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中图分类号：TU4 文献标识码：A 文章编号：
摘要：随着复合地基在基础建设中的应用越来越多，伴随着更多形式的复合地基的出现。长短桩复合地基是一种新型式的复合地基形式，通过对其作用机理的探索，对未来工程的设计与施工提出建议。
1 研究背景
桩基础作为一种广泛应用到工程实际中的地基处理形式，在桩基础作用机理、设计理论、施工工艺和现场检测等方面都日益规范成熟。但桩体复合地基与桩基础虽然都采用桩体作为增强体来对地基进行处理，但两者却具有这完全不同的概念[1-3]。桩基础的承载力主要由桩侧摩阻力和端阻力拉来提供，桩间土的承载力完全忽略，是一种完全刚性的地基处理方式；桩体复合地基承载力综合考虑了桩和桩间土的共同作用。
随着复合地基的在工程中的应用，其作用机理也在不断发展。随着经验的积累，提出由两种或者两种以上类型（或者同种类型而长度上不同的）桩体与土组成的多元复合地基[4-5]。这是一种新型的复合地基，具有多型式性与多功能性。目前来看，较多应用的是长短桩复合地基。长短桩复合地基处理技术（也可称为多桩型复合地基，混合桩型复合地基等）是一种较新的复合地基处理方式。长短桩复合地基主要利用刚性或者半刚性长桩与短桩相结合，采用双方互补的方式对地基进行处理。同复合地基相同的是，仍在桩顶铺设一定厚度的垫层，是桩体与土体共同。将不同类型的桩体组合在一起，可以充分发挥各种桩型的优势，能取得更好的工程效果与经济效果[6-7]。
在长短桩复合地基中，通过长桩不仅能提高地基承载力，还可以将荷载通过桩身向地基深处传递，减小压缩层变形。而长桩的材料同时也就要求具有较高的刚度来满足工程要求，故此多采用CFG桩，预应力管桩等桩型。短桩在对该场地的浅层地基土进行加固处理时，可提高基地软弱土层的承载能力，消除不均匀沉降。短桩可以采用柔性桩体，如水泥搅拌桩、碎石桩等。在采用碎石桩处理时，由于碎石桩本身特性，对于场地的排水固结能起到良好效果。
2 长短桩复合地基的类型
随着对长短桩复合地基认识的增进与工程实践的积累，长短桩复合地基中各种桩体的分工作用也愈加细化。主要形成两种长短桩复合地基，这两种复合地基分别以长桩或者短桩作为主要为复合地基提供承载力。当基底下放存在的软弱土层较深时，利用短桩对该区域进行加固处理，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。
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。
3 长短桩复合地基的作用机理
复合地基的形式、组成复合地基增强体的材料、复合地基增强体的施工方法等均对复合地基的作用效果产生影响。复合地基的效用和作用加固机理主要有下述五个方面。不论何种复合地基，都具有以下一种或多种作用:
1.桩体作用
由于复合地基中桩体的刚度较周围土体的刚度大，在刚性基础下等量变形时，地基中应力按材料的模量进行分配，因此，桩体上产生应力集中现象。大部分荷载将由桩体承担，桩间土上应力相应减小，这样就使得复合地基承载力较原地基有所提高，沉降有所减少，随着桩体刚度增加，其桩体作用发挥得更为明显。通过桩体将荷载传递到更深的土层。
2.垫层作用
桩与桩间土复合形成的复合地基，在加固深度范围内形成复合层，它可起到类似垫层的换土效应，均匀地基应力和增大应力扩散角等作用，在桩体没有贯穿整个软弱土层的地基中，垫层的作用尤其明显。
3.挤密作用
对砂桩、砂石桩、土桩、灰土桩、二灰桩和石灰桩等，在施工过程中由于振动、沉管挤密或振冲挤密、排土等原因，可使桩间土起到一定的密实作用，改善土体物理力学性能。采用生石灰桩，由于其材料具有吸水、发热和膨胀等作用，对桩间土同样可起到挤密作用。
4.加速固结作用
不少竖向增强体或者水平增强体具有良好的透水性，能加速土的固结，是地基中的排水通道。如砂(砂石)桩、碎石桩等桩本身具有良好的透水性，起到加速固结的作用。在荷载作用下，地基土体中会产生超孔隙水压力。由于这些排水通道有效地缩短了排水距离，加速了桩间土的排水固结。桩间土排水固结过程中土体的抗剪强度的到提高。
