D0I:10.13374/i.issnl001t03.2007.05.004 第29卷第5期 北京科技大学学报 Vol.29 No.5 2007年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing My2007 复合锚固桩的承载特性及工程应用 金爱兵吴顺川高永涛 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京100083 摘要利用数值模拟方法对复合锚固桩的加固机理以及其承载性能进行了比较系统的分析，并将复合锚固桩技术成功地 应用于多处地基加固工程·数值模拟结果及工程检测结果均表明：复合锚固桩改善了单根锚固桩桩体局部承载特性，桩体承 载综合有效因子明显增加，桩体承载能力大大提高： 关键词地基加固；锚固桩：承载特性；加固机理：数值模拟 分类号TU473.1 复合锚固桩与传统的微型桩所不同的是：在同 时，会出现严重的应力集中现象，不能将荷载均匀分 一个钻孔中安装多个不同长度桩体，而每个桩体有 布于桩体整个长度上·多数情况下，随着桩体承受 自己的杆体、自由长度和锚固长度，每根杆体将上部 荷载的增大，在荷载传至固定长度最远端之前，在锚 载荷分散地传递给钻孔内的不同锚固单元山.该技 固杆体与注浆体或注浆体与岩土接触面上会发生粘 术充分利用锚固体的承压特性，一端与上部的结构 结效应逐步弱化或脱开的现象[3]，如图1(a)· 物相接，另一端与下伏岩土体相连，通过中高压注浆 对于复合锚固桩而言，通过各个单桩不同的固 保证浆液在每根单元桩体的指定位置定点扩散，整 定段分别承载，能使粘结应力比较均匀地分布在整 体形成一串“葫芦”形状的承载体，同时由于浆液在 个桩体长度上，能最大限度地调用整个复合锚固桩 高压下的有效扩散，实现了原岩土层的整体改性，显 长度范围内的地层强度，如图1(b)所示，从而达到 著提高软弱岩土体的承载能力②)]. 减少或根除桩侧摩阻力失效或局部失效的目的 与其他地基加固方法相比，复合锚固桩具有以 粘结应力 粘结应力 下几个优点：(1)施工场地条件要求低，在平面尺寸 1.1m×2.5m和净空高度2.5m~3.5m条件下即 可施工，施工机械简单经济，普通地质钻机即可；(2) 桩孔孔径小，几乎不产生附加应力，施工时对原有基 荷载 础影响小，不干扰建筑物的正常使用：（③）能够非常 根猫固桩 方便地布置斜桩，有效抵抗水平和竖向载荷；(4)由 步加大 合描固桩 于复合锚固桩施工过程中，先成孔，后成桩，可以穿 透障碍物，适用于各种不同的土质条件；(5)承载力 高，复合锚固桩单桩承载力要超过同等桩径桩长的 极限荷载 微型桩 ()单根错固桩 (b)复合错周桩 1复合锚固桩承载特性 图1粘结力沿桩长分布 Fig-1 Cohesive force distribution along the pile 普通锚固桩通过在钻孔内安装杆体并实施注浆 或浇灌混凝土，利用浆体与周边岩土体的摩擦力将 1.1承载综合有效因子 上部荷载传递到深层岩土体中，从而达到加固地基、 所谓桩的承载综合有效因子是指不考虑桩的端 提高地基承载力的目的，然而，由于桩体与岩土体 承效应而仅考虑桩侧摩阻力承载的前提下，桩的有 的弹性特征难以协调一致，因此在锚固桩承受载荷 效承载力与沿桩长范围内总的粘结力之比， 对于普通单杆体锚固桩，由于锚固桩杆体、注浆 收稿日期：2006-09-27修回日期：2007-03-01 作者简介：金爱兵(1974一)，男，讲师，博士 结石体以及改性土体的弹性模量是不协调的，在锚 固桩荷载传递过程中，锚固桩固定长度上的粘结应
复合锚固桩的承载特性及工程应用 金爱兵 吴顺川 高永涛 北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室北京100083 摘 要 利用数值模拟方法对复合锚固桩的加固机理以及其承载性能进行了比较系统的分析并将复合锚固桩技术成功地 应用于多处地基加固工程．数值模拟结果及工程检测结果均表明：复合锚固桩改善了单根锚固桩桩体局部承载特性桩体承 载综合有效因子明显增加桩体承载能力大大提高． 关键词 地基加固；锚固桩；承载特性；加固机理；数值模拟 分类号 TU473∙1 收稿日期：2006-09-27 修回日期：2007-03-01 作者简介：金爱兵（1974—）男讲师博士 复合锚固桩与传统的微型桩所不同的是：在同 一个钻孔中安装多个不同长度桩体而每个桩体有 自己的杆体、自由长度和锚固长度每根杆体将上部 载荷分散地传递给钻孔内的不同锚固单元［1］．该技 术充分利用锚固体的承压特性一端与上部的结构 物相接另一端与下伏岩土体相连通过中高压注浆 保证浆液在每根单元桩体的指定位置定点扩散整 体形成一串“葫芦”形状的承载体同时由于浆液在 高压下的有效扩散实现了原岩土层的整体改性显 著提高软弱岩土体的承载能力［2］． 与其他地基加固方法相比复合锚固桩具有以 下几个优点：（1）施工场地条件要求低在平面尺寸 1∙1m×2∙5m 和净空高度2∙5m～3∙5m 条件下即 可施工施工机械简单经济普通地质钻机即可；（2） 桩孔孔径小几乎不产生附加应力施工时对原有基 础影响小不干扰建筑物的正常使用；（3）能够非常 方便地布置斜桩有效抵抗水平和竖向载荷；（4）由 于复合锚固桩施工过程中先成孔后成桩可以穿 透障碍物适用于各种不同的土质条件；（5）承载力 高复合锚固桩单桩承载力要超过同等桩径桩长的 微型桩． 1 复合锚固桩承载特性 普通锚固桩通过在钻孔内安装杆体并实施注浆 或浇灌混凝土利用浆体与周边岩土体的摩擦力将 上部荷载传递到深层岩土体中从而达到加固地基、 提高地基承载力的目的．