北京岩土工程勘察院北京100083
摘要：目前，复合地基处理中采用的桩复合地基都是等截面型桩，为了响应国家有关技术经济政策，采用倒锥台阶型桩复合地基既可以满足安全、质量的要求，又能做到经济合理。通过对等截面型桩和倒锥台阶型桩在设计所需资料及相关规定等方面的比较，证明复合地基处理中应因地制宜推广使用倒锥台阶型桩复合地基。
关键词：倒锥台阶型桩复合地基；等截面型桩；经济合理；因地制宜；
前言
近年来，地基处理技术发展很快，特别是复合地基技术，在工程建设中得到了越来越广泛的应用。国家的有关技术经济政策提出后，提出了建筑工程应做到安全适用、技术先进、经济合理、保证质量和保护环境等要求。目前被普遍使用的截面桩以无法满足部分地区的要求，而采用倒锥台阶型桩复合地基在满足安全、质量的要求同时，更重要的是可以降低成本，满足经济合理的要求；因此，地基处理中应因地制宜采用倒锥台阶型桩复合地基。
图1.1台阶型桩构造（单位：mm）
倒锥台阶型桩是由一个或多个倒锥台组成的台阶型混凝土灌注桩，而倒锥台阶型桩复合地基是倒锥台阶型桩与桩间土共同承担荷载的人工地基。在桩体复合地基和基础之间铺设一层满足夯填度、厚度、砾石粒径大小等要求的褥垫层来起传递和调整桩土荷载分配的作用。倒锥台阶型桩的构造见图1.1。
倒锥台阶型桩复合地基适用于黏性土、粉土、砂土等类型的土层；设计时应以因地制宜、节约资源为原则，根据土层和桩的受力特性综合确定，并综合考虑岩土工程条件、建筑结构类型、基础形式、材料情况和施工条件等因素。
倒锥台阶型桩复合地基应具备的基本资料有：岩土工程勘察文件（包括岩土物理力学参数及原位测试参数、对建筑场地的不良地质作用的明确判断结论和防治方案、地下水埋藏情况等）、建筑场地与环境条件的有关资料（建筑场地现状、相邻建筑物相关情况等）、拟建建筑物的有关资料（包括总平面布置图、基础平面布置图、剖面图、结构及基础类型等）等其他相关资料；
倒锥台阶型桩的布置规定：桩应在基础范围内均匀布置，当上部结构荷载分布相差较大或地基不均匀时，应根据承载力和变形要求布桩；基础边缘至桩中心的距离不应大于桩间距的0.5倍，且不小于桩的直径,特殊情况下可考虑在基础外增加护桩;桩间距应根据设计要求的复合地基承载力、岩土性质等确定，桩的中心距宜为倒锥台阶型桩最大直径的(2～4)倍；桩长应按实际岩土工程条件、工程设计要求等因素综合确定。倒锥台应设置在基底下一定深度范围内稳定且相对较好的土层上，倒锥台不应设置在可液化土层、湿陷性土层上。应选择承载力较高的土层作为桩端持力层，桩端进入持力层深度应大于桩的直径；当上述土层埋藏较深时，桩端可不达到该土层，但应满足承载力及沉降的要求；当存在软弱下卧层时，桩端以下持力层厚度不宜小于3d。砼强度等级不应低于C20；施工桩顶标高宜按设计标高控制。
倒锥台阶型桩复合地基基本规定：，倒锥台以上部分的桩长不应小于800mm；倒锥台以下部分的桩径宜为200mm～600mm，以上部分桩径宜为(2～4)d；倒锥台角度宜为30°～45°。且根据建筑规模、功能特征、对差异变形的适应性、场地地基和建筑物体形的复杂性以及由于复合地基问题可能造成建筑物破坏或影响正常使用的程度，倒锥台阶型桩复合地基为甲级、乙级、丙级三个设计等级。
褥垫层设置的规定：倒锥台阶型桩复合地基应在基础和桩之间设置褥垫层，其厚度宜取桩径的(0.2～0.3)倍。当需桩承担较多荷载时，宜取较低值；需土承担较多荷载时，宜取较高值；褥垫层铺设范围应大于基础底面，褥垫层边缘至基础底面边缘的距离不应小于褥垫层厚度，虚铺厚度应按夯填度计算确定；褥垫层的夯填度应通过现场或实验室试验确定，且不应大于0.9；褥垫层材料宜用中砂、粗砂、碎石、级配砂石。碎石、级配砂石的最大粒径不宜大于30mm。
地基承载力特征值修正的规定：基础宽度的地基承载力修正系数应取零；基础埋深的地基承载力修正系数应取1.0。
倒锥台阶型桩复合地基与等截面桩在混凝土用量上相比，倒锥台阶型桩上部桩径大下部桩径小，在满足承载力要求的同时节约混凝土的用量。图2所示为等截面桩与倒锥台阶型桩截面图。
图2等截面桩与倒锥台阶型桩截面图(单位：mm)
图2中两种桩的混凝土体积计算：
倒锥台阶型桩与等截面桩复合地基在不同土层情况下承载力的对比结论：
1）均质的中密中砂地基中，倒锥台阶型桩承载力为等截面桩承载力的1.61倍。
2）均质黏土地基中，倒锥台阶型桩承载力为等截面桩承载力的1.3倍。
3）倒锥台下为3m厚中密中砂层地基中，倒锥台阶型桩承载力为等截面桩承载力的2.40倍。
而采用Terzaghi的承载力公式计算倒锥台阶型桩（倒锥台段）的承载力，得到如下结果：
1）对于中密中砂地基，桩长15m，在中部设置倒锥台，在相同混凝土体积条件下，采用倒锥台阶型桩可以提高承载力60%以上。
2）对于黏土地基，桩长15m，在中部设置倒锥台，在相同混凝土体积条件下，采用倒锥台阶型桩可以提高承载力30～50%。
3）如果在相对好土层（砂层）上设置倒锥台，则计算的单桩承载力可以更明显的提高，提高幅度达到140%。
4）土的内摩擦角越大，计算承载力提高的幅度也越大；倒锥台处的深度越大，提高承载力效果越好；倒锥台深度越小，则越经济。
而从施工机械来看，长螺旋钻孔泵压混凝土桩工艺广泛地应用于工程桩施工中，倒锥台阶型桩也采用此工艺施工，因此，也不会因为施工机械不同引起相关费用的增加。
结束语
综上所述，倒锥台阶型桩复合地基与等截面桩复合地基的设计思路、设计条件、有关规定、相关参数等基本一致，但是在适用范围、材料用量、承载力水平、施工机械等方面均存在较大的优势，因此倒锥台阶型桩应因地制宜的广泛用于地基处理中。
参考文献：
[1]《建筑地基处理技术规程》.JGJ97-2012,北京：中国建筑工业出版社，2012
[2]《建筑地基基础设计规范》.GB50007-2011，北京：中国建筑工业出版社，2011
[3]《倒锥台阶型桩复合地基设计规程》.DB13(J）/166-2014,河北：河北省住房和城乡建设厅，2014