【文章內(nèi)容簡介】 筒仍然采用常規(guī)樁基。通過削弱邊樁角樁、加強(qiáng)中樁固然使得基礎(chǔ)底板（筏板）的沉降趨于均勻，然而在調(diào)平筏板沉降的同時，卻極大地降低了邊樁、角樁區(qū)域的個別安全系數(shù)。為了便于理解，可以拿一個生活中的例子來說明——椅子，為了坐得穩(wěn)當(dāng)，椅子腿通常盡量放到椅子的外緣，以提供更大的抗傾覆彎矩，這是生活常識，極少數(shù)非常個性、并不實(shí)用的椅子才將椅子腿放在椅子的中間。在地震等偶然荷載的作用下，則可能產(chǎn)生瞬時的微小傾斜，如果邊樁、角樁的局部承載力偏低，將使傾斜逐步累加，由于靠近中性區(qū)的中樁對于抵抗傾覆彎矩的作用很小，因此，削弱邊樁、角樁極大地增大了發(fā)生整體傾覆的風(fēng)險。利用樁伴侶技術(shù)來解決基礎(chǔ)底板（筏板）調(diào)平則可以一舉三得，而且非常方便：(1)可均勻布樁、甚至局部加強(qiáng)邊樁、角樁，增大抵抗整體傾覆的能力；(2)在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)整樁頂與基礎(chǔ)底板的距離，即邊樁、角樁預(yù)留沉降大一些，中樁預(yù)留沉降小一些就可以實(shí)現(xiàn)變剛度調(diào)平；(3)樁伴侶還增大了基礎(chǔ)底板的剛度。因此，帶伴侶的樁也被稱為“變剛度調(diào)平樁”。綜上，本文認(rèn)為：高大釗[1]教授提出的“在調(diào)用了地基土潛力的條件下，如何評價與控制復(fù)合樁基的整體安全度”的問題，在當(dāng)前工程常規(guī)類似設(shè)計構(gòu)造、施工工藝的條件下無正解，即使能夠精確計算出與工程實(shí)際相符的沉降值，也無法準(zhǔn)確判斷出工程的實(shí)際安全度或極限狀態(tài)，在不同的工程之間更無法橫向比較其可靠度，或者建立相對統(tǒng)一的可靠指標(biāo)；即使是在同一的工程內(nèi)部，不同部位樁的個別安全系數(shù)也不同。6 樁伴侶安全度的評價當(dāng)采取樁伴侶或其他構(gòu)造措施使樁預(yù)留凈空從而明確地基土的發(fā)揮程度，則可以使安全度的評價問題得到較好的解答。例如圖2樁預(yù)留凈空延遲受力的工況2，可將沉降量為35之前的變形視作對地基土的預(yù)壓，預(yù)壓荷載為施工階段逐漸施加的上部結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的應(yīng)力即分擔(dān)的荷載大約為500，之后樁開始參與工作，在承載能力迅速由500提高到1300的過程中沉降量僅增加5，這種荷載大量增大而沉降量卻幾乎不增加的狀況可形象地稱為“止沉”?！爸钩痢钡乃悸窚p小了土承載時變形大的弊端，可最大限度地利用土的承載能力，又充分發(fā)揮了樁在線性工作階段變形小的特點(diǎn)，使建筑物的后期使用階段沉降很小。由于將前期地基土的沉降視作是上部結(jié)構(gòu)的預(yù)壓，而且預(yù)壓固結(jié)之后承載力還能進(jìn)一步提高，因此，評價帶伴侶樁的整體安全度可只考慮樁的線性階段，之后的“強(qiáng)度硬化”階段承載力作為儲備。對于圖2中樁預(yù)留凈空延遲受力的工況2，可將極限荷載取為1300，安全系數(shù)為2時帶伴侶樁的承載力標(biāo)準(zhǔn)值為500+(1300500)/2=900。