肖耀廷，黨發(fā)寧，梁學(xué)戰(zhàn)

(1.西安理工大學(xué) 巖土工程研究所，陜西 西安 710048；2.湖北文理學(xué)院，湖北 襄陽 441053)

隨著復(fù)合地基技術(shù)的發(fā)展和完善，多樁型復(fù)合地基逐漸在國內(nèi)大量使用，例如CFG樁+碎石樁復(fù)合地基、CFG樁+深層攪拌樁復(fù)合地基、長短樁復(fù)合地基[1-2]等等各種型式，解決了某些情況下單一樁型復(fù)合地基不能解決的問題，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

新頒布的JGJ79-2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[3]第7.9.6和第7.9.7條給出了多樁型復(fù)合地基置換率及承載力的計(jì)算公式，規(guī)范中并沒有加以解釋，相應(yīng)條文也未提及。這就會(huì)出現(xiàn)如果遇到實(shí)際布樁不是規(guī)范給出的型式，設(shè)計(jì)人員可能就會(huì)無從下手或者出現(xiàn)錯(cuò)誤[4-5]。

本文首先對(duì)單樁型復(fù)合地基的置換率及公式進(jìn)行說明，解釋了置換率的含義，而后在單樁型復(fù)合地基置換率的基礎(chǔ)上提出了一種多樁型復(fù)合地基置換率的算法，進(jìn)而幫助設(shè)計(jì)人員更好的處理實(shí)際問題。

1 單樁型復(fù)合地基置換率計(jì)算方法的理解

首先對(duì)規(guī)范中關(guān)于置換率的公式做簡單的證明。

(1)

可以得出等邊三角形布樁de=1.05s。

圖1 三角形布樁的復(fù)合地基

對(duì)于正方形布樁，如圖2所示，一根樁處理地基的范圍如圖2中的正方形所示。計(jì)算可知該正方形面積為s2。如果該正方形的面積用圓形等效，假設(shè)等效直徑為de，則有:

(2)

可以得出正方形布樁de=1.13s。

圖2 正方形布樁的單樁型復(fù)合地基

對(duì)于矩形布樁，一根樁處理地基的范圍如圖3中的矩形所示。通過計(jì)算可知該矩形面積為s1s2。如果該矩形的面積用圓形等效，假設(shè)等效直徑為de，則有:

(3)

圖3 矩形布樁的單樁型復(fù)合地基

由上面的推導(dǎo)過程可知，單樁型復(fù)合地基的置換率雖然從公式上來看是一種直徑比，但實(shí)質(zhì)上是樁的面積與處理地基面積的面積比。

2 多樁型復(fù)合地基置換率計(jì)算方法的理解

2.1 多樁型復(fù)合地基置換率的理解

JGJ79-2012 《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》[3]第7.9.7條規(guī)定：“多樁型復(fù)合地基面積置換率，應(yīng)根據(jù)基礎(chǔ)面積與該面積范圍內(nèi)實(shí)際的布樁數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)基礎(chǔ)面積較大或條形基礎(chǔ)較長時(shí)，可用單元面積置換率替代?！?/p>

1)當(dāng)按圖4矩形布樁時(shí)：

圖4 多樁型復(fù)合地基矩形布樁單元面積計(jì)算模型

2)當(dāng)按圖5三角形布樁時(shí)：

圖5 多樁型復(fù)合地基三角形布樁單元面積計(jì)算模型

從以上規(guī)范原文不難看出，規(guī)范對(duì)于置換率的處理方法是，先選擇計(jì)算單元，置換率即為單元內(nèi)樁的面積與單元面積的比值，也即置換率為面積比，這一點(diǎn)正好印證了上一節(jié)對(duì)于單樁型復(fù)合地基的解釋。

本文認(rèn)為,對(duì)于多樁型置換率的理解,應(yīng)以單樁型的復(fù)合地基的置換率為基礎(chǔ)。也就是說，多樁型是有多個(gè)單樁型復(fù)合地基組成，求解其中一種樁型的置換率時(shí)假設(shè)其他樁型不參與。

2.2 多樁型復(fù)合地基置換率的計(jì)算方法

工程中多樁型復(fù)合地基以兩種樁型居多,本節(jié)以兩樁型復(fù)合地基說明計(jì)算思路[6-7]。如圖6和圖7所示，復(fù)合地基采用正方形布樁的，圖6為主樁和輔樁分排間隔布樁，圖7為每排間隔布樁。主樁用黑色圓圈表示，輔樁以白色圓圈表示。

圖6 分排間隔布樁的復(fù)合地基的計(jì)算單元

圖7 每排間隔布樁的復(fù)合地基的計(jì)算單元

假定圖6與圖7中，主樁與輔樁的樁徑均為d，樁間距均為s。

首先利用規(guī)范公式對(duì)圖6和圖7分別計(jì)算置換率，計(jì)算單元的面積如圖中標(biāo)注圖形面積。

由規(guī)范第7.9.7規(guī)定可知，圖6和圖7的計(jì)算單元面積一樣，且樁距也一樣，故主樁和輔樁的置換率均為：

(4)

