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第 2 5 卷第 7 期 2 0 0 4年 7 月 岩 土 力 学 Ro c k a n d S o i l Me c h ani c s Vb 1 ． 2 5 No ． 7 J u 1 ． 2 0 0 4 文章一号I 1 0 0 0 --7 5 9 8 -- 2 0 0 4 0 7 1 1 7 1 --0 4 按复合桩基设计锚杆静压桩处理地基 李韬 ，毕兆云 2 ，高大钊 1 ． 同济大学 地下建筑与工程系，上海 2 0 0 0 9 2 。 2 ． 山东莱芜市公路局，t h V ,莱芜 2 7 1 1 0 0 摘要基于复合桩基设计理论 ， 针对一采用锚杆静压桩处理烂尾楼地基的工程实例， 分析了基础的承载力与沉降随锚杆桩 数量的变化，对设计方案进行了优化，同时，讨论了锚杆桩施工后桩与土体的荷载分担和基础整体安全度。分析表明采用 复合桩基的设计理论，可以减少地基处理需要桩数，节约经济投入。 关键词锚杆静压桩；复合桩；地基 中图分类号T U 4 7 3 文献标识码。A F o u n d a t i o n t r e a t me n t u s i n g j a c k e d a r c h o r p i l e wi t h c o mp o s i t e p i l e d e s i g n c o n c e p t L I T a o ， BI Z h a o ． r u n 2 ，GAO Da - z h a o 1 ． D e p a r t me n t o f G e o t e c h n i c a l E n g i n e e r i n g , T o n g j i Un i v e r s i ty , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 ， C h i n a 2 ． H i g l l w a y B u r e a u o f L a i w u c i ty , L a i w u 2 7 1 1 0 0 。 C h in a Ab s t r a c t T h e d e s i g n c o n c e p t o f c o mp o s i t e p i l e i s i n t r o d u c e d i n t o f o u n d a t i o n t r e a t me n t u s i n g j a c k e d a r c h o r p i l e ． The d e v e l o p me n t o f f o u n d a t i o n b e a r i n g c a p a c i t y an d s e t t l e me n t wi t h n u mb e r o f a r c h o r p i l e s i s a l s o c o n s i d e r e d ． Th u s t h e p l an o f f o u n d a t i o n t r e a t me n t i s o p ti mi z e d ． S i mu t e n i o u s l y , t h e l o a d s h n g c o n t r i b u t i o n o f s o i l and the w h o l e s a f e ty o f f o u n d a t i o n a r e d i s c u s s e d ． I t i s s h o wn tha t the n u mb e r o f p i l e s n e e d e d c a n be r e d u c e d ， thu s the i n v e s t me n t C an b e s a v e d ． K e y w o r d s j ack e d a r c h o r p i l e ； c o m p o s i t e p i l e ； f o u n d at i o n 1 引 言 锚杆静压桩是锚杆和静压桩结合而成的一种 桩基施工工艺， 它是通过在原基础上埋设受拉锚杆， 利用锚杆固定压桩架以建筑物所能发挥的自重作为 压桩反力，用电动液压千斤顶将桩段从基础预留或 者开凿的压桩孔内，逐段压入地基中，然后，将桩 和基础连在一起，锚杆静压桩加固机理是利用锚杆 桩将上部结构的部分荷载通过桩身和桩尖传入地基 较深的持力层，减轻基础持力层的负载，从而，达 到控制建筑物过大沉降以及不均匀沉降的目的。