然而由于桩体与岩土体 的弹性特征难以协调一致因此在锚固桩承受载荷 时会出现严重的应力集中现象不能将荷载均匀分 布于桩体整个长度上．多数情况下随着桩体承受 荷载的增大在荷载传至固定长度最远端之前在锚 固杆体与注浆体或注浆体与岩土接触面上会发生粘 结效应逐步弱化或脱开的现象［3—4］如图1（a）． 对于复合锚固桩而言通过各个单桩不同的固 定段分别承载能使粘结应力比较均匀地分布在整 个桩体长度上能最大限度地调用整个复合锚固桩 长度范围内的地层强度如图1（b）所示从而达到 减少或根除桩侧摩阻力失效或局部失效的目的． 图1 粘结力沿桩长分布 Fig．1 Cohesive force distribution along the pile 1∙1 承载综合有效因子 所谓桩的承载综合有效因子是指不考虑桩的端 承效应而仅考虑桩侧摩阻力承载的前提下桩的有 效承载力与沿桩长范围内总的粘结力之比． 对于普通单杆体锚固桩由于锚固桩杆体、注浆 结石体以及改性土体的弹性模量是不协调的在锚 固桩荷载传递过程中锚固桩固定长度上的粘结应 第29卷 第5期 2007年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．5 May2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．05．004
.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
第5期 金爱兵等：复合锚固桩的承载特性及工程应用 463 表1模型中材料物理力学参数 Table 1 Physical and mechanical parameters in the numerical model 材料 e/(kN.m-3) E/MPa c/kPa / 膨胀系数 本构模型 土体 19 0.28 10.5 品 Mohr Coulomb 锚固桩自由段杆体 78 2.67X103 0 1.2×10-5 弹性体 锚固桩锚固段桩体 78 2.67×103 3602 1.2×10-5 弹性体 注浆体③ 23 83.3 0.26 360 25 1.1X10-5 Mohr Coulomb 注：①自由段杆体与注浆结石体粘结力：②锚固段桩体与周围注浆结石体粘结力：③浆液与软弱岩土体形成的结石体 2.2计算结果 由桩体局部承担；随着桩体承受荷载的增加，桩体上 图4为单根复合锚固桩在不同荷载条件下（分 部侧摩阻力将大于极限摩阻力，桩土结合面被破坏， 别为50,100,150,200kN)桩侧摩阻力分布曲线.可 仅保持残余侧摩阻力，且主要持力段下移，直至桩体 以看出：桩体承受的荷载并不沿桩体均匀分布，主要 底端；如果桩体承受载荷进一步增加，全部桩土结合 (a) (b) 维鱼 AC的H e) 气Ae的年e重脚 d 技 e 图4单根错固桩在不同荷载下桩侧摩阻力分布·(a)50kN:(b)100kN:(c)150kN:(d)200kN Fig.4 Side resistance force distribution along a single bolt pile under different loads:(a)50kN:(b)100kN:(c)150kN:(d)200kN 面丧失强度，表现为桩体破坏， 较低，仅为110kPa,难以满足安装新设备的要求 从复合锚固桩在不同荷载条件下（分别为50， 为满足设备静载及设备运转动载的要求，考虑到施 100,150,200kN)桩侧摩阻力分布曲线（图5）可以 工场地及地基承载力的要求，决定采用复合锚固桩 看出，桩侧摩阻力基本沿桩体均匀分布；也就是说， 对该模修车间地基进行加固 对于复合锚固桩而言，上部荷载由整个桩体共同承 3.1设计方案 担，改善了原来单根锚固桩桩体局部承载的特性，桩 (1)整个加固平面范围内按1.2m×1.2m的密 体承载综合有效因子明显增加，桩体承载能力大大 度布置复合锚杆桩，桩f孔径150mm,桩长12m,桩深 提高， 达到粉质粘土层以下.每孔内布置4根25mm螺 3工程应用 纹钢，长度分别为3,6,9和12m,单根杆体锚固段 都为3m 江苏悦达起亚汽车有限公司目前随着生产规模 (2)采用纯水泥浆，通过二次或三次高压注浆， 的扩大，需要改建模修车间，并要求安装新的生产设 使得浆液在软土或软弱土层中有效扩散，一可加固 备，但该模修车间地基土体主要为粉质粘土、淤泥质 土层本身，二可有效地提高单根锚固桩的承载力· 粉质粘土和砂质粘土等，土体强度及地基承载能力 (③)桩顶露头钢筋与上部砼基础结构连接成为
表1 模型中材料物理力学参数 Table1 Physical and mechanical parameters in the numerical model 材料 ρ／（kN·m —3） E／MPa μ c／kPa φ／（°） 膨胀系数 本构模型 土体 19 — 0∙28 10∙5 21 — Mohr—Coulomb 锚固桩自由段杆体 78 2∙67×103 — 0① — 1∙2×10—5 弹性体 锚固桩锚固段桩体 78 2∙67×103 — 360② — 1∙2×10—5 弹性体 注浆体③ 23 83∙3 0∙26 360 25 1∙1×10—5 Mohr—Coulomb 注：①自由段杆体与注浆结石体粘结力；②锚固段桩体与周围注浆结石体粘结力；③浆液与软弱岩土体形成的结石体． 2∙2 计算结果 图4为单根复合锚固桩在不同荷载条件下（分 别为50100150200kN）桩侧摩阻力分布曲线．可 以看出：桩体承受的荷载并不沿桩体均匀分布主要 由桩体局部承担；随着桩体承受荷载的增加桩体上 部侧摩阻力将大于极限摩阻力桩土结合面被破坏 仅保持残余侧摩阻力且主要持力段下移直至桩体 底端；如果桩体承受载荷进一步增加全部桩土结合 图4 单根锚固桩在不同荷载下桩侧摩阻力分布．