但是,如果把多樁型復(fù)合地基看做是單個(gè)樁型復(fù)合地基疊加而成了，將會(huì)形成另外一種算法。對(duì)于圖6的多樁型復(fù)合地基，首先考慮主樁的作用，此時(shí)忽略輔樁的影響，亦即場地只有橫向間距為s、縱向間距為2s矩形布樁的單樁型復(fù)合地基，該單樁型復(fù)合地基一根樁的處理面積如圖8所示，利用單樁型復(fù)合地基置換率的定義，可求出其置換率為：

(5)

圖8 分排間隔布樁的一根主樁處理面積

計(jì)算輔樁置換率時(shí)，同樣忽略主樁，輔樁也是橫向間距為s、縱向間距為2s的矩形布樁，其單樁型復(fù)合地基置換率與主樁置換率一致。

圖9 每排間隔布樁的一根主樁處理面積

利用單樁型復(fù)合地基置換率的計(jì)算公式，可求出其主樁和輔樁的置換率均為：

(6)

2.3 本文計(jì)算方法與規(guī)范方法的對(duì)比分析

由上面的計(jì)算可以看出，兩種計(jì)算方法得到的置換率是一樣的，說明本文提供的算法是正確的。

對(duì)于規(guī)范的方法來講，盡管圖6與圖7的布樁型式不一樣，但是由于計(jì)算單元面積相同，所以計(jì)算結(jié)果也應(yīng)該相同。

對(duì)于本文提供的計(jì)算方法，是將多樁型復(fù)合地基問題分解為若干個(gè)單樁型復(fù)合地基的問題，可以看出圖4主輔樁為矩形布樁，而圖5卻是三角形布樁，雖然兩者計(jì)算結(jié)果一樣，但是本文計(jì)算方法考慮了主輔樁的布樁型式，故具有更明確力學(xué)意義，建議多樁型復(fù)合地基置換率采用本文的計(jì)算方法。

相同置換率采用不同布樁形式，對(duì)于復(fù)合地基的承載力、沉降以及樁土應(yīng)力的影響情況，尚需結(jié)合載荷試驗(yàn)做進(jìn)一步研究。

3 結(jié)論與建議

1)通過計(jì)算解釋了規(guī)范中單樁型復(fù)合地基的置換率的含義。

2)給出了多樁型復(fù)合地基置換率的另一種計(jì)算思路，通過與規(guī)范公式的對(duì)比結(jié)果一致，從而說明本文方法的正確性。

3)在相同的置換率的情況下，當(dāng)基礎(chǔ)在外荷載作用下，由于主輔樁布樁型式是不一樣，必然使基礎(chǔ)產(chǎn)生不一樣的沉降，從而產(chǎn)生不同的樁土應(yīng)力比，進(jìn)而影響到各個(gè)樁型的承載力發(fā)揮系數(shù)，而這一點(diǎn)從規(guī)范公式無法體現(xiàn)；布樁型式對(duì)基礎(chǔ)沉降、樁土應(yīng)力比、承載力發(fā)揮系數(shù)的影響還需進(jìn)一步研究；建議多樁型復(fù)合地基置換率采用本文的計(jì)算方法。

參考文獻(xiàn)：

[1] 佟建興，孫訓(xùn)海，楊新輝，等. 長短剛性樁復(fù)合地基樁、土承載性狀與厚徑比相關(guān)關(guān)系試驗(yàn)研究[J].巖土工程學(xué)報(bào), 2013, 35(5): 955-960.

Tong Jianxing, Sun Xunhai, Yang Xinhui, et al. Experimental study on pile-soil bearing behavior and thickness-diameter ratio of composite foundation with long and short piles[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2013, 35(5): 955-960.

[2] 張小禮. 復(fù)合地基中樁土面積置換率的理解及應(yīng)用[J].土工基礎(chǔ)，2012,26(3):81-82.

Zhang Xiaoli. Application of soil-column area replacement ratio in composite grounds[J].Soil Eng. and Foundation,2012, 26(3): 81-82.

[3]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. JGJ79-2012 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2012.

[4] 閆明禮, 張東剛. CFG 樁復(fù)合地基技術(shù)及工程實(shí)踐[M]. 第二版.北京: 中國水利水電出版社,2006.

[5] 王明山. 復(fù)合地基樁土承載力發(fā)揮系數(shù)的研究[D]. 北京:中國建筑科學(xué)研究院, 2005.

Wang Mingshan. Study onthe effect of piles and soil in composite foundation[D].Beijing: China Academy of Building Research, 2005.

[6] 閆明禮, 王明山, 閆雪峰, 等. 多樁型復(fù)合地基設(shè)計(jì)計(jì)算方法探討[J].巖土工程學(xué)報(bào), 2003, 25(5): 352-355.

Yan Mingli, Wang Mingshan, Yan Xuefeng, et al. Study on the calculation method of multi-type-pile composite foundation[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2003,25(5): 352-355.

[7] 王振華，馬宗源，黨發(fā)寧.等效線性和非線性方法土層地震反應(yīng)分析對(duì)比[J].西安理工大學(xué)學(xué)報(bào),2013,29(4):421-427.

Wang Zhenhua, Ma Zongyuan, Dang Faning. Seismic response analysis of soil layer using equivalent linear or nonlinear method[J].Journal of Xi’an University of Technology,2013, 29(3):421-427.