.462 北京科技大学学报 第29卷 力分布极不均匀可（如图2所示），且随着桩长以及 长)对复合地基承载力及沉降控制具有重要意义，它 承受载荷的增加，粘结作用会出现渐进性的弱化或 反映了桩向地基深层传递荷载的能力，对于特定的 破坏，导致锚固桩局部或整体失效，一般在极限状 桩体断面和土体性质，单桩的承载力随着桩长的增 态下，与其他柔性桩类似，真正的锚固桩承载范围是 加而增加，但当桩身强度或桩侧摩阻力达到其强度 在桩身较小的范围内，即承载综合有效因子<1，且 极限时，单桩承载力就达到了极限，桩长超过这一临 随着桩长增加而减小 界长度后，荷载不能向下传递一]，继续增加桩长将 20 不能显著提高桩的承载力或不能显著减小沉降 对于锚固桩，其单桩承载力受下列因素影响： (1)锚固桩浆体与钢筋界面之间握裹力；(2)锚固桩 10 浆体与周围岩土体（或改性岩土体）界面之间摩擦阻 力；(3)桩身杆体强度及浆体强度.显然，与摩擦桩 作用机理一样，只要上述三个影响因素之一达到极 L/m 限，桩体将不再具备向下传递载荷或进一步提高桩 体承载能力，此时的临界桩长即为桩体有效桩长 图2固定长度粘结力分布曲线 Fig.2 Cohesive force distribution along the bond 然而作为新型复合地基桩体结构，复合锚固桩 与其他柔性桩、刚性桩的主要不同点在于：复合锚固 鉴于锚固桩与锚杆承载效应的共性，以下引用 桩是由多个埋置深度不同的单元杆体组成，如图1 一组不同长度锚杆承载性能实例：英国学者Barley 所示，单根杆体的锚固长度相对较小，各单元杆体分 通过在粘土中对61个不同单元长度的锚杆实验山， 别单独承受较小载荷，避免了桩体粘结效应逐步弱 综合考虑了粘结系数以及有效锚固长度随固定长度 化或“脱开”的现象，不会发生前述的桩体失效或局 增加而降低的影响，得出了伦敦粘土中锚杆锚固长 部失效.此外，可以通过设置不同数量杆体最大限 度与考虑了粘结系数的综合有效因子入的关系曲 度地调用锚固桩在整个固定长度范围内的地层强 线，如图3所示， 度.因此，在理论上可以认为，复合锚固桩不存在桩 1.2 体极限长度，长度取值依据工程设计需要确定，其长 .0 度极限原则上只受施工因素的影响， 0.8 2 0.6 数值计算 位 0.4 目前土体加固地基计算主要有摩擦桩理论、复 0.2 合地基理论和数值计算方法等，数值计算一直是工 0 10152025 程地质学分析方法中的一个重要手段，近年来，随 固定长度/m 着计算机技术和数值计算方法的迅速发展，数值计 图3固定长度与综合有效因子关系 算方法已日益成为岩土体稳定性评价中的不可或缺 Fig.3 Relationship between bond length and effective factor 的重要方法之一[89]. 本文采用目前比较通用的FLAC计算软件[10] 图3表明，当使用较短的锚固长度(2.5~ 对单杆体锚固桩以及复合锚固桩的承载特性进行数 3.5m)时，综合有效因子入为0.95~1.0，随着固定 值计算 长度的增加，综合有效因子入急剧下降，当使用很 2.1计算模型及计算参数 长的锚固长度时(25m),综合有效因子入降低到 数值模拟计算采用二维模型：模型两侧限制水 0.25 平移动，即x方向的位移为零；模型底部限制垂直 对于复合锚固桩而言，由于单根桩体固定长度 和水平移动，即x和y方向的位移都为零（主要模 较小，而且单根桩体承受的载荷较小，其承载综合有 拟加固范围内复合锚固桩的承载特性及岩土体变形 效因子接近于1，从而保证了复合锚固桩复合地基 特性)，复合锚固桩采用FLAC软件中pile单元，每 的承载能力 根桩划分为10个计算单元，土体强度特征采用莫尔 1.2复合锚固桩有效桩长 库仑(Mohr Coulomb)屈服准则描述，计算中各种 复合地基理论研究成果显示，有效桩长（临界桩 材料的物理力学指标见表1.