桩基础与桩体复合地基工程特性分析

王志军

当天然地基上的浅基础沉降量过大或地基稳定性不能满足建筑物的要求时，常用桩基础。随着工程实践的积累和发展，桩体复合地基作为一种地基处理形式逐渐得到广泛应用，它是在地基中设置竖向增强体并与地基土通过变形协调来共同承担荷载。工程中对复合地基中各种竖向增强体常冠以“桩”的称呼，在概念上容易与桩基础中的桩造成混淆，实际上两者之间的工作性状有很大区别。下面主要从适用范围、荷载传递机理、设计概念三个方面对两者进行总结、对比分析和讨论。

（一）适用范围

1.桩基础

作为一种常用的深基础形式，具有承载力高、沉降量小而均匀的特点，且能够承受竖向荷载、水平荷载、上拔力及由机器产生的振动和动力作用。其适用范围：地基沉降量过大；有限制倾斜的特殊要求；设备基础和工业厂房；地震区，可液化地基。

2.桩体复合地基

作为一种人工地基，与桩基础相比，能够较好地发挥地基土和增强体两部分承担荷载的潜能，减少地基沉降。根据增强体的性质可分为：散体材料桩、黏结材料桩（柔性桩和刚性桩）。其适用范围：散体材料桩多用于松散砂土、粉土、杂填土等；黏结材料桩多用于淤泥、淤泥质土、粉土、砂性土等各种成因的饱和软粘土，含水量高且地基承载力低的粘性土。

桩基础和桩体复合地基都可以减少建筑物沉降，但两者不属于一个范畴。当基础的沉降量过大而又不适合采取地基处理措施时，就应当考虑桩基础了。相对于桩基础而言，桩体复合地基的显著特点是桩体和桩间土通过变形协调共同承担荷载，为保证其变形协调，应注意桩体模量、桩间土体模量、下卧层土体模量三者之间的协调，如当桩体模量远大于桩间土体模量时，地下水位下降等原因使桩间土压缩，桩间土就不能承担荷载，也就形不成复合地基，这样就降低了复合地基的安全度。当然随着实践的发展桩基础和桩体复合地基的应用范围会不断扩大，尤其是桩体复合地基。

（二）荷载传递机理

1.桩基础

作用在桩基础上的荷载通过承台传递到桩群上，传统的桩基础设计中，承台下土不分担荷载，荷载全部由桩承担且通过桩传至地下深处的密实土层以满足承载力和沉降要求。按受力性质分端承桩和摩擦桩。端承桩主要靠桩端阻力支承，桩身弹性位移产生较少的侧摩阻力；摩擦桩（桩体为刚体），由于桩身每一点与土之间产生等量剪切位移产生的侧摩阻力起主要支承作用，桩端阻力视桩端土的性质而定。对于穿过软土层支承在坚硬土层上的桩，由于某种原因地面下沉时在桩顶易产生负摩阻力。

2.桩体复合地基

散体材料桩是依靠周围土体侧限阻力保持其形状并支承荷载的桩，其力学性状主要取决于桩周土体的侧限能力，及土体的抗剪强度。

黏结材料桩均属于摩擦桩。由于桩身刚度（相对桩基础中的桩）较小，在荷载作用下，桩体由上而下逐渐压缩变形，桩侧摩阻力相应的由上而下逐渐发挥，当桩身压缩量较大时，桩侧摩阻力得到充分发挥。对于柔性桩有效长问题显著。(www.xing528.com)

桩基础和桩体复合地基的荷载传递特性有很大的区别。在桩基础上，上部结构荷载直接由桩通过侧摩阻力（端阻力）传递到深层地基土层中，侧摩阻力沿桩身是同步发挥的，端阻力可以起主要支承作用。对于桩体复合地基，上部结构荷载先传给基础，再由基础通过褥垫层传给桩体和桩间土体，通过桩体和桩间土体使地基中的应力扩散，由于桩体和桩间土体变形协调条件，要求桩体要有足够的刺入变形量，侧摩阻力逐步发挥使得柔性桩超过有效桩长的部分对增加承载力意义不大。

（三）设计概念

1.桩基础

传统的桩基础设计中荷载全部由桩承担，以桩是否破坏（广义的破坏）来判断桩基础的破坏，桩的工作性状决定基础的极限状态。对于近年出现的按沉降量为控制指标的复合桩基（或称减沉桩基、疏桩基础等），其设计思想如下：当用桩数量较多时，承台上荷载平均分到各桩，平均到各桩的荷载不大于单桩极限承载力，这时荷载全部由桩来承担，承台下土体基本不受力；当用桩数量较少时，如承台的荷载平均分配到各桩，平均各桩的荷载大于单桩极限承载力，这时桩顶承受的荷载只能等于单桩极限承载力，桩向土中刺入，迫使土体参加工作，多余的荷载由承台下土体承受。

2.桩体复合地基

桩体和桩间土体通过变形协调共同承担上部荷载是桩体复合地基的本质。地基破坏时，若桩体先发生破坏，则桩间土的发挥程度需要估计；若桩间土先发生破坏，则桩体的发挥程度需要估计。通常认为桩体先发生破坏，但也有例外。现在工程实践中常用的计算模式是假定桩先破坏引发复合地基全面破坏时的简化模式。

传统桩基础与桩体复合地基在设计概念上有明显的区别。以沉降量为控制指标的复合桩基由于主动利用承台下土体的承担作用与桩体复合地基有点类似，但其桩与承台下土体的荷载分担比例是明确的（对与极限状态来说），且规定桩先达到极限承载力后桩间土体才开始发挥作用，也就是说桩充分发挥，部分利用桩间土体。桩体复合地基中桩体与桩间土体的荷载分担比在整个过程中处于变化状态，因而不是十分明确。

（四）进一步讨论

桩基础与桩体复合地基在优化设计方面采用的措施不同。目前桩基础设计越来越重视桩-承台-承台底土体三者之间的相互影响作用，尤其考虑承台底土体的荷载分担作用。承台底土反力主要是由于桩端产生贯入变形，桩土间出现相对位移而产生。大量的工程实践表明对于正常固结土中非挤土摩擦型群桩，其承台分担荷载的作用是可靠的，这也为复合桩基（减沉桩基、疏桩基础）等新的桩基设计方法提供了实践基础和依据。但基础在整个受力过程中，桩作为一个刚性构件始终起主要作用，而承台下土体主要起安全储备、提高安全度的作用。复合桩基并不是说必须在地基土能满足强度的条件下，加几根桩以减少沉降，这与桩-土共同作用原理相违背，因此复合桩基不是一种地基处理方法。

相对于桩基础，桩体复合地基中关于桩体-桩间土体-垫层相互作用的工程实践和理论成果要少得多。如果桩体复合地基主要是解决地基承载力不足，首先要充分利用天然地基的承载力，然后通过协调提高桩体承载力和增大置换率来达到既满足承载力要求，又比较经济的目的；对于桩体复合地基主要解决沉降问题时，优先考虑增加加固区深度，桩体按深度采用变刚度分布，如长短桩。

（五）结语

桩基础与桩体复合地基是在不同的工程背景下产生的，从工作性状到设计应用都有很大的区别，分别有适合自己的工程条件。桩基础是一种古老的基础形式，但仍然有很多问题有待研究；桩体复合地基应用时间较短，各方面理论尚不完善，更有待于工程积累和理论研究。