相對于復(fù)合樁基來說，帶伴侶的樁對于樁的類型、樁距樁徑比等沒有嚴(yán)格的限制，適用范圍更廣泛；需要說明的是圖2樁預(yù)留凈空延遲受力工況2的沉降反力曲線并不光滑，是一種典型的端承樁的情形，實(shí)際工程中受樁端持力層、預(yù)留凈空的大小、方式等影響，曲線將逐漸上移、有所平滑，特別是對于僅有極小預(yù)留凈空（向上的刺入量）帶褥墊層的復(fù)合地基，隨著褥墊層的減薄或密實(shí)度增大，其沉降反力曲線已趨于光滑。模仿復(fù)合地基，可以推導(dǎo)出樁伴侶整體承載力安全度：（1）記單樁承載力設(shè)計值P的利用系數(shù)為ζv（≤ζv≤，當(dāng)?shù)鼗鶆?、樁基施工質(zhì)量好、離散性小、無軟弱下臥層時，可考慮取大值，甚至可以取ζv=1）；天然地基極限承載力fu的利用系數(shù)為ξv（≤ξv≤，當(dāng)存在上部結(jié)構(gòu)剛度差、造型怪異、趕工期、地基場地不均勻等可能導(dǎo)致不均勻沉降的情況，則取小值；當(dāng)樁頂與基礎(chǔ)底板（承臺）未能留足緩沖空間，也取小值，反之則取大值）, ，由于樁和伴侶對樁間土的加強(qiáng)作用，；則樁數(shù) n 確定如下： （2）式中，f 為經(jīng)修正后的天然地基承載力設(shè)計值；A 為承臺底總面積；Q為上部結(jié)構(gòu)豎向力設(shè)計值 F和基礎(chǔ)自重設(shè)計值及基礎(chǔ)上土重標(biāo)準(zhǔn)值G 之和。式（2）的意義在于認(rèn)為天然的上部持力層（或經(jīng)過柔性樁、短樁、化學(xué)注漿等方法處理過的加強(qiáng)持力層）充分發(fā)揮且為常數(shù)（而且隨著地基土固結(jié)還能不斷增加），經(jīng)過計算承載不足部分再由人造剛性樁傳遞到樁的底部，由下部持力層承擔(dān)。，因上部持力層的承載力已充分調(diào)動，而樁的承載力尚未完全發(fā)揮，無論距徑比多少，均可忽略群樁效應(yīng)增強(qiáng)或削弱的影響，n根樁的承載力設(shè)計值為nP，實(shí)際值可能略大于此值，人造基樁的安全系數(shù)為2，因此伴侶樁整體的極限承載Qu可合理地估計為： （3）式中， ，另有： （4）即：故整體承載力安全系數(shù)K為： （5）整理，有： （6）K與常用ζv、ξv、ψ值的關(guān)系見表1。表1中陰影部分表示按照天然地基極限承載力即可滿足，無需人造樁，但為改善上部持力層的性質(zhì)，提高地基的可靠性，仍可設(shè)置適當(dāng)?shù)呢Q向增強(qiáng)體，類似于鋼筋混凝土中最小配筋率的概念，結(jié)合上部的荷載和土的應(yīng)力水平似乎可以有“最小配樁率”的要求，值得另文探討。從表1可以看出，；，；ζv和ξv均為1時，總體安全系數(shù)K恒為2；不斷減小ζv，即確保下部持力層的穩(wěn)定性，試算ξv所能達(dá)到的最大值，可促使天然地基極限承載力不斷超越極限。土本質(zhì)上是散體，在較大外荷載作用下，土體固結(jié)所形成的“結(jié)構(gòu)”始終處在破壞與重塑之中，宏觀表現(xiàn)為荷載沉降曲線的非線性與荷載不變下的蠕變。在加載過程中，只要不是瞬間的沖剪，虛構(gòu)的“土骨架”總能不斷組織起對豎向荷載有效的抵抗。上部結(jié)構(gòu)的施工和裝修不是一蹴而就，近似于呈線性增長，利用上部荷載進(jìn)行“預(yù)壓”，增加上層土的密實(shí)度，從而可以充分利用上層土的承載力。