浅议长短桩复合地基

在土木工程建设中，目前，对于大型建筑结构，在沉降和承载力控制方面，桩基础无疑是目前工程应用中首选的地基形式，然而在多层和小高层建筑中桩基础成本造价相对过高。为了在满足工程需要的同时又能够减小地基处理成本，复合地基应运而生，其中尤以长短桩复合地基最为突出，其充分发挥了天然土体承载能力，同时减少了沉降，即满足了上层建筑结构要求，又减小了打桩对于周围环境的影响，同时大大地降低了地基成本，是近年来在多层和小高层工程中得到广泛采用的一种地基形式。
一、复合地基的定义和桩基的区分
经过处理形成的地基多数可归属为两类：一类是天然地基土体的承载性质得到普遍的改良形成均质地基，如通过预压法、强夯法以及换填法等形成的土体改良地基，这类地基的承载力与沉降计算类似于浅基础。另一类是在地基处理过程中，部分土体得到增强，或置换，或在天然地基中设置加筋材料，加固区是基体 （天然地基土体）和增强体两部分组成的人工地基，在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用，其通常被称为复合地基。
复合地基和桩基础尚存在一定的差异，复合地基理论的产生实际上是基于桩基理论。从地基工程成本上考虑，在满足上层建筑结构对变形控制要求的条件下，充分发挥桩间土的承载力，使桩分担的上部荷载部分转向桩间土，由桩间土承担进而减小桩数，降低地基成本。从环境的方面考虑，这种新型地基可以减小由于大面积和大量的打桩施工所造成的原有天然地基内超孔隙水压力增加所引发的土体有效重度降低和地基内出现渗流现象，包括：流沙、管涌、上浮、局部不均匀沉降等对地基承载力和上部结构整体稳定造成的不利影响。桩基理论中主要考虑桩体和基础底部相互作用对整体地基性状的影响，充分发挥桩的承载力而忽略桩间土直接和基础之间的相互作用，将桩间土作为地基承载力的安全储备。从经济和适用方面上，这种设计理念在减小上层建筑差异沉降和提高地基承载力方面效果显著，在大型高层建筑和超高层建筑中得到充分推广，但对于多层和小高层建筑，相对于整个工程的成本来说，桩基础成本较高，性价比较低。
二、长短桩复合地基的作用机理和研究现状
随着对复合地基理论认识的提高以及实践经验的积累，提出了由两种不同类型（或同种类型而长度差别较大）的桩与土组成的三元组合型复合地基。这种新型复合地基形式从目前研究与应用情况来看，基本形式大多为长短桩复合地基。目前，在承载力和沉降变形设计理论方面存在两种设计理念：一种是长桩协力形式的长短桩复合地基，当基底以下存在较厚的软弱土层时，采用短桩对该区域土层进行加固，减小地基上层的沉降变形，同时也可提高基底土层的承载力。而长桩的主要作用是弥补经短桩加固后的地基承载力的不足，同时长桩的设置也减小了复合地基的沉降。另一种是长桩控沉形式的长短桩复合地基。当基底以下存在上下两层较为理想的桩端持力层时，如采用短桩方案将桩端放在上层持力层，即使复合地基承载力能够满足设计要求，由于加固较浅，沉降变形将有可能偏大。采用长桩和短桩相结合的方案，将长桩、短桩桩端分别落在上、下两层桩端持力层上，充分发挥上、下两层桩端持力层的特性，长桩与短桩间隔设置，利用短桩提高复合地基的承载力，通过长桩不仅能够提高地基承载力，而且可将荷载通过桩身向地基深处传递，减少压缩层变形。
研究表明，长短桩复合地基存在以下特点：
1． 随着荷载增加，静压刚性长短桩复合地基中桩间土和桩顶应力均呈线性增大，桩顶应力大于桩间土应力。柔性基础下长短桩复合地基桩和土受力较均衡。在相同的地质条件下，长短桩复合地基中长桩应力比短桩复合地基中的桩顶应力增长较快。刚性基础下长短桩复合地基桩土应力比大于柔性基础下长短桩复合地基桩土应力比。
2．尽管桩顶应力远远大于桩间土应力，但由于桩间土受力面积较大，因此仍然承担较大部分荷载，桩间土承载力对长短桩复合地基承载力影响较大。
3．各复合地基承载力均高于天然地基承载力，从而可以大大减小地基沉降量。刚性基础下复合地基沉降变形小于柔性基础下复合地基沉降变形。长短桩复合地基承载力高于短桩复合地基承载力，且前者比后者在减小地基沉降方面有显著的技术优势。增加桩长可以提高复合地基承载力和减小沉降。
4．在静压刚性长短桩复合地基中，刚、柔性基础对复合地基整体受力变形产生不同影响。两种基础下复合地基的受力机理不同。在刚性基础下，复合地基受力变形以长桩为主导，随后带动短桩和桩间土协调变形，长桩承载力充分发挥。而在柔性基础下，复合地基受力变形以桩间土和短桩所组成的复合土体为主，随后协同长桩受力沉降。在加载过程中，复合土体承载力发挥程度较高，而长桩承担荷载相对较少。对比分析表明，柔性基础对桩和土的协调变形作用优于刚性基础。
三、结束语:
由于工程场地环境的多样化和复杂化，为了能够使长短桩复合地基理论得到广泛应用，仍然需要对不同环境下长短桩复合地基的承载性状进行系统分析，从中归纳出其变化规律，促进其快速发展。