长短桩桩基础与其它类型基础的比较分析

长短桩桩基础与其它类型基础的比较分析

余涛

河北建设勘察研究院有限公司河北050031

摘要：长短桩组合桩是近年来出现的基础形式，在国内外的桩夜基站研究领域还没有较为科学系统的研究以及相关的研究成果。而长短桩组合桩基础的的沉降控制原理不仅充分考虑到长桩控制的能力，还综合考虑浅层持力层的承载力，有效减少了长桩的使用数量，在一定程度上节约了成本。本文针对长短桩组合桩基础的工作形状以及工程设计方面进行分析分析研究，为其安全推广和发展提供依据。

关键词：长短桩桩基础；其它类型基础；比较分析

1前言

在经济建设日新月异的今天，对于高层建筑的需求越来越多。具有较强适应性的桩筏基础能够稳定控制沉降并且能够保证承载力的可靠性，所以在建筑中有较为广泛的应用，但在其设计过程中，存有一定的局限性。长短桩组合桩基础应运而生，其在整体沉降变形、桩身轴力、桩身侧摩阻力、土中附加应力场、土体位移场以及荷载分担等方面有明显优势，有助于建筑施工减少投入，创造较高的经济效益。

2长短桩组合桩基础工作性状分析

2.1长短桩组合桩基础设计思想

我们知道，两层或多层可作为桩端持力层出现在地基上的情况，在大部分工程设计过程中能够遇到。因其浅层持力层的埋深较浅，具有良好的承载性能，在实际工程设计与分析中经常会遇到其浅层持力层承载能力良好且埋深不大。如果上部负载较小，可以利用浅层持力层的短桩基础满足所需的变形需要以及承载要求，但是，当上不负载较大，短桩基础仅能满足承载力的需要，不能保证变心的需要，这是，我们需要在设计时，充分考虑浅层持力层承载性能来配合沉降计算要求，桩数由下式确定：

n=（F+G）/P

其中，F是作用干承台顶面的竖向荷载；G是承台和承台上覆土重；P是单桩承载力设计值。

这就造成长桩的大量投入，增加成本且加大施工难度。传统的设计思想不能解决这个问题。桩基础沉降控制设计思想的出现解决了这一难题。该设计方法考虑桩与承台共同承担外荷载，综合考虑沉降计算要求，确定桩数，科学有效的控制了基础沉降，并且降低了桩数消耗，规避了施工过程中对环境的不利影响。

长短桩组合桩基础设计思想综合考虑长桩控制变形和短桩负贵承载，利用长短桩组合桩基础中利用长桩传递荷载到地基深处，采取长桩穿过浅层持力层及其软下卧层，着力于深层持力层，有效控制沉降。同时，因为减少了长桩数盆，其承载力受到影响，这时我们通过短桩来进行补充，承载浅层持力层。长短桩组合桩基础的设计能够有效发挥其承载与控制沉降的能力。

2.2长短桩组合桩基础工作性状分析

对于如何确定长、短桩的数最及其承载力与安全度，还有创门的负载分担比例，考虑；长、短桩布桩方式对沉降性状的影响；及其桩侧摩阻力的分布特点，是否能够适应不同持力层土层条件并能发挥效能，这里我们对一算例例进行工作荷载下性状分析，然后综合考虑之筏板刚度、不同布桩方式、桩端持力层模量以及荷载变化影响几个方面来进行分析探讨。

2.2.1算例简介

这里我们选取桩筏基础筏板面积20mX20m，板厚1m进行模拟负载。土层资料及有限元计算参数见下表，

其中土层2为短桩持力层，土层4为长桩持力层。

长桩桩径0.65米，桩长50m；短桩桩径0.5米，桩长20m。桩端各进入相应持力层2米。这里我们根据经验取值，假设每各层地基极限侧阻是同样的。根据有限元计算，我们得出长桩极限承载力为4125KN，短桩极限承载力为2040KN。

2.2.2工作性状分析

我们这里假定允许沉降为10cm，分析均布荷载255KPa时的计算结果，对全短桩基础，按强度控制全短桩基础需要，00根短桩，全长桩基础需要50根长桩，这里为了实现对称，实际为52根长桩。