（a）50kN；（b）100kN；（c）150kN；（d）200kN Fig．4 Side resistance force distribution along a single bolt pile under different loads： （a）50kN；（b）100kN；（c）150kN；（d）200kN 面丧失强度表现为桩体破坏． 从复合锚固桩在不同荷载条件下（分别为50 100150200kN）桩侧摩阻力分布曲线（图5）可以 看出桩侧摩阻力基本沿桩体均匀分布；也就是说 对于复合锚固桩而言上部荷载由整个桩体共同承 担改善了原来单根锚固桩桩体局部承载的特性桩 体承载综合有效因子明显增加桩体承载能力大大 提高． 3 工程应用 江苏悦达起亚汽车有限公司目前随着生产规模 的扩大需要改建模修车间并要求安装新的生产设 备但该模修车间地基土体主要为粉质粘土、淤泥质 粉质粘土和砂质粘土等土体强度及地基承载能力 较低仅为110kPa难以满足安装新设备的要求． 为满足设备静载及设备运转动载的要求考虑到施 工场地及地基承载力的要求决定采用复合锚固桩 对该模修车间地基进行加固． 3∙1 设计方案 （1） 整个加固平面范围内按1∙2m×1∙2m 的密 度布置复合锚杆桩桩孔径150mm桩长12m桩深 达到粉质粘土层以下．每孔内布置4根●25mm 螺 纹钢长度分别为369和12m单根杆体锚固段 都为3m． （2） 采用纯水泥浆通过二次或三次高压注浆 使得浆液在软土或软弱土层中有效扩散一可加固 土层本身二可有效地提高单根锚固桩的承载力． （3） 桩顶露头钢筋与上部砼基础结构连接成为 第5期 金爱兵等： 复合锚固桩的承载特性及工程应用 ·463·
.464 北京科技大学学报 第29卷 气AC的 (a) 4安ew=e (b) (c) d 图5复合锚固桩在不同荷载下桩侧摩阻力分布.(a)50kN;(b)100kN:(c)150kN:(d)200kN Fig.5 Side resistance force distribution along a composite bolt pile under different loads:(a)50kN:(b)100kN;(c)150 kN;(d)200kN 一个整体 葫芦状异型扩体；此时，承载段的粘结剪切面不 3.2加固效果检测 是原来的圆柱体，而是不规则曲面，从而大大提高了 车间地基加固施工完毕后，通过静载实验对加 复合锚固桩的承载力， 固后复合地基承载力进行检测，结果显示，加固后 (5)复合锚固桩加固技术在工程应用中取得了 地基承载力不小于180kPa,比加固前承载力提高 良好的加固效果 63.6%,充分说明了复合锚固桩加固的有效性，此 外，新设备安装完成4年，地基未发生大的沉降变 参考文献 形，完全满足该模修车间的要求， [1]Barley A D.The single bore multiple anchor system//Proceeding of Anchorages and Anchored Structure.London:Thomas 4结论 Telford.1997 [2]姬同庚，吴顺川，高永涛.单孔复合锚杆桩技术在桥墩地基加 (1)与普通单根锚固桩或微型桩相比，复合锚 固中的应用研究.公路交通科技，2003,20(16)：59 固桩在整个桩长上均匀承载，增加了承载综合有效 [③]程良奎，单孔复合锚固法的机理与实践.岩土锚固技术的新 因子，提高了单桩承载力， 进展.北京：人民交通出版社，2000 (2)复合锚固桩的有效桩长理论上是没有限制 [4]程良奎，岩土锚固的现状与发展，土木工程学报，2001,34 (1):7 的，桩体承载能力可随单元桩体数量及总固定长度 [5]Farmer I W.Stress distribution along a resin grouted rock an- 的增长而提高. chor.Int J Rock Min Sci Geomech Abstr.1975.12:347 (③)当锚固桩的固定段位于非均质地层中时， [6]吴雄志·水泥土桩单桩荷载传递及临界桩长研究.岩土力学， 可以合理调整单元锚固桩体的固定长度，即比较软 2004,25(9):1491 弱的地层中单元锚固桩体的固定长度应大于比较坚 [7]龚晓南，复合地基理论与实践.杭州：浙江大学出版社，1996 [8]Fairhust C.岩土工程中锚固的数值研究.岩土锚固工程技术， 硬地层中的单元锚固桩体的固定长度，这样可使不 北京：人民交通出版社，1996 同的地层强度都得到充分的利用， [9]雷晓燕，岩土工程数值计算.北京：铁道工业出版社，1999 (4)作为软弱土地基处治的技术手段，通常情 [10]高永涛，张怀静，吴顺川，等.失稳坡间桥台基础的加固.北 况下，复合锚固桩是与压力注浆并存的，通过注浆， 京科技大学学报，2006,28(2)：104 岩土体在中高压浆体的作用下，形成新的锚固体 (下转第527页)