复 合桩基设计方法是近年来常用的一种桩基础设计方 法，考虑群桩、承台、地基土体的共同作用，桩长 较短、桩径较小、桩距一般大于 6 倍桩径。目 前的 理论一般认为，复合桩基中单根桩可以达到单桩的 极限承载力状态，超过群桩承载力和的荷载部分由 收稿日期2 0 0 2 - 0 4 - 0 4 修改稿收到日期2 0 0 3 - 0 5 ． 3 0 作者简介李韬．男，1 9 7 7 年生．博士生．目前主要从事桩基础研究。 土体分担，控制标准为承载力和沉降双重控制。 采用锚杆静压桩方法对既有建筑地基进行补 强加固，要考虑到技术可行性和经济合理性，在满 足安全度要求的基础上尽量减少投资，充分利用已 有地基承载力和抵抗变形的能力。由此看来，采用 复合桩基的设计方法对加固方案进行分析比较是比 较合适的。本文将介绍复合桩基设计方法用于分析 锚杆静压桩加固地基的主要思想，并将此方法应用 于上海一工程实例中。 2 复合桩基设计方法 2 ． 1 复合桩基承载力计算 复合桩基考虑群桩、承台、地基土体的共同作 用， 桩距一般大于 6 倍桩径。目 前的理论一般认为， 复合桩基中单根桩可以达到单桩的极限承载力状 态，承台下土体承担的荷载按照下式计算 维普资讯 l 1 7 2 岩 土 力 学 2 0 0 4 年 Q 承Q 总 一 刀 尸 u 复合桩基极限承载力计算公式为 刀 尸 u ， 7 c 1 产生的沉降，可以按照 4 ．3 ． 1 条计算。 根据上海市工程建设规范【 】 规定，复合桩基最 终沉降量计算采用以 Mi n d l i n应力公式为依据的单 2 向压缩分层总和法计算 式中 r ／ 为桩数；尸 u 为单桩极限承载力 k N ； 为承台极限承载力 k P a ；A 为承台面积 m ； ‰， ， 7 c 分别为群桩效应系数和承台效应系数，当平 均桩距大于 6 倍桩径时，均近似取 l 。 地基极限承载力的一般表达式为 ⅣB B ⅣD D DⅣc c 3 式中 为地基持力层土的重度， 地下水位以下取 浮重度 k N ／ m ；， ， 为基础底面以上土层的加权平 均重度 k N ／ m ；B为基础底面宽度 m ；D为基 础埋置深度 m ； c 为土的内聚力 1 P a ； Ⅳ B ， Ⅳ 。， Ⅳ 均为承载力系数，并为土的内摩擦角 的函数。 上海市工程建设规范建议采用汉森公式，即 N。 e 1 ． 5 Nc ⅣD 1 c o t 4 式中 N t a n 4 5 。 ；Ⅳ B ，Ⅳ D ，Ⅳc 可以按照 规范查表得到。 单桩极限承载力可以按照下式计算 ．旦一 ∑ P p 5 i l 式中 为桩侧极限承载力 k N ； 为桩端极 限承载力 k N p 。， 为单桩极限侧摩阻力 k P a ； P 为单桩极限端阻力 1 P a ； 为桩截面周长 m ； 为土层厚度 m ； 为桩端截面积 m 。 2 ． 2复合桩基沉降计算 复合桩基 的沉 降计算原则是比较 尸 一 4 与 值，其中尸为总荷载 k N ； 为承台底面 处土的自重应力 k P a k为承台下桩数； ． 为单 桩极限承载力标准值 k N ；G n 为扣除浮力作用后 的桩 自重标准值 k N， m ；尸一 ≤ 时，复 合桩基产生的沉降即为k根桩在桩顶附加荷载为 尸一 c r c 4 ／ k 作用下产生的沉降。尸一 4≥ 时， 复合桩基沉降由两部分组成， 一部分为七 根 桩在桩顶附加荷载为 。 G 吐作用下产生的沉降， 可参照上海市工程建设规范 地基基础设计规范 6 ．4 ．2条计算[ 1 1 ，沉降计算经验系数宜取 1 ．