且隨著固結(jié)的完成，上層樁間土承載力也可得到進(jìn)一步提高。因此，式（6）得到的伴侶樁的整體承載力安全系數(shù)K應(yīng)為下限，隨著土逐漸固結(jié)形成新的“結(jié)構(gòu)”，安全系數(shù)還可大幅度提高。7 樁伴侶沉降計算初探從改善水平荷載下樁身的應(yīng)力狀態(tài)、提高水平承載能力方面來說，樁伴侶本應(yīng)得到普及應(yīng)用，但由于業(yè)內(nèi)普遍存在的對建筑工程所謂“低承臺樁基”承受水平、地震荷載上時的僥幸心理和麻痹大意，結(jié)果是抗水平荷載能力極低的管樁在濫用，而樁伴侶卻無人問津。這樣，精確簡單的沉降計算方法成為樁伴侶技術(shù)得以拓展應(yīng)用的關(guān)鍵因素，進(jìn)而確定每一個樁（豎向增強(qiáng)體）與基礎(chǔ)底板（承臺）之間的合適距離。 直接原位土壓板試驗(yàn)確定平均沉降由于壓板尺寸相對較小，影響深度有限，而實(shí)際基礎(chǔ)尺寸較大，影響深度大，所以用原位土壓板試驗(yàn)的結(jié)果推算傳統(tǒng)筏板的承載力與沉降量可信度比較差，缺乏科學(xué)的理論推導(dǎo)，但直接將原位土壓板試驗(yàn)用于樁與基礎(chǔ)底板距離較遠(yuǎn)的伴侶樁卻可能比較適用。這是因?yàn)榘閭H樁對下部持力層承載資源的利用保守，下部持力層及其下臥層的沉降量極小，基本上可以忽略，樁（豎向增強(qiáng)體）保持不動，承載力的貢獻(xiàn)主要來自常規(guī)原位土壓板影響范圍內(nèi)的上部持力層，主要沉降也來自于上部持力層的壓縮，達(dá)到設(shè)計荷載開始向下部持力層傳遞后沉降就很快停止，這樣，原位土壓板試驗(yàn)影響深度小的劣勢反而成了優(yōu)勢（如圖11所示）。圖11 原位土壓板試驗(yàn) Plate loading test文獻(xiàn)[27]（楊光華，2008）介紹了依據(jù)原位壓板試驗(yàn)曲線斜率計算地基沉降的方法，推導(dǎo)出直接計算整個基礎(chǔ)沉降的公式： （7）按照這一公式，P→Pu時，S→∞，該式意味著ξv較大時，沉降將出現(xiàn)陡降并且不可控，其實(shí)這是由于對壓板試驗(yàn)簡化假設(shè)為雙曲線函數(shù)表示造成的，并不符合變剛度調(diào)平樁的實(shí)際情況，也不能用于變剛度調(diào)平樁的計算?？紤]到靜載荷試驗(yàn)的加載時間比實(shí)際工程施工的加載時間要短很多，特別是原位土壓板試驗(yàn)時土?xí)l(fā)生剪切破壞，沉降值將比采用實(shí)際工程施工的加載速度時要大；另外，較大的實(shí)際基礎(chǔ)尺寸壓力影響范圍也較深，但由于對樁承載力發(fā)揮的限制，下部持力層的附加應(yīng)為較小，較淺的上部持力層仍是主要沉降區(qū)。綜合這兩方面的因素，尺寸較小的伴侶樁或原位土壓板沉降與尺寸較大的整個基礎(chǔ)的極限沉降量將很接近，本文建議可以直接以原位土壓板的沉降數(shù)值來估算伴侶樁靜載荷試驗(yàn)的沉降數(shù)值，并進(jìn)一步來估算整個地基的平均沉降，用各地區(qū)的工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正。