥垫层厚度对复合桩基性状有较大影响。桩土应力比是反映复合地基中桩、土荷载分担的指标，垫层调节应力效果完全可以用桩土应力比来反映，垫层效果越好，桩土应力比越小。初步确定垫层厚度为200mm，再根据上部结构荷载大小做适当增减。
2.4.2 垫层材料确定
通过工程经验及不同褥垫层材料的复合地基现场静载荷试验，本工程采用200mm厚C15混凝土垫层，φ8双向@150mm配筋，其下为200mm碎石垫层。
3复合桩基沉降计算
3.1 沉降计算
采用《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2011）第5.3.5条提供的分层总和法，地基内的应力分布，采用各向同性均质线性变形体理论，最终变形量按下式计算：
s= (5.3.5)
式中：s――地基最终沉降量（mm）；
s'――按分层总和法计算出的地基沉降量（mm）；
ψs――沉降计算经验系数；
――对应于荷载效应准永久组合时的基础底面处的附加压力（kPa）；
――沉降计算深度范围内所划分的土层数；
――基础底面下第i层土的压缩模量（MPa）；
、――基础底面至第层土、第层土底面的距离（m）；
、――基础底面计算点至第层土、第层土底面深度范围内平均附加应力系数。
长短桩复合地基总沉降如图所示，
由三部分组成：
S=S1+S2+S3
式中S1、S2、S3――分别为1、2、3区沉降量；
上式中1、2区的沉降量用复合模量法计算，公式如下：
式中 、――分别为1区和2区的复合模量；
、――分别为长桩和短桩的压缩模量；
Es――为桩间土的压缩模量,按勘察报告取值；
m1、m2――分别为长桩和短桩的置换率；
m1=0.252×3.14×770/2750=0.055=5.5%
m2=0.252×3.14×769/2750=0.055=5.5%
Es=（4.38×3.81+4.12×0.40+2.76×6.50+4.46×4.50+4.91×0.29）/15.5
=3.73MPa
==160MPa
=0.055×160+0.055×160+（1-0.055-0.055）×3.73
=20.89MPa
=0.055×160+（1-0.055）×3.73
=12.32MPa
下卧层区的压缩模量
=(4.91×1.71+5.80×3.00+15.87×5.00)/9.71
=10.83MPa
计算面自大沽标高3.60m开始，地面堆载50kPa，经估算，中心点最大沉降量为5.27cm，满足甲方整体沉降的技术要求。计算结果如下：
4 结语
(1)通过天津空港地区一工程实例，探讨长短桩复合地基的受力机理，阐述了长短桩复合地基的沉降计算方法，对天津空港地区的工程建设具有理论和实际意义。
(2)关于长短桩及垫层等的设计与分析，可以作为设计人员的参考。
(3)长短桩沉降计算方法的应用，可以作为天津空港地区其他工程的参考。
(4)长短桩复合地基沉降计算方法表明此方法计算长短桩复合地基的沉降是可行的，但该方法是否具有广泛适用性还有待进一步验证。
参考文献：
[1]《工程地质手册》编委会．工程地质手册（第四版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2007．
[2]龚晓南主编．地基处理手册（第3版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2008．
[3]毛前，龚晓南.桩体复合地基柔性垫层效用研究[J].岩土力学，1998，(6)
[4]《建筑地基基础设计规范》（GB50007－2011）北京：中国建筑工业出版社，2011．
[5]《建筑地基处理技术规范》（JGJ79－2002）北京：中国建筑工业出版社，2002．
[6]郑刚，顾晓鲁.复合桩基设计若干问题分析[J].建筑结构学报，2000，(10)
[7]张世民.深厚软土中刚柔复合桩基沉降计算及设计分析[硕士学位论文][D].杭州：浙江大学.