（1）变形性状分析

首先进行全短桩基础沉降变形计算，当遇到有多个可利用持力层的时候，首选承载与浅层持力层，但实际当中容易遇到符合承载要求，但出现沉降过大的现象。

我们可以看到，可由于浅层持力层软下卧层（土层3）的存在，全短桩基础整体沉降明显，最大沉降为18.6Cm，差异沉降为3.6cm，不符合沉降需要。

而全长桩基础能够满足承载力的需要同时可以有效控制变形。但是容易增加施工难度与成本。

（2）桩身轴力分析

对不同类型桩基础进行桩身轴力分析，我们可以看出长短桩组合桩基础中，减少了短桩桩端阻力和桩项反力。长桩在短桩桩身范围内（-20m-0m）桩身轴力几乎不变。短桩起到了分担荷载的作用，减少了长桩桩顶荷载。

（3）土体附加应力场分析

长短桩组合桩基础中的长桩直接决定沉降量的大小，很大程度的荷载由长桩传至地基深层，从而减小了短桩持力层软下卧层的整体压缩。我们可以看出短桩主要提供浅层持力层的承载力，其增减对土中竖向应力场没有任何影响。

（4）土体位移场分析

采用长短桩组合桩基础的沉降比采用全长桩基础略大，但其长桩数量的减少在满足沉降要求的同时足以提高建筑的经济效益。而且注意到部分短桩分担了荷载，有效减少了沉降。

（5）筏板刚度的影响

当筏板厚度的增加，导致长、短桩的角桩桩顶反力增强爱，中心桩顶反力减弱，桩承担负载比例有细微减小。其厚度对沉降效果影响不大，但具有一定的作用。

（6）桩端土层性状影响

长短桩基础中由于长桩将大部分荷载传至深层土体，因此深层持力层模量增加可以减少整体沉降。

（7）荷载大小对性状的影响

长、短桩总承担的荷载比随着荷载增加而变小，同时土体分担荷载比有所增加。因为在加荷初期，长桩承担大部分荷载，然后慢慢想短桩转移。

（8）长桩持力层嵌岩

在长桩非嵌岩条件下，随着外荷载不断加大，桩身侧摩阻力得以利用，发挥其承载能力。另外，因为长桩承担大部分荷载，随着负荷的增加并无显著减少，我们再设计时需要考虑桩身材料强度控制。

3长短桩组合桩基础工程设计探讨

3.1长短桩组合桩基础工程设计

（1）根据沉降确定长桩数量我们知道在长短桩组合桩基础中，长桩主要控制变形，短桩主要提供承载力。长桩数量的增加对沉降控制没有明显效果。

（2）根据承载力不足确定短桩数里在确定好长桩数量以后，充分考虑浅层持力层的承载性能，根据不同强度要求来确定短桩数量。

（3）合理采用长桩桩长长桩的桩长直接决定了施工高的难度系数与施工成本的高低。科学合理的控制桩长，在保证承载力的基础上，有效减少沉降，同时能够节约工程材料成本。我们需要注意在分层土地基中，长桩及短桩的桩长由持力层位皿确定。

（4）在长短桩组合桩基础设计中，基础极限承载力可以由各桩极限承载力相加得出，地基承载力作为基础的整体安全储备，充分保证了设计的安全性。

3.2长短桩组合桩基础工程设计的思考

长短桩组合桩基础的设计方法目前还处于初级阶段，针对实际工程应用中的设计，有以下思考：

（1）设计的主要因素包括：桩长、桩间距和持力层承载性状。

（2）考虑工程成本问题，采用的长、短桩桩长之比应高于承载力之比。

（3）在沉降较大区域适当布置长桩能有效减少沉降，需要注意桩长的增加，要小于短桩桩长的2倍，否则不能有效减低沉降。

分层土地基中，当承载性能良好基岩层的埋深较浅，适合选择桩长不大的全长桩基础。当浅层持力层埋深较浅且承载性能较好，短桩能够提供足够的承载力，深层持力层埋深又较大，特别是浅层持力层有较深厚的软下卧层，采用长短桩组合桩基础较为合适。

长短桩组合桩基础沉降计算必须考虑筏板（承台）的调节作用，考虑桩一筏共同作用，由筏板调节各桩桩顶反力大小。

4结束语

综上所述，我们知道长短桩组合桩基础作为一种新的基础方式，有着良好的应用前景。其具有安全使用、科学先进、经济合理的优势，在保证沉降要求的基础上能够有效节约成本，适合在以后的实际工作中进一步推广应用。

参考文献：

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