5.加筋作用
复合地基除了可提高地基的承载力外，还可用来提高土体的抗剪强度，为此可提高土坡的抗滑能力。水平向增强体复合地基的加筋作用更加明显。增强体的设置使得复合地基加固区整体抗剪强度提高。
4 长短桩组合桩基础设计思想
在应用桩基础的实际工程中，经常会遇到地基土中存在两层或多层土层可作为桩端持力层的情况，其浅层持力层承载能力良好且埋深不大。当上部结构荷载较小时, 采用坐落于浅层持力层的短桩基础可以满足建筑物对承载力和变形的要求。当上部结构荷载较大时, 采用短桩基础能基本满足承载力要求但不能满足变形要求。在这种情况下, 为满足沉降计算要求, 设计时往往不考虑浅层持力层承载能力, 统一将所有的桩穿过浅层持力层, 桩端坐落于深层持力层上。这样，必将伴随出现的问题是不得不使用大量长桩甚至超长桩, 使得施工难度及工程投资大大增加。同时, 浅层持力层良好的承载能力得不到充分利用。所以对于以上情况可以按照长桩主要控制变形、短桩主要提供承载力的基本思路，利用长短桩组合桩基础来进行设计。
5 结论
长短桩复合地基在地基处理中是一种新兴的地基处理方式，目前在工程实例与试验中都比较少，在作用机理的具体层面还处于相当的空缺。桩体、垫层在作用过程中起到不同的作用。短桩对于提高地基承载力和控制不均匀沉降都起到很大作用，在用散体材料作为桩体材料时，对于地基的排水固结方面具有良好效果。
参考文献：
龚晓南.复合地基，杭州：浙江大学出版社，1992.12～23
刘金砺主编，桩基工程技术.中国建材工业出版社，1996.23～43
牛志荣.地基处理技术及工程应用.中国建材工业出版社：2004.(3)56～67
吴慧明，不同刚度基础下复合地基性状研究，杭州:浙江大学博士学位论文，2001.32～43.
阎明礼，杨军. CFG 桩复合地基的褥垫层技术. 地基处理，1996，7(3): 72～76
马骥，张东刚，张震等.长短桩复合地基设计计算[J].岩土工程技術，2001（2）：86-91
王经雨.长短桩复合地基性状的三维弹塑性分析[D].浙江杭州：浙江大学硕士学位论文，2002.34～37
摘要：随着复合地基在基础建设中的应用越来越多，伴随着更多形式的复合地基的出现。长短桩复合地基是一种新型式的复合地基形式，通过对其作用机理的探索，对未来工程的设计与施工提出建议。
1 研究背景
桩基础作为一种广泛应用到工程实际中的地基处理形式，在桩基础作用机理、设计理论、施工工艺和现场检测等方面都日益规范成熟。但桩体复合地基与桩基础虽然都采用桩体作为增强体来对地基进行处理，但两者却具有这完全不同的概念[1-3]。桩基础的承载力主要由桩侧摩阻力和端阻力拉来提供，桩间土的承载力完全忽略，是一种完全刚性的地基处理方式；桩体复合地基承载力综合考虑了桩和桩间土的共同作用。
随着复合地基的在工程中的应用，其作用机理也在不断发展。随着经验的积累，提出由两种或者两种以上类型（或者同种类型而长度上不同的）桩体与土组成的多元复合地基[4-5]。这是一种新型的复合地基，具有多型式性与多功能性。目前来看，较多应用的是长短桩复合地基。长短桩复合地基处理技术（也可称为多桩型复合地基，混合桩型复合地基等）是一种较新的复合地基处理方式。长短桩复合地基主要利用刚性或者半刚性长桩与短桩相结合，采用双方互补的方式对地基进行处理。同复合地基相同的是，仍在桩顶铺设一定厚度的垫层，是桩体与土体共同。将不同类型的桩体组合在一起，可以充分发挥各种桩型的优势，能取得更好的工程效果与经济效果[6-7]。
在长短桩复合地基中，通过长桩不仅能提高地基承载力，还可以将荷载通过桩身向地基深处传递，减小压缩层变形。而长桩的材料同时也就要求具有较高的刚度来满足工程要求，故此多采用CFG桩，预应力管桩等桩型。短桩在对该场地的浅层地基土进行加固处理时，可提高基地软弱土层的承载能力，消除不均匀沉降。短桩可以采用柔性桩体，如水泥搅拌桩、碎石桩等。在采用碎石桩处理时，由于碎石桩本身特性，对于场地的排水固结能起到良好效果。
2 长短桩复合地基的类型