图5 复合锚固桩在不同荷载下桩侧摩阻力分布．（a）50kN；（b）100kN；（c）150kN；（d）200kN Fig．5 Side resistance force distribution along a composite bolt pile under different loads： （a）50kN；（b）100kN；（c）150kN；（d）200kN 一个整体． 3∙2 加固效果检测 车间地基加固施工完毕后通过静载实验对加 固后复合地基承载力进行检测．结果显示加固后 地基承载力不小于180kPa比加固前承载力提高 63∙6％充分说明了复合锚固桩加固的有效性．此 外新设备安装完成4年地基未发生大的沉降变 形完全满足该模修车间的要求． 4 结论 （1） 与普通单根锚固桩或微型桩相比复合锚 固桩在整个桩长上均匀承载增加了承载综合有效 因子提高了单桩承载力． （2） 复合锚固桩的有效桩长理论上是没有限制 的桩体承载能力可随单元桩体数量及总固定长度 的增长而提高． （3） 当锚固桩的固定段位于非均质地层中时 可以合理调整单元锚固桩体的固定长度即比较软 弱的地层中单元锚固桩体的固定长度应大于比较坚 硬地层中的单元锚固桩体的固定长度这样可使不 同的地层强度都得到充分的利用． （4） 作为软弱土地基处治的技术手段通常情 况下复合锚固桩是与压力注浆并存的通过注浆 岩土体在中高压浆体的作用下形成新的锚固体 ———葫芦状异型扩体；此时承载段的粘结剪切面不 是原来的圆柱体而是不规则曲面从而大大提高了 复合锚固桩的承载力． （5） 复合锚固桩加固技术在工程应用中取得了 良好的加固效果． 参 考 文 献 ［1］ Barley A D．The single bore multiple anchor system∥Proceeding of Anchorages and Anchored Structure． London： Thomas Telford1997 ［2］ 姬同庚吴顺川高永涛．单孔复合锚杆桩技术在桥墩地基加 固中的应用研究．公路交通科技200320（16）：59 ［3］ 程良奎．单孔复合锚固法的机理与实践．岩土锚固技术的新 进展．北京：人民交通出版社2000 ［4］ 程良奎．岩土锚固的现状与发展．土木工程学报200134 （1）：7 ［5］ Farmer I W．Stress distribution along a resin grouted rock anchor．Int J Rock Min Sci Geomech Abstr197512：347 ［6］ 吴雄志．水泥土桩单桩荷载传递及临界桩长研究．岩土力学 200425（9）：1491 ［7］ 龚晓南．复合地基理论与实践．杭州：浙江大学出版社1996 ［8］ Fairhust C．岩土工程中锚固的数值研究．岩土锚固工程技术． 北京：人民交通出版社1996 ［9］ 雷晓燕．岩土工程数值计算．北京：铁道工业出版社1999 ［10］ 高永涛张怀静吴顺川等．失稳坡间桥台基础的加固．北 京科技大学学报200628（2）：104 （下转第527页） ·464· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第5期 石博强等：基于盲数理论的最优化方法与程序实现 527. Optimization method and computer program based on the blind number theory SHI Boqiang,ZHAO Dexiang,LI Haipeng,XIAO Chengyong Civil and Environmental Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACT An optimization method based on blind number was presented with blind number expressing the uncertain variables in optimization and in combination with the traditional optimization algorithm which based on the real variables.In the microscopic point of view,the relation between design variables and optimization pa- rameters was analyzed and described,and the blind number solution was provided.The blind number solution not only provided the values for design variables,but also provided the evaluation of reliability of the optimiza- tion object in optimal condition when the design variables had different values. KEY WORDS mechanical optimization design:optimization method;blind number;uncertainty;optimization method;program;half shaft (上接第464页) Bearing behavior of a composite bolt pile and its engineering application JIN Aibing,WU Shunchuan,GAO Yongtao The Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety for Metal Mines of China Ministry of Education.University of Science and Technology Bei- jing.Beijing 100083.China ABSTRACI