例如：對于常用的==，以及常用的==，從壓板試驗(yàn)PS曲線Pu所對應(yīng)的沉降值Su可以直接得到變剛度調(diào)平樁的平均沉降值，即： （8）上式反映了在一定范圍內(nèi)，沉降S與單樁承載力設(shè)計值P的利用系數(shù)成反比，而與天然地基極限承載力fu的利用系數(shù)成正比。用式（8）計算沉降尚需要實(shí)踐的檢驗(yàn)，而且也存在理論上的缺陷，懇請業(yè)界高人修正完善。為提高測試的準(zhǔn)確性，原位土壓板試驗(yàn)的載荷板尺寸應(yīng)當(dāng)盡量大一些，特別是對于天然地基承載力滿足率ψ較大的情況，因?yàn)楫?dāng)按照下式計算總用樁量： （9）ψ越大，則用樁量越小，樁間距也越大，每根樁所負(fù)擔(dān)上部持力層“止沉”的面積也越大，上部持力層的壓縮深度也越大，所以，原位土壓板試驗(yàn)的載荷板尺寸應(yīng)盡量接近預(yù)估的每個伴侶樁所負(fù)擔(dān)的基底面積。設(shè)計伴侶樁時，可將式（8）得到的S確定為樁（豎向增強(qiáng)體）與基礎(chǔ)底板（承臺）的距離，樁頂上大幅度預(yù)留沉降凈空或填充松散緩沖隔震材料，進(jìn)行伴侶樁靜載荷試驗(yàn)。伴侶樁的靜載荷試驗(yàn)方法類似于復(fù)合地基的靜載荷試驗(yàn)，可得到如圖12所示的PS曲線。伴侶樁的PS曲線的沉降特性與常規(guī)地基不同，常規(guī)地基的曲線斜率通常是不斷增大，對于有負(fù)摩阻力的樁基礎(chǔ)的曲線還可能回縮，但變剛度調(diào)平樁的PS曲線有兩個明顯的斜率拐點(diǎn)：第一拐點(diǎn)之前，與原位土基本重合，斜率逐漸增大，對應(yīng)的第I階段為原位土的預(yù)壓階段；從第一拐點(diǎn)開始，曲線斜率開始逐漸減小，到達(dá)第二拐點(diǎn)后，曲線斜率重新開始逐漸增大，第二拐點(diǎn)可作為確定伴侶樁承載力設(shè)計值的依據(jù)。圖12 變剛度調(diào)平樁（伴侶樁）荷載沉降曲線 Loadsettlement curve of variable rigidity pile (partner)原狀土預(yù)壓后，圖12中III,IV階段相當(dāng)于復(fù)合樁基；II,III,IV階段相當(dāng)于復(fù)合地基；則II階段可視作類似于復(fù)合地基褥墊層的作用。用文獻(xiàn)[27]中“原位土任意曲線的切線模量法”進(jìn)行計算，可復(fù)核直接原位土壓板試驗(yàn)確定的平均沉降，由于伴侶樁的靜載荷試驗(yàn)得到的PS曲線中，包含了下部持力層的變形信息，所以用該曲線計算沉降有良好的精度?！浴罢w傾斜”極限狀態(tài)計算各樁的樁頂標(biāo)高以上沉降的計算僅是基于單個伴侶樁，未考慮筏板“馬鞍形反力分布”與“碟形沉降”的特點(diǎn)。根據(jù)一些文獻(xiàn)[16]，設(shè)置褥墊層，就可以減小筏板的差異沉降，可知伴侶樁基礎(chǔ)底板的“碟形沉降”可能并不明顯，但從群樁整體受力變形的角度，仍有必要進(jìn)行變剛度調(diào)平優(yōu)化設(shè)計，本文提出“整體傾斜”極限狀態(tài)的概念，可做為變剛度調(diào)平樁變剛度調(diào)平優(yōu)化設(shè)計的簡易方法。“整體傾斜”極限狀態(tài)，是指無論地基沉降多大，只要沉降均勻，就認(rèn)為仍處于正常使用狀態(tài)，只有差異沉降超過一定值，特別是建筑的整體傾斜角度