随着对长短桩复合地基认识的增进与工程实践的积累，长短桩复合地基中各种桩体的分工作用也愈加细化。主要形成两种长短桩复合地基，这两种复合地基分别以长桩或者短桩作为主要为复合地基提供承载力。当基底下放存在的软弱土层较深时，利用短桩对该区域进行加固处理，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。
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。
3 长短桩复合地基的作用机理
复合地基的形式、组成复合地基增强体的材料、复合地基增强体的施工方法等均对复合地基的作用效果产生影响。复合地基的效用和作用加固机理主要有下述五个方面。不论何种复合地基，都具有以下一种或多种作用:
1.桩体作用
由于复合地基中桩体的刚度较周围土体的刚度大，在刚性基础下等量变形时，地基中应力按材料的模量进行分配，因此，桩体上产生应力集中现象。大部分荷载将由桩体承担，桩间土上应力相应减小，这样就使得复合地基承载力较原地基有所提高，沉降有所减少，随着桩体刚度增加，其桩体作用发挥得更为明显。通过桩体将荷载传递到更深的土层。
2.垫层作用
桩与桩间土复合形成的复合地基，在加固深度范围内形成复合层，它可起到类似垫层的换土效应，均匀地基应力和增大应力扩散角等作用，在桩体没有贯穿整个软弱土层的地基中，垫层的作用尤其明显。
3.挤密作用
对砂桩、砂石桩、土桩、灰土桩、二灰桩和石灰桩等，在施工过程中由于振动、沉管挤密或振冲挤密、排土等原因，可使桩间土起到一定的密实作用，改善土体物理力学性能。采用生石灰桩，由于其材料具有吸水、发热和膨胀等作用，对桩间土同样可起到挤密作用。
4.加速固结作用
不少竖向增强体或者水平增强体具有良好的透水性，能加速土的固结，是地基中的排水通道。如砂(砂石)桩、碎石桩等桩本身具有良好的透水性，起到加速固结的作用。在荷载作用下，地基土体中会产生超孔隙水压力。由于这些排水通道有效地缩短了排水距离，加速了桩间土的排水固结。桩间土排水固结过程中土体的抗剪强度的到提高。
5.加筋作用
复合地基除了可提高地基的承载力外，还可用来提高土体的抗剪强度，为此可提高土坡的抗滑能力。水平向增强体复合地基的加筋作用更加明显。增强体的设置使得复合地基加固区整体抗剪强度提高。
4 长短桩组合桩基础设计思想
在应用桩基础的实际工程中，经常会遇到地基土中存在两层或多层土层可作为桩端持力层的情况，其浅层持力层承载能力良好且埋深不大。当上部结构荷载较小时, 采用坐落于浅层持力层的短桩基础可以满足建筑物对承载力和变形的要求。当上部结构荷载较大时, 采用短桩基础能基本满足承载力要求但不能满足变形要求。在这种情况下, 为满足沉降计算要求, 设计时往往不考虑浅层持力层承载能力, 统一将所有的桩穿过浅层持力层, 桩端坐落于深层持力层上。这样，必将伴随出现的问题是不得不使用大量长桩甚至超长桩, 使得施工难度及工程投资大大增加。同时, 浅层持力层良好的承载能力得不到充分利用。所以对于以上情况可以按照长桩主要控制变形、短桩主要提供承载力的基本思路，利用长短桩组合桩基础来进行设计。
5 结论
长短桩复合地基在地基处理中是一种新兴的地基处理方式，目前在工程实例与试验中都比较少，在作用机理的具体层面还处于相当的空缺。桩体、垫层在作用过程中起到不同的作用。短桩对于提高地基承载力和控制不均匀沉降都起到很大作用，在用散体材料作为桩体材料时，对于地基的排水固结方面具有良好效果。
参考文献：
龚晓南.复合地基，杭州：浙江大学出版社，1992.12～23
刘金砺主编，桩基工程技术.中国建材工业出版社，1996.23～43
牛志荣.地基处理技术及工程应用.中国建材工业出版社：2004.(3)56～67
吴慧明，不同刚度基础下复合地基性状研究，杭州:浙江大学博士学位论文，2001.32～43.
阎明礼，杨军. CFG 桩复合地基的褥垫层技术. 地基处理，1996，7(3): 72～76
马骥，张东刚，张震等.长短桩复合地基设计计算[J].岩土工程技術，2001（2）：86-91
王经雨.长短桩复合地基性状的三维弹塑性分析[D].浙江杭州：浙江大学硕士学位论文，2002.34～37