0 ；另一 部分为承台底面附加荷载为 尸一 c r c 一 作用下 T 1 凡 ∑ ∑ ， ， l kt l 罢 圭 【 1- cO 1,， 】 ， l 6 式中 为在沉降计算点处压缩层范围内自桩端平 面往下的土层数； ， 为桩端平面下第 t 层土在自重 压力至 自重压力加附加压力作用时的压缩模量 MP a r ／t 为桩端平面下第 t 层土的单向压缩计算 分层总数； 为桩端平面下第 t 层土的第 f 个分 层处土体的竖向附加压力 1 P a 为桩端平面 下第 t 层土的第 f 个分层的层厚 m ； ， l 一 分别 为桩的端阻力和侧阻力占沉降计算荷载的比， 近 似按单桩的 端阻比P p 取值；， p ， s ，， 分别为第 根 桩桩端阻力和桩侧摩阻力对应力计算点的应力影响 系数，据 Mi n d l in解计算；Q为单桩沉降计算荷载 k N L为桩长 m ；k为总桩数； 为桩基沉 降计算经验系数，此处取 1 ．0 。 压缩层厚度 自桩端所在平面至土层附加应力 等于土层自重应力的 l 0 ％处止。 采用以 Mi n d l in应力公式为依据的单向压缩分 层总和法进行桩基最终沉降量计算时，须进行桩端 平面下地基中竖向附加应力的计算。对于七 根桩组 成的桩基，桩端平面以下地基中任意一点的竖向应 力可以按下式表示 上 ∑ 印 』 』 7 f - I 式中 c lrq ， c lr琏 分别为第 f 根桩的桩端阻力和桩侧 摩阻力在计算点产生的附加应力。 采用G e d d e s 基于Mi n d l i n 应力公式积分得出的 单桩荷载在半无限体中的应力解析式，并假定群桩 中各桩具有完全相同的受荷特性，按简单叠加法原 则，即可计算群桩荷载在地基中产生的竖向应力， 则公式也可以用下式表示 导 I一 ， s ， I 8 根据计算荷载，由应力公式计算得到的竖向附 加应力后，可采用单向压缩的分层总和法进行沉降 计算 维普资讯 第 7期 李韬等 按 复合桩基设计锚杆静压 桩处理地基 圭 t l 圭 t l ， 甓 寄 ．』 u ．』】 3 计算程序编制 9 根据以上思路与方法编制了计算程序，程序流 程如下 1 计算复合桩基的地基土极限承载力标准 值、单桩极限承载力标准值以及复合桩基整体的极 限承载力； 2 确定基础与上部结构总荷载，并据此计 算复合桩基整体安全系数 3 比较尸一 c r c 与 的大小，若尸一 c r c 4 ≤ ． ， 则 计 算 每 根 桩 分 担 的 上 部 荷 载 尸一c r c ／ 七Gp k 4 计算桩端土体内．土的自重应力c r c ， 5 计算第 ．，根桩上作用荷载 Q，产生的 ．j为第- 『 根桩的桩端阻力和桩侧摩阻力对应力 计算点的应力影响系数 ， 1 ，2 ，⋯，七 ，计算该 桩对计算点产生的附加应力 给出各桩坐标。 求出计算点下不同深度处附加应力 6 确定 ， ， O ． 1 ， 时的深度， 给出压缩 层厚度并进行分层 7 采用分层综合法进行最终沉降量计算 8 若 尸一 A c Ik ，按桩顶附加荷载为 G 的七 根桩作用下产生的沉降， 转第步骤 5 ， 另一部分为承台底面附加荷载为P 一 一 ． 作用 下产生的沉降，计算并与第一部分累加； 9 输出结果，结束计算。 4 工程实例 4 ． 1 工程概况 上海市某 5 单元多层住宅烂尾楼工程，始建于 1 9 9 3年，采用天然地基，建至一层后停工， 2 0 0 2 年被另一单位接盘。根据现行的上海市工程建设规 范I l 】规定，需要对该楼盘基础承载力补强加固，确 定采用锚杆静压桩的方法。锚杆桩截面 2 0 0 mm X 2 0 0 m m，长 1 6 m。若按照传统桩基设计方法，不 考虑土体承担荷载，则是不经济的，因此采用复合 桩基的设计方法进行了计算和方案优化设计。 根据上海市工程建设规范⋯ 规定，复合桩基整 体安全系数在 2 ．0以上，建筑物计算最终沉降量在 1 5 c m以内是安全的。据此，可以对建筑物基础所 要布置的锚杆静压桩数量和布局进行比较分析，选 择最优方案。 根据本工程施工至一层后中断的情况， 故沉降控制可适当小于 1 5 c m。 4 ． 2 计算与方案设计 采用上述方法和对不同的锚杆桩加固方案进 行了计算比较。