The bearing behavior and reinforcement mechanism of a composite bolt pile was studied through numerical calculation with the FLAC soft.The composite bolt pile was successfully used in several ground-rein- forcing engineering.The results of numerical simulation and engineering monitoring show that the bearing be- havior of the composite bolt pile is improved in comparison with a single bolt pile,the effective factor and bear- ing capacity of the pile are obviously enhanced. KEY WORDS foundation reinforcement;bolt pile;bearing behavior;reinforcement mechanism;numerical simulation
Optimization method and computer program based on the blind number theory SHI BoqiangZHAO DexiangLI HaipengXIAO Chengyong Civil and Environmental Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT An optimization method based on blind number was presented with blind number expressing the uncertain variables in optimization and in combination with the traditional optimization algorithm which based on the real variables．In the microscopic point of viewthe relation between design variables and optimization parameters was analyzed and describedand the blind number solution was provided．The blind number solution not only provided the values for design variablesbut also provided the evaluation of reliability of the optimization object in optimal condition when the design variables had different values． KEY WORDS mechanical optimization design；optimization method；blind number；uncertainty；optimization method；program；half shaft （上接第464页） Bearing behavior of a composite bolt pile and its engineering application JIN A ibingW U ShunchuanGAO Yongtao The Key Laboratory of High-Efficient Mining and Safety for Metal Mines of China Ministry of EducationUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT The bearing behavior and reinforcement mechanism of a composite bolt pile was studied through numerical calculation with the FLAC soft．The composite bolt pile was successfully used in several ground-reinforcing engineering．The results of numerical simulation and engineering monitoring show that the bearing behavior of the composite bolt pile is improved in comparison with a single bolt pilethe effective factor and bearing capacity of the pile are obviously enhanced． KEY WORDS foundation reinforcement；bolt pile；bearing behavior；reinforcement mechanism；numerical simulation 第5期 石博强等： 基于盲数理论的最优化方法与程序实现 ·527·