力分布极不均匀［5］ （如图2所示）‚且随着桩长以及 承受载荷的增加‚粘结作用会出现渐进性的弱化或 破坏‚导致锚固桩局部或整体失效．一般在极限状 态下‚与其他柔性桩类似‚真正的锚固桩承载范围是 在桩身较小的范围内‚即承载综合有效因子＜1‚且 随着桩长增加而减小． 图2 固定长度粘结力分布曲线 Fig．2 Cohesive force distribution along the bond 鉴于锚固桩与锚杆承载效应的共性‚以下引用 一组不同长度锚杆承载性能实例：英国学者 Barley 通过在粘土中对61个不同单元长度的锚杆实验［1］‚ 综合考虑了粘结系数以及有效锚固长度随固定长度 增加而降低的影响‚得出了伦敦粘土中锚杆锚固长 度与考虑了粘结系数的综合有效因子 λ的关系曲 线‚如图3所示． 图3 固定长度与综合有效因子关系 Fig．3 Relationship between bond length and effective factor 图 3 表明‚当使用较短的锚固长度 （2∙5～ 3∙5m）时‚综合有效因子 λ为0∙95～1∙0‚随着固定 长度的增加‚综合有效因子 λ急剧下降．当使用很 长的锚固长度时（25m）‚综合有效因子 λ降低到 0∙25． 对于复合锚固桩而言‚由于单根桩体固定长度 较小‚而且单根桩体承受的载荷较小‚其承载综合有 效因子接近于1‚从而保证了复合锚固桩复合地基 的承载能力． 1∙2 复合锚固桩有效桩长 复合地基理论研究成果显示‚有效桩长（临界桩 长）对复合地基承载力及沉降控制具有重要意义‚它 反映了桩向地基深层传递荷载的能力．对于特定的 桩体断面和土体性质‚单桩的承载力随着桩长的增 加而增加‚但当桩身强度或桩侧摩阻力达到其强度 极限时‚单桩承载力就达到了极限‚桩长超过这一临 界长度后‚荷载不能向下传递［6—7］‚继续增加桩长将 不能显著提高桩的承载力或不能显著减小沉降． 对于锚固桩‚其单桩承载力受下列因素影响： （1）锚固桩浆体与钢筋界面之间握裹力；（2）锚固桩 浆体与周围岩土体（或改性岩土体）界面之间摩擦阻 力；（3）桩身杆体强度及浆体强度．显然‚与摩擦桩 作用机理一样‚只要上述三个影响因素之一达到极 限‚桩体将不再具备向下传递载荷或进一步提高桩 体承载能力‚此时的临界桩长即为桩体有效桩长． 然而作为新型复合地基桩体结构‚复合锚固桩 与其他柔性桩、刚性桩的主要不同点在于：复合锚固 桩是由多个埋置深度不同的单元杆体组成‚如图1 所示‚单根杆体的锚固长度相对较小‚各单元杆体分 别单独承受较小载荷‚避免了桩体粘结效应逐步弱 化或“脱开”的现象‚不会发生前述的桩体失效或局 部失效．此外‚可以通过设置不同数量杆体最大限 度地调用锚固桩在整个固定长度范围内的地层强 度．因此‚在理论上可以认为‚复合锚固桩不存在桩 体极限长度‚长度取值依据工程设计需要确定‚其长 度极限原则上只受施工因素的影响． 2 数值计算 目前土体加固地基计算主要有摩擦桩理论、复 合地基理论和数值计算方法等‚数值计算一直是工 程地质学分析方法中的一个重要手段．近年来‚随 着计算机技术和数值计算方法的迅速发展‚数值计 算方法已日益成为岩土体稳定性评价中的不可或缺 的重要方法之一［8—9］． 本文采用目前比较通用的 FLAC 计算软件［10］ 对单杆体锚固桩以及复合锚固桩的承载特性进行数 值计算． 2∙1 计算模型及计算参数 数值模拟计算采用二维模型：模型两侧限制水 平移动‚即 x 方向的位移为零；模型底部限制垂直 和水平移动‚即 x 和 y 方向的位移都为零（主要模 拟加固范围内复合锚固桩的承载特性及岩土体变形 特性）．复合锚固桩采用 FLAC 软件中 pile 单元‚每 根桩划分为10个计算单元．土体强度特征采用莫尔 —库仑（Mohr—Coulomb）屈服准则描述‚计算中各种 材料的物理力学指标见表1． ·462· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