表 1 中给出了对应于不同桩数承载 力与安全度计算结果，同时给出了土体分担比，也 给出了平面内不同计算点处的沉降，其中 1 号点为 角点，2 号点为长边中点，3 号点为建筑物中心点。 根据表 1 可以得到桩数与最大沉降量的关系曲 线见图 1 。图 2为土体荷载分担比与桩数的关系。 从图中可以看到，若按照安全度与沉降的双重控制 设计沉降控制复合桩基，当桩数达 1 6 0 根左右的时 候， 沉降已经完全满足要求。 而从图 2中可以发现， 桩数为 1 6 0 根时，土的分担比较小，约为 O ．O 5 ，不 利于充分利用土的承载力。因此，桩数可适当的少 于 1 6 0 根12 ] 。 为安全起见， 实际施工采用了 1 6 0 根桩。 表 1 不同桩数下数值计算计算结果 T a b l e 1 Pr e d i c t e d r e s u l t s a t d i f f e r e n t n u mb e r o f p i l e s 维普资讯 l 1 7 4 岩 土 力 学 2 O O 4 年 g g 鞋 O 5 O l o 0 l 5 O 2o 0 2 5 o 桩数 图 1 沉降与桩数关系曲线 Fi g ． 1 Pr e d i c t e d c u r v e s o f s e t t l e me n t a t di f f e r e n t n u mb e r o f p i l e s O l o 0 桩数 图 2 土的荷载分担比与桩数关系曲线 Fi g ． 2 Pr ed i c t ed r a t i o s o f l o a d c a r r i e d b y s o i l a t di f f e r e n t n u mb e r o f pi l e s 目前，建筑物上部结构已经竣工，建筑物角点沉降 为 1 ．3 c m、长边中点观测沉降量为3 ．2 锄 ，根据沉降 观测趋势预计，对应于该两实测点的最终沉降量分 别为2 ．4 c m和 6 ．5 c m。实测结果表明，本设计满足 实际承载力和变形要求。 5 结 语 本文采用复合桩基的设计理论，对一个采用锚 杆静压桩处理烂尾楼地基的工程实例做了分析。分 析表明，按照复合桩基的方法设计锚杆静压桩进行 地基加固是合理可靠的，并能够对设计方案进行优 化，充分利用天然地基承载力，采用最优桩数，可 避免经济上的浪费；按照复合桩基设计方法进行数 值计算．可以得到桩数与沉降关系曲线、土的分担 比变化曲线，据此可以得到最优压桩数量。这个思 路对今后类似工程的施工具有一定实用价值。 参 考 文 献 【 l 】 D G J 0 8 - 1 1 - 1 9 9 9 ． 上海市工程建设规范地基基础设计规 范【 S 】 ． 【 2 】 高大钊．高层建筑桩基础的安全度与可靠性评价【 A 】 ． 2 l世纪高层建筑基础工程【 C 1 ． 史佩栋， 高大钊主编． 北京 中国建筑工业出版社， 2 0 0 1 ． 8 6 --9 5 ． 投稿 须知 针对来稿中出现的若干问题，例如同一单位或研究课题组中，不同的作者所投来的稿件内容雷同；作 者一稿多投；一稿多名作者对论文内容意见不同，个别作者抄袭他人研究成果引起的矛盾和纠纷等，今后 为避免上述问题的发生，凡投到本刊的论文一经录用，要求作者在承诺书上签字并及时返回编辑部，本刊 只有在收到承诺书后才安排编辑、排版。具体承诺内容为 1 ． 拟发表的论文没有抄袭、剽窃他人成果，对引用他人的成果有明确的说明； 2 ． 对有多名作者的论文，已征得署名者本人同意，并将录用稿件告知承担该项研究的负责人； 3 ． 所录用的论文没有一稿多投和重复发表； 4 ． 文责及违反上述 自律行为所引起的一切矛盾与纠纷由论文第一署名人自负； 5 ．由于本刊为中国科技论文统计源期刊 中国科技核心期刊 ，所发表的论文被 “ 万方”数据库、清 华光盘版全文收录； 其部分论文题 目、作者姓名、 作者单位名、关键词等英文信息为 “ E l c o m e n d e x ”收录， 故凡在本刊上发表的论文，本刊认为作者默认同意加入以上数据库，论文的稿费由编辑部一次性发放。 岩土力学编辑部 2 0 0 4年 6 月 ∞ ∞ 柏 ∞ ∞ m O 2 l 8 6 4 2 O ● O O O O 丑 求 维普资讯